浓盐水中Ca、Mg、Si 和 Sr检测方案(ICP-AES)

作者 Mario Nerva、Nicola Cuboni Theolab S.p.A. C.so Europa 600/A10088 Volpiano (TO) ITALY 使用Agilent 5100 ICP-OES 分析浓盐水中的四种元素 (Ca、Mg、Si 和 Sr) 应用简报特种化学品 前言 氯碱法是一种通过电解 NaCI 生产氯气和氢氧化钠(苛性钠)的工业生产方法， 而氯气和氢氧化钠是工业所需的商用化学品。 最常见的氯碱法为，在膜电解槽中电解氯化钠水溶液(浓盐水)。使用的氯化钠溶液必须具有高纯度，如果其中含有任何其他金属离子，那么这些金属离子也会穿过膜并污染氢氧化钠溶液。 因此，在氯碱法工艺之前，需要通过离子交换系统对氯化钠进行处理。离子交换系统还用于将浓盐水流中的钙、镁和锶浓度降至足够低的水平，以维持膜电解槽良好的性能。离子交换系统包括三根离子交换柱以及相关联的管路、阀门和仪器。通过离子交换系统后，浓盐水中的钙含量可从3-5ppm 降至 20 ppb 以下。在正常操作过程中，使浓盐水流过两根串联运行 的离子交换柱(一根主离子交换柱和一根次离子交换柱)。碱性浓盐水进入离子交换柱顶部，并向下流动穿过树脂柱床。当浓盐水与树脂接触时，溶液中的钙、镁和锶离子被“交换”为树脂中的钠离子。在浓盐水中剩余的钠离子过少而无法与钙、镁和锶离子进行交换时，树脂柱床“耗尽”，导致出口浓盐水中的钙离子“穿透”色谱柱，浓度超过 20 ppb。每8小时对主离子交换柱下游的浓盐水进行实验室分析，以确定发生穿透的时间，而发生穿透时表明需要对该主离子交换柱进行再生。应监测钙、镁和锶的穿透情况。 本研究采用 Agilent 5100 ICP-OES，分析从净化过程不同步骤采集的氯化钠浓盐水样品中的4种杂质元素，以便评估以下点的纯化效率： 1.第一个纯化塔的输入口(样品类型A) 2.最后一个纯化塔的输入口(样品类型B) 3.最后一个纯化塔的输出口(样品类型C) 在三个不同日期采集样品，得到每种类型的样品各三个(即A1、A2和A3)，其中A1在第1天从第一个纯化塔的输入口采集得到，以此类推至C3， 该样品在第3天从最后一个纯化塔的输出口采集得到。 5100 VDV ICP-OES 非常适用于分析浓盐水。它采用垂直炬管以及在27MHz 下运行的固态射频(SSRF) 系统产生稳定的等离子体，能够处理溶解态固体含量高的溶液并提供长期分析稳定性，且炬管所需的清洁和更换次数较少。 本研究对 Agilent 5100 ICP-OES 测定浓盐水中 Ca、 Ma、Sr和 Si的准确度和稳定性进行了评估。 实验部分 仪器 使用 Agilent 5100 ICP-OES 进行所有测量。样品引入系统由SeaSpray 玻璃同心雾化器、双通道旋流雾化室和1.8 mm内径中心管管组成。 所有测量均采用轴向等离子体观测模式。利用 AgilentSPS3样品前处理系统自动输送样品。仪器操作条件汇总于表1中，分析所选择的波长如表2所示。 表 1. Agilent 5100 VDV ICP-OES 方法和仪器操作参数 参数 设置 RF 功率(kW) 1.35 辅助气流速(L/min) 1.1 等离子体流速(L/min) 13.5 雾化器流速(L/min) 0.7 泵速(rpm) 10 样品泵管 白色/白色 废液泵管 蓝色/蓝色 背景校正 拟合 读取时间 (s) 10 重复次数 3 样品提升延迟(s) 30(快速泵：开启) 稳定时间(s) 15 冲洗时间(s) 40(快速泵：开启) 自动进样器清洗溶液 2%HCI 表2.分析所选择的波长 元素 波长 Ca 396.847 nm Mg 279.553 nm Sr 407.771 nm Si 288.158 nm 标样和样品前处理 所有浓盐水(30%NaCl) 样品均用纯水稀释2倍。 由于没有足够纯的氯化钠用于配制基质匹配标样，因此使用标准加入法 (MSA)进行分析，从而在测定样品浓度时获得最佳准确度。 