离子色谱法测定水中硫酸根离子浓度范围的探讨

张枫华，雷仲存，顾红琴

（首钢迁安钢铁有限责任公司，河北迁安064404）

离子色谱法测定水中硫酸根离子浓度范围的探讨

张枫华，雷仲存，顾红琴

（首钢迁安钢铁有限责任公司，河北迁安064404）

主要研究了用ICS—2000型离子色谱仪测定水中不同硫酸根离子的浓度的标准偏差、精密度，及色谱图形。确定了测定水中硫酸根离子浓度在0.20～120 mg/L的范围内具有较好的准确度。

离子色谱仪；硫酸根离子；精确度；浓度范围

1 引言

离子色谱法是基于离子交换分离原理进行离子测定的液相色谱分析方法。离子色谱仪测定硫酸根离子时发现，在不同的硫酸根离子浓度下，测定的精度有较大的区别。本实验目的是用离子色谱法探索循环水中不同硫酸根离子浓度下同一仪器精度的变化，以寻求合适的循环水中硫酸根离子的测定范围。

2 实验部分

2.1 实验原理

离子色谱分离，主要是应用离子交换的原理，采用低交换容量的离子交换树脂来分离离子，其主要填料类型为有机离子交换树脂。水样中待测阴离子随20 mmol/L氢氧化钾淋洗液进入离子交换柱系统（由保护柱和分离柱组成），根据分离柱对各阴离子的不同亲合力进行分离，已分离的阴离子流经抑制器系统换成高电导率的强酸，淋洗液则转变成为弱电导率的水。由电导检测器测量待测阴离子的电导率，以相对保留时间和峰面积进行定性和定量。［1］

2.2 分析仪器、试剂及条件

仪器:ICS—2000型离子色谱仪，ASRS-4×250 mm分离柱，AG19-4×50mm阴离子保护柱，电导检测器，ASRS 300 4-mm自身再生抑制器，ICS-2000淋洗液发生器（产生20 mmol/L的KOH溶液），色谱工作站。

试剂:硫酸根离子标准溶液（浓度为1367.5 mg/ L，扩展不确定度为5）；高纯水。

实验参数:淋洗液（氢氧化钾）16 mmol/L；；流速：0.5 ml/min；进样量：25 μl；池温：35℃；柱温：30℃；背景电导：1.0 μS/cm。

2.3 配置硫酸根离子标准溶液［2］

①硫酸根离子贮备液（410.25 mg/L）取15 mL浓度为1367.5 mg/L硫酸根离子标准溶液于50 mL容量瓶中，用高纯水定容至刻度。

②硫酸根储备液（273.5 mg/L）取5 mL浓度为1367.5 mg/L硫酸根离子标准溶液于25 mL容量瓶中，加入高纯水定容至刻度。

2.4 实验方法

按照离子色谱仪操作规程进行调节仪器参数、新建方法文件、程序文件和样品表。[1]样品采用注射器注入进样口，注射器要求干净，注射时用力均匀，注射的样品采用0.22 μm滤膜过滤。

2.4.1 配制系列浓度硫酸根离子标准溶液

分别配制浓度为0.10 mg/L、8.205 mg/L、16.41 mg/L、32.82mg/L、82.05mg/L、164.1mg/L、273.5mg/L、410.25 mg/L的硫酸根离子标准溶液。

2.4.2 实验内容

分别测定浓度为0.10 mg/L、8.205 mg/L、16.41 mg/L、32.82mg/L、82.05mg/L、164.1mg/L、273.5 mg/L、410.25 mg/L硫酸根标准溶液5次以上，并计算其平均值、标准偏差和相对误差，结果见表1。

表1 测定系列浓度硫酸根离子的平均值、标准偏差和相对误差

2.4.2.1 标准工作曲线

以表1中的标值和平均值绘制硫酸根离子的标准工作曲线，见如图1。

图1 硫酸根离子工作曲线图

2.4.2.2 精密度曲线图

以表1中的标值和标准偏差绘制精密度曲线图，见图2。

图2 精密度曲线图

2.4.2.3 相对误差曲线图

以表1中的标值和相对误差绘制相对误差曲线图，见图3。

图3 相对误差曲线图

2.4.2.4 离子色谱图

分别测定浓度为0.10 mg/L、8.205 mg/L、16.41 mg/L、32.82mg/L、82.05mg/L、164.1mg/L、273.5 mg/L、410.25 mg/L的硫酸根离子标准溶液，其色谱图，见图4。

新课改背景下，教学手段愈加多样化，这使得教师课堂教学形式并非局限于课堂教学。在小学德育教学及心理健康教学中，教师可以借助更多的活动及游戏等方式来开展教学。在小学教学中，为增强学生的社会责任感，教师可组织学生开展角色扮演活动，让学生分别扮演环卫工、交警、教师等角色，让学生在角色扮演的过程中充分体会到各岗位人员、工作人员对社会发展所发挥的作用，并且让学生学会尊重他人，设身处地为他人着想，这样可进一步增强学生的社会责任感。

