Determination of trace anions in borated waters by ion chromatography using a large-volume direct injection
Aplikace | 2020 | Thermo Fisher ScientificInstrumentace
Voda používaná v tlakovodních jaderných reaktorech je chemicky upravována kyselinou boritou a hydroxidem lithným pro kontrolu pH a potlačení koroze. Stopové množství aniontů (fluorid, chlorid, dusičnan, fosforečnan, síran) v řádu µg/L může způsobit napětí indukovanou korozi či ucpávání výměníků tepla a dalších kritických komponent. Pravidelný a citlivý monitoring těchto korozivních iontů je tedy klíčový pro bezpečný a efektivní provoz elektrárny.
Cílem této aplikace je navrhnout jednoduchou a robustní metodu iontové chromatografie pro přímé stanovení stopových aniontů ve vodách obsahujících lithium a borátové pufry. Metoda kombinuje online generaci hydroxidu draselného, velkoobjemovou přímou injekci a potlačení signálu pro detekci fluoridu, chloridu, dusičnanu, fosforečnanu a síranu v koncentracích nižších než 1 µg/L.
Využitá chromatografická konfigurace:
Základ eluentu tvoří 50 mM boritan titrovaný elektrolyticky generovaným hydroxidem draselným. Program gradientu:
Pro přípravu vzorků a standardů byly použity netřeněné polystyrenové kultivační baňky, ultrapure voda 18,2 MΩ·cm, víčka a septa s nízkou kontaminací, nitrilové rukavice třídy čistoty 5. Příprava standardů probíhala ve třech úrovních 0,3–10 µg/L.
Metoda poskytla vynikající rozlišení všech pěti aniontů od matrice i navzájem:
Metoda umožňuje stanovení klíčových korozivních aniontů v provozních podmínkách tlakovodních reaktorů bez složitého předkoncentrování či čistících kolonek. Velkoobjemová přímá injekce šetří čas a snižuje riziko kontaminace. Automatická výroba eluentu a potlačení signálu zajišťují stabilní základní vodivost a minimalizují zásahy obsluhy.
Další rozvoj může směřovat k miniaturizaci kapilárních IC systémů, integraci online vzorkovačů s automatickou přípravou, využití vysokotlaké eluce pro zkrácení analýzy a aplikacím ve farmaceutickém, potravinářském nebo environmentálním sledování stopových aniontů.
Popsaná metoda kombinuje online generaci čistého hydroxidu draselného, velkoobjemovou přímou injekci a vysokokapacitní fixační kolonu boritanové formy, čímž umožňuje spolehlivé stanovení stopových aniontů ve vodách jaderných reaktorů. Dosahuje nízkých detekčních mezí, vysoké přesnosti i reprodukovatelnosti a je vhodná pro rutinní monitoring v provozním prostředí.
Iontová chromatografie
ZaměřeníPrůmysl a chemie, Životní prostředí
VýrobceThermo Fisher Scientific
Souhrn
Význam tématu
Voda používaná v tlakovodních jaderných reaktorech je chemicky upravována kyselinou boritou a hydroxidem lithným pro kontrolu pH a potlačení koroze. Stopové množství aniontů (fluorid, chlorid, dusičnan, fosforečnan, síran) v řádu µg/L může způsobit napětí indukovanou korozi či ucpávání výměníků tepla a dalších kritických komponent. Pravidelný a citlivý monitoring těchto korozivních iontů je tedy klíčový pro bezpečný a efektivní provoz elektrárny.
Cíle a přehled studie
Cílem této aplikace je navrhnout jednoduchou a robustní metodu iontové chromatografie pro přímé stanovení stopových aniontů ve vodách obsahujících lithium a borátové pufry. Metoda kombinuje online generaci hydroxidu draselného, velkoobjemovou přímou injekci a potlačení signálu pro detekci fluoridu, chloridu, dusičnanu, fosforečnanu a síranu v koncentracích nižších než 1 µg/L.