稀释前，三种类型样品中4种元素的典型浓度如表3所示。 通过在1：2稀释的浓盐水中加入不同体积的储备液，来配制标准加入样品。加标浓度如表4所所。 表3.稀释前浓盐水样品中分析物的典型浓度(ug/L) Ca Mg Sr Si A 型 1000 10 1000 4000 B型 10 1 20 4000 C型 <8 <1 <10 4000 表4.在标准加入法中加入浓盐水样品中的浓度 (ug/L) 样品A Ca Mg Sr Si 500 20 500 1000 1000 40 1000 2000 2000 80 2000 4000 样品B Ca Mg Sr Si 20 10 100 1000 40 20 200 2000 80 40 400 4000 样品C Ca Mg Sr Si 5 5 10 1000 10 10 20 2000 20 20 40 4000 结果与讨论 对采集的样品进行所有下列测试。 校准 图1a、1b、1c和1d表明，该方法的线性和灵敏度满足1：2稀释浓盐水 C1 (NaCl 浓度约为 150 g/L) 中 Ca、Mg、Si和 Sr 的测定需求。 所有测量的元素均获得了优异的相关系数。 图 3a.样品 C1中 Ca 的标准加入曲线 图 3b.样品 C1中Mg的标准加入曲线 图3c.羊品 C1中 Si的标准加入曲线 图3d.样品C1 中Sr 的标准加入曲线 纯化效率 由于样品(A、B和C)从离子交换纯化过程的不同步骤中采集得到，因此它们可用于测定 Ca、Mg 和 Sr 的纯化效率。表5示出在采样第一天获得的效率(样品A1、B1和C1)。 表5.样品 A1、B1和 C1 的实测浓度 元素 第一个 纯化塔的输入 (样品A1， pg/L) 第三个 纯化塔的输入(样品B1， pg/L) 第三个 纯化塔的输出(样品 C1， pg/L) Ca 1100 6.2 6.14 Mg 4.76 0.92 0.88 Sr 821.5 17.9 3.82 Si 4938 4759 4669 重复性 为检验 5100 ICP-OES 的重复性和稳定性，在样品C2 (按照样品前处理步骤所述的方法进行稀释)中加入10 pg/LCa 和 Mg 以及 5 pg/L Sr， 然后在一个半小时内测量大约50次。 在这段时间内分析的所有元素均获得了优异的重复性，RSD 小于6%，如表6所示。 表6.稀释样品 C2中标标元素的重复性结果 Ca Mg Sr Si 加标样品 C2 (ug/L) 13.53 10.78 9.95 3171 标准偏差 0.69 0.13 0.039 19.07 %RSD 5.10 1.21 0.39 0.60 加标回收率 为检验方法的准确度，在样品C3(按照样品前处理步骤所述的方法进行稀释)中加入10 pg/L Ca 和 Mg、20 pg/L Sr 以及 2000 pg/L Si。 表7显示了经稀释的浓盐水样品 C3 中四种元素的实测浓度和回收率结果。使用该方法得到的经稀释浓盐水样农 C3 中 Ca、Mg、 Sr、 Si的回收率结果处于加标浓度值的±2%以内。这些优异的回收率表明，5100 ICP-OES 能够在浓盐水所需的浓度下准确测定 Ca、Mg、Si 和 Sr。 仪器效率 在样品分析过程中，测定了分析每个样品所需的时间和消耗的氩气量。样品测量时间为每个样品115秒。氩气消耗量为每个样品36L。 结论 Agilent 5100 ICP-OES 能够以优异的灵敏度、准确度和稳定性对浓盐水样品进行常规分析。只需将样品稀释2倍，无需采用氩气加湿器。 该方法使用垂直炬管在轴向观测模式下运行，分析效率与性价比兼具。 标准加入法可提供优异的结果，解决了分析纯 NaCI 时的基质匹配问题，且无需使用内标。 