Determination of Trace Fluoride, Chloride, and Sulfate in Lithium-Containing Borated Waters

Význam tématu

Monitoring stopových aniontů (fluorid, chlorid, sulfát) v borovaných vodách reaktorů PWR je klíčový pro prevenci koroze palivových článků, udržení pH okruhu a zajištění provozní spolehlivosti jaderné elektrárny.

Cíle a přehled studie / článku

Článek popisuje vývoj jednoduché a robustní metody iontové chromatografie pro stanovení stopových F⁻, Cl⁻ a SO₄²⁻ v simulovaných borovaných vodách obsahujících 1 000–2 500 mg/L boru a 1,8–5,0 mg/L lithia, bez nutnosti složité eliminace matice.

Použitá metodika a instrumentace

• IC systém Thermo Scientific Dionex ICS-5000 (SP pumpa, DC detektor, AS-AP autosampler s 5 mL stříkačkou)
• Kolony: IonPac AG14 guard (2×50 mm), IonPac AS14 analytická (2×250 mm), IonPac ATC-3 aniontový filtr (4×35 mm)
• Eluent: 100 mM H₃BO₃ + 75 mM NaOH (Eluent A) a voda (Eluent B); dvoustupňový program: 10 mM/7,5 mM (0–4 min) → 65 mM/48,75 mM (4,01–8,50 min) → 10 mM/7,5 mM (8,51–15 min)
• Protokol: průtok 0,5 mL/min, injekce 1 mL, detekce potlačenou vodivostí (ASRS 300, 55 mA, externí voda)
• Příprava standardů (1000 mg/L F⁻, Cl⁻, SO₄²⁻) a simulovaných vzorků s definovaným obsahem boru a lithia

Hlavní výsledky a diskuse

• Borátový pík eluoval před stopovými analyty, čímž eliminoval interferenci s fluoridem a dalšímí anionty.
• Metoda dosáhla MDL: F⁻ 0,021 µg/L (DI voda) a 0,048 µg/L (matrice); Cl⁻ 0,094/0,19 µg/L; SO₄²⁻ 0,11/0,31 µg/L.
• Lineární kalibrace r² > 0,999. Retenční časy RSD < 0,6 %, plocha píků RSD < 5 %.
• Obnovitelnost ve třech simulovaných matricích 92–109 % pro všechny analyty.

Přínosy a praktické využití metody

• Zjednodušená příprava elučního roztoku bez on-line generace gradientu.
• Vysoká citlivost a robustnost vhodná pro QA/QC a provozní monitoring jaderných chladicích vod.
• Prodlužitelnost provozu s ATC-3 filtrací (10–14 dní) a stabilním pozadím.

Budoucí trendy a možnosti využití

• Nasazení plně automatizované generace eluátu RFIC pro minimalizaci CO₂ interference.
• Rozšíření metody o další korozní anionty (nitrit, fosfát) a organické kyseliny.
• On-line odběr vzorků a monitoring v reálném čase v průmyslových provozech.

Závěr

Prezentovaná IC metoda s borátovým elučním systémem a kolonnou IonPac AS14 umožňuje spolehlivé stanovení stopových aniontů v lithiem borovaných vodách PWR, kombinuje vysokou citlivost, přesnost, jednoduchou přípravu elučního roztoku a automatizované vzorkování.

Reference

• Dionex AN114 (1997) – Trace Anions in High-Purity Waters by Direct Injection and Two-Step Isocratic IC.
• Dionex AN1856 (2008) – Trace Anions in Borated Waters Using AS15 and KOH Gradient.
• Dionex AU1757 (2010) – Organic Acids and Inorganic Anions in Lithium-Containing Boric Acid-Treated Waters.
• Dionex AN166 (2004) – Eluent Generation for Trace Anion Analysis of Borated Waters.