離子色譜法測定水中硫酸根離子濃度范圍的探討

張楓華，雷仲存，顧紅琴

（首鋼遷安鋼鐵有限責(zé)任公司，河北遷安064404）

離子色譜法測定水中硫酸根離子濃度范圍的探討

張楓華，雷仲存，顧紅琴

（首鋼遷安鋼鐵有限責(zé)任公司，河北遷安064404）

主要研究了用ICS—2000型離子色譜儀測定水中不同硫酸根離子的濃度的標(biāo)準(zhǔn)偏差、精密度，及色譜圖形。確定了測定水中硫酸根離子濃度在0.20～120 mg/L的范圍內(nèi)具有較好的準(zhǔn)確度。

離子色譜儀；硫酸根離子；精確度；濃度范圍

1 引言

離子色譜法是基于離子交換分離原理進(jìn)行離子測定的液相色譜分析方法。離子色譜儀測定硫酸根離子時發(fā)現(xiàn)，在不同的硫酸根離子濃度下，測定的精度有較大的區(qū)別。本實(shí)驗?zāi)康氖怯秒x子色譜法探索循環(huán)水中不同硫酸根離子濃度下同一儀器精度的變化，以尋求合適的循環(huán)水中硫酸根離子的測定范圍。

2 實(shí)驗部分

2.1 實(shí)驗原理

離子色譜分離，主要是應(yīng)用離子交換的原理，采用低交換容量的離子交換樹脂來分離離子，其主要填料類型為有機(jī)離子交換樹脂。水樣中待測陰離子隨20 mmol/L氫氧化鉀淋洗液進(jìn)入離子交換柱系統(tǒng)（由保護(hù)柱和分離柱組成），根據(jù)分離柱對各陰離子的不同親合力進(jìn)行分離，已分離的陰離子流經(jīng)抑制器系統(tǒng)換成高電導(dǎo)率的強(qiáng)酸，淋洗液則轉(zhuǎn)變成為弱電導(dǎo)率的水。由電導(dǎo)檢測器測量待測陰離子的電導(dǎo)率，以相對保留時間和峰面積進(jìn)行定性和定量。［1］

2.2 分析儀器、試劑及條件

儀器:ICS—2000型離子色譜儀，ASRS-4×250 mm分離柱，AG19-4×50mm陰離子保護(hù)柱，電導(dǎo)檢測器，ASRS 300 4-mm自身再生抑制器，ICS-2000淋洗液發(fā)生器（產(chǎn)生20 mmol/L的KOH溶液），色譜工作站。

試劑:硫酸根離子標(biāo)準(zhǔn)溶液（濃度為1367.5 mg/ L，擴(kuò)展不確定度為5）；高純水。

實(shí)驗參數(shù):淋洗液（氫氧化鉀）16 mmol/L；；流速：0.5 ml/min；進(jìn)樣量：25 μl；池溫：35℃；柱溫：30℃；背景電導(dǎo)：1.0 μS/cm。

2.3 配置硫酸根離子標(biāo)準(zhǔn)溶液［2］

①硫酸根離子貯備液（410.25 mg/L）取15 mL濃度為1367.5 mg/L硫酸根離子標(biāo)準(zhǔn)溶液于50 mL容量瓶中，用高純水定容至刻度。

②硫酸根儲備液（273.5 mg/L）取5 mL濃度為1367.5 mg/L硫酸根離子標(biāo)準(zhǔn)溶液于25 mL容量瓶中，加入高純水定容至刻度。

2.4 實(shí)驗方法

按照離子色譜儀操作規(guī)程進(jìn)行調(diào)節(jié)儀器參數(shù)、新建方法文件、程序文件和樣品表。[1]樣品采用注射器注入進(jìn)樣口，注射器要求干凈，注射時用力均勻，注射的樣品采用0.22 μm濾膜過濾。

2.4.1 配制系列濃度硫酸根離子標(biāo)準(zhǔn)溶液

分別配制濃度為0.10 mg/L、8.205 mg/L、16.41 mg/L、32.82mg/L、82.05mg/L、164.1mg/L、273.5mg/L、410.25 mg/L的硫酸根離子標(biāo)準(zhǔn)溶液。

2.4.2 實(shí)驗內(nèi)容

分別測定濃度為0.10 mg/L、8.205 mg/L、16.41 mg/L、32.82mg/L、82.05mg/L、164.1mg/L、273.5 mg/L、410.25 mg/L硫酸根標(biāo)準(zhǔn)溶液5次以上，并計算其平均值、標(biāo)準(zhǔn)偏差和相對誤差，結(jié)果見表1。

