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高纯水离子色谱分析方法
发布时间:2009/6/26  阅读次数:1345  字体大小: 【】 【】【
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高纯水
水是电力工业的主要资源。据估计,一个普通的电厂每年至少要消耗十亿加仑的水才能满足人们日常生活中用电的需要。更为重要的是这种用来发电的水并不是人们日常生活中用的自来水,而是高度提纯后的高纯水。那么,电厂是如何确保它们所用的水是不含有腐蚀性物质的高纯度水的呢?如果仅仅把采集到的水样拿到实验室进行分析,水样会在这一过程中引入污染物,这种污染物的存在可能会导致错误的检测结果。然而,通过在线分析仪器的使用,产生这种错误的可能性会从根本上予以消除。
这种在线分析方法正被多家电力公司所采纳。很多电厂现在要求用更少的工作人员从事更多的工作,以前手动的分析方式要被自动化的分析方式所取代。本章讨论离子色谱在电力工业实验室和在线水质监测中的应用。
应用包括:
阴离子
高纯水“空白”分析直接进样测定电厂高纯水中痕量阴离子,直接进样分析抛光液用EG40淋洗液发生器、IonPacAS11和AS15分析柱分析痕量阴离子,用IonPacAS15分析柱检测痕量阴离子,用IonPacAS11分析柱检测痕量阴离子  。阳离子漏气量与阳离子电导率硫酸盐漂移以柱切换方式直接进样,测定阳离子对样品预浓缩后测定痕量阳离子钠的漂移,给水中锰的分析测定蒸气发生器(锅炉)的Hideout  Return的测定,过渡金属痕量金属的测定样品预浓缩后测定痕量过渡金属蒸气冷凝液中过渡金属的测定硅和硼二氧化硅的测定硼的测定阴离子高纯水“空白”分析右图为高纯水空白分析的离子色谱图。一般来说,空白越低,系统的检测限就越低。在电力工业中用大规模水纯化系统,常用该系统的水作空白。第八章将详细介绍用于得到该色谱图的大体积直接进样技术。
  直接进样所得高纯水空白分析色谱图分析柱:Ion
PacAG11,AS11,  2mm淋洗液:NaOH梯度        0.5mM          0-2.5Min                                                                                
5.0mM          2.5-6.0Min                                                                                  
  26mM            6.0-20Min
流速:0.5mL/Min进样量:750uL抑制器:ASRS  外
加水模式检测器:电导检测器
色谱峰:1  氟离子  <200ng/L2  醋酸  <200ng/L
3  甲酸  <200ng/L样品制备:经过离子交换树脂的去离子水直接进样

直接进样测定电厂高纯水中痕量阴离子在电力工业中,高纯水可用来减小有些阴离子,如:硫酸根、氯离子和氟离子对金属管路的腐蚀。这些阴离子对锅炉和反应容器、再循环管路、热交换器、连接管道及轮机结构材料是有害的。多数发电厂试图在锅炉给水中把这些离子控制在<1.0ug/L以下(ppb),一些核电站可以把阴离子污染物控制在<0.2ug/L以下。该离子色谱图显示了这些离子的分离结果(大体积直接进样)。大体积直接进样技术允许离子色谱使用者检测到低于ug/L的很多阴离子。此离子色谱图显示了100-2000ug/L(ppt)水平阴离子的分离和定量结果。  