Determination of Calcium and Magnesium in Brine

Význam tématu

V chlor-alkalickém průmyslu je životnost iontově selektivních membrán silně závislá na obsahu vápníku a hořčíku ve vstupní solance. Hodnota tvrdosti musí být udržována pod 50 µg/L, aby nedošlo k poškození membrány a zhoršení účinnosti elektrolytického procesu. Přesné sledování stopových množství těchto kovů v prostředí s vysokým obsahem NaCl je proto klíčové pro zajištění dlouhodobé spolehlivosti a úsporného provozu.

Cíle a přehled studie

Cílem metodiky je stanovit koncentrace Ca2+ a Mg2+ v 30% solném roztoku na úrovni jednotek µg/L. Práce rozšiřuje dřívější postupy založené na iontové chromatografii a využívá on-line techniku koncentrování a eliminace základu pro odstranění převažujícího sodného matričního signálu.

Použitá metodika

Pro analýzu jsou provedeny tyto kroky:

1. Úprava vzorku na pH 11,5 pomocí NaOH pro zvýšení selektivity divalentních kationtů na koncentrační koloně MetPac CC-1.
2. Nabití 100 µL vzorku do smyčky.
3. On-line převedení vzorku z loopu na MetPac kolonou za současného proplachu 1 mM HCl pro vyloučení Na+ matričního signálu.
4. Přepnutí ventilu a reverzní eluční krok: přenos koncentrovaných Ca2+ a Mg2+ na analytickou kolonu IonPac CS12A spojenou s CG12A ochrannou kolonkou.
5. Detekce oddělených iontů potlačenou vodivostní detekcí v režimu AutoSuppression recyklační vody.

Použitá instrumentace

• Čerpadla: GP40 gradientní pumpa, DQP pro přívod HCl (2 mL/min), LC20 a LC10 se zadním načítáním vzorku (Rheodyne ventily).
• Detektor: CD20 vodivostní detektor s CSRS-II (4 mm).
• Koncentrátor: MetPac CC-1 (P/N 39567) s předřazenou TMC-1 kolonkou (P/N 49000) pro čištění HCl rinsu.
• Analytické kolony: IonPac CS12A 4×250 mm (P/N 46073) a IonPac CG12A ochranná 4×50 mm (P/N 46074).

Hlavní výsledky a diskuse

Ustálená základní vodivost se pohybovala mezi 0,3–3 µS, šum peak-to-peak cca 10 nS a systémový tlak 1000–1500 psi. Kalibrační křivky pro Ca2+ a Mg2+ byly lineární v rozsahu 0–200 µg/L s R2 = 0,9999. Při stanovení 5 µg/L koncentrací v matici solanky byla opakovatelnost (RSD) 1,9 % pro Mg2+ a 2,5 % pro Ca2+. Doba rinsu 20 min 1 mM HCl zajistila dostatečné vyloučení Na+ bez významné úbytku divalentních iontů.

Přínosy a praktické využití metody

• Automatizovaná on-line koncentrační technika významně snižuje riziko kontaminace.
• Metoda dosahuje citlivosti na úrovni jednotek µg/L.
• Vysoká selektivita a reprodukovatelnost vhodná pro rutinní kontrolu solanek v chlor-alkalickém průmyslu.

Budoucí trendy a možnosti využití

Očekávané směry rozvoje zahrnují:

• Integraci gradientních elučních technik pro širší rozsah anorganických iontů.
• Propojení s hmotnostní detekcí pro další zvýšení selektivity.
• Miniaturizované a field-deployable systémy pro on-site monitoring.

Závěr

Navržený postup poskytuje robustní a citlivou analýzu stopových koncentrací Ca2+ a Mg2+ v silně zasolených vzorcích. Díky na-line eliminaci matice a potlačené vodivostní detekci je možné spolehlivě sledovat tvrdost solanky a chránit iontově selektivní membrány v průmyslových provozech.

Reference

1. Personal communication, Dr. David Hildebrand, Vulcan Chemical, Wichita, Kansas, USA.
2. Dionex Corporation. Determination of Trace Anions in Isopropyl Alcohol, Application Note 85.
3. Kaiser E.; Wojtusik M. J. Stanovení anorganických iontů. J. Chromatogr. A. 1994, 671, 253–258.