表1 測定系列濃度硫酸根離子的平均值、標(biāo)準(zhǔn)偏差和相對誤差

2.4.2.1 標(biāo)準(zhǔn)工作曲線

以表1中的標(biāo)值和平均值繪制硫酸根離子的標(biāo)準(zhǔn)工作曲線，見如圖1。

圖1 硫酸根離子工作曲線圖

2.4.2.2 精密度曲線圖

以表1中的標(biāo)值和標(biāo)準(zhǔn)偏差繪制精密度曲線圖，見圖2。

圖2 精密度曲線圖

2.4.2.3 相對誤差曲線圖

以表1中的標(biāo)值和相對誤差繪制相對誤差曲線圖，見圖3。

圖3 相對誤差曲線圖

2.4.2.4 離子色譜圖

分別測定濃度為0.10 mg/L、8.205 mg/L、16.41 mg/L、32.82mg/L、82.05mg/L、164.1mg/L、273.5 mg/L、410.25 mg/L的硫酸根離子標(biāo)準(zhǔn)溶液，其色譜圖，見圖4。

新課改背景下，教學(xué)手段愈加多樣化，這使得教師課堂教學(xué)形式并非局限于課堂教學(xué)。在小學(xué)德育教學(xué)及心理健康教學(xué)中，教師可以借助更多的活動及游戲等方式來開展教學(xué)。在小學(xué)教學(xué)中，為增強(qiáng)學(xué)生的社會責(zé)任感，教師可組織學(xué)生開展角色扮演活動，讓學(xué)生分別扮演環(huán)衛(wèi)工、交警、教師等角色，讓學(xué)生在角色扮演的過程中充分體會到各崗位人員、工作人員對社會發(fā)展所發(fā)揮的作用，并且讓學(xué)生學(xué)會尊重他人，設(shè)身處地為他人著想，這樣可進(jìn)一步增強(qiáng)學(xué)生的社會責(zé)任感。

2.4.2.5 色譜峰形比對圖組

分別測定濃度為0.50 mg/L、0.35 mg/L、0.30 mg/L、0.25 mg/L、0.20 mg/L、0.15 mg/L、0.10 mg/L的硫酸根離子溶液，觀察其色譜圖峰形變化，見圖5所示。

3 討論

根據(jù)工業(yè)循環(huán)冷卻水及鍋爐水中氟、氯、磷酸根、亞硝酸根、硝酸根和硫酸根的測定離子色譜法（GB/T 14642-2009標(biāo)準(zhǔn)），精密度要求：RSD＜3%。柱的分離能力，被檢測陰離子的分離度不能低于1.3。繪制標(biāo)準(zhǔn)工作曲線或計算出回歸方程，線性相關(guān)系數(shù)應(yīng)大于0.990（最好0.999以上）。[3]

3.1 線性關(guān)系

由圖1標(biāo)準(zhǔn)工作曲線圖可以看出，線性方程為：y=0.9975x；相關(guān)系數(shù)R2=0.9992。由此可以看出，用離子色譜儀測定酸根離子具有較好的線性關(guān)系。

3.2 精密度

由圖2精密度曲線圖可以看出，當(dāng)溶液濃度在0.10～120 mg/L時，其標(biāo)準(zhǔn)偏差為0.02～2.5之間。所采用的硫酸根標(biāo)準(zhǔn)溶液試劑其擴(kuò)展不確定度為5，根據(jù)擴(kuò)展不確定度U=K×標(biāo)準(zhǔn)不確定度，可知，標(biāo)準(zhǔn)溶液的標(biāo)準(zhǔn)偏差為2.5。[注1]因此，當(dāng)溶液濃度在0.10～120mg/L之間時，符合標(biāo)準(zhǔn)溶液精密度要求。

3.3 相對誤差

圖4 離子色譜圖組

圖5 峰形比對色譜圖組

3.4 儀器性能

由色譜圖可以看出，當(dāng)測定0.20 mg/L～273.5 mg/L的硫酸根離子時，其峰形尖而且對稱，說明在此濃度范圍內(nèi)儀器的性能良好。而當(dāng)溶液濃度小于0.2 mg/L時，出現(xiàn)了肩峰而當(dāng)溶液濃度大于273.5 mg/L時，出現(xiàn)了拖尾現(xiàn)象。

3.5 柱的分離度

分離度定義為兩個相鄰色譜峰的峰中心之間的距離與兩峰的平均峰寬的比值。［5］在測定實(shí)際樣品（回用水和1580直接冷卻水）中的硫酸根時，相鄰的離子的保留時間及其峰寬及分離度見表3。

從表3可以看出：實(shí)際測試中柱的分離度大于1.3，能滿足測試要求。

4 結(jié)論

表3 柱的分離度

[2]國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局.化學(xué)試劑標(biāo)準(zhǔn)滴定溶液的制備. 2003.4.1.

