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

Analýza stopových množství anorganických aniontů (fluorid, chlorid, síran aj.) a nízkomolekulárních organických kyselin (glykolát, acetát, formiát) v boritanem ošetřených vodách jaderných elektráren je zásadní pro prevenci koroze a optimalizaci provozních nákladů. Borová kyselina v chladicích médiích PWR reguluje štěpné reakce, ale přítomnost agresivních aniontů i při sub-µg/L koncentracích zvyšuje riziko koroze a stress corrosion cracking na komponentech parogenerátorů a turbín.

Cíle a přehled studie

Cílem bylo vyvinout plně automatizovanou, bezreagencí iontovou chromatografii (RFIC) umožňující sledovat nízké µg/L úrovně aniontů v přítomnosti vysokého množství boritanového matričního pozadí. Metoda kombinuje online generaci KOH eluentu, prekoncentraci, eliminaci matrice a online přidávání standardů pro minimalizaci kontaminace a zajištění vysoké reprodukovatelnosti.

Použitá metodika a instrumentace

Metoda využívá:

• Dionex ICS-3000 RFIC se čtyřmi moduly (dvoučerpadlový systém, generátor eluentu EG, konduktivní detektor DC).
• Elektrolyticky generovaný KOH eluent (EGC II KOH) s kontinuálně regenerovaným aniontovým trapem (CR-ATC).
• IonPac AG15 předkolona (2×50 mm) a AS15 analytická kolona (2×250 mm) v 2 mm formátu.
• Koncentrátor UTAC-ULP1 (5×23 mm) pro prekoncentraci vzorků.
• Suppressor ASRS ULTRA II (2 mm, režim recyklace) a Carbonate Removal Device (CRD 200).
• Autosampler AS-HV s vnitřním peristaltickým čerpadlem pro velkoobjemové vzorky a online přidávání standardů.

Hlavní výsledky a diskuse

Optimalizovaný gradient 7 mM KOH (0–10 min), 7–40 mM (10–16 min) a 40–60 mM (16–22 min) účinně separuje nízce retendované organické kyseliny od boritanového pozadí. Metoda dosahuje detekčních mezí v rozsahu 0,006–0,050 µg/L pro analyty jako fluorid, nitrit, bromid nebo fosfát a liniarity r2>0,999. Materiál z reálného simulovaného matrice (1000–2500 mg/L B jako boritan, 1,8–5 mg/L Li) vykázal přesnost 89–112 % a opakovatelnost Ret <0,1 % a plochy <3 % RSD pro většinu analytů. Formiát zůstává obtížně kvantifikovatelný kvůli interferenci boritanu.

Přínosy a praktické využití metody

• Plně automatizovaná analýza s omezeným rizikem kontaminace díky bezreagencnímu eluentu a online přípravě standardů.
• Vysoká citlivost vyžadující pouze 2 mL vzorku a 10 mL matrix rinse.
• Možnost online spike-in kontroly přesnosti bez offline manipulace.
• Rychlý cyklus analýzy (<30 min) vhodný pro rutinní monitoring jaderných elektráren.

Budoucí trendy a možnosti využití

• Další zmenšení dead volume a přechod na vyšší automatizaci včetně on-line reportingu.
• Využití podobných RFIC systémů pro detekci stop analyzů v jiných korozivních prostředích (chemický, petrochemický průmysl).
• Implementace umělé inteligence pro prediktivní údržbu a vyhodnocování trendů koroze.

Závěr

Vyvinutá RFIC metoda s elektrogenerovaným KOH eluentem, online prekoncentrací a eliminací boritanového pozadí dosahuje vynikajících metrologických parametrů pro sledování stopových aniontů v chladicích vodách jaderných reaktorů. Automatizace a eliminace ručních kroků výrazně zvyšuje reprodukovatelnost a minimalizuje riziko kontaminace.

Reference

1. Application Note 56 Dionex (1988) – Trace Anions in Borated Waters.
2. Application Note 166 Dionex (2004) – Eluent Generation for Trace Anion Analysis.
3. International Atomic Energy Agency, IAEA-TECDOC-1361 (2003).
4. EluGen Cartridge Quickstart Guide (Dionex, 2005).
5. CR-TC Trap Column Quickstart (Dionex, 2007).