离子色谱法与国标法测定煤中碳酸盐二氧化碳含量对比分析

张惠琴

（山西地宝能源有限公司，山西 太原 030045）

0 引言

在煤炭材料中含有少量的无机碳酸盐成分，虽然这些成分所占比例相对较低，但其对煤炭材料的整体质量仍具有一定的影响，从以往的经验可知，无机碳酸盐组分及含量不同的煤炭经常在用途上存在显著的差异[1-2]。因此，在煤炭质量检验工作中，如何对煤炭中碳酸盐二氧化碳（指煤炭中的碳酸盐矿物在高温加热条件下分解放出的二氧化碳）含量进行有效测定，就成为需要重点关注的一项内容，应对此作进一步研究。

1 实验材料与仪器

煤炭原材料主要源于5 个不同的煤炭产地，分别标记为样品A～E。化学试剂有五水合硫酸铜、钠石灰、沸石、无水乙醇、盐酸、丙三醇、硫酸、无水氯化钙、碳酸钠、碳酸钙，以上试剂均为分析纯，均采购自Sigma公司；蒸馏水为GB/T 6682 三级级别，并经煮沸后除去二氧化碳，为实验室自制。

本次实验所使用的仪器如表1 所示。

表1 主要实验仪器

除以上药品和试剂外，本次使用的色谱柱采用Dionex IonPacAS18（250 mm×4 mm）阴离子型色谱柱，该色谱柱通过等度洗脱即可对碳酸根离子进行较为准确的检测，峰型较好，且与其他阴离子分离情况较优，分析时间较快。

在确定选用该型号色谱柱后，按照如下步骤对碳酸根离子进行检测：一是注入样品，使样品通过该阴离子色谱柱；二是利用碱性流动相，逐渐增加流动相中的碳酸根浓度，实现对碳酸根离子的梯度洗脱；三是应用离子检测器检测柱流出的离子，生成色谱图谱，通过峰的面积或高度分析来定量测定样品中的碳酸根离子[3-4]。

2 主要实验流程

为对比离子色谱法与国标法的测定结果，本次采用两种方法平行开展实验的方式进行。

2.1 国标法

本次按照GB/T 218—2016 进行测定，与1996 版本的标准相比，其主要差异在于增加了正压供气方式，具体实验装置如图1 所示。

图1 国标法的实验装置图

基于该实验装置，本次实验的主要流程如下：使用盐酸对煤样进行处理，确保煤样中的碳酸盐成分全部反应生成二氧化碳；使用搭载碱石灰的吸收器，将析出的二氧化碳气体进行全部吸收；在U 型管不再明显增重后，开启电热套加热烧瓶使得溶液在7～8 min后沸腾，之后保持微沸状态30 min 后停止实验；根据吸收器质量的增量，对煤中碳酸盐二氧化碳含量进行计算，计算公式如式（1）[5]：

式中：m 表示样品质量；m0表示两个U 型管初始的总质量；m1为两个U 型管在反应初步完成但未加热处理时的总质量；m2为两个U 型管在反应全部结束后的总质量。以上单位均为g。

2.2 离子色谱法对

在本次测定中，参考GB/T 218—2016 中盐酸与碳酸盐反应的原理，对实验装置进行搭建，实验装置如图2 所示。

图2 离子色谱法的实验装置示意图

如图2 所示，本次实验的主要流程分为以下几个部分：

一是进行专属性实验，本环节中，分别精密量取适量的氯离子、亚硝酸根离子、硝酸根离子、硫酸根离子和碳酸根离子的标准溶液（以上标准溶液质量浓度均为1 000 μg/mL），加水稀释为质量浓度为10 μg/mL的溶液（碳酸盐标准溶液质量浓度确定为100 μg/mL）后，进样测定，考察常规阴离子是否对测定造成干扰。图3 结果表明，碳酸根离子与其他离子相比具有较好的分离效果。

图3 专属性试验分析图谱结果

二是对本次实验方法的严谨准确性进行判断。首先进行线性范围考察，精密称取适量碳酸钠，加水溶解为质量浓度为1 000 μg/mL 的标准溶液，而后分别将其稀释为10、20、50、100、120 μg/mL 进行线性回归，得到回归方程为A=0.006 1ρ+0.049 8，r=0.999 0，表明线性关系较好。其次进行精密度实验，精密量取50 μg/mL 的碳酸盐标准溶液，连续进样5 次进行测定，计算得到峰面积的RSD 值为1.2%，证明精密度相对较优。再次是对稳定性进行实验，仍精密量取50 μg/mL 的碳酸盐标准溶液，连续进样5 次进行测定，结果显示峰面积的RSD 值为1.5%，证明本次实验方法的稳定性相对较优。

三是在确定本次实验方法准确无误后进行样品测定。精密称取适量的样品，加入适量的标准溶液进行润湿处理，而后经过Dionex OnGuardTM II RP 小柱进行预处理，进样测定，测定完成后采用标准曲线法进行计算。

3 实验结果与讨论

在以上实验环节全部结束后，获得的两方面测量结果如表2 和表3 所示。

表2 国标法测量结果

表3 离子色谱法的测定结果

通过对比表2 和表3 中的数据可知，本次所选用的5 种煤样，其碳酸盐二氧化碳质量分数的测定值均高于2%。同时，根据RSD 这项指标进行分析可知，离子色谱法与国标法相比，其在精确度指标上更具优势，对不同种类煤样的分析而言，较具普适性、实用性与可靠性，可在今后逐步推广应用。

4 结语

整体来看，在本次研究中，对离子色谱法和国标法在煤中碳酸盐二氧化碳含量的实验测试部分均进行了较为详细的探究，详细分析了主要实验流程要点，并结合实验结果对两种方法进行对比讨论。结果显示，离子色谱法在精密度和准确度等关键指标上更具优势，而且能够在一定程度上降低操作复杂程度，提高分析效率，预计其具有更高的实用价值。当然，在今后的工作中，仍需要结合实际情况，对实验原理等进一步加深研究，寻求效率和准确度的进一步提升。