サーモフィッシャーサイエンティフィック株式会社 Application Note EL14017 ICP発光分光分析装置による石炭および石炭灰の分析キーワード石炭、石炭灰、煙道灰、フライアッシュ目的このアプリケーションノートでは、マイクロ波酸分解した石炭および石炭灰試料の ICP-OES による元素分析について説明します。はじめに再生可能エネルギーは近年、さまざまな改善が図られ使用量も増加していますが、世界の電力の約40%は依然として石炭火力発電所で発電されています。この数値がかなり高い国もあり、例えばインドでは約70%、南アフリカ共和国では90%超となっています。石炭燃焼では二酸化炭素などのガスとともに大量の灰ができまフライアッシュやボトムアッシュの化学組成にはかなりの幅があす。排煙とともに舞い上がる微粒子灰をフライアッシュまたは煙り、燃焼する石炭の産地と組成によって変わります。これらには微道灰、舞い上がらない重い灰をボトムアッシュと呼び、これらをま量からパーセントレベルまでの幅広い毒性物質が含まれる可能とめて石炭灰と呼んでいます。従来、フライアッシュは大気中に放性があります。環境保護または石炭灰使用製品の品質と安全の確出されていましたが、毒性作用のある可能性が懸念され、現在で保のためには、生成灰の再利用や処分の前に、その組成を正確には一般的に、電気集塵装置などの微粒子捕集装置により煙道タ分析する必要があります。ワー部で回収されます。その後、灰は処分されるか、ポートランドセメントに再生されます。 2 装置とメソッドパラメーター試料の調製この分析には Thermo Scientific™ iCAP™ 7400 ICP-OES 二つの認証標準物質（CRM ）（瀝青炭とフライアッシュ、ともに米 Duoを使用しました。この装置は、RF 出力とネブライザーガス流国標準技術局（NIST ）より入手）を、次の方法で 3 連で調製しま量を完全制御できると同時に、Duoプラズマ測光による軸方向とした。約 0.1 g の固体試料に対し、20 % HCl 6 mL と 20 % 横方向の測光モードを備え、優れた検出限界が得られるととも HNO3 2 mL を加え、試料を分解しました。その後、マイクロ波分に、高濃度を含む広い濃度範囲の分析が可能です。メソッドパラ解システムを用いて 220 ºC になるまで 35 分間加熱しました。メーターを表1に示します。試料を放冷後、超純水で 25 mL に定容しました。そして、 1000 mg/Lと10000 mg/Lの単元素標準溶液（Fisher Scientific Chemicals ）から検量線溶液を作成し、試料分解物と酸表1：メソッドパラメーターパラメーター設定 RF 出力 1350 W ネブライザーガス流量 0.5 L/min マトリックスをマッチングさせました（HCl 4.8%、 HNO3 1.6% ）。結果測光時間軸方向横方向低波長 15 秒 15 秒高波長 5秒 5秒ネブライザー Mira Mist スプレーチャンバーガラスサイクロンセンターチューブ 2 mm 認定値および標準値と比較した二つの CRM 試料の分析結果を表3に示します。空の試料チューブを試料と同様の方法で処理して、この操作ブランクを 10 回繰り返し分析しました。この 10 回の繰り返し測定の標準偏差を 3 倍してメソッド検出限界（MDL ）を算出し、これを三つの試験試料で行って平均値を求めました（表 3）。表3から、分析結果は認定値の ±5%、標準値の ±15% 以内であり、石炭および石炭灰試料の分析におけるこのメソッドの信頼性が実証されました。 10 mg/L のイットリウム（内標準）を、オンライン内標準キットを注意しなければならないのは、こうした試料タイプ、特にフライ使用して導入しました。これにより、試料導入量の変化と試料マトアッシュでは、一般的にケイ素がかなりの組成割合を占めるといリックスによる感度のばらつきが補正されます。使用した内標準うことです。ケイ素を分析する必要がある場合は、少量（0.5 mL ）波長を表 2に示します。Thermo Scientific Qtegra™ ソフトウェの HF を分解手順で添加する必要があり、この処理を行わない場アの波長切り替え機能を多くの元素に使用し、複数波長による較合、ケイ素の回収率が低くなります。正を同一元素の異なる濃度範囲で実施できるようにしたため、装置の測定範囲が広がりました。表 2：使用したイットリウムの内標準波長軸方向横方向低波長 224.306 nm 224.306 nm 高波長 371.030 nm 371.030 nm 存在するスペクトル干渉を確認するために、さまざまな単元素溶液を調製して分析しました。