Enriquecimiento por conmutación de válvulas Determinación de iones sulfato y fosfato en ácido bórico por cromatografía iónica

El ácido bórico es una materia prima pura y versátil que contiene óxido de boro, que puede utilizarse como reactivo químico e insecticida. En medicina, sirve como bactericida externo, desinfectante, astringente y conservante. En la producción industrial, se utiliza ampliamente en industrias como el vidrio, la cerámica, la metalurgia, los tintes, la galvanoplastia y los textiles. Particularmente en la industria nuclear, las centrales nucleares de agua a presión (PWR) suelen utilizar ácido bórico para controlar las reacciones nucleares. El ácido bórico es un excelente absorbedor de neutrones. En las centrales nucleares de agua a presión (PWR), trazas de iones sulfato y fosfato en concentraciones tan bajas como μg/L pueden causar corrosión de los componentes de acero inoxidable en los equipos de la central. Por lo tanto, es esencial establecer un método analítico fiable para detectar contaminantes aniónicos en el ácido bórico.

La tecnología de conmutación de válvulas es una técnica online comúnmente utilizada en cromatografía iónica, empleada principalmente para la eliminación de iones de la matriz. Al alternar entre columnas cromatográficas con diferentes selectividades, utiliza las diferencias en la selectividad de la fase estacionaria para enriquecer los iones objetivo y eliminar la interferencia de los iones de la matriz. Alternativamente, la conmutación puede ocurrir entre dos columnas con selectividad idéntica. Mediante el análisis del comportamiento de retención de los iones traza en presencia de un gran número de iones de la matriz, se pueden adoptar diferentes estrategias para diversas muestras, lo que permite la determinación de la ventana de tiempo de conmutación central directamente basada en el tiempo de retención de la solución estándar del ion objetivo.
El método de conmutación de válvulas propuesto en este estudio utiliza una columna de rechazo para separar el ácido bórico de los iones objetivo y una columna de enriquecimiento para el enriquecimiento online. Este enfoque permite el enriquecimiento online de aniones en muestras con un gran volumen de inyección (1 mL) al tiempo que elimina la interferencia de los iones borato de la matriz. Finalmente, se utiliza un gradiente de eluyente KOH (generado por un EG) para la elución, y la separación se logra utilizando la columna analítica Wayeal NovaChrom HS-5A-P3, logrando así la separación de los iones sulfato y fosfato.

Palabras clave: Cromatógrafo iónico, Ácido bórico, Iones aniónicos.

1. Método experimental

1.1 Configuración del instrumento

Tabla 1 Lista de configuración del sistema de cromatógrafo iónico

1.2 Materiales experimentales y equipos auxiliares

Solución estándar de iones sulfato en agua: 1000 mg/L

Solución estándar de iones fosfato en agua: 1000 mg/L

Muestra de ácido bórico

Filtro de jeringa acuoso (0,22μm)

Balanza electrónica con una precisión de 0,1 mg

El agua experimental se preparó utilizando el sistema de purificación de agua ultrapura Wayeal, con una conductividad de 18,25 MΩ·cm (25°C).

1.3 Condiciones de prueba

Tabla 2 Condiciones de cromatografía iónica

1.4 Pretratamiento de la muestra

Pesar 1,0 g de la muestra en un matraz aforado de 50 mL, añadir agua ultrapura hasta la marca, agitar bien y dejar reposar. Tomar una cantidad adecuada de la solución, filtrarla a través de un filtro de membrana de 0,22μm y proceder al análisis instrumental.

2. Resultados y discusión

2.1 Prueba lineal

Pipetear secuencialmente una serie de soluciones de trabajo estándar de iones sulfato a concentraciones de 0,01 mg/L, 0,02 mg/L, 0,03 mg/L, 0,04 mg/L, 0,05 mg/L y 0,1 mg/L, así como iones fosfato a concentraciones de 0,002 mg/L, 0,004 mg/L, 0,006 mg/L, 0,008 mg/L, 0,01 mg/L y 0,02 mg/L. En las condiciones de prueba de trabajo especificadas en la Sección 1.3, los cromatogramas multipunto superpuestos de las curvas estándar se obtienen como se muestra en la Figura 1. Las ecuaciones lineales se muestran en la Tabla 3. En estas condiciones cromatográficas, los coeficientes de correlación lineal (R) para los iones sulfato y los iones fosfato son ambos superiores a 0,999, lo que indica una excelente linealidad.

Fig 1. Cromatogramas superpuestos de curvas estándar

Fig 2 Curvas estándar de iones sulfato e iones fosfato

Tabla 3 Ecuaciones lineales de curvas estándar

2.2 Prueba de muestra

2.2.1 Análisis del contenido de la muestra

En las condiciones de prueba de trabajo especificadas en la Sección 1.3, se analizaron las muestras pretratadas de la Sección 1.4. El cromatograma de la muestra se muestra en la Figura 3, y las concentraciones de iones sulfato y fosfato en las muestras se presentan en la Tabla 4.

Fig 3 Cromatograma de prueba de muestra

Tabla 4 Análisis de resultados de muestra

Nota: Los valores en blanco se han restado de los resultados de la prueba; pueden existir variaciones entre los diferentes métodos y los análisis interlaboratorios.

3. Conclusión

Este análisis, utilizando el cromatógrafo iónico de Wayeal equipado con un detector de conductividad, se estableció un método de cromatografía iónica de enriquecimiento con conmutación de válvulas para la determinación de iones sulfato y fosfato en ácido bórico. La muestra se separa a través de una columna de exclusión, se enriquece a través de una válvula de conmutación en una columna de enriquecimiento y luego se separa aún más en una columna de cromatografía iónica analítica. El análisis cuantitativo se realiza utilizando el método del estándar externo, lo que permite la determinación cualitativa y cuantitativa de iones sulfato y fosfato en ácido bórico. Este método es simple, práctico y cumple con los requisitos de sensibilidad y precisión, lo que lo hace adecuado para la determinación del contenido de iones sulfato y fosfato en ácido bórico.