離子色譜法在火力發電廠汽水品質測定中的應用

摘 要：隨著火力發電廠對于安全經濟運行要求的日益提升，對于機組汽水品質的要求也逐漸提高，尤其是大容量、高參數的機組對汽水品質的要求更加嚴格。利用離子色譜法對水質進行實驗，結果穩定、精確，滿足了化驗室對于低含量及痕量的離子的實驗要求。

關鍵詞：離子色譜法；水質分析；測定方法；應用

為保證機組運行中的安全穩定，減少結垢、腐蝕，提高經濟性，減少對環境的污染，火力發電廠在調試及運行過程中需對汽水品質進行各項目的化驗工作，而大容量、高參數的機組對汽水品質的要求更加嚴格。因此低含量、痕量離子的測定成為了化驗室工作的日常。離子色譜法是一種準確、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行準確的分析，還具備同時分析多種離子的優點。相對于滴定，分光光度法等常規的化驗分析手法有很大的優勢。下面文章將重點探討離子色譜法在火電廠汽水品質分析中的應用。

1 儀器、設備

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樣品閥處于裝樣位置時，一定體積的樣品溶液被注入樣品定量環，當樣品閥切換到進樣位置時，淋洗液將樣品定量環中的樣品溶液帶入分析柱，被測陰陽離子根據其在分析柱的保留特性不同實現分離。淋洗液攜帶樣品通過陰離子型抑制器時所有陽離子被交換成為氫離子，氫氧根型淋洗液轉換為水；通過陽離子型抑制器時所有陰離子被交換成為氫氧根離子，氫離子型淋洗液被轉換成為水，從而降低背景電導。與此同時被測的陰陽離子分別轉化成為相對應的酸和堿，電導率升高。由電導檢測器檢測其電導信號。通過數據處理系統記錄并顯示色譜圖。以保留時間對被測陰陽離子進行定性，以峰面積對被測陰陽離子定量，測出相對應的離子含量。

相關技術指標：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，操作環境溫度5℃-60℃，溫度穩定性±0.5℃，電導池控溫范圍7℃-55℃，電導池體積<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分析柱免受顆粒物或不可逆保留物等雜質的污染。

1.3 分析柱

RFICTM IonPac AS15 2×250mm Analytical，RFICTM IonPac CS12 4×250mm Analytical。根據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，增加被測離子的電導響應。

1.5 電導檢測器

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）：30mmol/L。稱取1.683g高純氫氧化鉀溶于高純水中，轉移至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）：20mmol/L。量取1285μL甲基磺酸溶于高純水中，轉移至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 標準工作溶液

（1）Dionex五種陰離子標準溶液：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六種陽離子標準溶液：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。

根據實際待測水樣需要將標準溶液稀釋至所需濃度。準備五個濃度水平的標準工作溶液。

3 繪制工作曲線

3.1 儀器準備及工作條件

（1）啟動離子色譜儀，調整儀器，平衡系統至基線平穩。（2）根據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。（3）經前期多次對淋洗液濃度，抑制器電流，系統流速及進樣體積的試驗，選擇工作條件如表3。

3.2 標準工作曲線的繪制

（1）分析標準工作溶液，記錄色譜圖上的個峰值的出峰時間，確定各種離子的保留時間。以離子濃度為橫坐標，以峰面積為縱坐標繪制工作曲線，線性相關系數應大于0.990（最好0.999以上）。（2）根據所選擇的分析柱，配制相應的淋洗液，其出峰順序是相應固定的。根據出峰順序及線性關系確定各色譜峰的性質。陰離子系統出峰順序：氟離子，氯離子，硝酸根，硫酸根，磷酸根。陽離子系統出峰順序：鋰離子，鈉離子，銨離子，鉀離子，鎂離子，鈣離子。

3.3 標準工作溶液和水樣的進樣體積應保持一致

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。然后根據水樣中實際陰陽離子的含量，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

在與標準工作溶液相同的測試條件下，對試樣進行分析測定，根據被測離子的峰面積，由相應的標準工作曲線確定各離子濃度。

5 結果

分析結果保留兩位小數。

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，某些高價陽離子（例如三價鐵、鋁和四價硅）及氫離子能與氟離子絡合而產生干擾，其干擾程度取決于絡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，經多次低濃度連續進樣判斷，在加大進樣量的情況下離子色譜法測定氟離子的最低檢測限可達到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確度和精確度。（3）硫酸根：硫酸鹽常規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，并且帶色物質會干擾測定。離子色譜法則可排除硅及帶色物質的干擾，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，亞硝酸鹽、某些有機物都會對實驗產生一定程度的干擾，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間短，而離子色譜法優勢在于可同時測量多種陽離子。（6）鈣、鎂離子：化驗室一般采用滴定法測定鈣、鎂離子。在實驗過程中，鐵、鋁離子，某些有機物及實驗員對于終點的判斷都成為影響實驗結果的因素。

6.2 離子色譜法的優劣勢

離子色譜法在實驗中體現了優異的檢出限及抗干擾能力，在對低含量乃至痕量的離子進行測定時更體現出其穩定，精確的優勢。方法簡單、快速、靈敏度高，重復性好，水樣需求量少，實驗過程中使用的藥劑量少，不產生對環境產生有害影響的物質。對于水樣可同時實現多種離子的測量，減少試驗時間。

另一方面，在火電廠實驗室中，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驗確定進樣量、淋洗液濃度、流速等。對于大量水樣只需進行單項離子的實驗時，測試時間相對較長。

綜合評價，離子色譜在化驗室中的應用比較廣泛，可取得較好的實驗效果，為實驗的準確率提供了保證。如表4顯示，通過測定某火力發電廠機組爐水水樣證明，離子色譜測定水樣各種離子含量準確，符合實驗要求。

參考文獻

[1]GB/T 14642-2009.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[S].北京：中國標準出版社，2011.

[2]GB/T 15454-2009.工業循環冷卻水中鈉、銨、鉀、鎂和鈣離子的測定離子色譜法[S].北京：中國標準出版社，2011.