[3]中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局中國國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會.工業(yè)循環(huán)冷卻水及鍋爐水中氟、氯、磷酸根、亞硝酸根、硝酸根和硫酸根的測定離子色譜法，GB/T 14642—2009.

[1]戴安中國有限公司.美國戴安公司關(guān)于飲用水中陰陽離子和消毒副產(chǎn)物離子色譜分析論文集.2005.6.

表4 能源介質(zhì)平均消耗量

5 結(jié)論與建議

（1）國產(chǎn)化的噴霧焙燒法酸再生系統(tǒng)設(shè)計及裝備已完全成熟，機(jī)組運(yùn)行穩(wěn)定、可靠。尾氣排放指標(biāo)良好，到達(dá)了《軋鋼工業(yè)大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》GB 28665的排放標(biāo)準(zhǔn)，同時也達(dá)到了寶鋼集團(tuán)內(nèi)部的排放標(biāo)準(zhǔn)。但隨著國家對污染物排放濃度的要求越來越嚴(yán)格，酸再生技術(shù)仍需不斷改進(jìn)與創(chuàng)新，制造水平仍需不斷提高，才能滿足減排的需求。

（2）本酸再生系統(tǒng)的氧化鐵粉副產(chǎn)品可以達(dá)到《鐵氧體用氧化鐵》GB/T 24244-2009中YHT3級指標(biāo)（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）。若需進(jìn)一步提高氧化鐵粉附加值，則需要減少廢酸中雜質(zhì)的含量，優(yōu)化酸洗、酸再生系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)，以得到更高品質(zhì)的氧化鐵粉產(chǎn)品。另外，除增加廢酸凈化系統(tǒng)外，還應(yīng)加強(qiáng)對氧化鐵粉深加工的技術(shù)研究，以擴(kuò)大其使用范圍。

（3）酸再生系統(tǒng)的主要能耗為電能、燃料。使用能效較高的電機(jī)，以及加強(qiáng)對燃燒系統(tǒng)的改進(jìn)和提高對熱能的合理利用，將是酸再生系統(tǒng)的節(jié)能降耗的發(fā)展方向。

[參考文獻(xiàn)]

[1]谷開峰.酸再生排放廢氣粉塵含量超標(biāo)問題探討及對策[J].寶鋼技術(shù)，2005（3）：43～47

[2]王海燕.鹽酸再生技術(shù)的特點(diǎn)及應(yīng)用分析[J].河北冶金，2007（4）：50～52

[3]軋鋼工業(yè)大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)GB28665[S].中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)，2012.

收稿日期：2013-02-16

作者簡介：常勤學(xué)（1981-）,男,山西臨汾人，工程師，現(xiàn)從事給排水、酸再生方面的工程設(shè)計工作。

Discussion on Suitable Concentration Range of Sulfate Ion in Water Determined by Ion Chromatography

ZHANG Feng-hua,LEI Zhong-cun,GU Hong-qin
(Shougang Qian’an Iron&Steel Co.,Ltd.,Qian’an,Hebei 064404,China)

The standard deviation,precision and chromatogram of different concentrations of sulfate ions are studied.The concentrations are determined by ICS—2000 ion chromatograph.The sulfate ion’s concentration range in 0.20～120 mg/L determined in water has better accuracy.

ion chromatograph;sulfate ion;accuracy;concentration range

TQ056.1

B

1006-6764（2013）07-0056-05

2013-03-06

張楓華（1985-）男，2009年畢業(yè)于內(nèi)蒙古科技大學(xué)化學(xué)工程與工藝專業(yè)，大學(xué)本科學(xué)歷，現(xiàn)從事分析檢驗方面工作。

此離子色譜儀在測定鋼廠循環(huán)冷卻水中硫酸根離子濃度在0.20～120 mg/L范圍內(nèi)時具有較好的準(zhǔn)確度和精密度。

注1：K表示置信水平為95%。標(biāo)準(zhǔn)不確定度以標(biāo)準(zhǔn)偏差表示的不確定度?？梢缘贸鰳?biāo)準(zhǔn)溶液試劑的精密度為2.5。