運用機車冷卻液硬度分析中掩蔽劑的應用

摘 要：文章主要研究了運用中內燃機車冷卻液檢測中在有離子干擾的條件下，經常使水中總硬度（鈣、鎂離子濃度）檢測結果偏高。聯合使用絡合-沉淀離子掩蔽劑來排除這些干擾離子，能夠真實準確地反映冷卻液中鈣、鎂離子濃度含量。

關鍵詞：掩蔽劑；三乙醇胺；運用中冷卻液

1 背景

內燃機車運用中冷卻液的分析檢測是監控內燃機車柴油機質量的重要手段。定期檢測冷卻液中的總硬度（鈣、鎂離子濃度含量）和緩蝕劑的總濃度的工作，是保證機車用冷卻液質量達標，防止機車冷卻系統管道、柴油機缸套等起垢、腐蝕的重要方法；與鐵路機車的安全運營密切相關。

新制的機車冷卻液是無色、透明的液體，但是冷卻液在機車內部經過長時間高溫條件下使用后，顏色會改變成淺黃色或至深黃色（冷卻液中存在金屬干擾離子）。經檢測這種帶顏色的冷卻液鈣、鎂離子濃度含量偏高乃至不合格。

使用中的冷卻液檢測數據不合格，即產生機車用冷卻液的更換。影響機車檢修作業的交車，又浪費大量冷卻劑和處理過的水，增加了大量的經濟成本和人力。因此急需找出可行的辦法，解決使用中的冷卻液中離子干擾的問題。

2 原因分析

內燃機車冷卻系統主要是由鐵、銅和鋁等材質組成，冷卻液在長期與管道接觸后，再經過高溫作用，有部分Cu2+、Fe2+和Al3+會進入到水溶液中。Cu2+自身顯藍色，Al3+本身是無色的，Fe2+則是淺黃色的，因此，帶給我們干擾的離子主要就是Cu2+和Fe2+。

目前機務化驗采用的鈣、鎂離子濃度檢測方法是EDTA容量法，這種方法的缺點是EDTA可以與Fe2+、Ca2+、Mg2+同時絡合，因此檢測出的總硬度必然偏高。而內燃機車冷卻液中的有害離子主要是Ca2+、Mg2+，這兩種離子在長期的運行中會結成水垢，依附在機車的冷卻液系統設備上，影響機車發動機的散熱功能，引發柴油機機油的快速老化變質報廢；還會導致缸頭、缸套穴蝕，造成氣缸的提前報廢；嚴重的會造成機車運行中停機。我們將這種有害離子稱之為“目標檢測離子”，而Fe2+、Al3+等金屬離子并不會造成管道結垢，我們將其稱之為“干擾離子”。因此怎樣消除“干擾離子”（Fe2+、Al3+）對“目標檢測離子”（Ca2+、Mg2+）檢測結果的影響是本文要研究的事情。

3 實驗方法分析

3.1 實驗方法的選擇：EDTA屬于氨羧絡合劑，具有非常廣泛的絡合作用；而我們的實際分析對象是具有含多種元素屬性；這些元素之間經常相互干擾；因此選擇性滴定Ca2+、Mg2+是需要解決的重要問題。

通過查閱各金屬與EDTA絡合物的穩定常數如表1：

從表1中數據可以得出結論：Ca2+、Mg2+與EDTA的絡合常數要小于其他幾種離子，也就是說，我們的目標檢測離子的絡合常數小于干擾離子的絡合常數，這意味著我們不能使用控制酸度進行分步滴定法來解決問題，必須要采用離子掩蔽法，將干擾離子掩蔽。否則采用EDTA檢測方法將無法準確測定Ca2+、Mg2+離子真實含量。

3.2 掩蔽劑的基本功能：在化學分析中，干擾離子會影響分析結果的準確性，如何消除其它離子的干擾，提高分析結果的準確度，除了發展高選擇性的試劑外，掩蔽劑的使用也是一個很重要的途徑，它對改進舊有方法和發展新方法都具有很大的實際意義。

