基于離子色譜法的廢氣中二氧化硫檢測方法

王時杰，應(yīng)夏芬，胡碧雯

（1.寧波安聯(lián)檢測有限公司，浙江 寧波 315048；2.寧波天一綠色生態(tài)科技有限公司，浙江 寧波 315048）

0 引言

二氧化硫是一種無色、透明、有強(qiáng)烈刺激性氣味，且可溶于水的氣體，在日常的生產(chǎn)生活中十分常見，存在最多的便是工業(yè)廢氣之中，不僅影響日常的工業(yè)生產(chǎn)，因自身具有較強(qiáng)的腐蝕性，對工業(yè)設(shè)備、建筑結(jié)構(gòu)等產(chǎn)生破壞，時刻威脅著人們的健康安全[1]。對廢氣中二氧化硫的檢測方法通常是較為單一的，雖然能夠?qū)崿F(xiàn)預(yù)期的檢測結(jié)果，但是缺乏針對性與穩(wěn)定性，檢測的環(huán)節(jié)以及流程較為復(fù)雜繁瑣，導(dǎo)致檢測誤差的出現(xiàn)[2]。為此提出對基于離子色譜法的廢氣中二氧化硫檢測方法的設(shè)計與驗(yàn)證分析。離子色譜法，即主要利用離子交換原理，采用連續(xù)性的方式針對共存的多種陰離子或陽離子實(shí)現(xiàn)距離性的分離、定性或者定量處理的形式[3]。將該項(xiàng)技術(shù)與廢氣中二氧化硫檢測工作進(jìn)行融合，一定程度上可以進(jìn)一步擴(kuò)大當(dāng)前的檢測范圍，從多個方面制定對應(yīng)的檢測標(biāo)準(zhǔn)，逐步形成更加靈活、多變的檢測結(jié)構(gòu)，面對外部環(huán)境的變化，及時進(jìn)行檢測流程的多維度調(diào)整，以此來確保廢氣中對于二氧化硫檢測結(jié)果的準(zhǔn)確、公正以及可重復(fù)性質(zhì)，為后續(xù)的生產(chǎn)生活實(shí)際檢測分析提供參考依據(jù)，進(jìn)一步完善廢氣檢測技術(shù)[4]。

1 實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備

1.1 材料準(zhǔn)備

針對上述測定，結(jié)合離子色譜法，對浙江寧波G企業(yè)排出廢氣中二氧化硫檢測方法進(jìn)行具體的驗(yàn)證和對比分析。

1.1.1 實(shí)驗(yàn)儀器準(zhǔn)備

需要準(zhǔn)備實(shí)驗(yàn)用500 mL玻璃反應(yīng)管5 個，50 mL酸式滴定管2 個[5]。除此之外，設(shè)置循環(huán)式真空泵、氣體流量計、CIC-D100 離子色譜儀等。將所準(zhǔn)備的設(shè)備以及實(shí)驗(yàn)器材進(jìn)行搭接關(guān)聯(lián)，以待后續(xù)使用。

1.1.2 實(shí)驗(yàn)材料和應(yīng)用試劑準(zhǔn)備

需要提前準(zhǔn)備0.5 mol/L 氫氧化鈉溶液，0.5 mol/L硫酸溶液作為滴定溶液，雙氧水、Na2CO3以及NaHCO3試劑，配制1.2%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）的酚酞指示劑。至此，完成對此次實(shí)驗(yàn)測試的基礎(chǔ)性耗材準(zhǔn)備，接下來，結(jié)合離子色譜法，進(jìn)行初始測試環(huán)境布置。

1.2 測試布置

首先，根據(jù)當(dāng)前的設(shè)置需求，選定5 個反應(yīng)管，各裝入氫氧化鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液50 mL，靜置1 min 之后，在反應(yīng)管內(nèi)滴入3 滴酚酞指示劑，充分搖晃之后，使反應(yīng)管中的溶液逐漸混勻，靜置以待使用。將選定的3 個反應(yīng)管捆綁關(guān)聯(lián)在一起，作為測試廢氣的定向接收器。隨即，在此基礎(chǔ)之上，將工業(yè)廢氣接入反應(yīng)管的內(nèi)部，靜置以待后續(xù)使用。使用離子色譜法，對當(dāng)前的反應(yīng)過程進(jìn)行初始的設(shè)計與分析。采用過量氫氧化鈉溶液其實(shí)是可以完全吸收工業(yè)廢氣中的二氧化硫，但是經(jīng)過一段時間的反應(yīng)之后，過量的二氧化硫氣體參與反應(yīng)還會生成亞硫酸氫鈉，進(jìn)行再循環(huán)處理，最后用硫酸滴定溶液與過量氫氧化鈉反應(yīng)，可以對廢氣中含有的二氧化硫進(jìn)行檢測。

