通過熒光監(jiān)測(cè)水硬度的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本公開涉及對(duì)進(jìn)入或重新進(jìn)入工業(yè)過程的水中低濃度的可溶性鎂濃度的測(cè)量。
【背景技術(shù)】
[0002]用于工業(yè)目的的水通常包含各種低濃度的雜質(zhì)。一些雜質(zhì)對(duì)工業(yè)用水過程不會(huì)造成很大障礙或不造成障礙，而其他雜質(zhì)可以導(dǎo)致效率低下。典型的工業(yè)用水用戶可以通過使用一種或更多種水處理方案來減輕或防止由已知雜質(zhì)引起的低效率。例如，可能的處理方案可包括在美國(guó)專利第4457847號(hào)、第4545920號(hào)、第4711726號(hào)、第5736405號(hào)、第5041386 號(hào)、第 5384050 號(hào)、第 6566139 號(hào)、第 6436711 號(hào)、第 6587753 號(hào)、第 6336058 號(hào)、第7220382號(hào)、第7448255號(hào)、第7951298號(hào)、第7955853號(hào)和第8068033號(hào);以及美國(guó)專利申請(qǐng)公開第2008/0202553號(hào)和第2008/0179179號(hào)中所述的那些，其各自的公開內(nèi)容通過引用將其全部?jī)?nèi)容并入本文。
[0003]可能存在于水中的兩種雜質(zhì)為可溶性鈣和可溶性鎂，通常被稱為“硬度”。水可以被描述為“軟”，即通常包含很少或不包含可溶性鈣或鎂；或“硬”，即一般具有較高(有時(shí)不期望地高)濃度的可溶性鈣、可溶性鎂或兩者。硬水可以在工業(yè)用水系統(tǒng)，特別地在熱工業(yè)用水系統(tǒng)，更特別地在加熱熱工業(yè)用水系統(tǒng)，如鍋爐系統(tǒng)中導(dǎo)致已知問題。這些已知問題中的一些可以由不是特別高的可溶性鈣、可溶性鎂或兩者的濃度引發(fā)。
[0004]硬水可以使用一種或更多種水軟化過程來軟化，其可以包括使用物理或化學(xué)處理的純化。物理處理的非限制性實(shí)例包括過濾；蒸餾；包括反滲透、正滲透、膜過濾(微濾、超濾等)、膜蒸餾的膜純化；離子交換；和電化學(xué)方法至沉淀規(guī)模。化學(xué)處理的非限制性實(shí)例包括使用至少一種螯合劑例如乙二胺四乙酸(“m)TA”)或其鹽的螯合，或使用一種或更多種苛性堿和/或磷酸鹽化合物的沉淀。
[0005]可以采用各種分析方法來測(cè)量進(jìn)入、重新進(jìn)入或正用于工業(yè)過程的水(下文稱為“工業(yè)用水”)的硬度。硬度濃度可以通過電感耦合等離子體(“ICP”)、離子選擇性電極(“ISE”)、光吸收、滴定、原子吸收(“AA”)或本領(lǐng)域中已知的其他方法測(cè)量。雖然所有方法均可以實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的硬度濃度測(cè)量，但其各自具有局限性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]在第一示例性實(shí)施方案中，本公開涉及監(jiān)測(cè)工業(yè)用水中可溶性鎂濃度的自動(dòng)化方法，其中所述工業(yè)用水中含可溶性鎂。該自動(dòng)化方法包括將水的等分試樣與一定量的(I)PH緩沖液和(2)鎂配位熒光試劑混合以產(chǎn)生緩沖水樣品。(2)鎂配位熒光試劑與存在于緩沖水樣品中的可溶性鎂配位并產(chǎn)生配位鎂化合物。通過對(duì)在所述緩沖水樣品中的所述配位鎂化合物的熒光測(cè)量來定量在水的等分試樣中(從而在工業(yè)用水中)的可溶性鎂濃度；在該過程中，(I) PH緩沖液包含水溶性非配位堿，其能夠使(I) pH緩沖液緩沖至8至12的pH ;并且(2)鎂配位熒光試劑選自水溶性、芳族、鄰位羥基取代的偶氮染料；水溶性稠環(huán)雜環(huán)化合物及其組合。
[0007]在第二示例性實(shí)施方案中，本公開涉及監(jiān)測(cè)和任選地控制工業(yè)用水中總硬度濃度的自動(dòng)化方法，其中所述工業(yè)用水包含可溶性鈣和可溶性鎂。該自動(dòng)化方法包括將水的等分試樣與(4)含鎂試劑混合。(4)含鎂試劑用可溶性鎂取代在水的等分試樣內(nèi)的可溶性鈣，由此產(chǎn)生具有增加的可溶性鎂含量的改性水樣品。使改性水樣品與一定量的⑴PH緩沖液和(2)鎂配位熒光試劑混合以產(chǎn)生含可溶性鎂的緩沖水樣品。(2)鎂配位熒光試劑與存在于緩沖水樣品中的可溶性鎂配位以產(chǎn)生配位鎂化合物。通過對(duì)配位鎂化合物的熒光測(cè)量來定量在緩沖水樣品中增加的可溶性鎂含量，其使得能夠測(cè)定等分試樣(從而對(duì)工業(yè)用水)的總硬度濃度。在該過程中，(I)PH緩沖液包含水溶性非配位堿，其能夠使(1)ρΗ緩沖液緩沖至8至12的pH ;并且(2)鎂配位熒光試劑選自水溶性、芳族、鄰位羥基取代的偶氮染料；水溶性稠環(huán)雜環(huán)化合物及其組合。