直接进样分析抛光液  分析柱:IonPacAS11,2mm淋洗液:NaOH梯度0.5-26mM进样量:750uL,直接进样检测器:抑制电导检测器,ASRS  外加水模式色谱峰:1氟离子0.09  ug/L2醋酸0.05  ug/L3甲酸0.46  ug/L4氯离子0.34  ug/L5亚硝酸根<0.02  ug/L6溴离子<0.03  ug/L7硝酸根0.40  ug/L8未知离子    9碳酸盐    10硫酸根0.10  ug/L11草酸0.07  ug/L12磷酸根<0.1  ug/L  用EG40淋洗液发生器、IonPacAS11和AS15分析柱分析痕量阴离子用不同的分析柱和EG40淋洗液发生器产生的淋洗液对痕量阴离子进行分析分离比较。上图为IonPacAS15分析柱,梯度淋洗;下图为IonPacAS11分析柱,  梯度淋洗。将其分离结果作一比较后表明:IonPacAS15对早期洗脱的有机酸有较好的分离。用IonPacAS15柱,氟离子、羟基乙酸、醋酸和甲酸都得到很好的分离。锅炉给水中被检测的低分子量的有机酸(比如:醋酸、甲酸等)是用来控制循环水的pH值和循环补给水中的有机污染物高温降解后的产物。用EG40淋洗液发生器可降低淋洗中的碳酸根,提高仪器灵敏度并减少基线漂移,从而降低背景电导。图谱中的碳酸盐可见峰是由样品中的碳酸盐杂质产生的。消除淋洗液中碳酸根后,可得到一条更平滑的基线。用IonPacAS15分析柱检测痕量阴离子  分析柱:IonPacAG15,AS15,2mm淋洗液:8mM  KOH梯度,0-6.0Min                60mM  KOH梯度,6-60Min淋洗液发生器:EG40温度:30℃流速:0.5mL/min进样量:1m L检测器:抑制电导检测器,ASRS-ULTRA自动抑制,外加水模式色谱峰:1  氟离子  0.18ng/L  2  羟乙酸  3.35  ng/L  3醋酸  3.86  ng/L  4甲酸  3.63  ng/L  5氯离子  1.03  ng/L  6  亚硝酸根  1.17  ng/L  7  碳酸根      8  硫酸根  0.91  ng/L  9草酸  0.97  ng/L  10  溴离子  2.87  ng/L  11  硝酸根  1.89  ng/L  12磷酸根  3.07  ng/L用IonPacAS11分析柱检测痕量阴离子  分析柱:IonPacAG11,AS11,2mm淋洗液:  0.5mM  KOH梯度(EG40淋洗液发生器),0-2.5Min                  5.0 mM  KOH梯度,2.5-6Min                  26  mM  KOH梯度,6-20Min流速:0.5mL/min进样量:1mL检测器:抑制电导检测器,ASRS-ULTRA,自动抑制,外加水模式色谱峰:1氟离子0.37ug/L2醋酸1.00  ug/L3甲酸0.93  ug/L4氯离子0.44  ug/L5亚硝酸根0.27  ug/L6溴离子1.00  ug/L7硝酸根0.33  ug/L8碳酸根    9硫酸根0.64  ug/L10草酸0.39  ug/L11磷酸根1.10  ug/L用EG40淋洗液发生器、等度洗脱测定痕量阴离子IonPacAS15分析柱可以一次进样等度洗脱来测定无机阴离子。EG40(将在第六章中讲到)提供了简单、高纯度的淋洗液,从而降低了噪音和背景值,简化痕量离子的分析测定。  IonPacAS15色谱柱对常见无机阴离子的快速分离色谱图  分析柱:IonPacAG15,AS15,2mm淋洗液:40  mM  KOH淋洗液发生器:EG40流速:0.5mL/min进样量:5uL温度:30℃检测器:抑制电导检测器,ASRS-ULTRA,自动抑制  循环模式色谱峰:1氟化离子2.0mg/L2氯离子5.0  mg/L3碳酸根    4亚硝酸根10.0  mg/L5硫酸根10.0  mg/L6溴离子20.0  mg/L7硝酸根20.0  mg/L8磷酸根30.0  mg/L 用EG40淋洗液发生器、梯度淋洗测定痕量阴离子IonPacAS15分析柱配以梯度洗脱方式是检测无机阴离子和有机酸的最佳选择。