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。化學(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行較為準確的檢測，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行。

2.1 國標(biāo)法

本次按照GB/T 218—2016 進行測定，與1996 版本的標(biāo)準相比，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，將析出的二氧化碳氣體進行全部吸收；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)準溶液（以上標(biāo)準溶液質(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)準溶液質(zhì)量濃度確定為100 μg/mL）后，進樣測定，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謹準確性進行判斷。首先進行線性范圍考察，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)準溶液，而后分別將其稀釋為10、20、50、100、120 μg/mL 進行線性回歸，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。其次進行精密度實驗，精密量取50 μg/mL 的碳酸鹽標(biāo)準溶液，連續(xù)進樣5 次進行測定，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)定性進行實驗，仍精密量取50 μg/mL 的碳酸鹽標(biāo)準溶液，連續(xù)進樣5 次進行測定，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確無誤后進行樣品測定。精密稱取適量的樣品，加入適量的標(biāo)準溶液進行潤濕處理，而后經(jīng)過Dionex OnGuardTM II RP 小柱進行預(yù)處理，進樣測定，測定完成后采用標(biāo)準曲線法進行計算。

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)量分數(shù)的測定值均高于2%。同時，根據(jù)RSD 這項指標(biāo)進行分析可知，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行了較為詳細的探究，詳細分析了主要實驗流程要點，并結(jié)合實驗結(jié)果對兩種方法進行對比討論。結(jié)果顯示，離子色譜法在精密度和準確度等關(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，對實驗原理等進一步加深研究，尋求效率和準確度的進一步提升。