基于離子色譜法的廢氣中二氧化硫檢測方法

王時杰，應夏芬，胡碧雯

（1.寧波安聯檢測有限公司，浙江 寧波 315048；2.寧波天一綠色生態科技有限公司，浙江 寧波 315048）

0 引言

二氧化硫是一種無色、透明、有強烈刺激性氣味，且可溶于水的氣體，在日常的生產生活中十分常見，存在最多的便是工業廢氣之中，不僅影響日常的工業生產，因自身具有較強的腐蝕性，對工業設備、建筑結構等產生破壞，時刻威脅著人們的健康安全[1]。對廢氣中二氧化硫的檢測方法通常是較為單一的，雖然能夠實現預期的檢測結果，但是缺乏針對性與穩定性，檢測的環節以及流程較為復雜繁瑣，導致檢測誤差的出現[2]。為此提出對基于離子色譜法的廢氣中二氧化硫檢測方法的設計與驗證分析。離子色譜法，即主要利用離子交換原理，采用連續性的方式針對共存的多種陰離子或陽離子實現距離性的分離、定性或者定量處理的形式[3]。將該項技術與廢氣中二氧化硫檢測工作進行融合，一定程度上可以進一步擴大當前的檢測范圍，從多個方面制定對應的檢測標準，逐步形成更加靈活、多變的檢測結構，面對外部環境的變化，及時進行檢測流程的多維度調整，以此來確保廢氣中對于二氧化硫檢測結果的準確、公正以及可重復性質，為后續的生產生活實際檢測分析提供參考依據，進一步完善廢氣檢測技術[4]。

1 實驗準備

1.1 材料準備

針對上述測定，結合離子色譜法，對浙江寧波G企業排出廢氣中二氧化硫檢測方法進行具體的驗證和對比分析。

1.1.1 實驗儀器準備

需要準備實驗用500 mL玻璃反應管5 個，50 mL酸式滴定管2 個[5]。除此之外，設置循環式真空泵、氣體流量計、CIC-D100 離子色譜儀等。將所準備的設備以及實驗器材進行搭接關聯，以待后續使用。

1.1.2 實驗材料和應用試劑準備

需要提前準備0.5 mol/L 氫氧化鈉溶液，0.5 mol/L硫酸溶液作為滴定溶液，雙氧水、Na2CO3以及NaHCO3試劑，配制1.2%（質量分數）的酚酞指示劑。至此，完成對此次實驗測試的基礎性耗材準備，接下來，結合離子色譜法，進行初始測試環境布置。

1.2 測試布置

首先，根據當前的設置需求，選定5 個反應管，各裝入氫氧化鈉標準溶液50 mL，靜置1 min 之后，在反應管內滴入3 滴酚酞指示劑，充分搖晃之后，使反應管中的溶液逐漸混勻，靜置以待使用。將選定的3 個反應管捆綁關聯在一起，作為測試廢氣的定向接收器。隨即，在此基礎之上，將工業廢氣接入反應管的內部，靜置以待后續使用。使用離子色譜法，對當前的反應過程進行初始的設計與分析。采用過量氫氧化鈉溶液其實是可以完全吸收工業廢氣中的二氧化硫，但是經過一段時間的反應之后，過量的二氧化硫氣體參與反應還會生成亞硫酸氫鈉，進行再循環處理，最后用硫酸滴定溶液與過量氫氧化鈉反應，可以對廢氣中含有的二氧化硫進行檢測。

2 實驗方法及過程分析

基于上述搭建的測試環境，結合離子色譜法，進行具體的測試研究。先進行基礎性測試樣品的定向采集。首先，通過循環真空泵和氣體流量測定所排出的廢氣狀態，并反復核驗反應管與廢氣排出管之間的連接是否正常穩定。接下來，記錄流量計的初始讀數Z1。利用離子色譜儀，先對該氣體中的初始二氧化硫含量進行測定估算，并計算出當前的濃度值，具體如下公式（1）所示：

式中：F 為當前濃度值；m 為陰離子抑制范圍；κ 為轉換比；n 為離子分化范圍；ζ 為反應耗時。根據上述設定，完成對當前模糊濃度值的計算。隨即，以此為基礎，進行AS23/AG23 型離子色譜分離柱的設置，同時標定出對應的判別標準。接下來，對反應管進行位置的調整，同時轉換廢氣的點位。先選擇或安裝支撐物，垂直支撐在反應管上，內壁設置間隔物，這樣的做法可以確保反應管的下端進氣口與支撐物之間保持一定的安全距離，大致控制在15～20 cm 之間為最佳。具體如圖1 所示：