用EG40淋洗液发生器进行梯度洗脱十分简便,并且可以消除由人工配制淋洗液过程中产生的一小部分碳酸根。消除碳酸根的污染物后可以减小基线漂移,并且可以迅速达到的再平衡。用IonPacAS15分析柱检测痕量阴离子分析柱:IonPacAG15,AS15,2mm淋洗液:8mM    KOH梯度        0-6.0Min                60mM  KOH梯度6.0-16Min  淋洗液发生器:EG40流速:0.5mL/min进样量:1mL温度:30℃检测器:抑制电导检测器,ASRS-ULTRA,自动抑制,外加水模式色谱峰:1氟离子0.35ug/L2羟乙酸0.98  ug/L3醋酸1.50  ug/L4甲酸1.30  ug/L5氯离子0.46  ug/L6亚硝酸根0.46  ug/L7碳酸根    8硫酸根0.26  ug/L9草酸0.30  ug/L10溴离子0.84  ug/L11硝酸根0.29  ug/L12磷酸根0.8  ug/L  对样品预浓缩后测定其中痕量阴离子除了直接进样之外,用保护柱(或预浓缩柱)可以提供更低的检测限。8806为10mL预浓缩样品的分离色谱图,10826为80mL预浓缩样品的分离色谱图。预浓缩增加了总的分析时间。  第八章将详细介绍预浓缩技术。超纯水预浓缩后测定其中的痕量阴离子分析柱:IonPacAG10,AS10,2mm淋洗液1:去离子水淋洗液2:200mM  NaOH流速:0.25mL/min梯度:时间%1淋洗液%2淋洗液0505073070205050检测器:抑制电导检测器,自动抑制,ASRS(2-mm)浓缩柱:AC10(2-mm)样品量:10mL色谱峰:1氟离子2.5ug/L2氯离子5.0  ug/L3硫酸根5.0  ug/L4磷酸根5.0  ug/L5未知    6硝酸根10  ug/L分析柱:IonPacAS4A淋洗液:1.75mM  碳酸氢钠溶液                2.5mM  碳酸钠溶液流速:1.0mL/min检测器:抑制电导检测器浓缩:80mL  样品      TAC-2浓缩柱色谱峰:1氟离子0.100ug/L2氯离子0.100  ug/L3亚硝酸根0.500  ug/L4溴离子0.500  ug/L5硝酸根0.500  ug/L6磷酸根0.500  ug/L7硫酸根0.500  ug/L8阴离子漏气量与阳离子电导率阳离子电导检测器是电力工业中用来防御腐蚀性污染物的典型仪器。阳离子电导率检测的是在酸性状态下的总的阳离子电导率。如果阳离子电导率超过一个特定水平(比如:0.3umho燃煤电站给水),那么就会降低电厂电力。由于阳离子电导检测器除受非腐蚀性离子影响应外,还受腐蚀性离子的影响,所以不一定要完全按照阳离子电导率来降低电厂电力。漏气量与阳离子电导率的识别,硫酸根侵蚀  硫酸盐漂移电力研究机构(EPRI)在美国拥有超过700个会员,同时还包括来自西欧、中欧、东欧以及南非、印度、东亚、南美等很多国际会员。EPRI已发展了针对燃煤发电及核发电的水化学标准,该个标准列出了氯离子和硫酸根的检出限。在这个例子中,某一水样中的硫酸根含量超过了EPRI  CS-4629出版物中所列的硫酸根的含量:“过渡时期燃煤电厂循环化学指南“精细加工流出液中硫酸根漂移的在线分析色谱图Click  for  chromatogram以柱切换方式直接进样测定阳离子  在第八章中详细描述的直接进样和柱切换技术对阳离子的检测很有用。12272-01是利用IonPacCS-12A,2mm分析柱和500uL进样环分析碱金属和碱土金属的色谱图。