铁离子含量测定方法研究

赵盼青

（河南化工技师学院工业分析系，河南开封475000）

铁离子含量测定方法研究

赵盼青

（河南化工技师学院工业分析系，河南开封475000）

热力发电厂中的水汽循环系统是整个发电环节中的一个较小的构成部分，其中流动着大量的水汽，如果水汽品质不良，容易形成Fe0、Fe203等氧化物，从而导致金属的腐蚀，并附着在热力设备上，形成金属腐蚀产物，导致设备的导热能力降低，并且影响水的品质，形成恶性循环。因此，加强水循环系统中水质铁离子含量测定至关重要。本文利用磺基水杨酸分光光度法、邻菲罗啉分光光度法及EDTA配位滴定法等方法来测定铁离子含量，并对这三种方式进行分析，以期能够为相关研究提供参考。

铁离子；含量测定；测定方法

铁离子容易被高温水汽氧化，形成Fe0、Fe203等，这些铁的氧化物具有较强的腐蚀性，如果附着在金属设备上，会导致设备遭到腐蚀，影响设备的正常运行。因此，在水汽循环系统检测中，应当加强铁离子的检测，如果铁离子超过国家标准GB/T 12145-1999规定，应当立即对水汽进行处理，保证水汽循环系统中水汽的纯净[1]。

1 铁离子对循环水系统的影响

水汽循环中水质的恶化将直接影响系统运行,水质恶化可能诱发粘泥、腐蚀、菌藻滋生等水质故障，影响整个系统的正常运行。铁离子检测是反应循环水系统腐蚀情况的重要指标，相关研究[2-4]发现，当水中的Fe2+浓度为2mg/L时，将造成碳钢换热器腐蚀率年增长六七倍，若铁离子浓度增加，将会导致腐蚀加重。而当铁离子含量超过0.5mg/L时，将会造成系统内铁细菌繁殖，形成粘泥，导致系统管道堵塞，并使系统加速腐蚀。在热力发电厂水汽循环系统中，总铁含量指的是存在于循环水中的二价铁离子与三价铁离子，铁离子的主要来源是系统残留铁锈、补充水及系统钢铁腐蚀产物[5，6]。整个循环水系统中遍布钢铁管线，当这些钢铁管线被高温水汽氧化后，将形成氢氧化铁，形成二价铁离子，表示腐蚀的开始。在酸性溶液中，三价铁离子属于阴极反应加速剂，中性溶液中的二价铁能抑制铜及铜合金的腐蚀。而在碱性溶液中铁离子将与氢氧根形成沉淀物，附着在管壁上，加速腐蚀[7，8]。因此，电厂水汽循环系统中铁离子控制十分重要。

2 我国热力发电厂水汽循环中的铁离子控制标准

根据我国制定的《火力发电机组及蒸汽动力设备水汽质量》相关规定，结合电厂锅炉工作状况，对水质存在不同的要求，通常锅炉压力越大，要求水汽质量越高[9]。目前，我国35MW机组运行过程中，对于水汽循环系统中的水汽成分十分关注，含铁量更是水质控制的重中之重。大量研究获得的关于水汽中含铁量的控制标准为：在机组运行给水时，铁离子含量需要≤20μg/L，凝结水中铁离子含量需要≤50μg/L，而蒸汽中的铁离子含量也应当≤20μg/L[10]。锅炉设备停运时，一般是整个水汽系统内部氧腐蚀发生最严重的时候，特别是部分积水无法排放时，腐蚀的影响巨大；在机组运行启动前，应当用加有二甲基酮肟与氨的除盐水对设备进行冲洗，对锅炉本体、凝结水管和给水管路等都完成冲洗除污，检测水汽铁离子含量，当达到锅炉水的铁离子≤200μg/L、凝结水管路中的铁离子≤1 000μg/L、给水管路中的铁离子≤200μg/L时，才能进行点火升炉，运行设备[11]。

3 铁离子的含量测定方法

3.1 磺基水杨酸分光光度法测定铁离子含量

取样，将其中亚铁通过硫酸铵氧化成高价铁，三价铁离子在pH9-11条件下可与磺基水杨酸发生反应，形成黄色络合物。该络合物的最大吸收波长一般在425nm，测定铁离子含量的范围在50～500μg/L，经过测定，其结果表示的是水样中全铁含量。采用该方法测定铁离子含量时，一般无需加入过多试剂，所以受到的干扰因素少，具有较好的重现性，而且该方法发色快，测定铁离子含量速度快[12]。