2 實(shí)驗(yàn)方法及過程分析

基于上述搭建的測試環(huán)境，結(jié)合離子色譜法，進(jìn)行具體的測試研究。先進(jìn)行基礎(chǔ)性測試樣品的定向采集。首先，通過循環(huán)真空泵和氣體流量測定所排出的廢氣狀態(tài)，并反復(fù)核驗(yàn)反應(yīng)管與廢氣排出管之間的連接是否正常穩(wěn)定。接下來，記錄流量計的初始讀數(shù)Z1。利用離子色譜儀，先對該氣體中的初始二氧化硫含量進(jìn)行測定估算，并計算出當(dāng)前的濃度值，具體如下公式（1）所示：

式中：F 為當(dāng)前濃度值；m 為陰離子抑制范圍；κ 為轉(zhuǎn)換比；n 為離子分化范圍；ζ 為反應(yīng)耗時。根據(jù)上述設(shè)定，完成對當(dāng)前模糊濃度值的計算。隨即，以此為基礎(chǔ)，進(jìn)行AS23/AG23 型離子色譜分離柱的設(shè)置，同時標(biāo)定出對應(yīng)的判別標(biāo)準(zhǔn)。接下來，對反應(yīng)管進(jìn)行位置的調(diào)整，同時轉(zhuǎn)換廢氣的點(diǎn)位。先選擇或安裝支撐物，垂直支撐在反應(yīng)管上，內(nèi)壁設(shè)置間隔物，這樣的做法可以確保反應(yīng)管的下端進(jìn)氣口與支撐物之間保持一定的安全距離，大致控制在15～20 cm 之間為最佳。具體如圖1 所示：

圖1 二氧化硫反應(yīng)管安裝結(jié)構(gòu)圖示

根據(jù)圖1，實(shí)現(xiàn)對二氧化硫反應(yīng)管安裝結(jié)構(gòu)的設(shè)計與加固形式的構(gòu)建。在實(shí)驗(yàn)的過程中需要注意的是，被動擴(kuò)散管帶有網(wǎng)片的一端需要調(diào)整向下，同時在實(shí)驗(yàn)反應(yīng)管中添加2.5 mL H2O2溶液，利用均勻的力持續(xù)性振蕩15 min，靜置2.5 h。隨后，在此基礎(chǔ)之上，測定計算出當(dāng)前廢氣中二氧化硫的摩爾質(zhì)量，具體如公式（2）所示：

式中：L 為二氧化硫的摩爾質(zhì)量；α 為硫酸標(biāo)準(zhǔn)滴定溶液的體積；u 為滴入次數(shù)；h 為滴定溶液濃度；φ 為氫氧化鈉濃度。

根據(jù)上述測定，實(shí)現(xiàn)對二氧化硫的摩爾質(zhì)量的計算。針對二氧化硫的摩爾質(zhì)量的變動情況，測定出各個反應(yīng)管內(nèi)廢氣中二氧化硫的當(dāng)前含量。測試的各個反應(yīng)管之中的二氧化硫含量均是不同的，所以，此時需要相關(guān)測試人員根據(jù)被測樣品當(dāng)前的濃度以及儀器測定狀態(tài)，來進(jìn)一步確定二氧化硫的可控濃度范圍。需要注意的是，對其的檢測必須依據(jù)此時測定出來濃度，以由低到高的順序注入離子色譜儀，過程中進(jìn)行峰面積（或峰高）數(shù)值以及信息的定向記錄。結(jié)合不同的峰高波動比值，進(jìn)行二氧化硫坐標(biāo)變動曲線相關(guān)系數(shù)的分析，具體如表1 所示：