11524是对上述物质和乙醇胺的分离色谱图。通过改变分析物的洗脱顺序作时间,柱切换技术可以优化分离开铵和乙醇胺。柱切换技术的目的在于进一步分离钠和胺,从而使得在较高浓度胺的存在下,钠离子可在较低的浓度得以分离。直接进样测定阳离子分析柱:IonPacCS-12A,2mm淋洗液:22mN  硫酸流速:0.25mL/m进样量:500uL色谱峰:1锂0.25ug/L2钠1.0  ug/L3铵1.2  ug/L4钾2.5  ug/L5镁1.2  ug/L6钙2.5  ug/L利用柱切换装置分离阳离子分析柱:IonPacCG12A,CS12A,CS10淋洗液:24mM  甲磺酸流速:1.0mL/min进样量:25uL检测器:抑制电导检测器,CSRS自动抑制切换时间:6分钟色谱峰:1镁0.5mg/L2钙0.75  mg/L3锂0.5  mg/L4钠2.0  mg/L5铵2.5  mg/L6乙醇胺6.0  mg/L7钾5.0  mg/L对样品预浓缩后测定痕量阳离子W当测定低于ppb水平的离子含量时,许多分析者都运用预浓缩技术。在这种技术中,进样环将被一根短的保护柱或预浓缩柱所取代。这种预浓缩柱含有类似于分析柱中的离子交换材料。这种保护柱可浓缩大量的纯水,并能将检出限降低几个数量级。在线离子色谱仪就是由于使用了这种技术而得到最低的检出限。第八章将详细介绍预浓缩技术。超纯水中阳离子的分离色谱图分析柱:IonPacCS12A,12mm淋洗液:20mN硫酸流速:0.25mL/min进样量:40mL,预浓缩处理后检测器:CSRS抑制电导检测器,CSRS,外加水模式色谱峰:1钠<10ng/L2铵<10ng/L3三甲基胺钠的漂移Ion  c离子色谱被用来监测水的高纯度处理过程。在色谱图中,离子色谱仪测定了不同采样点的钠离子含量。高纯水装置安装后,钠离子的含量显著增加。精加工液中的钠色谱图  给水中锰的分析测定可溶性锰的测定是监测核电厂给水中腐蚀性物质有效参数。电力研究机构(EPRI)推荐发电站用水中应检测铁离子。然而,铁离子在pH=7时仅溶40%,而锰的溶解度可达到90%。锰是实时腐蚀性监测的最好离子。在包含吗啉和氨水的给水中,锰的浓度低至40ng/L。14890所示为10ng/L的锰离子,用METPAC  CC-1  浓缩柱和柱后衍生的方法得到。13426是用IonPacCS12A柱从碱和碱土金属中分离出的锰离子的离子色谱图。锰和其他一些过渡金属离子的分离色谱图分析柱:MetPacTM  CC-1淋洗液:22mM  HCL淋洗液流速:1.0mL/min样品流速:5-10  mL/min抑制器:CMMS再生液:100mM  四丁基氢氧化胺柱后试剂:0.4mM  Pyridylazoresorcinol1.0      M  二甲基乙醇0.3  M  碳酸氢钠检测器:紫外检测器,530nm1锰10ng/L2锌和钴10ng/L3镍和铜10ng/L色谱峰:  用IonPacCS12A测定锰、碱和碱土金属分析柱:IonPacCS12A流速:1.0mL/min进样量:25uL检测器:抑制电导检测器,CSRS  自动抑制色谱峰:1锂0.5mg/L2钠2.0  mg/L3铵2.5  mg/L4钾5.0  mg/L5二乙胺10.0  mg/L6 镁2.5  mg/L7锰2.5  mg/L8钙10.0  mg/L  蒸气发生器(锅炉)的Hideout  Return的测定局部过热会将锅炉中的污染物浓度显著增加。这种现象在管座及管壁的裂缝中和污泥堆中常常发生。在早期的操作环节中,隐藏是衡量化学条件的一种量度。离子色谱被用来测量隐藏的回程,从而来计算电站设备的组成。例如:

高纯水离子色谱分析方法.doc

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