Použitá metodika a instrumentace
Využitá chromatografická konfigurace:
- Jednotka Thermo Scientific Dionex ICS-6000 HPIC se dvěma komorami (čerpadlo, generátor eluentu, detektor s potlačením)
- Eluentní generátor EGC 500 KOH pro online výrobu vysoce čistého KOH bez karbonátů
- Aniontová kolona Dionex IonPac AS14 (2×250 mm) s ochranou na Dionex IonPac AG14 (2×50 mm)
- Aniontová fixační kolona ATC-HC 500 ve formě borátu pro zachycení kontaminujících aniontů
- Potlačovač Dionex AERS 500e (2 mm) v externím vodním režimu, proud regenerantu 1 mL/min
- CD vodivostní detektor s chromatografickou sítí Chromeleon 7.2
- Autosampler AS-AP s pětimililitrovou stříkačkou a smyčkou 1000 µL pro velkoobjemovou injekci
Základ eluentu tvoří 50 mM boritan titrovaný elektrolyticky generovaným hydroxidem draselným. Program gradientu:
- 0–6 min: 4 mM KOH + 50 mM boritan (ekvilibrace)
- 6–18 min: lineární nárůst 4→30 mM KOH + 50 mM boritan
- 18–30 min: 30 mM KOH + 50 mM boritan
Pro přípravu vzorků a standardů byly použity netřeněné polystyrenové kultivační baňky, ultrapure voda 18,2 MΩ·cm, víčka a septa s nízkou kontaminací, nitrilové rukavice třídy čistoty 5. Příprava standardů probíhala ve třech úrovních 0,3–10 µg/L.
Hlavní výsledky a diskuse
Metoda poskytla vynikající rozlišení všech pěti aniontů od matrice i navzájem:
- Fluorid vystupuje po voidelu, chlorid a dusičnan jsou dobře rozlišeny od zbytkových organických kyselin a boritanového piketu.
- Phosphát a síran elují při vyšší koncentraci KOH v gradientu.
- Lineární kalibrace 0,3–10 µg/L, r² ≥ 0,997.
- Metody detekční meze (3× S/N): F⁻ 0,03 µg/L, Cl⁻ 0,11 µg/L, NO₃⁻ 0,10 µg/L, PO₄³⁻ 0,35 µg/L, SO₄²⁻ 0,20 µg/L.
- Spike recoveries ve simulované borátové vodě (2000 mg/L boru + 4 mg/L Li): 86–116 %.
- Preciznost (RSD, n=7) retenční doby ≤ 0,11 %, plochy píků ≤ 5 %.
Přínosy a praktické využití metody
Metoda umožňuje stanovení klíčových korozivních aniontů v provozních podmínkách tlakovodních reaktorů bez složitého předkoncentrování či čistících kolonek. Velkoobjemová přímá injekce šetří čas a snižuje riziko kontaminace. Automatická výroba eluentu a potlačení signálu zajišťují stabilní základní vodivost a minimalizují zásahy obsluhy.
Budoucí trendy a možnosti využití
Další rozvoj může směřovat k miniaturizaci kapilárních IC systémů, integraci online vzorkovačů s automatickou přípravou, využití vysokotlaké eluce pro zkrácení analýzy a aplikacím ve farmaceutickém, potravinářském nebo environmentálním sledování stopových aniontů.
Závěr
Popsaná metoda kombinuje online generaci čistého hydroxidu draselného, velkoobjemovou přímou injekci a vysokokapacitní fixační kolonu boritanové formy, čímž umožňuje spolehlivé stanovení stopových aniontů ve vodách jaderných reaktorů. Dosahuje nízkých detekčních mezí, vysoké přesnosti i reprodukovatelnosti a je vhodná pro rutinní monitoring v provozním prostředí.
Reference
- 1. Sunaryo GR, Gunawan AA. The Effect of Boric Acid on Radiolysis Product of Hydrogen Peroxide When Irradiated by γ-Ray. Proc. 8th BNES Conf. Water Chemistry of Nuclear Reactor Systems; 2000; Vol. 1–2:272–274.
- 2. Carvajal-Ortiz RA, Plugatyr A, Svishchev IM. On the pH Control at Supercritical Water-Cooled Reactor Operating Conditions. Nucl. Eng. Des. 1991;183:186–194.
- 3. Thermo Fisher Scientific. Application Note 114: Determination of Trace Anions in High-Purity Waters Using Direct Injection and Two-Step Isocratic Ion Chromatography; Sunnyvale, CA; 1997.
- 4. Thermo Fisher Scientific. Application Note 166: Application of Eluent Generation for Trace Anion Analysis of Borated Waters; Sunnyvale, CA; 2004.
- 5. Thermo Fisher Scientific. Application Note 185: Determination of Trace Organic Acids and Inorganic Anions in Boric Acid-Treated Power Plant Waters Using an Automated Reagent-Free Ion Chromatography System; Sunnyvale, CA; 2016.