また、存在する干渉の寄与度を測定し、元素間補正（IEC ）を適用しました。これにより、干渉は Qtegra ソフトウェアにより試料ごとに自動補正されます。 3 表3：NIST 認証標準物質の分析結果（A ）= 軸方向測光、（R ）= 横方向測光。各元素の波長は感度順に示しています。 *= 非認定標準値、元素 Al As B Ca Cd Cr Cu Fe Hg K Mg Mn Na Ni Pb Se Ti V Zn 波長（nm ） MDL （µg/L ） 167.079（A） 396.152（R） 0.01 237.312（R） 9.4 189.042（A） 249.773（A） 6 .9 249.678（R） 422.673（A） 0.001 184.006（R） 228.082（A） 0.42 214.438（R） 283.563（A） 4.7 267.716（R） 324.754（A） 3.4 224.70（R） 259.940（A） 0.003 239.562（R） 184.950（A） 0.42 194.227（A） 766.490 0.01 （A+R） 279.553（A） 0.00002 285.213（R） 257.610（A） 2.6 279.482（R） 588.995（A） 6.4 589.592（A） 231.604（A） 0.23 341.476（R） 220.353（A） 0.96 216.999（R） 2.0 196.090（A） 334.941（A） 3.8 338.376（R） 0.56 282.402（A） 202.548（A） 0.11 NIST 1632 d 認定 / 標準値 % 0.791 0.912* 86 .7 12.81 12.35 103 .7 mg/kg 6 .026 6.1* 98 .8 27.18 26 * 104.5 mg/kg 58 .93 62* 95.0 282.5 NA - % 0.133 0.144* 92.3 5.526 5.71 96 .8 mg/kg ＜0.1 0.08* - 0.655 0.7 * 93 .6 mg/kg 12.70 13.7* 92.7 69.49 67 * 103 .7 mg/kg 5.736 5.83 98.4 64.84 NA - % 0.779 0.749 104.1 3.442 3.57 96.4 mg/kg ＜0.1 0.0928 - ＜0.1 ＜0.003 * - % 0.106 0.1094 96.8 1.063 1.04 102.2 % 0.034 0.039* 89.6 1.561 1.53 102.0 mg/kg 13.97 13.1* 106.7 313.00 300 * 104.3 mg/kg 286.5 296.9 96.5 2312.3 2400 96.3 mg/kg 11.99 NA - 47.78 46 * 103.9 mg/kg 3.750 3.845 97.5 35.75 39 * 91.7 mg/kg 1.418 1.29* 110.0 0.732 0.8 * 91.5 mg/kg 487.7 477 102.3 4946 5200 95.1 mg/kg mg/kg 22.77 14.21 23.74 12.9* 95.9 110.2 148.3 117.9 NA 120 * 98.2 単位（石炭）まとめ表3の分析結果から、石炭およびフライアッシュ試料を iCAP 7400 ICP-OES Duo で分析できることが実証されました。波長切り替えなどの Qtegra ソフトウェアの機能を Duo 測光と組み合わせることで、単一の分析メソッドにおいて、低い検出限界を達成しつつ広い測定範囲を維持することが可能となります。また、内標準補正、 IEC などの機能と高効率の RF 電源を組み合わせることで、高マトリックス試料でも追加希釈を行うことなく正確に分析できます。 NIST 2690 回収率（% ）認定 /標準値回収率（% ）（フライアッシュ） Application Note EL14017 Ⓒ 2014 Thermo Fisher Scientific Inc. 無断複写・転載を禁じます。ここに記載されている会社名、製品名は各社の商標、登録商標です。ここに記載されている内容は、予告なく変更することがあります。サーモフィッシャーサイエンティフィック株式会社分析機器に関するお問い合わせはこちら TEL 0120-753-670 FAX 0120-753 -671 〒221-0022 横浜市神奈川区守屋町3 -9 E-mail : [email protected] www.thermoscientific.jp E1409