离子色谱法在火力发电厂汽水品质测定中的应用

摘 要：随着火力发电厂对于安全经济运行要求的日益提升，对于机组汽水品质的要求也逐渐提高，尤其是大容量、高参数的机组对汽水品质的要求更加严格。利用离子色谱法对水质进行实验，结果稳定、精确，满足了化验室对于低含量及痕量的离子的实验要求。

关键词：离子色谱法；水质分析；测定方法；应用

为保证机组运行中的安全稳定，减少结垢、腐蚀，提高经济性，减少对环境的污染，火力发电厂在调试及运行过程中需对汽水品质进行各项目的化验工作，而大容量、高参数的机组对汽水品质的要求更加严格。因此低含量、痕量离子的测定成为了化验室工作的日常。离子色谱法是一种准确、高效的液相色谱分析法。不仅可以对水样中低含量及痕量离子进行准确的分析，还具备同时分析多种离子的优点。相对于滴定，分光光度法等常规的化验分析手法有很大的优势。下面文章将重点探讨离子色谱法在火电厂汽水品质分析中的应用。

1 仪器、设备

1.1 离子色谱仪

采用Dionex ICS-1600型号离子色谱仪，其基本工作流程为当样品阀处于装样位置时，一定体积的样品溶液被注入样品定量环，当样品阀切换到进样位置时，淋洗液将样品定量环中的样品溶液带入分析柱，被测阴阳离子根据其在分析柱的保留特性不同实现分离。淋洗液携带样品通过阴离子型抑制器时所有阳离子被交换成为氢离子，氢氧根型淋洗液转换为水；通过阳离子型抑制器时所有阴离子被交换成为氢氧根离子，氢离子型淋洗液被转换成为水，从而降低背景电导。与此同时被测的阴阳离子分别转化成为相对应的酸和碱，电导率升高。由电导检测器检测其电导信号。通过数据处理系统记录并显示色谱图。以保留时间对被测阴阳离子进行定性，以峰面积对被测阴阳离子定量，测出相对应的离子含量。

相关技术指标：最大操作压力35MPa，压力波动

1.2 保护柱

RFICTM IonPac AG15 2×50mm Guard，RFICTM IonPac CG12 4×50mm Guard。置于分析柱之前，通常采用与分析柱相同的离子交换材料用于保护分析柱免受颗粒物或不可逆保留物等杂质的污染。

1.3 分析柱

RFICTM IonPac AS15 2×250mm Analytical，RFICTM IonPac CS12 4×250mm Analytical。根据待测例子的保留特性，在检测前将被检测离子分离的交换柱。

1.4 抑制器

RFIC ASRS 300 2-mm Self-Regenerating Suppressor， RFIC CSRS 300 4-mm Self-Regenerating Suppressor。置于检测器之前，用于降低淋洗液的背景电导，增加被测离子的电导响应。

1.5 电导检测器

2 试剂及材料

2.1 淋洗液

（1）高纯氢氧化钾溶液（阴离子系统）：30mmol/L。称取1.683g高纯氢氧化钾溶于高纯水中，转移至1000mL聚乙烯容量瓶中，用高纯水稀释至刻度，摇匀。贮于聚乙烯瓶中。（2）高纯甲基磺酸溶液（阳离子系统）：20mmol/L。量取1285μL甲基磺酸溶于高纯水中，转移至1000mL容量瓶中，用高纯水稀释至刻度，摇匀。贮于聚四氟乙烯瓶中。

2.2 标准工作溶液

（1）Dionex五种阴离子标准溶液：氟离子20mg/L，氯离子30mg/L，硝酸根100mg/L，磷酸根150mg/L，硫酸根150mg/L。（2）Dionex六种阳离子标准溶液：锂离子50mg/L，钠离子200mg/L，铵离子400mg/L，钾离子200mg/L，镁离子200mg/L，钙离子1000mg/L。

根据实际待测水样需要将标准溶液稀释至所需浓度。准备五个浓度水平的标准工作溶液。

3 绘制工作曲线

3.1 仪器准备及工作条件

（1）启动离子色谱仪，调整仪器，平衡系统至基线平稳。（2）根据分析柱的性能及待测水样离子浓度范围等因素，选择合适的样品定量环。（3）经前期多次对淋洗液浓度，抑制器电流，系统流速及进样体积的试验，选择工作条件如表3。

