張惠琴

（山西地寶能源有限公司，山西 太原 030045）

0 引言

在煤炭材料中含有少量的無機(jī)碳酸鹽成分，雖然這些成分所占比例相對較低，但其對煤炭材料的整體質(zhì)量仍具有一定的影響，從以往的經(jīng)驗可知，無機(jī)碳酸鹽組分及含量不同的煤炭經(jīng)常在用途上存在顯著的差異[1-2]。因此，在煤炭質(zhì)量檢驗工作中，如何對煤炭中碳酸鹽二氧化碳（指煤炭中的碳酸鹽礦物在高溫加熱條件下分解放出的二氧化碳）含量進(jìn)行有效測定，就成為需要重點關(guān)注的一項內(nèi)容，應(yīng)對此作進(jìn)一步研究。

1 實驗材料與儀器

煤炭原材料主要源于5 個不同的煤炭產(chǎn)地，分別標(biāo)記為樣品A～E?；瘜W(xué)試劑有五水合硫酸銅、鈉石灰、沸石、無水乙醇、鹽酸、丙三醇、硫酸、無水氯化鈣、碳酸鈉、碳酸鈣，以上試劑均為分析純，均采購自Sigma公司；蒸餾水為GB/T 6682 三級級別，并經(jīng)煮沸后除去二氧化碳，為實驗室自制。

本次實驗所使用的儀器如表1 所示。

表1 主要實驗儀器

除以上藥品和試劑外，本次使用的色譜柱采用Dionex IonPacAS18（250 mm×4 mm）陰離子型色譜柱，該色譜柱通過等度洗脫即可對碳酸根離子進(jìn)行較為準(zhǔn)確的檢測，峰型較好，且與其他陰離子分離情況較優(yōu)，分析時間較快。

在確定選用該型號色譜柱后，按照如下步驟對碳酸根離子進(jìn)行檢測：一是注入樣品，使樣品通過該陰離子色譜柱；二是利用堿性流動相，逐漸增加流動相中的碳酸根濃度，實現(xiàn)對碳酸根離子的梯度洗脫；三是應(yīng)用離子檢測器檢測柱流出的離子，生成色譜圖譜，通過峰的面積或高度分析來定量測定樣品中的碳酸根離子[3-4]。

2 主要實驗流程

為對比離子色譜法與國標(biāo)法的測定結(jié)果，本次采用兩種方法平行開展實驗的方式進(jìn)行。

2.1 國標(biāo)法

本次按照GB/T 218—2016 進(jìn)行測定，與1996 版本的標(biāo)準(zhǔn)相比，其主要差異在于增加了正壓供氣方式，具體實驗裝置如圖1 所示。

圖1 國標(biāo)法的實驗裝置圖

基于該實驗裝置，本次實驗的主要流程如下：使用鹽酸對煤樣進(jìn)行處理，確保煤樣中的碳酸鹽成分全部反應(yīng)生成二氧化碳；使用搭載堿石灰的吸收器，將析出的二氧化碳?xì)怏w進(jìn)行全部吸收；在U 型管不再明顯增重后，開啟電熱套加熱燒瓶使得溶液在7～8 min后沸騰，之后保持微沸狀態(tài)30 min 后停止實驗；根據(jù)吸收器質(zhì)量的增量，對煤中碳酸鹽二氧化碳含量進(jìn)行計算，計算公式如式（1）[5]：

式中：m 表示樣品質(zhì)量；m0表示兩個U 型管初始的總質(zhì)量；m1為兩個U 型管在反應(yīng)初步完成但未加熱處理時的總質(zhì)量；m2為兩個U 型管在反應(yīng)全部結(jié)束后的總質(zhì)量。以上單位均為g。

