運用機車冷卻液硬度分析中掩蔽劑的應用

摘 要：文章主要研究了運用中內(nèi)燃機車冷卻液檢測中在有離子干擾的條件下，經(jīng)常使水中總硬度（鈣、鎂離子濃度）檢測結果偏高。聯(lián)合使用絡合-沉淀離子掩蔽劑來排除這些干擾離子，能夠真實準確地反映冷卻液中鈣、鎂離子濃度含量。

關鍵詞：掩蔽劑；三乙醇胺；運用中冷卻液

1 背景

內(nèi)燃機車運用中冷卻液的分析檢測是監(jiān)控內(nèi)燃機車柴油機質量的重要手段。定期檢測冷卻液中的總硬度（鈣、鎂離子濃度含量）和緩蝕劑的總濃度的工作，是保證機車用冷卻液質量達標，防止機車冷卻系統(tǒng)管道、柴油機缸套等起垢、腐蝕的重要方法；與鐵路機車的安全運營密切相關。

新制的機車冷卻液是無色、透明的液體，但是冷卻液在機車內(nèi)部經(jīng)過長時間高溫條件下使用后，顏色會改變成淺黃色或至深黃色（冷卻液中存在金屬干擾離子）。經(jīng)檢測這種帶顏色的冷卻液鈣、鎂離子濃度含量偏高乃至不合格。

使用中的冷卻液檢測數(shù)據(jù)不合格，即產(chǎn)生機車用冷卻液的更換。影響機車檢修作業(yè)的交車，又浪費大量冷卻劑和處理過的水，增加了大量的經(jīng)濟成本和人力。因此急需找出可行的辦法，解決使用中的冷卻液中離子干擾的問題。

2 原因分析

內(nèi)燃機車冷卻系統(tǒng)主要是由鐵、銅和鋁等材質組成，冷卻液在長期與管道接觸后，再經(jīng)過高溫作用，有部分Cu2+、Fe2+和Al3+會進入到水溶液中。Cu2+自身顯藍色，Al3+本身是無色的，F(xiàn)e2+則是淺黃色的，因此，帶給我們干擾的離子主要就是Cu2+和Fe2+。

目前機務化驗采用的鈣、鎂離子濃度檢測方法是EDTA容量法，這種方法的缺點是EDTA可以與Fe2+、Ca2+、Mg2+同時絡合，因此檢測出的總硬度必然偏高。而內(nèi)燃機車冷卻液中的有害離子主要是Ca2+、Mg2+，這兩種離子在長期的運行中會結成水垢，依附在機車的冷卻液系統(tǒng)設備上，影響機車發(fā)動機的散熱功能，引發(fā)柴油機機油的快速老化變質報廢；還會導致缸頭、缸套穴蝕，造成氣缸的提前報廢；嚴重的會造成機車運行中停機。我們將這種有害離子稱之為“目標檢測離子”，而Fe2+、Al3+等金屬離子并不會造成管道結垢，我們將其稱之為“干擾離子”。因此怎樣消除“干擾離子”（Fe2+、Al3+）對“目標檢測離子”（Ca2+、Mg2+）檢測結果的影響是本文要研究的事情。

3 實驗方法分析

3.1 實驗方法的選擇：EDTA屬于氨羧絡合劑，具有非常廣泛的絡合作用；而我們的實際分析對象是具有含多種元素屬性；這些元素之間經(jīng)常相互干擾；因此選擇性滴定Ca2+、Mg2+是需要解決的重要問題。

通過查閱各金屬與EDTA絡合物的穩(wěn)定常數(shù)如表1：

從表1中數(shù)據(jù)可以得出結論：Ca2+、Mg2+與EDTA的絡合常數(shù)要小于其他幾種離子，也就是說，我們的目標檢測離子的絡合常數(shù)小于干擾離子的絡合常數(shù)，這意味著我們不能使用控制酸度進行分步滴定法來解決問題，必須要采用離子掩蔽法，將干擾離子掩蔽。否則采用EDTA檢測方法將無法準確測定Ca2+、Mg2+離子真實含量。