- 6. Thermo Fisher Scientific. Application Update 175: Determination of Organic Acids and Inorganic Anions in Lithium-Containing Boric Acid-Treated Nuclear Power Plant Waters; Sunnyvale, CA; 2016.
- 7. Thermo Fisher Scientific. Application Update AU191: Determination of Trace Fluoride, Chloride, and Sulfate in Lithium-Containing Borated Waters; Sunnyvale, CA; 2016.
- 8. Thermo Fisher Scientific. Technical Note 112: Determination of Trace Anions in Ultrapure Water Using Capillary Ion Chromatography; Sunnyvale, CA; 2016.
- 9. Thermo Fisher Scientific. Product Manual for Eluent Generator Cartridges. Doc. No. 065018-05; Sunnyvale, CA; 2018.
- 10. Thermo Fisher Scientific. Dionex ICS-6000 Ion Chromatography System Operator’s Manual. Doc. No. 22181-97002; Sunnyvale, CA; 2018.
- 11. Thermo Fisher Scientific. Product Manual for Dionex ERS 500e Suppressor. Doc. No. 031956-14; Sunnyvale, CA; 2019.
Obsah byl automaticky vytvořen z originálního PDF dokumentu pomocí AI a může obsahovat nepřesnosti.
Podobná PDF
Determination of Trace Fluoride, Chloride, and Sulfate in Lithium-Containing Borated Waters
2016|Thermo Fisher Scientific|Aplikace
Lillian Chen, Brian De Borba, and Jeffrey Rohrer Thermo Fisher Scientific, Sunnyvale, CA, USA Key Words Dionex IonPac AS14 Column, Nuclear Power, Pressurized Water Reactors Introduction Nuclear power plants are an important source of electrical energy. For nuclear power plants…
Klíčová slova
eluent, eluentboric, boricanions, anionsborated, boratedrsd, rsdfluoride, fluoridesodium, sodiumdionex, dionextetraborate, tetraboratewater, watersulfate, sulfateacid, acidanalytea, analyteasimulated, simulatedlithium
Determination of trace organic acids and inorganic anions in boric acid-treated power plant waters using an automated reagent-free ion chromatography system
2022|Thermo Fisher Scientific|Aplikace
Application update | 000610 Ion chromatography Determination of trace organic acids and inorganic anions in boric acid-treated power plant waters using an automated reagent-free ion chromatography system Authors Goal Jingli Hu and Jeffrey Rohrer To update Dionex AN185 with a…
Klíčová slova
dionex, dionexanions, anionsfluoride, fluoridectc, ctcperistaltic, peristalticglycolate, glycolatechromeleon, chromeleonautosampler, autosamplerboric, boricbromide, bromideinorganic, inorganicmin, minsulfate, sulfatecds, cdschloride
Determination of Trace Organic Acids and Inorganic Anions in Boric Acid-Treated Power Plant Waters Using an Automated Reagent-Free Ion Chromatography System
2008|Thermo Fisher Scientific|Aplikace
Application Note 185 Determination of Trace Organic Acids and Inorganic Anions in Boric Acid-Treated Power Plant Waters Using an Automated Reagent-Free Ion Chromatography System Introduction Nuclear power plants produce nearly 20% of the electrical energy used in the U.S and…
Klíčová slova
boric, boricanions, anionsinorganic, inorganicanion, aniontreated, treatedacid, acidperistaltic, peristaltictrace, tracehydroxide, hydroxidewater, watergotoposition, gotopositionconcentrations, concentrationspower, powerdetermination, determinationstock
Determination of Trace Organic Acids and Inorganic Anions in Boric Acid-Treated Power Plant Waters Using an Automated Reagent-Free Ion Chromatography System
2016|Thermo Fisher Scientific|Aplikace
Application Note 185 Determination of Trace Organic Acids and Inorganic Anions in Boric Acid-Treated Power Plant Waters Using an Automated Reagent-Free Ion Chromatography System Introduction Nuclear power plants produce nearly 20% of the electrical energy used in the U.S and…
Klíčová slova
boric, boricanions, anionsinorganic, inorganicanion, aniontreated, treatedacid, acidperistaltic, peristaltictrace, tracehydroxide, hydroxidewater, waterconcentrations, concentrationsgotoposition, gotopositionpower, powerdetermination, determinationstock