Determination of Trace Organic Acids and Inorganic Anions in Boric Acid-Treated Power Plant Waters Using an Automated Reagent-Free Ion Chromatography System

Význam tématu

Voda upravovaná kyselinou boritou v jaderných elektrárnách musí splňovat přísné vodochemické normy, aby se minimalizovalo riziko koroze kritických komponent. Stopové aniontové kontaminanty, zejména chloridy, sulfáty či fluoridy, mohou i v koncentracích pod µg/L urychlovat korozní procesy a zvyšovat provozní i údržbové náklady.

Cíle a přehled studie

Tato aplikace uvádí plně automatizovanou metodu pro stanovení stopových organických kyselin (glykolát, acetát, formiát) a anorganických aniontů (fluorid, chlorid, nitrit, sulfat, bromid, nitrát, fosfát) v simulovaných vzorcích boritanových vod. Metoda využívá reagenčně volnou iontovou chromatografii s elektrolýzou KOH eluentu, kontinuálně regenerovanými trap™ kolonami a potlačenou vodivostní detekcí.

Použitá metodika a instrumentace

• Dionex ICS-3000 RFIC systém s DP moduly, EG generačním modulem KOH, DC modulem a ASRS ULTRA II supresorem
• Autosampler AS-HV s interní peristaltickou pumpou a Automation Manager s 10-port ventilem
• Kolony IonPac AG15 (2×50 mm) jako prekolona a AS15 (2×250 mm) jako analytická, UTAC-ULP1 (5×23 mm) jako koncentrátor
• Kontinuálně regenerované trap™ kolony CR-ATC pro odstranění CO₂ a CR-CTC II pro eliminaci lithia
• Gradient KOH elučního roztoku 7–60 mM, objem 0,4 mL/min, temperace 30 °C, injekční objemy 10 µL (standard) a 2–5 mL (vzorek)

Hlavní výsledky a diskuse

• Systémový blank: formiát ~0,1 µg/L, chlorid ~0,15 µg/L; použití CRD eliminuje zbytkový CO₂
• Lineární kalibrace v rozsahu 0,05–132 µg/L (r² > 0,999), detekční limity 0,006–0,05 µg/L
• Borátová matrice se eluuje před analyty, nedochází k překryvům; formiát vyžaduje pozornost kvůli počátečnímu elui
• Opakovatelnost RSD < 0,1 % (ret. časy) a < 3 % (plošné integrály); přesnost 89–112 % v simulovaných vzorcích
• On-line spikování kalibračních standardů zvyšuje reprodukovatelnost a zabraňuje kontaminaci

Přínosy a praktické využití metody

• Minimální manuální zásah a vysoká automatizace šetří čas a snižují riziko laboratorních chyb
• Reagent-free generace eluenta eliminuje ruční přípravu a riziko adsorpce CO₂
• Možnost stanovení stopových koncentrací (pod µg/L) splňuje požadavky EPRI pro PWR systémy
• Kontinuálně regenerované trap™ kolony udržují integritu vzorků a eliminují ruční regeneraci

Budoucí trendy a možnosti využití

• Rozšíření analýzy o další stopové ionty či radionuklidy v jaderných aplikacích
• Integrace s plně robotizovanými systémy pro real-time monitoring
• Vývoj kompaktních RFIC přístrojů s nižší spotřebou eluentu a menšími objemy vzorků
• On-line senzory a diagnostické moduly pro kontinuální dohled nad kvalitou vody

Závěr

Navržená metoda plně automatizuje kvantifikaci stopových organických a anorganických aniontů v boritanových vodách. Kombinace elektrolýzy eluenta, kontinuálně regenerovaných trap™ kolon a potlačené vodivostní detekce zajišťuje vysokou citlivost, přesnost i reprodukovatelnost výsledků a vyhovuje přísným požadavkům jaderného průmyslu.

Reference

1. Nuclear Energy Institute. Key Issues – Electricity Supply, Washington, DC, 2007.
2. Actis-Dato LO et al. J. Anal. At. Spectrom. 2000, 15, 1479–1484.
3. Millet PJ, Wood CJ. Proceedings of 58th International Water Conference, Pittsburgh, PA, 1997.
4. IAEA. IAEA-TECDOC-1361, Vienna, 2003.
5. Pastina B, Isabey J, Hickel B. J. Nucl. Mater. 1999, 264, 309–318.
6. Dionex Corp. Application Note 56, LPN 034074, Sunnyvale, CA, 1988.
7. Dionex Corp. Application Note 166, LPN 1654, Sunnyvale, CA, 2004.
8. Jensen D et al. International Ion Chromatography Symposium, Pittsburgh, PA, 2006.
9. Dionex Corp. EluGen Cartridge Quickstart Guide, Doc. 065037-02, 2005.
10. Dionex Corp. ASRS ULTRA II Manual, Doc. 031956-04, 2005.
11. Dionex Corp. CRD 200 Manual, Doc. 065068-04, 2006.
12. Dionex Corp. AS-HV Operator’s Manual, Doc. 065125-01, 2006.
13. Dionex Corp. CR-TC Trap Columns Quickstart, Doc. 031911-03, 2007.
14. IAEA. IAEA-TECDOC-1505, Vienna, 2006.