Προσδιορισμός της περιεκτικότητας σε ιόντα χλωρίου σε πρόσμικτα σκυροδέματος με χρωματογραφία ιόντων

Η διάβρωση του χάλυβα είναι ένας πρωταρχικός παράγοντας που επηρεάζει την ανθεκτικότητα των κατασκευών από οπλισμένο σκυρόδεμα. Η παρουσία ιόντων χλωρίου στο σκυρόδεμα είναι μια από τις κύριες αιτίες διάβρωσης του χάλυβα και η διάβρωση από ιόντα χλωρίου είναι η πιο σημαντική αιτία τέτοιας διάβρωσης. Το σκυρόδεμα αποτελείται κυρίως από τσιμέντο, αδρανή υλικά, νερό ανάμειξης και πρόσμικτα σκυροδέματος. Τα ιόντα χλωρίου που περιέχονται στα πρόσμικτα σκυροδέματος αντιπροσωπεύουν μια σημαντική πηγή ιόντων χλωρίου στο σκυρόδεμα. Επομένως, η ανίχνευση ιόντων χλωρίου στα πρόσμικτα σκυροδέματος είναι μεγάλης σημασίας.

Σε αυτή τη μελέτη, χρησιμοποιήθηκε ένα χρωματογράφος ιόντων Wayeal εξοπλισμένο με στήλη ανταλλαγής ανιόντων NovaChrom HS-5A-P2 για τον διαχωρισμό των ιόντων στόχου από άλλα παρεμβαλλόμενα ιόντα. Καθιερώθηκε μια εξαιρετικά ευαίσθητη, ακριβής, γρήγορη και ακριβής αναλυτική μέθοδος για τα ιόντα χλωρίου στα πρόσμικτα σκυροδέματος.

Λέξεις κλειδιά:Χρωματογραφία ιόντων, Πρόσμικτα σκυροδέματος, Ιόντα χλωρίου.

1. Μέθοδος πειράματος

1.1 Διαμόρφωση οργάνων

Πίνακας 1 Λίστα διαμόρφωσης συστήματος χρωματογραφίας ιόντων

1.2 Πειραματικό υλικό και βοηθητικός εξοπλισμός

Πρότυπο διάλυμα ιόντων χλωρίου σε νερό: 1000mg/L

Νιτρικό οξύ: GR

Δείγμα: Παράγοντας επεξεργασίας σκυροδέματος

Φίλτρο σύριγγας με βάση το νερό (0,22μm)

Αναλυτική ζυγαριά με ακρίβεια 0,0001g

Το πειραματικό νερό παρασκευάστηκε από το σύστημα καθαρισμού υπερκαθαρού νερού Wayeal, με αγωγιμότητα 18,25 MΩ·cm (στους 25°C).

1.3 Συνθήκες δοκιμής

Πίνακας 2 Συνθήκες χρωματογραφίας ιόντων

1.4 Προεπεξεργασία δείγματος

Ζυγίστε ακριβώς 0,5g του δείγματος πρόσμικτου, με ακρίβεια 0,1mg. Τοποθετήστε το σε ένα σωλήνα φυγοκέντρησης 50mL, προσθέστε 25mL νερού και 5 σταγόνες νιτρικού οξέος για να διαλύσετε το δείγμα. Εάν το δείγμα είναι υδατοδιαλυτό, προσθέστε επιπλέον 25mL νερού. Αναδεύστε για να αναμειχθεί καλά και στη συνέχεια αφήστε το να σταθεί. Περάστε το δείγμα μέσω ενός φυσίγγιου προεπεξεργασίας RP και ενός φίλτρου σύριγγας μιας χρήσης 0,22μm πριν το εισαγάγετε στο χρωματογράφο ιόντων για ανάλυση. Διατηρήστε τις ίδιες αναλυτικές συνθήκες και πραγματοποιήστε ένα τυφλό τεστ.