圖1 二氧化硫反應管安裝結構圖示

根據圖1，實現對二氧化硫反應管安裝結構的設計與加固形式的構建。在實驗的過程中需要注意的是，被動擴散管帶有網片的一端需要調整向下，同時在實驗反應管中添加2.5 mL H2O2溶液，利用均勻的力持續性振蕩15 min，靜置2.5 h。隨后，在此基礎之上，測定計算出當前廢氣中二氧化硫的摩爾質量，具體如公式（2）所示：

式中：L 為二氧化硫的摩爾質量；α 為硫酸標準滴定溶液的體積；u 為滴入次數；h 為滴定溶液濃度；φ 為氫氧化鈉濃度。

根據上述測定，實現對二氧化硫的摩爾質量的計算。針對二氧化硫的摩爾質量的變動情況，測定出各個反應管內廢氣中二氧化硫的當前含量。測試的各個反應管之中的二氧化硫含量均是不同的，所以，此時需要相關測試人員根據被測樣品當前的濃度以及儀器測定狀態，來進一步確定二氧化硫的可控濃度范圍。需要注意的是，對其的檢測必須依據此時測定出來濃度，以由低到高的順序注入離子色譜儀，過程中進行峰面積（或峰高）數值以及信息的定向記錄。結合不同的峰高波動比值，進行二氧化硫坐標變動曲線相關系數的分析，具體如表1 所示：

表1 二氧化硫坐標變動曲線相關系數設置表

根據表1，完成對二氧化硫坐標變動曲線相關系數的設置與驗證分析?；谏鲜鲈O定，可以得知二氧化硫峰高波動比與標準曲線變動相關系數之間存在正向的變動關系。結合當前得出的測試關系，對選定測試的5 個反應管的二氧化硫含量進行測定，分3 個階段進行重復性的測定，利用離子色譜，測定計算出當前工業廢氣中陰離子和陽離子各自所占的比例。但是需要注意的是，陰離子和陽離子的占比并不是固定的，而是隨著排出廢棄體積的變動發生對應的改變，所以，此次獲取的數值僅可以作為參考值，并不是最終的二氧化硫檢測結果。以此為基礎，結合當前的檢測需求及標準的變化，進行色譜條件的制定。具體如圖2 所示：

圖2 色譜條件制定過程圖示

根據圖2，完成對色譜條件及限制標準的設定。一般情況下，色譜柱的適合溫度與室內溫度相對較為接近，淋洗液準備2.5 mmol/L 的Na2CO3和2.9 mmol/L的NaHCO3，充分混合之后，等待溶液發生相應的反應。針對陰、陽離子數量的變動情況，測算出二氧化硫的相對檢測偏差，具體如公式（3）所示：

式中：W 為二氧化硫的相對檢測偏差；V 為檢測廢氣體積；ζ 為檢測峰高值；r 為檢測次數；? 為重合定量值；R 為陽離子數量占比。根據上述測定，實現對二氧化硫的相對檢測偏差的計算，至此，完成基礎性的測試分析。

3 實驗結果及討論

綜合上述測定，完成對當前測試數據以及信息的獲取，具體如表2 所示：

表2 測試數據對比分析表

根據表2，完成對測試數據以及信息的獲?。横槍? 個區域對應的5 個廢氣檢測反應管的驗證，結合二氧化硫實時濃度值以及峰高波動比的標定，最終得出的二氧化硫相對檢測偏差分別是0.16、0.18、0.21、0.28、0.37。綜合實際的檢測要求及標準的變動，接下來，進行最終的討論分析。

結合上述的測定，通過離子色譜法，對最終得出的測試數據以及信息作出驗證研究與定向化討論。針對5 個區域對應的5 個廢氣檢測反應管的驗證，可以得知隨著二氧化硫實時濃度值以及峰高波動比相關數值的增加，相對應的二氧化硫相對檢測偏差也隨之提升，這說明二氧化硫相對檢測偏差的高低與濃度及變動的幅度存在正向的關系，二氧化硫實時濃度值以及峰高波動比提升，檢測偏差增加；二氧化硫實時濃度值以及峰高波動比降低，檢測偏差減小。

4 結語

本文研究了基于離子色譜法的廢氣中二氧化硫檢測方法的設計與驗證分析，與初始的氣體檢測結構相比對，此次研究結合離子色譜法，所構建的二氧化硫檢測形式更加靈活、多變，具有極強的針對性和穩定性，在復雜的背景環境之下，通過離子色譜法能夠進一步實現對檢測結果的比對分析，多方向進行檢測誤差的控制，明確標定出當前的廢氣檢測范圍，為后續相關行業及二氧化硫檢測技術的發展與完善奠定夯實基礎。