離子色譜法在火力發(fā)電廠汽水品質(zhì)測定中的應(yīng)用

摘 要：隨著火力發(fā)電廠對于安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行要求的日益提升，對于機(jī)組汽水品質(zhì)的要求也逐漸提高，尤其是大容量、高參數(shù)的機(jī)組對汽水品質(zhì)的要求更加嚴(yán)格。利用離子色譜法對水質(zhì)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，結(jié)果穩(wěn)定、精確，滿足了化驗(yàn)室對于低含量及痕量的離子的實(shí)驗(yàn)要求。

關(guān)鍵詞：離子色譜法；水質(zhì)分析；測定方法；應(yīng)用

為保證機(jī)組運(yùn)行中的安全穩(wěn)定，減少結(jié)垢、腐蝕，提高經(jīng)濟(jì)性，減少對環(huán)境的污染，火力發(fā)電廠在調(diào)試及運(yùn)行過程中需對汽水品質(zhì)進(jìn)行各項(xiàng)目的化驗(yàn)工作，而大容量、高參數(shù)的機(jī)組對汽水品質(zhì)的要求更加嚴(yán)格。因此低含量、痕量離子的測定成為了化驗(yàn)室工作的日常。離子色譜法是一種準(zhǔn)確、高效的液相色譜分析法。不僅可以對水樣中低含量及痕量離子進(jìn)行準(zhǔn)確的分析，還具備同時(shí)分析多種離子的優(yōu)點(diǎn)。相對于滴定，分光光度法等常規(guī)的化驗(yàn)分析手法有很大的優(yōu)勢。下面文章將重點(diǎn)探討離子色譜法在火電廠汽水品質(zhì)分析中的應(yīng)用。

1 儀器、設(shè)備

1.1 離子色譜儀

采用Dionex ICS-1600型號離子色譜儀，其基本工作流程為當(dāng)樣品閥處于裝樣位置時(shí)，一定體積的樣品溶液被注入樣品定量環(huán)，當(dāng)樣品閥切換到進(jìn)樣位置時(shí)，淋洗液將樣品定量環(huán)中的樣品溶液帶入分析柱，被測陰陽離子根據(jù)其在分析柱的保留特性不同實(shí)現(xiàn)分離。淋洗液攜帶樣品通過陰離子型抑制器時(shí)所有陽離子被交換成為氫離子，氫氧根型淋洗液轉(zhuǎn)換為水；通過陽離子型抑制器時(shí)所有陰離子被交換成為氫氧根離子，氫離子型淋洗液被轉(zhuǎn)換成為水，從而降低背景電導(dǎo)。與此同時(shí)被測的陰陽離子分別轉(zhuǎn)化成為相對應(yīng)的酸和堿，電導(dǎo)率升高。由電導(dǎo)檢測器檢測其電導(dǎo)信號。通過數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)記錄并顯示色譜圖。以保留時(shí)間對被測陰陽離子進(jìn)行定性，以峰面積對被測陰陽離子定量，測出相對應(yīng)的離子含量。

相關(guān)技術(shù)指標(biāo)：最大操作壓力35MPa，壓力波動<1.0%，流量范圍0.00-5.00ml/min，傳輸體積0.1-5.0ml，速度控制：0.1-5.0ml/min，操作環(huán)境溫度5℃-60℃，溫度穩(wěn)定性±0.5℃，電導(dǎo)池控溫范圍7℃-55℃，電導(dǎo)池體積<1μL，抑制器控制電源AES 0-150mA、1mA增量，重量24.5kg。

1.2 保護(hù)柱

RFICTM IonPac AG15 2×50mm Guard，RFICTM IonPac CG12 4×50mm Guard。置于分析柱之前，通常采用與分析柱相同的離子交換材料用于保護(hù)分析柱免受顆粒物或不可逆保留物等雜質(zhì)的污染。

1.3 分析柱

RFICTM IonPac AS15 2×250mm Analytical，RFICTM IonPac CS12 4×250mm Analytical。根據(jù)待測例子的保留特性，在檢測前將被檢測離子分離的交換柱。