样品类型C 元素 稀释样品 C3中 的加标标度(pg/L) 稀释样品 C3 中的实测则度(pg/L) 加标稀希样品 C3 中的 实测则度(pg/L) (5次测量平均值) 未稀释样品 C3 中的计算浓度 (pg/L) 加标回收率(%) Ca 10 3.74 13.84 7.47 101.0 Mg 10 1.72 11.80 3.43 100.9 Sr 20 1.35 21.51 2.70 100.8 Si 2000 3359 5380 6718 101.1 ( 参考文献 ) “垂直炬管的优势一快速提供准确结果，轻松应对复杂样 品”，安捷伦出版物，(2016)，5991-4854CHCN Agilent 5110 ICP-0ES 已得到验证 本文档中列出的结果均由5100获得，但经验 证后得知性能参数同样适用于5110ICP-OES。 查找当地的安捷伦客户中心：www.agilent.com/chem/contactus-cn www.agilent.com 免费专线： 800-820-3278，400-820-3278(手机用户) 安捷伦对本资料可能存在的错误或由于提供、 展示或使用本资料所造成的间接损失不承担任何责任。 联系我们： 本资料中的信息、说明和指标如有变更，恕不另行通知。 LSCA-China_800@agilent.com 在线询价： www.agilent.com/chem/erfq-cn ◎安捷伦科技(中国)有限公司，20172017年5月15日，中国出版出版号：5991-7914CHCN Agilent Technologies Agilent Technologies 前言氯碱法是一种通过电解 NaCl 生产氯气和氢氧化钠（苛性钠）的工业生产方法，而氯气和氢氧化钠是工业所需的商用化学品。最常见的氯碱法为，在膜电解槽中电解氯化钠水溶液（浓盐水）。使用的氯化钠溶液必须具有高纯度，如果其中含有任何其他金属离子，那么这些金属离子也会穿过膜并污染氢氧化钠溶液。因此，在氯碱法工艺之前，需要通过离子交换系统对氯化钠进行处理。离子交换系统还用于将浓盐水流中的钙、镁和锶浓度降至足够低的水平，以维持膜电解槽良好的性能。离子交换系统包括三根离子交换柱以及相关联的管路、阀门和仪器。通过离子交换系统后，浓盐水中的钙含量可从 3-5 ppm 降至 20 ppb 以下。在正常操作过程中，使浓盐水流过两根串联运行的离子交换柱（一根主离子交换柱和一根次离子交换柱）。碱性浓盐水进入离子交换柱顶部，并向下流动穿过树脂柱床。当浓盐水与树脂接触时，溶液中的钙、镁和锶离子被“交换”为树脂中的钠离子。在浓盐水中剩余的钠离子过少而无法与钙、镁和锶离子进行交换时，树脂柱床“耗尽”，导致出口浓盐水中的钙离子“穿透”色谱柱，浓度超过 20 ppb。每 8 小时对主离子交换柱下游的浓盐水进行实验室分析，以确定发生穿透的时间，而发生穿透时表明需要对该主离子交换柱进行再生。应监测钙、镁和锶的穿透情况。本研究采用 Agilent 5100 ICP-OES，分析从净化过程不同步骤采集的氯化钠浓盐水样品中的 4 种杂质元素，以便评估以下点的纯化效率：1. 第一个纯化塔的输入口（样品类型 A）2. 最后一个纯化塔的输入口（样品类型 B）3. 最后一个纯化塔的输出口（样品类型 C）在三个不同日期采集样品，得到每种类型的样品各三个（即 A1、A2 和 A3），其中 A1 在第 1 天从第一个纯化塔的输入口采集得到，以此类推至 C3，该样品在第 3 天从最后一个纯化塔的输出口采集得到。5100 VDV ICP-OES 非常适用于分析浓盐水。它采用垂直炬管以及在 27 MHz 下运行的固态射频 (SSRF) 系统产生稳定的等离子体，能够处理溶解态固体含量高的溶液并提供长期分析稳定性，且炬管所需的清洁和更换次数较少。本研究对 Agilent 5100 ICP-OES 测定浓盐水中 Ca、Ma、Sr 和 Si 的准确度和稳定性进行了评估。结论Agilent 5100 ICP-OES 能够以优异的灵敏度、准确度和稳定性对浓盐水样品进行常规分析。只需将样品稀释 2 倍，无需采用氩气加湿器。该方法使用垂直炬管在轴向观测模式下运行，分析效率与性价比兼具。标准加入法可提供优异的结果，解决了分析纯 NaCl 时的基质匹配问题，且无需使用内标。