电厂水质分析中测量铁含量的方法比较王娟

王娟

摘要：汽轮机高、中压缸中，发生氧化铁沉积是普遍现象，一旦氧化铁垢形成，因传热效果欠佳而造成管壁温度增加；加快热力器械腐蚀的进度，甚至发生爆管而停炉。严格控制、快速准确分析测定水质中铁的含量，是预防结垢腐蚀的有效办法。

关键词：电厂水质分析；铁含量；测量方法比较

现代化建设的不断发展，电作为一种能量是辅助现代化建设的重要支撑。电厂是将某种形式的原始能转化为电能以供固定设施或运输用电的动力厂。伴随科学技术的不断进步和提高，火电事业得到迅猛发展，火电长机组装机容量不断扩大，水质已经成为火电行业广泛关注的话题，在生产过程中能否对水质进行准确分析关系火电行业的整体发展水平。

一、两种原理

测定水中铁有两种原理

1.原理一，用盐酸羟胺将高价铁还原成亚铁，在ph值4～5的条件下，低铁离子和邻菲罗啉生成稳定的浅红色络合物，在波长510nm处有最大光吸收。该方法的测定范围在5～200ppb，测得的结果为全铁。该原理是通过统一铁的形式，使其生成稳定的络合物，然后通过对特定光波的吸收值变化来判断含铁量的多少。运用该原理的实验方法有国标邻菲罗啉分光光度测铁法、HACHDR5000测铁法。

2.原理二，水中铁离子被原子化后，吸收来自铁元素空心阴极灯发出的共振线，吸收共振线的量与样品中铁元素的含量成正比，在其他条件不变的情况下，根据测量被吸收后的谱线强度，与标准系列比较定量。该方法的测定范围在30ppb以下，测得的结果为全铁。

二、邻菲罗啉分光光度法

1.理论基础，邻菲罗啉分光光度法对水质中铁含量的测量是以邻菲罗啉可与Fe2+形成橙红色配离子，此配离子在pH=2～9的状态下稳定存在，在波长530nm附近有最强吸收为重要理论依据。邻菲罗啉分光光度法以水样内的全铁含量为测量结果，适合对水样含铁量在5～200μg/L的水样进行测量。

2.操作方法，（1）设备需要：邻菲罗啉分光光度法要求分光光度计的型号为“751型号”而且附有100mm的比色皿。（2）试剂需要：第一，邻菲罗啉溶液制取：将1g邻菲罗啉与100mL无水乙醇充分混合，然后将混合液经过高纯水稀释到1L，将已经调配成功的0.1%邻菲罗啉溶液注入棕色实验瓶中存放，在存放的过程中注意避光。第二，盐酸羟胺溶液制取：将10g盐酸羟胺在微量高纯水中溶解，然后注入高纯水将其稀释到100mL为止，制作成10%的盐酸羟胺溶液，置入棕色瓶内进行存放，注意避光、密封。第三，乙酸-乙酸铵溶液制取：将100g乙酸铵加入到100mL高纯水中进行溶解，同时将200mL冰乙酸注入其中，利用高纯水进行充分稀释，直到容积达到1000mL为止，通过有效手段进行存放，作为实验过程中的乙酸-乙酸胺缓冲液。第四，铁溶液制取：将10mL铁溶液注入到容积为1000mL的试验器皿中，与10mL1moL的盐酸溶液充分混合，利用高纯水稀释到需要刻度，注意铁溶液需现配现用，不宜存放。第五，含量为100μg/mL的铁贮备溶液若干。第六，浓氨水若干。第七，浓盐酸若干。第八，4mm*4mm的方形刚果红试纸若干。（3）测量操作：按照铁含量与铁工作溶液成1∶20比例，如水样的特含量为10μg/mL,则铁工作溶液为200mL铁溶液依次注入到50mL容量瓶内，利用高纯水进行稀释，达到需要刻度为止。将溶液进行编号处理，同时注入带有相符编号的烧杯或锥形瓶内，将事先准备好的1ml浓盐酸注入各试验器皿中，通过对试验器皿的外部温度进行控制，使铁溶液的体积浓缩至25mL以下，待溶液温度将至30℃时取1mL盐酸羟胺溶液注入器皿中进行充分混合。5min之后取5mL事先制取完备的邻菲罗啉溶液掺入其中，摇动均匀，使之充分融合。然后将4mm*4mm的方形刚果红试纸分别放入不同的烧杯或锥形瓶内，通过浓氨水的作用使瓶内pH值达到3.8～4.1的要求范围，刚果红试纸颜色颜色将发生变化，直至变为紫色为止，取5mL事先制取完备的乙酸-乙酸铵缓冲液注入其中，充分摇匀之后将溶液整体导入50mL的容器内，利用高纯水稀释到需要刻度。以751型分光光度计作为测量仪器，采用波长510nm，长度为100mm的比色皿通过与高纯水的对比，测量容器内实验液体的吸光度。通过吸光度值的不同，结合吸光度与含铁量的具体信息制作工作曲线。