该方法的注意事项如下，一是通常锅炉启动时需要冲洗，冲洗后的液体中水汽铁离子含量较大，给水和锅炉水的控制指标通常需要200μg/L。如果铁离子含量过高，达到500μg/L以上时，可以通过利用稀释方式将浓度过高的铁离子稀释到50～500μg/L，再利用磺基水杨酸分光光度法进行测定，即可取得测定结果。但如果水汽中铁离子含量＜50μg/L，将无法发色，这是需要采用其他测定方式，保证测定结果的准确性。二是如果采集的水样存在明显颜色，应当通过采用硫酸铵进行处理，并结合空白试验去掉硫酸铵的含铁量。在锅炉内进行pH协调时，利用磷酸盐处理，不会对磺基水杨酸分光光度法造成影响。为保证水样不受其他污染，取样过程的所有器皿都需要利用盐酸进行煮洗。

3.2 邻菲罗啉分光光度法测定铁离子含量

取样，将其中的高价铁用盐酸羟胺进行还原，经过还原反应形成亚铁，并在pH为4～5的条件下，与邻菲罗啉发生反应，产物表现为红色络合物，该络合物的最大吸收波长一般在510nm，测定铁离子含量的范围在5～200μg/L，经过测定，其结果表示的是水样中全铁含量。采用该方法测定，会受到外接因素影响，并且测定过程设计多种试剂，操作比较繁琐，一般只有在测定范围仅符合该方法时采用[13]。

该方法的注意事项如下，一是该方法测定范围在5～200μg/L，通常机组设备运行时，各种水汽中铁含量不超过20μg/L，因此正符合该方法检测范围。为避免水质污染，采样时需要先对其进行盐酸溶液煮洗，并采用纯水反复清理后，完成测定。该方法涉及使用比色皿，比色皿必须专用，避免不易清洗却容易玷污对比色皿使用的影响。使用时应当避免其变形或者发生破裂。二是因碱性溶液中二价铁离子特别容易被空气氧化，形成高价离子，所以需要在调pH前，先加入邻菲罗啉，避免氧化情况对测定结果的影响。测定时应量取100mL水样，有利于将悬浮状的铁氧化物颗粒转化成铁离子，增加测定的敏感度。

3.3 EDTA配位滴定法测定铁离子含量

取样，加酸处理水样中的铁，保证水样中多种形态铁完全溶解，并被酸氧化成高价铁，选用磺基水杨酸作为指示剂，在pH为1～3的介质中选择EDTA滴定液进行测定操作。磺基水杨酸与高价铁会形成紫色络合物，但络合物并不稳定，当滴定EDTA后，磺基水杨酸与铁离子的络合物将逐渐被还原，铁离子从络合物中分离，溶液紫色变成淡黄色，如果铁离子含量低，则滴定结束表现出“无色”。该方法测定的范围在5～20mg/L[14]。利用该方法测定速度快，使用仪器简单，易于现场操作。

该方法的注意事项如下，一是EDTA配位滴定法测定范围为5～20mg/L，适用于锅炉大修除垢的产物测定。在pH为1.5～2.0的范围，锌离子、钙离子、铝离子及镁离子对该方法几乎无干扰影响，测定时只要控制酸性条件范围，则测定结果较为理想。但如果滴定溶液中含有铜，并且其含量达到0.1mg，将会干扰测定结果。这时可通过使用邻菲罗啉消除。二是EDTA溶液滴定时，其与高价铁反应最好控制在60～70℃条件下，如果温度过低，则反应速度很慢，容易出现超滴定情况，造成测定结果偏高。当采用EDTA滴定法测定铁含量时，如果接近反应终点，需要缓慢、逐滴加入EDTA溶液，并且多摇晃观察，避免滴定过量。

4 铁离子测定试验及结果分析

上述介绍了循环水系统中铁离子的危害及检测该方法，对磺基水杨酸分光光度法、邻菲罗啉分光光度法2种方式进行了分析，发现2种方法存在相似性，但又各具特色，测定范围不同，效果都较为理想。为此，采用上述2种方式进行铁离子的测定，比较2种方式的测定结果，为今后的应用研究提供参考。

4.1 试验方法

采用磺基水杨酸分光光度法、邻菲罗啉分光光度法分别检测循环水系统中的水样。将2种方法测定的溶液在室温下与空白试剂做参考，利用1cm比色皿盛放滴定液，置于不同波长下测定滴定液的吸光度。并测定线性回归方程、相关系数、线性范围、摩尔吸光系数等结果，分析测定结果中的干扰因素，并测定2种方法的加标回收率。

4.2 试验结果

4.2.1 线性回归方程、相关系数、线性范围、摩尔吸光系数测定结果

按照试验方法配置并测定标准曲线，获得数据的线性回归方程。两组在线性相关系数（R）相同的情况下对比两组的摩尔吸光系数（灵敏度）与线性范围，结果发现，采用邻菲罗啉分光光度法测定铁离子含量的结果中，摩尔吸光系数更大，灵敏度更高。而采用磺基水杨酸分光光度法测定铁离子过程线性回归方程的线性范围更宽，提示具有更好的适应性。详细结果如表1所示。