1.4 抑制器

RFIC ASRS 300 2-mm Self-Regenerating Suppressor， RFIC CSRS 300 4-mm Self-Regenerating Suppressor。置于檢測器之前，用于降低淋洗液的背景電導(dǎo)，增加被測離子的電導(dǎo)響應(yīng)。

1.5 電導(dǎo)檢測器

2 試劑及材料

2.1 淋洗液

（1）高純氫氧化鉀溶液（陰離子系統(tǒng)）：30mmol/L。稱取1.683g高純氫氧化鉀溶于高純水中，轉(zhuǎn)移至1000mL聚乙烯容量瓶中，用高純水稀釋至刻度，搖勻。貯于聚乙烯瓶中。（2）高純甲基磺酸溶液（陽離子系統(tǒng)）：20mmol/L。量取1285μL甲基磺酸溶于高純水中，轉(zhuǎn)移至1000mL容量瓶中，用高純水稀釋至刻度，搖勻。貯于聚四氟乙烯瓶中。

2.2 標(biāo)準(zhǔn)工作溶液

（1）Dionex五種陰離子標(biāo)準(zhǔn)溶液：氟離子20mg/L，氯離子30mg/L，硝酸根100mg/L，磷酸根150mg/L，硫酸根150mg/L。（2）Dionex六種陽離子標(biāo)準(zhǔn)溶液：鋰離子50mg/L，鈉離子200mg/L，銨離子400mg/L，鉀離子200mg/L，鎂離子200mg/L，鈣離子1000mg/L。

根據(jù)實(shí)際待測水樣需要將標(biāo)準(zhǔn)溶液稀釋至所需濃度。準(zhǔn)備五個(gè)濃度水平的標(biāo)準(zhǔn)工作溶液。

3 繪制工作曲線

3.1 儀器準(zhǔn)備及工作條件

（1）啟動離子色譜儀，調(diào)整儀器，平衡系統(tǒng)至基線平穩(wěn)。（2）根據(jù)分析柱的性能及待測水樣離子濃度范圍等因素，選擇合適的樣品定量環(huán)。（3）經(jīng)前期多次對淋洗液濃度，抑制器電流，系統(tǒng)流速及進(jìn)樣體積的試驗(yàn)，選擇工作條件如表3。

3.2 標(biāo)準(zhǔn)工作曲線的繪制

（1）分析標(biāo)準(zhǔn)工作溶液，記錄色譜圖上的個(gè)峰值的出峰時(shí)間，確定各種離子的保留時(shí)間。以離子濃度為橫坐標(biāo)，以峰面積為縱坐標(biāo)繪制工作曲線，線性相關(guān)系數(shù)應(yīng)大于0.990（最好0.999以上）。（2）根據(jù)所選擇的分析柱，配制相應(yīng)的淋洗液，其出峰順序是相應(yīng)固定的。根據(jù)出峰順序及線性關(guān)系確定各色譜峰的性質(zhì)。陰離子系統(tǒng)出峰順序：氟離子，氯離子，硝酸根，硫酸根，磷酸根。陽離子系統(tǒng)出峰順序：鋰離子，鈉離子，銨離子，鉀離子，鎂離子，鈣離子。

3.3 標(biāo)準(zhǔn)工作溶液和水樣的進(jìn)樣體積應(yīng)保持一致

4 水樣分析步驟

4.1 試樣溶液的制備

先用0.45μm一次性針筒微膜過濾器過濾水樣。處理后的水樣體積保證測定需要體積。然后根據(jù)水樣中實(shí)際陰陽離子的含量，量取一定量處理后的水樣，選擇合適的比例稀釋。

4.2 試樣溶液的分析

在與標(biāo)準(zhǔn)工作溶液相同的測試條件下，對試樣進(jìn)行分析測定，根據(jù)被測離子的峰面積，由相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)工作曲線確定各離子濃度。