表1 二氧化硫坐標(biāo)變動曲線相關(guān)系數(shù)設(shè)置表

根據(jù)表1，完成對二氧化硫坐標(biāo)變動曲線相關(guān)系數(shù)的設(shè)置與驗(yàn)證分析?；谏鲜鲈O(shè)定，可以得知二氧化硫峰高波動比與標(biāo)準(zhǔn)曲線變動相關(guān)系數(shù)之間存在正向的變動關(guān)系。結(jié)合當(dāng)前得出的測試關(guān)系，對選定測試的5 個反應(yīng)管的二氧化硫含量進(jìn)行測定，分3 個階段進(jìn)行重復(fù)性的測定，利用離子色譜，測定計算出當(dāng)前工業(yè)廢氣中陰離子和陽離子各自所占的比例。但是需要注意的是，陰離子和陽離子的占比并不是固定的，而是隨著排出廢棄體積的變動發(fā)生對應(yīng)的改變，所以，此次獲取的數(shù)值僅可以作為參考值，并不是最終的二氧化硫檢測結(jié)果。以此為基礎(chǔ)，結(jié)合當(dāng)前的檢測需求及標(biāo)準(zhǔn)的變化，進(jìn)行色譜條件的制定。具體如圖2 所示：

圖2 色譜條件制定過程圖示

根據(jù)圖2，完成對色譜條件及限制標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)定。一般情況下，色譜柱的適合溫度與室內(nèi)溫度相對較為接近，淋洗液準(zhǔn)備2.5 mmol/L 的Na2CO3和2.9 mmol/L的NaHCO3，充分混合之后，等待溶液發(fā)生相應(yīng)的反應(yīng)。針對陰、陽離子數(shù)量的變動情況，測算出二氧化硫的相對檢測偏差，具體如公式（3）所示：

式中：W 為二氧化硫的相對檢測偏差；V 為檢測廢氣體積；ζ 為檢測峰高值；r 為檢測次數(shù)；? 為重合定量值；R 為陽離子數(shù)量占比。根據(jù)上述測定，實(shí)現(xiàn)對二氧化硫的相對檢測偏差的計算，至此，完成基礎(chǔ)性的測試分析。

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及討論

綜合上述測定，完成對當(dāng)前測試數(shù)據(jù)以及信息的獲取，具體如表2 所示：

表2 測試數(shù)據(jù)對比分析表

根據(jù)表2，完成對測試數(shù)據(jù)以及信息的獲?。横槍? 個區(qū)域?qū)?yīng)的5 個廢氣檢測反應(yīng)管的驗(yàn)證，結(jié)合二氧化硫?qū)崟r濃度值以及峰高波動比的標(biāo)定，最終得出的二氧化硫相對檢測偏差分別是0.16、0.18、0.21、0.28、0.37。綜合實(shí)際的檢測要求及標(biāo)準(zhǔn)的變動，接下來，進(jìn)行最終的討論分析。

結(jié)合上述的測定，通過離子色譜法，對最終得出的測試數(shù)據(jù)以及信息作出驗(yàn)證研究與定向化討論。針對5 個區(qū)域?qū)?yīng)的5 個廢氣檢測反應(yīng)管的驗(yàn)證，可以得知隨著二氧化硫?qū)崟r濃度值以及峰高波動比相關(guān)數(shù)值的增加，相對應(yīng)的二氧化硫相對檢測偏差也隨之提升，這說明二氧化硫相對檢測偏差的高低與濃度及變動的幅度存在正向的關(guān)系，二氧化硫?qū)崟r濃度值以及峰高波動比提升，檢測偏差增加；二氧化硫?qū)崟r濃度值以及峰高波動比降低，檢測偏差減小。

4 結(jié)語

本文研究了基于離子色譜法的廢氣中二氧化硫檢測方法的設(shè)計與驗(yàn)證分析，與初始的氣體檢測結(jié)構(gòu)相比對，此次研究結(jié)合離子色譜法，所構(gòu)建的二氧化硫檢測形式更加靈活、多變，具有極強(qiáng)的針對性和穩(wěn)定性，在復(fù)雜的背景環(huán)境之下，通過離子色譜法能夠進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)對檢測結(jié)果的比對分析，多方向進(jìn)行檢測誤差的控制，明確標(biāo)定出當(dāng)前的廢氣檢測范圍，為后續(xù)相關(guān)行業(yè)及二氧化硫檢測技術(shù)的發(fā)展與完善奠定夯實(shí)基礎(chǔ)。