3.2 掩蔽劑的基本功能：在化學分析中，干擾離子會影響分析結果的準確性，如何消除其它離子的干擾，提高分析結果的準確度，除了發(fā)展高選擇性的試劑外，掩蔽劑的使用也是一個很重要的途徑，它對改進舊有方法和發(fā)展新方法都具有很大的實際意義。

分析化學中的所謂“掩蔽”，是指離子或分子無須進行分離而僅經(jīng)過一定的化學反應（通常是形成絡合物）即可不再干擾分析反應的過程。對于有干擾的離子或分子，如不用分離的方法，則必須借助于掩蔽手段。

3.3 選擇掩蔽劑的一般原則

常用的掩蔽劑有無機掩蔽劑和有機掩蔽劑兩大類。有機掩蔽劑品種更多，效果更好，得到了更多的研究和應用。

3.3.1 掩蔽劑與干擾離子所形成的絡合物的穩(wěn)定常數(shù)必須足夠地高。與其相反，與被測離子形成的絡合物的穩(wěn)定常數(shù)應盡可能低。

3.3.2 掩蔽反應的速度應當足夠地快。

3.3.3 掩蔽產(chǎn)物最好是無色的或淺色的，而且在水中有足夠大的溶解度，或者形成不影響滴定終點判斷的沉淀。

3.3.4 不影響目標檢測離子與滴定劑的化學反應。

3.3.5 掩蔽劑加入后，并不影響溶液的pH值。

3.3.6 所選用的掩蔽劑最好是低毒或無毒的。

3.4 掩蔽劑的選擇：根據(jù)掩蔽劑的選擇原則，結合我們檢測的是無機的金屬離子含量，我們決定采用有機掩蔽劑，這樣可以盡可能地減少對被測物的影響。三乙醇胺作為常用的配位絡合掩蔽劑，對Al3+、Fe2+有著非常理想的掩蔽效果，能夠與Al3+、Fe2+形成穩(wěn)定的絡合物，而且不與目標檢測離子作用，最適合掩蔽Al3+、Fe2+這類變價金屬離子，又不影響被測離子；而對于Cu2+，可以通過一些沉淀掩蔽劑比如Na2S來進行掩蔽。我們通過一些計算來驗證選取該掩蔽劑的可行性。

滿足絡合滴定的條件。

4 實驗驗證

4.1 實驗儀器與試劑、樣品

4.1.1 掩蔽劑三乙醇胺：（1+2）的水溶液

4.1.2 硫化鈉：用A.R.Na2S配制成0.2mol/l的水溶液；

4.1.3 銨鹽緩沖溶液（PH=10）：稱取67.5g氯化銨溶于200ml水中加入570ml氨水，用水稀釋至1L

4.1.4 標準硬度的待測水：取新制的蒸餾軟水500ml（Ca2+、Mg2+離子濃度為0），在其中加入1g的A.R.CaCl2，1g的A.R.MgCl2完全溶解后備用。

4.1.5 1+2的硫酸溶液

4.1.6 EDTA二鈉標準溶液（0.025mol）

4.1.7 EBT指示劑：鉻黑T干粉指示劑稱取0.5g鉻黑T，加10.0gNaCl充分混合、碾磨均勻，通過40～50目，儲于棕色瓶中，密塞備用。

4.1.8檢測樣品

A、備兩份：運用機車（運行20萬公里）中的冷卻液待測樣，顏色深黃色（DF4D557機車冷卻液、DF43031機車冷卻）。B、備1份：按照標準配制的新冷卻液。

4.1.9 酸式滴定管一只，三角燒瓶若干，蒸餾水洗瓶一個，25ml量筒一支

4.2 驗證掩蔽劑對被測離子的干擾性

5 結束語

通過上述實驗可知，對機車冷卻液而言三乙醇胺和硫化鈉是一種非常理想的（干擾）離子掩蔽劑，通過這兩種絡合和沉淀掩蔽劑的聯(lián)合使用，使內(nèi)燃機車運用中冷卻液中Ca2+、Mg2+硬度檢測中的干擾離子完全被掩蔽，相較于現(xiàn)有的檢測方法可以較為準確地檢測出冷卻液的真實硬度，較好地解決了工作中的實際問題，避免了機車誤換水，產(chǎn)生了良好的經(jīng)濟效益。

參考文獻

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