2. Αποτελέσματα και συζήτηση

2.1 Γραμμική δοκιμή

Μια σειρά από πρότυπα διαλύματα εργασίας ιόντων χλωρίου με συγκεντρώσεις 1mg/L, 2mg/L, 4mg/L, 6mg/L και 8mg/L διαδοχικά πιπετώθηκαν. Ακολουθώντας τις αναλυτικές συνθήκες που καθορίζονται στην Ενότητα 1.3, τα επικαλυπτόμενα χρωματογραφήματα για την τυπική καμπύλη όπως φαίνεται στο Σχήμα 1. Η γραμμική εξίσωση εμφανίζεται στον Πίνακα 3. Υπό αυτές τις χρωματογραφικές συνθήκες, η καμπύλη βαθμονόμησης ιόντων χλωρίου παρουσίασε συντελεστή συσχέτισης (R) μεγαλύτερο από 0,999, υποδεικνύοντας εξαιρετική γραμμικότητα.

Εικ. 1 Επικαλυπτόμενο χρωματογράφημα τυπικής καμπύλης

Εικ. 2 Τυπική καμπύλη ιόντων χλωρίου

Πίνακας 3 Γραμμική εξίσωση τυπικής καμπύλης

2.2 Όριο ανίχνευσης

Σύμφωνα με τη “GB/T 8077-2023 Μέθοδος δοκιμής για την ομοιομορφία των προσμίκτων σκυροδέματος”, το όριο ανίχνευσης ιόντων χλωρίου με χρωματογραφία ιόντων είναι 0,01mg/L. Σε αυτή τη μέθοδο, η αναλογία σήματος προς θόρυβο για τα ιόντα χλωρίου στα 0,01mg/L είναι σημαντικά μεγαλύτερη από 3, γεγονός που πληροί τις απαιτήσεις ευαισθησίας του εθνικού προτύπου. Οι αναλογίες σήματος προς θόρυβο για το όριο ανίχνευσης ιόντων χλωρίου παρατίθενται στον Πίνακα 4 και το αντίστοιχο χρωματογράφημα φαίνεται στο Σχήμα 3.

Πίνακας 4 Αναλογία σήματος προς θόρυβο ορίου ανίχνευσης ιόντων χλωρίου

Εικ. 3 Χρωματογράφημα ορίου ανίχνευσης ιόντων χλωρίου

2.3 Δοκιμή δείγματος

2.3.1 Δοκιμή περιεκτικότητας δείγματος

Υπό τις αναλυτικές συνθήκες που καθορίζονται στην Ενότητα 1.3, πραγματοποιήθηκαν παράλληλες δοκιμές στα προεπεξεργασμένα δείγματα που περιγράφονται στην Ενότητα 1.4. Τα αποτελέσματα έδειξαν καλή αναπαραγωγιμότητα των δειγμάτων. Τα χρωματογραφήματα των παράλληλων δειγμάτων φαίνονται στα Σχήματα 4 και 5 και η περιεκτικότητα σε ιόντα χλωρίου που λαμβάνεται στα δείγματα παρουσιάζεται στον Πίνακα 5.

Εικ. 4 Χρωματογράφημα δοκιμής ιόντων χλωρίου για παράλληλο δείγμα 1 παράγοντα επεξεργασίας

Εικ. 5 Χρωματογράφημα δοκιμής ιόντων χλωρίου για παράλληλο δείγμα 2 παράγοντα επεξεργασίας

Πίνακας 5 Ανάλυση αποτελεσμάτων δείγματος

Σημειώσεις: ① Τα αποτελέσματα των δοκιμών έχουν διορθωθεί για τις τιμές κενού. ② Ενδέχεται να υπάρχει μεταβλητότητα μεταξύ των αποτελεσμάτων που λαμβάνονται με διαφορετικές μεθόδους ή σε διαφορετικά εργαστήρια.

2.3.2 Όριο επαναληψιμότητας δείγματος

Σύμφωνα με τις απαιτήσεις του εθνικού προτύπου, το όριο επαναληψιμότητας για τη δοκιμή δείγματος πρέπει να συμμορφώνεται με τις προδιαγραφές στον Πίνακα 6 παρακάτω:

Πίνακας 6 Απαιτήσεις ορίου επαναληψιμότητας δείγματος

Με βάση τα δεδομένα δοκιμών των δειγμάτων στην Ενότητα 2.3.1, το όριο επαναληψιμότητας για τον παράγοντα επεξεργασίας υπολογίζεται ως |0,0487% – 0,0469%| = 0,0018%, το οποίο είναι μικρότερο από 0,02% και συμμορφώνεται με τις απαιτήσεις του εθνικού προτύπου.