5 結(jié)果

分析結(jié)果保留兩位小數(shù)。

6 討論

6.1 對比分析

一般水樣中的離子分析采用的方法各有不同，如電極法、滴定法、容量法、分光光度法等方法。而在痕量離子分析測定中都會存在不同程度的干擾和誤差。

（1）氟離子：氟離子一般采用離子選擇電極法，某些高價(jià)陽離子（例如三價(jià)鐵、鋁和四價(jià)硅）及氫離子能與氟離子絡(luò)合而產(chǎn)生干擾，其干擾程度取決于絡(luò)合離子的種類和濃度、氟化物的濃度及溶液的pH值等。在堿性溶液中氫氧根離子的濃度大于氟離子濃度的十分之一時(shí)影響測定。而氟硼酸鹽離子也對氟電極有影響。電極法的最低檢測限一般為0.05mg/L，經(jīng)多次低濃度連續(xù)進(jìn)樣判斷，在加大進(jìn)樣量的情況下離子色譜法測定氟離子的最低檢測限可達(dá)到0.002mg/L。（2）氯離子：氯離子的測定一般采用摩爾滴定法，人工定量分析，終點(diǎn)顏色不易判定，干擾不易消除，且含量低于5mg/L的水樣無法測定。對于含量低于5mg/L的水樣，離子色譜法依舊可以得到較好的準(zhǔn)確度和精確度。（3）硫酸根：硫酸鹽常規(guī)的測定方法為分光光度法，適用于檢測硫酸鹽含量高于1mg/L的水樣。在硅含量大于500mg/L無法使用分光光度法，并且?guī)镔|(zhì)會干擾測定。離子色譜法則可排除硅及帶色物質(zhì)的干擾，并且大大降低其最低檢測限。（4）硝酸根：紫外光度法測量硝酸根時(shí)，亞硝酸鹽、某些有機(jī)物都會對實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生一定程度的干擾，需排除干擾后方能測量。（5）鉀、鈉離子：檢測鉀、鈉離子通常使用的原子吸收光譜法與離子色譜法均能取得較好的測量效果，原子吸收光譜法測量時(shí)間短，而離子色譜法優(yōu)勢在于可同時(shí)測量多種陽離子。（6）鈣、鎂離子：化驗(yàn)室一般采用滴定法測定鈣、鎂離子。在實(shí)驗(yàn)過程中，鐵、鋁離子，某些有機(jī)物及實(shí)驗(yàn)員對于終點(diǎn)的判斷都成為影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果的因素。

6.2 離子色譜法的優(yōu)劣勢

離子色譜法在實(shí)驗(yàn)中體現(xiàn)了優(yōu)異的檢出限及抗干擾能力，在對低含量乃至痕量的離子進(jìn)行測定時(shí)更體現(xiàn)出其穩(wěn)定，精確的優(yōu)勢。方法簡單、快速、靈敏度高，重復(fù)性好，水樣需求量少，實(shí)驗(yàn)過程中使用的藥劑量少，不產(chǎn)生對環(huán)境產(chǎn)生有害影響的物質(zhì)。對于水樣可同時(shí)實(shí)現(xiàn)多種離子的測量，減少試驗(yàn)時(shí)間。

另一方面，在火電廠實(shí)驗(yàn)室中，離子色譜法也存在一定的劣勢。離子色譜法前期需要大量的實(shí)驗(yàn)確定進(jìn)樣量、淋洗液濃度、流速等。對于大量水樣只需進(jìn)行單項(xiàng)離子的實(shí)驗(yàn)時(shí)，測試時(shí)間相對較長。

綜合評價(jià)，離子色譜在化驗(yàn)室中的應(yīng)用比較廣泛，可取得較好的實(shí)驗(yàn)效果，為實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)確率提供了保證。如表4顯示，通過測定某火力發(fā)電廠機(jī)組爐水水樣證明，離子色譜測定水樣各種離子含量準(zhǔn)確，符合實(shí)驗(yàn)要求。

參考文獻(xiàn)

[1]GB/T 14642-2009.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[S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2011.

[2]GB/T 15454-2009.工業(yè)循環(huán)冷卻水中鈉、銨、鉀、鎂和鈣離子的測定離子色譜法[S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2011.