表1 线性回归方程、相关系数、线性范围、摩尔吸光系数测定结果

4.2.2 干扰因素分析与检测

通过对2种检测铁离子的方法与结果进行分析，发现在测定铁离子浓度过程中会受到其他离子存在的干扰，这些干扰因素将会造成铁离子测定数据结果不准确。经分析发现，干扰离子包括钾离子、锌离子、钙离子、镍离子、铜离子、铝离子和锰离子等，均是可能存在与水循环系统中的离子。当铁离子浓度在2.4μg/mL时，对测定的误差判断结果为＜5%，两种检测方法可允许的干扰离子浓度为铁离子浓度的不同倍数，具体倍数可见表2。

4.2.3 回收率检测结果

以25mL的比色管，加入样品溶液2.0mL，再加入1.0mL的铁标准溶液，依照试验方法将其配置后进行样品加标准的吸光度A3检测。再取25mL比色管1支，加入2.0mL样品后测定样品吸光度A4。进行3次试验，将3次试验的结果取平均值，汇总在表3中。结果显示，2种方法铁的加标回收率分别为95.42%与100.00%，邻菲罗啉分光光度法的效果更好。具体结果见表3。

4.3 结果分析

磺基水杨酸分光光度法与邻菲罗啉分光光度法具有一定的相似性，因此，本文专门对2种方法的测定试验进行了研究分析。结果发现，采用邻菲罗啉分光光度法测定铁离子含量的结果中，摩尔吸光系数更大，灵敏度更高。而采用磺基水杨酸分光光度法测定铁离子过程线性回归方程的线性范围更宽，提示具有更好的适应性。在铁离子检测过程中存在一定的离子干扰，若想测定准确的铁离子浓度，应保证干扰离子浓度倍数不超过允许值。两组方法的回收率测定结果发现，2种方法测铁的加标回收率分别为95.42%与100.00%，邻菲罗啉分光光度法的效果更好。

EDTA配位滴定法测定铁离子含量时具有较高的准确性，并且与磺基水杨酸分光光度法、邻菲罗啉分光光度法相比存在不同的浓度测定范围，但其检测原理与另外2种方式不一致。因此，本次研究未将该检测方式与另外2种方式做试验比较。

表2 2种方法的干扰离子含量倍数

表3 加标情况及回收率检测结果

5 3种方法的优势分析及注意事项

3种测试方法均存在一定的技术优势，并不能说哪种方法比另外两种方法更好，而是各具特色，能适应不同环境条件及检测条件，针对性实现对铁离子含量的测定。邻菲罗啉分光光度法的使用测定范围适用于5～200μg/L，磺基水杨酸分光光度法的使用测定范围在50～500μg/L，而EDTA配位滴定法的使用测定范围在5～20mg/L。不同范围的测定，能将包含不同特征的铁离子含量检测出来，便于根据实际条件选择适当的测定方式。

在铁离子测定过程中，需要注意以下问题，一是铁离子测定环境方面。要完成铁离子含量的测定，首先需要掌握3种方法的测定原理，了解3种测定方法的测定范围，并知道3种方法中试剂的应用方法。尤其是试剂使用的酸碱环境，需要在满足试剂使用环境的条件下，避免酸碱环境对铁离子检测结果造成影响。二是本文对各个试验的步骤描述较为简洁，在铁离子含量测定中，需要认真按照详细的步骤进行，以便提高测定含量的准确性[15]。

6 结论

本文对3种测定铁离子的方法进行了分析，简要介绍原理及其注意事项。结果表明，3种测定铁离子的方法存在各自的测定范围，而且具有不同的特征和效果，在进行水汽铁离子含量测定时，需要结合实际情况选择，或者联合使用，将达到理想的效果。

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Study on the Determination Method of Iron Ion Content

Zhao Pan-qing
(Department of Industrial Analysis,Henan Chemical Technician College,Henan Kaifeng 475000)

The water vapor cycle system in thermal power plants is a small part of the entire power in the link,which flows a lot of water vapor,if the water vapor quality is poor,it is easy to lead to the occurrence of corrosion of metals,form Fe0,Fe203and other oxides and attached to the thermal equipment to form metal corrosion products,which leads to the decrease of heat capacity of equipment,and the effect of water quality,forming a vicious spiral.Therefore,it is very important to strengthen the determination of iron content in water system.In this paper,the methods of determination of iron ion content were studied,and the three methods were analyzed,in order to provide reference for the related research.

Iron ion;Content determination;Determination method

O614.811

A

2096-0387（2017）03-0070-04

赵盼青（1987-），女，河南新郑人，本科，助理讲师，研究方向：生物化学。