2.3.3 Δοκιμή επαναληψιμότητας δείγματος

Υπό τις συνθήκες εργασιακής δοκιμής που καθορίζονται στην Ενότητα 1.3, πραγματοποιήθηκαν δοκιμές επαναληψιμότητας στα προεπεξεργασμένα δείγματα που περιγράφονται στην Ενότητα 1.4. Τα επικαλυπτόμενα χρωματογραφήματα που λαμβάνονται από πολλαπλές εγχύσεις φαίνονται στα Σχήματα 6 και 7. Τα αποτελέσματα των δοκιμών παρουσιάζονται στον Πίνακα 7, υποδεικνύοντας ότι η σχετική τυπική απόκλιση (RSD) της περιοχής αιχμής για τα ιόντα χλωρίου στις δοκιμές επαναληψιμότητας κυμάνθηκε από 0,238% έως 0,243% και η RSD του χρόνου κατακράτησης κυμάνθηκε από 0,015% έως 0,028%. Τα αποτελέσματα είναι αξιόπιστα, αποδεικνύοντας καλή επαναληψιμότητα.

Εικ. 6 Επικαλυπτόμενα χρωματογραφήματα ιόντων χλωρίου για παράλληλο δείγμα 1 παράγοντα επεξεργασίας (6 εγχύσεις)

Εικ. 7 Επικαλυπτόμενα χρωματογραφήματα ιόντων χλωρίου για παράλληλο δείγμα 2 παράγοντα επεξεργασίας (6 εγχύσεις)

Πίνακας 7 Αποτελέσματα επαναληψιμότητας δείγματος

3. Συμπέρασμα

Αυτό το πείραμα αναφέρθηκε στη μέθοδο χρωματογραφίας ιόντων που καθορίζεται στο επερχόμενο πρότυπο GB/T 8076-2025 "Πρόσμικτα σκυροδέματος". Τα πειραματικά αποτελέσματα δείχνουν ότι για έξι συνεχόμενες εγχύσεις του διαλύματος δείγματος, η RSD του χρόνου κατακράτησης κυμάνθηκε από 0,015% έως 0,028% και η RSD της περιοχής αιχμής κυμάνθηκε από 0,238% έως 0,243%. Η μέθοδος απέδειξε καλά όρια ανίχνευσης έγχυσης και εξαιρετική γραμμικότητα, με συντελεστή συσχέτισης R² 0,99911. Όλα τα παραπάνω δεδομένα πληρούν τις απαιτήσεις της εθνικής τυπικής μεθόδου για την απόδοση των οργάνων. Μια μέθοδος χρωματογραφίας ιόντων καθιερώθηκε για τον προσδιορισμό της περιεκτικότητας σε ιόντα χλωρίου στα πρόσμικτα σκυροδέματος χρησιμοποιώντας ένα χρωματογράφο ιόντων Waayeal εξοπλισμένο με ανιχνευτή αγωγιμότητας. Μετά την προεπεξεργασία του δείγματος, ο διαχωρισμός πραγματοποιήθηκε σε μια στήλη χρωματογραφίας ιόντων και η ποσοτικοποίηση πραγματοποιήθηκε χρησιμοποιώντας τη μέθοδο εξωτερικού προτύπου. Αυτή η προσέγγιση επιτρέπει τόσο την ποιοτική όσο και την ποσοτική ανάλυση των ιόντων χλωρίου στα πρόσμικτα σκυροδέματος. Η μέθοδος είναι απλή, παρουσιάζει καλή επαναληψιμότητα και πληροί τα απαιτούμενα κριτήρια για την ευαισθησία, τον παραλληλισμό και τα όρια επαναληψιμότητας. Μπορεί να υιοθετηθεί για τον προσδιορισμό της περιεκτικότητας σε ιόντα χλωρίου στα πρόσμικτα σκυροδέματος. Η επικύρωση της μεθόδου χρωματογραφίας ιόντων για τον προσδιορισμό ιόντων χλωρίου που καθορίζεται στο νεοεκδοθέν GB/T 8076-2025 "Πρόσμικτα σκυροδέματος" έχει ολοκληρωθεί με επιτυχία.