三、磺基水杨酸分光光度法

1.概要，（1）首先把水样中亚铁用过硫酸铵氧化为高铁，在pH为9～11的环境下，三价铁离子同磺基水杨酸结合产生色络合物，其能吸收的最大波长是425nm。

（2）该法的测量范围是50～500μg/L，水样内的全铁为测量结果。

2.仪器，（1）50mL比色管。（2）分光光度计。

3.试剂，（1）浓盐酸（优级纯）。（2）30%的磺基水杨酸溶液。（3）1mol/L的盐酸溶液。（4）科学制备铁标准溶液：①贮备液：每1mL中含100μg的铁。②工作溶液（每1mL含中10μg的铁）：将以上贮备液100mL注入1L的容量瓶内，并掺入50mL1mol/L的盐酸溶液，接着运用高纯水稀释到刻度（该溶液不适合存放，需现配现用）。

4.测量方法，（1）工作曲线描绘，①如表，将一组铁工作溶液注入到一组50mL容积的比色管内，并陆续掺入1mL的浓盐酸，利用高纯水稀释到约40mL。

铁标准溶液的制备

②添加磺基水杨酸溶液4mL，摇匀后，掺入约同等量的浓氨水，摇动均匀，使pH的值为9～11，利用高纯水稀释到刻度。均匀混合之后，利用分光光度计，425nm的波长及30mm的比色皿，以高纯水充当参照，测量吸光度，据此绘出工作曲线。（2）测量水样：①运用盐酸溶液（1+1）洗涤取样瓶，接着利用高纯水洗涤三次，在瓶内掺入浓盐酸来取样。②在100～150mL容积的烧杯中取水样50mL，掺入浓盐酸1mL及过硫酸铵约10mg，煮沸缩减到约20mL，冷却之后移动到比色管内，用微量的高纯水洗涤烧杯3次，洗涤液体同时掺入比色管内，但确保其总体积≤40mL。利用分光光度计测量吸光度。按照所测的数值，查找工作曲线便是水样内的铁含量。该法用作测量铁含量相对较大的水样。为确保水样免于污染，在运用烧杯、取样瓶及比色管等器皿之前，均需将其浸入（1+1）盐酸中，多次洗涤。

四、微波消解在水质检测中的应用

微波消解在水质检测中的应用，目前主要集中在微波消解在测定总氮的应用、微波消解测定水样中磷的应用、微波消解测定水中COD的应用以及测定水样中重金属。微波消解在测定水样中总铁的应用。金属元素在环境水样中存在形态复杂，测定前需经过预处理。微波消解方法近年来在水样中金属元素测定中也有较多应用。微波消解一ICP-AES联用的方法测定水中重金属‘1“，测定了水样中的锌、铅、镉、砷、镍、铁、铬、铜等8种重金属元素的含量。通过对消解功率、消解液及元素分析等方面的选择研究，确定了测定水样中重金属元素的最佳条件，结果令人满意。用微波消解一原子吸收光谱法测定三醋酸纤维素中的铜铁含量，对微波消解条件等进行了优选，在150。C、800W的消解条件下，用硝酸对三醋酸纤维素进行消解，空气一乙炔火焰原子吸收光谱法测定三醋酸纤维素中铜和铁的含量，测定条件为：光谱通带为0．4nm、灯电流3．0mA、燃烧器高度为6．0mm、乙炔流量为2．0L／min，测定结果令人满意。同样微波消解也适用于快速测定水中铁含量的研究。目前微波消解在电厂水汽总铁测定消解中应用还比较少见，但是微波消解预处理方法在各方面水质检测的应用中，对于电厂水汽中总铁测定消解具有指导性意义。

五、磺基水杨酸分光光度法与邻菲罗啉分光光度法的比较

磺基水杨酸分光光度法适合对电厂生产过程中水资源中铁含量比较大的水样进行测量，测量的具体范围主要集中在铁含量为50～500μg/L的水样；邻菲罗啉分光光度法可以针对铁含量为5～200μg/L的水样进行有效测量，测量结果更为精确。二者相比，磺基水杨酸分光光度法在操作过程中更加简单，对测量需要准备的实验器材和实验原料要求相对简单；而邻菲罗啉分光光度法在测量结果上比磺基水杨酸分光光度法更加准确，能够为电厂提供更加精确的水质检测报告。

电厂在生产过程中能否精确测量水中的铁含量关系到火电行业的全面进步。希望通过笔者对磺基水杨酸分光光度法和邻菲罗啉分光光度法两种测量方法的分析研究，可以为电厂水质分析做出贡献。

参考文献：

［1］汪德珠.浅谈火力发电厂水汽试验方法标准.2015.

［2］张海静.电厂水质分析中铁的测定方法研究.2014.

［3］刘美英，电厂水质分析中测量铁含量的方法比较.2016.

［4］范顺安.火电厂热力设备结垢、积盐与腐蚀现状及防治对策.2016