2.4.2.5 色谱峰形比对图组

分别测定浓度为0.50 mg/L、0.35 mg/L、0.30 mg/L、0.25 mg/L、0.20 mg/L、0.15 mg/L、0.10 mg/L的硫酸根离子溶液，观察其色谱图峰形变化，见图5所示。

3 讨论

根据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（GB/T 14642-2009标准），精密度要求：RSD＜3%。柱的分离能力，被检测阴离子的分离度不能低于1.3。绘制标准工作曲线或计算出回归方程，线性相关系数应大于0.990（最好0.999以上）。[3]

3.1 线性关系

由图1标准工作曲线图可以看出，线性方程为：y=0.9975x；相关系数R2=0.9992。由此可以看出，用离子色谱仪测定酸根离子具有较好的线性关系。

3.2 精密度

由图2精密度曲线图可以看出，当溶液浓度在0.10～120 mg/L时，其标准偏差为0.02～2.5之间。所采用的硫酸根标准溶液试剂其扩展不确定度为5，根据扩展不确定度U=K×标准不确定度，可知，标准溶液的标准偏差为2.5。[注1]因此，当溶液浓度在0.10～120mg/L之间时，符合标准溶液精密度要求。

3.3 相对误差

图4 离子色谱图组

图5 峰形比对色谱图组

3.4 仪器性能

由色谱图可以看出，当测定0.20 mg/L～273.5 mg/L的硫酸根离子时，其峰形尖而且对称，说明在此浓度范围内仪器的性能良好。而当溶液浓度小于0.2 mg/L时，出现了肩峰而当溶液浓度大于273.5 mg/L时，出现了拖尾现象。

3.5 柱的分离度

分离度定义为两个相邻色谱峰的峰中心之间的距离与两峰的平均峰宽的比值。［5］在测定实际样品（回用水和1580直接冷却水）中的硫酸根时，相邻的离子的保留时间及其峰宽及分离度见表3。

从表3可以看出：实际测试中柱的分离度大于1.3，能满足测试要求。

4 结论

表3 柱的分离度

[2]国家质量监督检验检疫总局.化学试剂标准滴定溶液的制备. 2003.4.1.

[3]中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局中国国家标准化管理委员会.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，GB/T 14642—2009.

[1]戴安中国有限公司.美国戴安公司关于饮用水中阴阳离子和消毒副产物离子色谱分析论文集.2005.6.

表4 能源介质平均消耗量

5 结论与建议

（1）国产化的喷雾焙烧法酸再生系统设计及装备已完全成熟，机组运行稳定、可靠。尾气排放指标良好，到达了《轧钢工业大气污染物排放标准》GB 28665的排放标准，同时也达到了宝钢集团内部的排放标准。但随着国家对污染物排放浓度的要求越来越严格，酸再生技术仍需不断改进与创新，制造水平仍需不断提高，才能满足减排的需求。

（2）本酸再生系统的氧化铁粉副产品可以达到《铁氧体用氧化铁》GB/T 24244-2009中YHT3级指标（质量分数）。若需进一步提高氧化铁粉附加值，则需要减少废酸中杂质的含量，优化酸洗、酸再生系统运行参数，以得到更高品质的氧化铁粉产品。另外，除增加废酸净化系统外，还应加强对氧化铁粉深加工的技术研究，以扩大其使用范围。

（3）酸再生系统的主要能耗为电能、燃料。使用能效较高的电机，以及加强对燃烧系统的改进和提高对热能的合理利用，将是酸再生系统的节能降耗的发展方向。

[参考文献]

[1]谷开峰.酸再生排放废气粉尘含量超标问题探讨及对策[J].宝钢技术，2005（3）：43～47

[2]王海燕.盐酸再生技术的特点及应用分析[J].河北冶金，2007（4）：50～52

[3]轧钢工业大气污染物排放标准GB28665[S].中华人民共和国国家标准，2012.

收稿日期：2013-02-16

作者简介：常勤学（1981-）,男,山西临汾人，工程师，现从事给排水、酸再生方面的工程设计工作。

Discussion on Suitable Concentration Range of Sulfate Ion in Water Determined by Ion Chromatography

ZHANG Feng-hua,LEI Zhong-cun,GU Hong-qin
(Shougang Qian’an Iron&Steel Co.,Ltd.,Qian’an,Hebei 064404,China)

The standard deviation,precision and chromatogram of different concentrations of sulfate ions are studied.The concentrations are determined by ICS—2000 ion chromatograph.The sulfate ion’s concentration range in 0.20～120 mg/L determined in water has better accuracy.

ion chromatograph;sulfate ion;accuracy;concentration range

TQ056.1

B

1006-6764（2013）07-0056-05

2013-03-06

张枫华（1985-）男，2009年毕业于内蒙古科技大学化学工程与工艺专业，大学本科学历，现从事分析检验方面工作。

此离子色谱仪在测定钢厂循环冷却水中硫酸根离子浓度在0.20～120 mg/L范围内时具有较好的准确度和精密度。

注1：K表示置信水平为95%。标准不确定度以标准偏差表示的不确定度。可以得出标准溶液试剂的精密度为2.5。