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準偏差、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的范圍內具有較好的準確度。

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現，在不同的硫酸根離子濃度下，測定的精度有較大的區別。本實驗目的是用離子色譜法探索循環水中不同硫酸根離子濃度下同一儀器精度的變化，以尋求合適的循環水中硫酸根離子的測定范圍。

2 實驗部分

2.1 實驗原理

離子色譜分離，主要是應用離子交換的原理，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氫氧化鉀淋洗液進入離子交換柱系統（由保護柱和分離柱組成），根據分離柱對各陰離子的不同親合力進行分離，已分離的陰離子流經抑制器系統換成高電導率的強酸，淋洗液則轉變成為弱電導率的水。由電導檢測器測量待測陰離子的電導率，以相對保留時間和峰面積進行定性和定量。［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陰離子保護柱，電導檢測器，ASRS 300 4-mm自身再生抑制器，ICS-2000淋洗液發生器（產生20 mmol/L的KOH溶液），色譜工作站。

試劑:硫酸根離子標準溶液（濃度為1367.5 mg/ L，擴展不確定度為5）；高純水。

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

2.3 配置硫酸根離子標準溶液［2］

①硫酸根離子貯備液（410.25 mg/L）取15 mL濃度為1367.5 mg/L硫酸根離子標準溶液于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硫酸根離子標準溶液于25 mL容量瓶中，加入高純水定容至刻度。

2.4 實驗方法

按照離子色譜儀操作規程進行調節儀器參數、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準溶液

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的硫酸根離子標準溶液。

2.4.2 實驗內容

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硫酸根標準溶液5次以上，并計算其平均值、標準偏差和相對誤差，結果見表1。

表1 測定系列濃度硫酸根離子的平均值、標準偏差和相對誤差

2.4.2.1 標準工作曲線

以表1中的標值和平均值繪制硫酸根離子的標準工作曲線，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中的標值和標準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的硫酸根離子標準溶液，其色譜圖，見圖4。

新課改背景下，教學手段愈加多樣化，這使得教師課堂教學形式并非局限于課堂教學。在小學德育教學及心理健康教學中，教師可以借助更多的活動及游戲等方式來開展教學。在小學教學中，為增強學生的社會責任感，教師可組織學生開展角色扮演活動，讓學生分別扮演環衛工、交警、教師等角色，讓學生在角色扮演的過程中充分體會到各崗位人員、工作人員對社會發展所發揮的作用，并且讓學生學會尊重他人，設身處地為他人著想，這樣可進一步增強學生的社會責任感。

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

根據工業循環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標準），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。繪制標準工作曲線或計算出回歸方程，線性相關系數應大于0.990（最好0.999以上）。[3]

3.1 線性關系

由圖1標準工作曲線圖可以看出，線性方程為：y=0.9975x；相關系數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系。

3.2 精密度

由圖2精密度曲線圖可以看出，當溶液濃度在0.10～120 mg/L時，其標準偏差為0.02～2.5之間。所采用的硫酸根標準溶液試劑其擴展不確定度為5，根據擴展不確定度U=K×標準不確定度，可知，標準溶液的標準偏差為2.5。[注1]因此，當溶液濃度在0.10～120mg/L之間時，符合標準溶液精密度要求。

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儀器的性能良好。而當溶液濃度小于0.2 mg/L時，出現了肩峰而當溶液濃度大于273.5 mg/L時，出現了拖尾現象。

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：實際測試中柱的分離度大于1.3，能滿足測試要求。

4 結論

表3 柱的分離度

[2]國家質量監督檢驗檢疫總局.化學試劑標準滴定溶液的制備. 2003.4.1.

[3]中華人民共和國國家質量監督檢驗檢疫總局中國國家標準化管理委員會.工業循環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.美國戴安公司關于飲用水中陰陽離子和消毒副產物離子色譜分析論文集.2005.6.

表4 能源介質平均消耗量

5 結論與建議

（1）國產化的噴霧焙燒法酸再生系統設計及裝備已完全成熟，機組運行穩定、可靠。尾氣排放指標良好，到達了《軋鋼工業大氣污染物排放標準》GB 28665的排放標準，同時也達到了寶鋼集團內部的排放標準。但隨著國家對污染物排放濃度的要求越來越嚴格，酸再生技術仍需不斷改進與創新，制造水平仍需不斷提高，才能滿足減排的需求。

（2）本酸再生系統的氧化鐵粉副產品可以達到《鐵氧體用氧化鐵》GB/T 24244-2009中YHT3級指標（質量分數）。若需進一步提高氧化鐵粉附加值，則需要減少廢酸中雜質的含量，優化酸洗、酸再生系統運行參數，以得到更高品質的氧化鐵粉產品。另外，除增加廢酸凈化系統外，還應加強對氧化鐵粉深加工的技術研究，以擴大其使用范圍。

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

[參考文獻]

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

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

[3]軋鋼工業大氣污染物排放標準GB28665[S].中華人民共和國國家標準，2012.

收稿日期：2013-02-16

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

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年畢業于內蒙古科技大學化學工程與工藝專業，大學本科學歷，現從事分析檢驗方面工作。

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

注1：K表示置信水平為95%。標準不確定度以標準偏差表示的不確定度。可以得出標準溶液試劑的精密度為2.5。