2.2 離子色譜法對

在本次測定中，參考GB/T 218—2016 中鹽酸與碳酸鹽反應(yīng)的原理，對實驗裝置進(jìn)行搭建，實驗裝置如圖2 所示。

圖2 離子色譜法的實驗裝置示意圖

如圖2 所示，本次實驗的主要流程分為以下幾個部分：

一是進(jìn)行專屬性實驗，本環(huán)節(jié)中，分別精密量取適量的氯離子、亞硝酸根離子、硝酸根離子、硫酸根離子和碳酸根離子的標(biāo)準(zhǔn)溶液（以上標(biāo)準(zhǔn)溶液質(zhì)量濃度均為1 000 μg/mL），加水稀釋為質(zhì)量濃度為10 μg/mL的溶液（碳酸鹽標(biāo)準(zhǔn)溶液質(zhì)量濃度確定為100 μg/mL）后，進(jìn)樣測定，考察常規(guī)陰離子是否對測定造成干擾。圖3 結(jié)果表明，碳酸根離子與其他離子相比具有較好的分離效果。

圖3 專屬性試驗分析圖譜結(jié)果

二是對本次實驗方法的嚴(yán)謹(jǐn)準(zhǔn)確性進(jìn)行判斷。首先進(jìn)行線性范圍考察，精密稱取適量碳酸鈉，加水溶解為質(zhì)量濃度為1 000 μg/mL 的標(biāo)準(zhǔn)溶液，而后分別將其稀釋為10、20、50、100、120 μg/mL 進(jìn)行線性回歸，得到回歸方程為A=0.006 1ρ+0.049 8，r=0.999 0，表明線性關(guān)系較好。其次進(jìn)行精密度實驗，精密量取50 μg/mL 的碳酸鹽標(biāo)準(zhǔn)溶液，連續(xù)進(jìn)樣5 次進(jìn)行測定，計算得到峰面積的RSD 值為1.2%，證明精密度相對較優(yōu)。再次是對穩(wěn)定性進(jìn)行實驗，仍精密量取50 μg/mL 的碳酸鹽標(biāo)準(zhǔn)溶液，連續(xù)進(jìn)樣5 次進(jìn)行測定，結(jié)果顯示峰面積的RSD 值為1.5%，證明本次實驗方法的穩(wěn)定性相對較優(yōu)。

三是在確定本次實驗方法準(zhǔn)確無誤后進(jìn)行樣品測定。精密稱取適量的樣品，加入適量的標(biāo)準(zhǔn)溶液進(jìn)行潤濕處理，而后經(jīng)過Dionex OnGuardTM II RP 小柱進(jìn)行預(yù)處理，進(jìn)樣測定，測定完成后采用標(biāo)準(zhǔn)曲線法進(jìn)行計算。

3 實驗結(jié)果與討論

在以上實驗環(huán)節(jié)全部結(jié)束后，獲得的兩方面測量結(jié)果如表2 和表3 所示。

表2 國標(biāo)法測量結(jié)果

表3 離子色譜法的測定結(jié)果

通過對比表2 和表3 中的數(shù)據(jù)可知，本次所選用的5 種煤樣，其碳酸鹽二氧化碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)的測定值均高于2%。同時，根據(jù)RSD 這項指標(biāo)進(jìn)行分析可知，離子色譜法與國標(biāo)法相比，其在精確度指標(biāo)上更具優(yōu)勢，對不同種類煤樣的分析而言，較具普適性、實用性與可靠性，可在今后逐步推廣應(yīng)用。

4 結(jié)語

整體來看，在本次研究中，對離子色譜法和國標(biāo)法在煤中碳酸鹽二氧化碳含量的實驗測試部分均進(jìn)行了較為詳細(xì)的探究，詳細(xì)分析了主要實驗流程要點，并結(jié)合實驗結(jié)果對兩種方法進(jìn)行對比討論。結(jié)果顯示，離子色譜法在精密度和準(zhǔn)確度等關(guān)鍵指標(biāo)上更具優(yōu)勢，而且能夠在一定程度上降低操作復(fù)雜程度，提高分析效率，預(yù)計其具有更高的實用價值。當(dāng)然，在今后的工作中，仍需要結(jié)合實際情況，對實驗原理等進(jìn)一步加深研究，尋求效率和準(zhǔn)確度的進(jìn)一步提升。