3.2 标准工作曲线的绘制

（1）分析标准工作溶液，记录色谱图上的个峰值的出峰时间，确定各种离子的保留时间。以离子浓度为横坐标，以峰面积为纵坐标绘制工作曲线，线性相关系数应大于0.990（最好0.999以上）。（2）根据所选择的分析柱，配制相应的淋洗液，其出峰顺序是相应固定的。根据出峰顺序及线性关系确定各色谱峰的性质。阴离子系统出峰顺序：氟离子，氯离子，硝酸根，硫酸根，磷酸根。阳离子系统出峰顺序：锂离子，钠离子，铵离子，钾离子，镁离子，钙离子。

3.3 标准工作溶液和水样的进样体积应保持一致

4 水样分析步骤

4.1 试样溶液的制备

先用0.45μm一次性针筒微膜过滤器过滤水样。处理后的水样体积保证测定需要体积。然后根据水样中实际阴阳离子的含量，量取一定量处理后的水样，选择合适的比例稀释。

4.2 试样溶液的分析

在与标准工作溶液相同的测试条件下，对试样进行分析测定，根据被测离子的峰面积，由相应的标准工作曲线确定各离子浓度。

5 结果

分析结果保留两位小数。

6 讨论

6.1 对比分析

一般水样中的离子分析采用的方法各有不同，如电极法、滴定法、容量法、分光光度法等方法。而在痕量离子分析测定中都会存在不同程度的干扰和误差。

（1）氟离子：氟离子一般采用离子选择电极法，某些高价阳离子（例如三价铁、铝和四价硅）及氢离子能与氟离子络合而产生干扰，其干扰程度取决于络合离子的种类和浓度、氟化物的浓度及溶液的pH值等。在碱性溶液中氢氧根离子的浓度大于氟离子浓度的十分之一时影响测定。而氟硼酸盐离子也对氟电极有影响。电极法的最低检测限一般为0.05mg/L，经多次低浓度连续进样判断，在加大进样量的情况下离子色谱法测定氟离子的最低检测限可达到0.002mg/L。（2）氯离子：氯离子的测定一般采用摩尔滴定法，人工定量分析，终点颜色不易判定，干扰不易消除，且含量低于5mg/L的水样无法测定。对于含量低于5mg/L的水样，离子色谱法依旧可以得到较好的准确度和精确度。（3）硫酸根：硫酸盐常规的测定方法为分光光度法，适用于检测硫酸盐含量高于1mg/L的水样。在硅含量大于500mg/L无法使用分光光度法，并且带色物质会干扰测定。离子色谱法则可排除硅及带色物质的干扰，并且大大降低其最低检测限。（4）硝酸根：紫外光度法测量硝酸根时，亚硝酸盐、某些有机物都会对实验产生一定程度的干扰，需排除干扰后方能测量。（5）钾、钠离子：检测钾、钠离子通常使用的原子吸收光谱法与离子色谱法均能取得较好的测量效果，原子吸收光谱法测量时间短，而离子色谱法优势在于可同时测量多种阳离子。（6）钙、镁离子：化验室一般采用滴定法测定钙、镁离子。在实验过程中，铁、铝离子，某些有机物及实验员对于终点的判断都成为影响实验结果的因素。

6.2 离子色谱法的优劣势

离子色谱法在实验中体现了优异的检出限及抗干扰能力，在对低含量乃至痕量的离子进行测定时更体现出其稳定，精确的优势。方法简单、快速、灵敏度高，重复性好，水样需求量少，实验过程中使用的药剂量少，不产生对环境产生有害影响的物质。对于水样可同时实现多种离子的测量，减少试验时间。

另一方面，在火电厂实验室中，离子色谱法也存在一定的劣势。离子色谱法前期需要大量的实验确定进样量、淋洗液浓度、流速等。对于大量水样只需进行单项离子的实验时，测试时间相对较长。

综合评价，离子色谱在化验室中的应用比较广泛，可取得较好的实验效果，为实验的准确率提供了保证。如表4显示，通过测定某火力发电厂机组炉水水样证明，离子色谱测定水样各种离子含量准确，符合实验要求。

参考文献

[1]GB/T 14642-2009.工业循环冷却水及锅炉水中氟、氯、磷酸根、亚硝酸根、硝酸根和硫酸根的测定离子色谱法[S].北京：中国标准出版社，2011.

[2]GB/T 15454-2009.工业循环冷却水中钠、铵、钾、镁和钙离子的测定离子色谱法[S].北京：中国标准出版社，2011.