浅谈离子色谱法测定浓水中硫酸根离子含量

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1. 引言

硫酸盐在自然界中广泛存在, 少量的硫酸盐基本无害, 但是硫酸根离子含量较高时, 会引起锅炉和热交换器的腐蚀, 高浓度的硫酸盐也会导致污水处理难度增大, 因其在厌氧条件下, 会因细菌的生物还原作用而变为硫化氢, 产生臭味, 使水变黑, 有比较强的致污作用。因此, 准确的测定水源水、循环水中的硫酸根是非常有意义的。硫酸根的测定, 有几种方法, 如铬酸钡分光光度法、重量法、离子色谱法等等。在测定公用工程装置浓水中硫酸根离子含量时, 由于样品中硫酸根离子含量较高, 又有大量干扰物的存在, 按照国标, 可采用重量法和离子色谱法。但是重量法虽然结果准确, 但是操作比较繁琐, 要经过一系列的过滤、沉淀、洗涤等等, 操作步骤繁多, 分析时间较长, 不能够快速及时地给装置提供数据, 因此不适应化工厂生产的需要。而离子色谱法测定阴离子具有操作简便快捷、响应灵敏、结果准确等特点, 因此本文旨在建立用离子色谱法测定硫酸根离子含量的方法。

2. 实验部分

2.1 实验原理

离子色谱法测定阴离子是将色谱法的高效分离技术与离子的自动检测技术相结合的一种分析技术, 利用离子交换原理进行分离, 以离子交换树脂为固定相, 电解质溶液为流动相, 通常采用电导检测器进行检测, 简单地说就是根据被测物质的离子性进行分离和检测的液相色谱方法。

离子性:指在水溶液中能够电离, 生成带正负电荷的物质。

阴离子氟离子、氯离子、硝酸根离子、硫酸根离子等。

阳离子:钾离子、钠离子、钙离子等。

离子色谱法测定范围比较广泛, 包括有机阴阳离子、无机阴阳离子等等。我们通常测定的多为无机阴离子, 如卤素、酸根阴离子等。

2.2 仪器和设备

2.2.1 瑞士万通883型离子色谱仪, 配备有863自动进样系统、淋洗液泵、分析柱、保护柱、抑制器、电导检测器、样品定量环、数据处理系统 (色谱工作站) 等。

2.2.2 0.45um微孔滤膜过滤器

2.2.3 Milli-Q Academic型超纯水机

2.3 试剂和材料

2.3.1 硫酸根离子标准储备液:500mg/l (国家地质实验测试中心提供)

2.3.2 碳酸氢钠、碳酸钠、硫酸 (均为优级纯)

2.3.3 超纯水:电阻>18兆欧, 用0.45um微孔滤膜过滤

2.4 分析条件

2.4.1 分离柱:瑞士万通阴离子交换柱Metrosep A Supp 4250/4.05.2

2.4.2 保护柱:瑞士万通Metrosep A Supp 4/5 Guard, 保护分离柱免受污染

2.4.3 检测器:电导检测器, 测量溶液中离子的电导率

2.4.4 抑制器:MSM Rotor抑制器, 抑制降低背景电导率, 提高色谱检测灵敏度

2.4.5 淋洗液:1.7mmol/l Na HCO3/1.8mmol/l Na2CO3

2.4.6 再生液:0.05mol/l硫酸溶液

2.4.7 进样量:20ul

2.4.8 流速为:1.0m L/min

2.4.9 测定方式:选择测量序列, 多个样品连续测定。电导实验数据的采集处理和整个系统操作均由Mag IC Net Basic色谱工作站控制, 自动完成。

2.5 分析步骤

2.5.1 标准曲线的绘制

根据测定样品的浓度范围, 首先绘制标准曲线。我们采用国家地质实验测试中心提供的浓度为500mg/L的硫酸根离子标准溶液为储备液。

分别移取上述储备液0m L、2m L、4m L, 6m L, 8m L, 10m L于50m L容量瓶中, 用超纯水稀释定容至刻度、摇匀, 即配制成一系列标准溶液。其硫酸根含量如下表:

以硫酸根含量为横坐标, 电导率为纵坐标, 绘制标准曲线, 得出线性方程和相关系数

2.5.2 线性关系

硫酸根标准样品的质量浓度在20.0mg/l-100.0 mg/L时, 峰面积与质量浓度成良好的线性关系, 线性方程:A=-0.214855+5.43813E-3×Q (r2=0.9999) 。相对标准偏差RSD=0.785%。

2.5.3 样品的测定

2.5.3. 1 样品的预处理

由于浓水中硫酸根含量较高, 并且含有大量干扰物, 影响硫酸根离子的测定, 因此, 不能直接测定样品, 应先将样品进行适当稀释, 再将稀释液用0.45um孔径微孔滤膜过滤, 以消除颗粒和金属离子的干扰。

2.5.3. 2 样品的测定

将处理好的样品放入自动进样器样品盘中, 在做好的标准曲线下, 用离子色谱对神华包头煤化工公用工程装置RO浓水进行硫酸根含量分析。

结果如表一:

硫酸根标准谱图和样品谱图如图2和图3所示。

由上述结果可以看出, 使用离子色谱法测定公用工程装置RO浓水中的硫酸根含量, 对样品进行适当稀释后, 可以得到良好的谱图, 由于采用自动进样, 可同时测定多个样品, 测定过程方便快捷, 检测灵敏度较高, 操作性较强。

2.6 方法精密度

将浓度为80mg/l的样品重复进样5次, 样品浓度的相对标准偏差RSD为1.79%, 表明该方法重复性良好。

2.7 方法对照

测定结果见表二:

为了验证此法的准确性, 我们采用重量法 (仲裁法) 对相同的浓水样品进行了测定。

重量法测定的原理是在酸性条件下硫酸盐与氯化钡反应, 生成硫酸钡沉淀, 经过滤干燥称重后, 根据硫酸钡质量来求出硫酸根含量。

2.8 结果比较

采用离子色谱法和重量法对相同样品进行测定, 经过结果的比较, 两种方法测定结果没有显著性差异。结果见表三

3. 实验说明

3.1 实验前, 在完成排气工作之后, 应等待仪器充分稳定平衡后再进行测定, 以得到良好的谱图, 最好是稳定半小时以上, 具体视基线情况而定。

3.2 为避免细菌滋生, 破坏分离柱, 淋洗液、再生液以及冲洗液应当保持新鲜, 定期更换。

3.3 淋洗液配制时各化学成分比例要准确, 严格称量, 以得到良好的线性曲线。

4. 结语

利用离子色谱法对浓水中硫酸根离子含量进行分析, 重现性较好, 灵敏度较高。与国标仲裁法重量法对比, 两者结果误差在测定允许范围内。但是, 重量法操作步骤繁琐, 样品需经溶解、沉淀、放置、洗涤、灼烧等一系列过程, 分析周期长, 不适用于中间控制快速报出结果。而离子色谱法操作简便快速、灵敏度高、选择性好, 根据样品的浓度不同, 可制作不同的曲线, 方法线性范围宽。因此, 采用离子色谱法对浓水中硫酸根含量进行测定, 也能准确测定其含量。试验结果表明, 将样品进行适当稀释后, 使用离子色谱法测定硫酸盐含量可大大提高工作效率, 具有很强的可操作性, 适合用于化工厂中回用水再利用阴阳离子较高时硫酸根离子的测定。

摘要：建立了离子色谱法测定公用工程装置浓水中硫酸根含量的方法。本法采用瑞士万通883型离子色谱仪、863自动进样器, 以碳酸盐溶液为淋洗液, 利用离子交换原理, 将处理后的样品通过离子交换分离柱分离后, 用抑制电导法检测出硫酸根的含量。实验表明, 用离子色谱法测定稀释后的浓水中的硫酸根离子含量, 可有效消除干扰, 操作简便, 分析速度快, 选择性较好, 重现性较高, 能够准确测定出浓水中硫酸根的含量。

关键词：浓水,硫酸根,离子色谱法