Wzbogacanie przełączania zaworu

Kwas borowy jest czystym i wszechstronnym surowcem zawierającym tlenek boru, który może być stosowany jako odczynnik chemiczny i środek owadobójczy. W medycynie służy jako zewnętrzny środek bakteriobójczy, dezynfekujący, ściągający i konserwujący. W produkcji przemysłowej jest szeroko stosowany w takich gałęziach przemysłu jak szkło, ceramika, metalurgia, barwniki, galwanizacja i tekstylia. Szczególnie w przemyśle jądrowym elektrownie wodne z reaktorami ciśnieniowymi (PWR) często używają kwasu borowego do kontrolowania reakcji jądrowych. Kwas borowy jest doskonałym pochłaniaczem neutronów. W elektrowniach wodnych z reaktorami ciśnieniowymi (PWR) śladowe ilości jonów siarczanowych i fosforanowych w stężeniach tak niskich jak μg/L mogą powodować korozję elementów ze stali nierdzewnej w urządzeniach elektrowni. Dlatego też niezbędne jest opracowanie niezawodnej metody analitycznej do wykrywania zanieczyszczeń anionowych w kwasie borowym.

Technologia przełączania zaworów jest powszechnie stosowaną techniką online w chromatografii jonowej, stosowaną głównie do eliminacji jonów matrycy. Przełączając między kolumnami chromatograficznymi o różnych selektywnościach, wykorzystuje się różnice w selektywności fazy stacjonarnej do wzbogacania jonów docelowych i eliminacji interferencji ze strony jonów matrycy. Alternatywnie, przełączanie może nastąpić między dwiema kolumnami o identycznej selektywności. Analizując zachowanie retencji jonów śladowych w obecności dużej liczby jonów matrycy, można przyjąć różne strategie dla różnych próbek, umożliwiając bezpośrednie określenie okna czasowego przełączania na podstawie czasu retencji roztworu wzorcowego jonu docelowego.
Metoda przełączania zaworów zaproponowana w tym badaniu wykorzystuje kolumnę odrzucającą do oddzielenia kwasu borowego od jonów docelowych oraz kolumnę wzbogacającą do wzbogacania online. Podejście to umożliwia wzbogacanie online anionów w próbkach o dużej objętości wstrzyknięcia (1 ml), jednocześnie eliminując interferencje ze strony jonów boranowych matrycy. Na koniec do elucji stosuje się gradient eluentu KOH (generowany przez EG), a separację uzyskuje się za pomocą kolumny analitycznej Wayeal NovaChrom HS-5A-P3, co pozwala na separację jonów siarczanowych i fosforanowych.

Słowa kluczowe: Chromatograf jonowy, Kwas borowy, Jony anionowe.

1. Metoda eksperymentu

1.1 Konfiguracja instrumentu

Tabela 1 Lista konfiguracji systemu chromatografu jonowego

1.2 Materiały eksperymentalne i sprzęt pomocniczy

Wzorcowy roztwór jonów siarczanowych w wodzie: 1000 mg/L

Wzorcowy roztwór jonów fosforanowych w wodzie: 1000 mg/L

Próbka kwasu borowego

Filtry strzykawkowe wodne (0,22μm)

Waga elektroniczna z dokładnością 0,1 mg

Wodę eksperymentalną przygotowano za pomocą systemu oczyszczania wody ultrapure Wayeal, o przewodności 18,25 MΩ·cm (25°C).

1.3 Warunki testowe

Tabela 2 Warunki chromatografii jonowej

1.4 Wstępne przygotowanie próbki

Odważyć 1,0 g próbki do kolby miarowej 50 ml, dodać wodę ultrapure do kreski, dobrze wstrząsnąć i pozostawić do odstania. Pobraną odpowiednią ilość roztworu przefiltrować przez filtr membranowy 0,22μm i przystąpić do analizy instrumentalnej.

2. Wyniki i dyskusja

2.1 Test liniowy

Kolejno pobrać serię wzorcowych roztworów roboczych jonów siarczanowych o stężeniach 0,01 mg/L, 0,02 mg/L, 0,03 mg/L, 0,04 mg/L, 0,05 mg/L i 0,1 mg/L, a także jonów fosforanowych o stężeniach 0,002 mg/L, 0,004 mg/L, 0,006 mg/L, 0,008 mg/L, 0,01 mg/L i 0,02 mg/L. W warunkach testowych roboczych określonych w punkcie 1.3, nakładane chromatogramy wielopunktowe krzywych wzorcowych uzyskuje się jak pokazano na rysunku 1. Równania liniowe przedstawiono w tabeli 3. W tych warunkach chromatograficznych współczynniki korelacji liniowej (R) dla jonów siarczanowych i jonów fosforanowych są powyżej 0,999, co wskazuje na doskonałą liniowość.

Rys. 1. Nałożone chromatogramy krzywych wzorcowych

Rys. 2 Krzywe wzorcowe jonów siarczanowych i jonów fosforanowych

Tabela 3 Równania liniowe krzywych wzorcowych

2.2 Test próbki

2.2.1 Analiza zawartości próbki

W warunkach testowych roboczych określonych w punkcie 1.3, analizowano wstępnie przygotowane próbki z punktu 1.4. Chromatogram próbki przedstawiono na rysunku 3, a stężenia jonów siarczanowych i fosforanowych w próbkach przedstawiono w tabeli 4.

Rys. 3 Chromatogram testu próbki

Tabela 4 Analiza wyników próbki

Uwaga: Wartości puste zostały odjęte od wyników testów; mogą występować różnice między różnymi metodami i analizami międzylaboratoryjnymi.

3. Wniosek

Ta analiza z wykorzystaniem chromatografu jonowego Wayeal wyposażonego w detektor konduktometryczny, metoda chromatografii jonowej z wzbogacaniem z przełączaniem zaworów została ustanowiona do oznaczania jonów siarczanowych i fosforanowych w kwasie borowym. Próbka jest oddzielana przez kolumnę wykluczającą, wzbogacana za pomocą zaworu przełączającego na kolumnie wzbogacającej, a następnie dalej oddzielana na analitycznej kolumnie chromatografii jonowej. Analiza ilościowa jest przeprowadzana metodą wzorca zewnętrznego, umożliwiając zarówno jakościowe, jak i ilościowe oznaczanie jonów siarczanowych i fosforanowych w kwasie borowym. Metoda ta jest prosta, praktyczna i spełnia wymagania zarówno dotyczące czułości, jak i dokładności, dzięki czemu nadaje się do oznaczania zawartości jonów siarczanowych i fosforanowych w kwasie borowym.