基于離子色譜法的廢氣中二氧化硫檢測(cè)方法

王時(shí)杰，應(yīng)夏芬，胡碧雯

（1.寧波安聯(lián)檢測(cè)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(duì)工業(yè)設(shè)備、建筑結(jié)構(gòu)等產(chǎn)生破壞，時(shí)刻威脅著人們的健康安全[1]。對(duì)廢氣中二氧化硫的檢測(cè)方法通常是較為單一的，雖然能夠?qū)崿F(xiàn)預(yù)期的檢測(cè)結(jié)果，但是缺乏針對(duì)性與穩(wěn)定性，檢測(cè)的環(huán)節(jié)以及流程較為復(fù)雜繁瑣，導(dǎo)致檢測(cè)誤差的出現(xiàn)[2]。為此提出對(duì)基于離子色譜法的廢氣中二氧化硫檢測(cè)方法的設(shè)計(jì)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(duì)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(cè)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(cè)范圍，從多個(gè)方面制定對(duì)應(yīng)的檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)，逐步形成更加靈活、多變的檢測(cè)結(jié)構(gòu)，面對(duì)外部環(huán)境的變化，及時(shí)進(jìn)行檢測(cè)流程的多維度調(diào)整，以此來確保廢氣中對(duì)于二氧化硫檢測(cè)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(cè)分析提供參考依據(jù)，進(jìn)一步完善廢氣檢測(cè)技術(shù)[4]。

1 實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備

1.1 材料準(zhǔn)備

針對(duì)上述測(cè)定，結(jié)合離子色譜法，對(duì)浙江寧波G企業(yè)排出廢氣中二氧化硫檢測(cè)方法進(jìn)行具體的驗(yàn)證和對(duì)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(gè)，50 mL酸式滴定管2 個(gè)[5]。除此之外，設(shè)置循環(huán)式真空泵、氣體流量計(jì)、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(duì)此次實(shí)驗(yàn)測(cè)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(cè)試環(huán)境布置。

1.2 測(cè)試布置

首先，根據(jù)當(dāng)前的設(shè)置需求，選定5 個(gè)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(gè)反應(yīng)管捆綁關(guān)聯(lián)在一起，作為測(cè)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(duì)當(dāng)前的反應(yīng)過程進(jìn)行初始的設(shè)計(jì)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(shí)間的反應(yīng)之后，過量的二氧化硫氣體參與反應(yīng)還會(huì)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(duì)廢氣中含有的二氧化硫進(jìn)行檢測(cè)。

2 實(shí)驗(yàn)方法及過程分析

基于上述搭建的測(cè)試環(huán)境，結(jié)合離子色譜法，進(jìn)行具體的測(cè)試研究。先進(jìn)行基礎(chǔ)性測(cè)試樣品的定向采集。首先，通過循環(huán)真空泵和氣體流量測(cè)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(jì)的初始讀數(shù)Z1。利用離子色譜儀，先對(duì)該氣體中的初始二氧化硫含量進(jìn)行測(cè)定估算，并計(jì)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(shí)。根據(jù)上述設(shè)定，完成對(duì)當(dāng)前模糊濃度值的計(jì)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(shí)標(biāo)定出對(duì)應(yīng)的判別標(biāo)準(zhǔn)。接下來，對(duì)反應(yīng)管進(jìn)行位置的調(diào)整，同時(shí)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(duì)二氧化硫反應(yīng)管安裝結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)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(dòng)擴(kuò)散管帶有網(wǎng)片的一端需要調(diào)整向下，同時(shí)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(cè)定計(jì)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(cè)定，實(shí)現(xiàn)對(duì)二氧化硫的摩爾質(zhì)量的計(jì)算。針對(duì)二氧化硫的摩爾質(zhì)量的變動(dòng)情況，測(cè)定出各個(gè)反應(yīng)管內(nèi)廢氣中二氧化硫的當(dāng)前含量。測(cè)試的各個(gè)反應(yīng)管之中的二氧化硫含量均是不同的，所以，此時(shí)需要相關(guān)測(cè)試人員根據(jù)被測(cè)樣品當(dāng)前的濃度以及儀器測(cè)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(duì)其的檢測(cè)必須依據(jù)此時(shí)測(cè)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(dòng)比值，進(jìn)行二氧化硫坐標(biāo)變動(dòng)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(dòng)曲線相關(guān)系數(shù)設(shè)置表

根據(jù)表1，完成對(duì)二氧化硫坐標(biāo)變動(dòng)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(dòng)比與標(biāo)準(zhǔn)曲線變動(dòng)相關(guān)系數(shù)之間存在正向的變動(dòng)關(guān)系。結(jié)合當(dāng)前得出的測(cè)試關(guān)系，對(duì)選定測(cè)試的5 個(gè)反應(yīng)管的二氧化硫含量進(jìn)行測(cè)定，分3 個(gè)階段進(jìn)行重復(fù)性的測(cè)定，利用離子色譜，測(cè)定計(jì)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(dòng)發(fā)生對(duì)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(cè)結(jié)果。以此為基礎(chǔ)，結(jié)合當(dāng)前的檢測(cè)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(duì)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(duì)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(duì)陰、陽離子數(shù)量的變動(dòng)情況，測(cè)算出二氧化硫的相對(duì)檢測(cè)偏差，具體如公式（3）所示：

式中：W 為二氧化硫的相對(duì)檢測(cè)偏差；V 為檢測(cè)廢氣體積；ζ 為檢測(cè)峰高值；r 為檢測(cè)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(cè)定，實(shí)現(xiàn)對(duì)二氧化硫的相對(duì)檢測(cè)偏差的計(jì)算，至此，完成基礎(chǔ)性的測(cè)試分析。

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及討論

綜合上述測(cè)定，完成對(duì)當(dāng)前測(cè)試數(shù)據(jù)以及信息的獲取，具體如表2 所示：

表2 測(cè)試數(shù)據(jù)對(duì)比分析表

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

結(jié)合上述的測(cè)定，通過離子色譜法，對(duì)最終得出的測(cè)試數(shù)據(jù)以及信息作出驗(yàn)證研究與定向化討論。針對(duì)5 個(gè)區(qū)域?qū)?yīng)的5 個(gè)廢氣檢測(cè)反應(yīng)管的驗(yàn)證，可以得知隨著二氧化硫?qū)崟r(shí)濃度值以及峰高波動(dòng)比相關(guān)數(shù)值的增加，相對(duì)應(yīng)的二氧化硫相對(duì)檢測(cè)偏差也隨之提升，這說明二氧化硫相對(duì)檢測(cè)偏差的高低與濃度及變動(dòng)的幅度存在正向的關(guān)系，二氧化硫?qū)崟r(shí)濃度值以及峰高波動(dòng)比提升，檢測(cè)偏差增加；二氧化硫?qū)崟r(shí)濃度值以及峰高波動(dòng)比降低，檢測(cè)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(cè)方法的設(shè)計(jì)與驗(yàn)證分析，與初始的氣體檢測(cè)結(jié)構(gòu)相比對(duì)，此次研究結(jié)合離子色譜法，所構(gòu)建的二氧化硫檢測(cè)形式更加靈活、多變，具有極強(qiáng)的針對(duì)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(duì)檢測(cè)結(jié)果的比對(duì)分析，多方向進(jìn)行檢測(cè)誤差的控制，明確標(biāo)定出當(dāng)前的廢氣檢測(cè)范圍，為后續(xù)相關(guān)行業(yè)及二氧化硫檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展與完善奠定夯實(shí)基礎(chǔ)。