Determination of Trace Sodium and Transition Metals in Power Industry Samples by Ion Chromatography with Nonsuppressed Conductivity Detection

Význam tématu

Monitorování stopových koncentrací sodíku a přechodných kovů v odpadních a procesních vodách elektráren je klíčové pro prevenci koroze a havárií zařízení. Ultratrace koncentrace Na+ v kotlových vodách ošetřených aminy (např. ethanolaminem) jsou analyticky náročné vzhledem k vysokému pozadí organických zásad. Detekce kovových iontů (Fe, Cu, Zn, Co, Mn, Cd) na úrovni ppb pomáhá sledovat korozní mechanismy a úniky kondenzátorů či poruchy úpravny vody.

Cíle a přehled studie / článku

Studie porovnává dvě techniky iontové chromatografie: nonsupresní vodivostní detekci pro stopový sodík v matricích s vysokým obsahem ethanolaminu a stejnou metodu pro určování přechodných kovů. Hodnotí linearitu, limity detekce, účinnost prekoncentrace a procento zpětného získání Na+ ve vzorcích simulujících provozní podmínky elektrárny.

Použitá metodika

Vzorky se před analýzou prekoncentrovaly na karboxylátovém koncentračním sloupci TCC-LP1 (4×35 mm). Jako eluent sloužil roztok 3 mM metansulfonové kyseliny (MSA). Pro separaci kationtů byly použity analytické kolony IonPac SCG 1 (4×50 mm) a SCS 1 (4×250 mm), pro kovové ionty složité eluenty s oxalátem či tartrátem. Objem injekce pro stopové sodíkové stanovení činil 3 mL, pro přechodné kovy 25 µL standardní smyčkový injektor.

Použitá instrumentace

• Integrovaný IC systém Dionex ICS-2000 (pístové pumpy, kolony, eluentní generátor obcházen)
• Digitální vodivostní detektor (nonsupresní režim, invertovaná polarita)
• Kolony prekoncentrace: TCC-LP1 (4×35 mm)
• Analytické kolony: IonPac SCG 1 a SCS 1
• Softwarový balíček Chromeleon pro řízení a vyhodnocení

Hlavní výsledky a diskuse

Stopový sodík připravený v deionizované vodě vykázal MDL 68 ng/L (ppt) při RSD retencí 0,02 %. Pro sodík ve vzorcích s 3–5 ppm ethanolaminu dosáhla průměrná procentuální návratnost 92–97 %. Nonsupresní metoda však vyžaduje omezený objem vzorku (do 4,5 mL) kvůli průniku eluovaného aminu přes kapacitu sloupce. Proti tomu potlačená vodivostní detekce při 10 mL vzorku dosahuje MDL ~3 ppt. Pro stanovení kovů (Cu, Zn, Co, Mn, Cd) bez potlačovače byla úspěšně použita iontová chromatografie s roztoky oxalátu/tartrátu. MDL pro Cu činil 33 µg/L, pro Zn 6,7 µg/L. Separace byla dostatečná až pro desítky analyzovaných iontů v jedné analýze.

Přínosy a praktické využití metody

• On-line monitoring důležitých korozi generujících iontů
• Sledování trendů kontaminace pro preventivní údržbu
• Redukce nákladů díky rychlé detekci stopových množství
• Nonsupresní detekce vyžaduje méně chemikálií a eliminuje potlačovač
• Možnost simultánního stanovení kovových i amonných kationtů

Budoucí trendy a možnosti využití

• Vývoj nových vysoce kapacitních koncentračních sorbentů pro vyšší objemy
• Integrace eluentních generátorů s nízkým šumem v nonsupresních systémech
• Využití pokročilých detektorů (MS, ICP-MS) v kombinaci s IC pro lepší selektivitu
• Automatizace a online monitoring spojený s prediktivní údržbou (Industry 4.0)
• Minimalizace „blank“ kontaminace v ultračistých vodách pomocí novelních materiálů a designu průtokového systému

Závěr

Nonsupresní vodivostní detekce s koncentračními sloupci umožňuje jednoduchou a rychlou analýzu stopových množství sodíku v kotlových vodách i vybraných přechodných kovů. Metoda je méně citlivá než potlačená vodivost, ale šetří spotřebu chemikálií a usnadňuje analýzu v prostředích s vyšší iontovou silou. V praxi je vhodná pro rutinní kontrolu, kde jsou limity detekce na úrovni stovek ppt dostačující.

Reference

• Electric Power Research Institute: In Plant System for Continuous Low-Level Ion Measurement in Steam Producing Water, EPRI Report RP 1447-1, 1994.
• Bostic D. W. et al., Chromatographia, 1992, 602, 163–171.
• Newton B., PowerPlant Chemistry, 2002, 4(5), 297–299.
• Dionex Corporation, Application Note 152, 157, 131, Sunnyvale CA.
• Weiss J., Ion Chromatography, VCH, 2nd ed., 1995.
• Ocken H. et al., PowerPlant Chemistry, 2002, 4(5), 261–265.
• De Borba B. M. et al., J. Chromatogr. A, 2003, 995, 143–152.
• Dionex Corporation, Technical Note 8, Sunnyvale CA.