分析化學中的所謂“掩蔽”，是指離子或分子無須進行分離而僅經過一定的化學反應（通常是形成絡合物）即可不再干擾分析反應的過程。對于有干擾的離子或分子，如不用分離的方法，則必須借助于掩蔽手段。

3.3 選擇掩蔽劑的一般原則

常用的掩蔽劑有無機掩蔽劑和有機掩蔽劑兩大類。有機掩蔽劑品種更多，效果更好，得到了更多的研究和應用。

3.3.1 掩蔽劑與干擾離子所形成的絡合物的穩定常數必須足夠地高。與其相反，與被測離子形成的絡合物的穩定常數應盡可能低。

3.3.2 掩蔽反應的速度應當足夠地快。

3.3.3 掩蔽產物最好是無色的或淺色的，而且在水中有足夠大的溶解度，或者形成不影響滴定終點判斷的沉淀。

3.3.4 不影響目標檢測離子與滴定劑的化學反應。

3.3.5 掩蔽劑加入后，并不影響溶液的pH值。

3.3.6 所選用的掩蔽劑最好是低毒或無毒的。

3.4 掩蔽劑的選擇：根據掩蔽劑的選擇原則，結合我們檢測的是無機的金屬離子含量，我們決定采用有機掩蔽劑，這樣可以盡可能地減少對被測物的影響。三乙醇胺作為常用的配位絡合掩蔽劑，對Al3+、Fe2+有著非常理想的掩蔽效果，能夠與Al3+、Fe2+形成穩定的絡合物，而且不與目標檢測離子作用，最適合掩蔽Al3+、Fe2+這類變價金屬離子，又不影響被測離子；而對于Cu2+，可以通過一些沉淀掩蔽劑比如Na2S來進行掩蔽。我們通過一些計算來驗證選取該掩蔽劑的可行性。

滿足絡合滴定的條件。

4 實驗驗證

4.1 實驗儀器與試劑、樣品

4.1.1 掩蔽劑三乙醇胺：（1+2）的水溶液

4.1.2 硫化鈉：用A.R.Na2S配制成0.2mol/l的水溶液；

4.1.3 銨鹽緩沖溶液（PH=10）：稱取67.5g氯化銨溶于200ml水中加入570ml氨水，用水稀釋至1L

4.1.4 標準硬度的待測水：取新制的蒸餾軟水500ml（Ca2+、Mg2+離子濃度為0），在其中加入1g的A.R.CaCl2，1g的A.R.MgCl2完全溶解后備用。

4.1.5 1+2的硫酸溶液

4.1.6 EDTA二鈉標準溶液（0.025mol）

4.1.7 EBT指示劑：鉻黑T干粉指示劑稱取0.5g鉻黑T，加10.0gNaCl充分混合、碾磨均勻，通過40～50目，儲于棕色瓶中，密塞備用。

4.1.8檢測樣品

A、備兩份：運用機車（運行20萬公里）中的冷卻液待測樣，顏色深黃色（DF4D557機車冷卻液、DF43031機車冷卻）。B、備1份：按照標準配制的新冷卻液。

4.1.9 酸式滴定管一只，三角燒瓶若干，蒸餾水洗瓶一個，25ml量筒一支

4.2 驗證掩蔽劑對被測離子的干擾性

5 結束語

通過上述實驗可知，對機車冷卻液而言三乙醇胺和硫化鈉是一種非常理想的（干擾）離子掩蔽劑，通過這兩種絡合和沉淀掩蔽劑的聯合使用，使內燃機車運用中冷卻液中Ca2+、Mg2+硬度檢測中的干擾離子完全被掩蔽，相較于現有的檢測方法可以較為準確地檢測出冷卻液的真實硬度，較好地解決了工作中的實際問題，避免了機車誤換水，產生了良好的經濟效益。

參考文獻

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