[0008]在第三示例性實(shí)施方案中，本公開涉及監(jiān)測(cè)和任選地控制含可溶性鈣和可溶性鎂的工業(yè)用水總硬度濃度的自動(dòng)化方法。該自動(dòng)化方法包括兩組步驟:A組和B組，且這些組的步驟可以根據(jù)需要重復(fù)。
[0009]關(guān)于A組，將水的第一等分試樣與一定量的(Ia)第一 pH緩沖液、(2a)第一鎂配位焚光試劑，和(3a)第一惰性焚光劑混合以產(chǎn)生緩沖水樣品。(2a)第一鎂配位焚光試劑與存在于水的第一等分試樣中的可溶性鎂配位，在緩沖水樣品內(nèi)產(chǎn)生配位鎂化合物。緩沖水樣品中的任何未配位(2a)第一鎂配位熒光試劑的濃度通過光吸收來測(cè)定。緩沖水樣品中的(3a)第一惰性熒光劑的濃度通過熒光測(cè)定。在水的第一等分試樣中的可溶性鎂濃度也通過在緩沖水樣品中的配位鎂化合物的熒光測(cè)量來測(cè)定。任選地，對(duì)通過對(duì)配位鎂化合物的熒光測(cè)量來測(cè)定的可溶性鎂濃度進(jìn)行校正以得出以下的一者或更多者:混合比的變化、背底效果的變化和溫度變化，由此使得能夠計(jì)算水中的經(jīng)調(diào)節(jié)可溶性鎂濃度。
[0010]關(guān)于B組，將水的第二等分試樣與一定量的(Ib)第二 pH緩沖液、(2b)第二鎂配位熒光試劑、(3b)第二惰性熒光劑和(4b)含鎂試劑混合，產(chǎn)生改性水樣品。(4b)含鎂試劑與在水的第二等分試樣中的可溶性鈣反應(yīng)，從而用可溶性鎂取代可溶性鈣，并且產(chǎn)生在改性水樣品中增加的可溶性鎂濃度。(2b)鎂配位熒光試劑與存在于改性水樣品中的可溶性鎂配位，產(chǎn)生配位鎂化合物。在改性水樣品中的未配位(2b)鎂配位熒光試劑的濃度通過光吸收來測(cè)量。通過對(duì)由改性水樣品中的(3b)惰性熒光劑所產(chǎn)生的熒光的測(cè)定來測(cè)量在改性水樣品中的惰性熒光劑的濃度。在改性水樣品中的可溶性鎂濃度通過對(duì)配位鎂化合物的熒光測(cè)量來測(cè)量。測(cè)量改性水樣品的可溶性鎂濃度對(duì)應(yīng)于測(cè)量水的第二等分試樣的總硬度濃度，從而對(duì)應(yīng)于測(cè)量工業(yè)用水的總硬度濃度。任選地，可以校正通過配位鎂化合物的熒光所測(cè)量的可溶性鎂濃度以得出以下中的一者或更多者:混合比的變化、背底效果的變化和溫度變化，從而使得能夠計(jì)算水中經(jīng)調(diào)節(jié)的總硬度濃度。任選地，可以從水的第二等分試樣的總硬度濃度中減去水的第一等分試樣的可溶性鎂濃度，使得可以確定水中的可溶性鈣濃度。任選地，可以通過根據(jù)測(cè)量采取行動(dòng)來控制至少一個(gè)過程變量。此外，(Ia)第一 pH緩沖液和(Ib)第二 pH緩沖液可以是具有8至12的緩沖pH的相同或不同的組合物，(2a)第一鎂配位熒光試劑和(2b)第二鎂配位熒光試劑可以是相同或不同的組合物，(3a)第一惰性熒光劑和(3b)第二惰性熒光劑可以是相同或不同的組合物。
【附圖說明】
[0011]在閱讀以下【具體實(shí)施方式】和附圖之后，本公開的優(yōu)點(diǎn)將對(duì)于相關(guān)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言變得更明顯，其中:
[0012]圖1示出說明根據(jù)本公開的一種或更多種方法所測(cè)量的鎂濃度的線性特征的校準(zhǔn)曲線，其中鎂濃度按十億分率的碳酸鈣計(jì)算；
[0013]圖2示出說明根據(jù)本公開的一種或更多種方法所測(cè)量的總硬度濃度的線性特征的校準(zhǔn)曲線，其中總硬度濃度按十億分率的碳酸鈣計(jì)算；
[0014]圖3示出說明根據(jù)本公開的一種或更多種方法所測(cè)量的若丹明WT濃度的線性特征的校準(zhǔn)曲線。
【具體實(shí)施方式】
[0015]包括一般發(fā)明構(gòu)思的實(shí)施方案可以采用各種形式，但在附圖中示出并在下文將描述各種實(shí)施方案，并理解應(yīng)認(rèn)為本公開僅為示例，而無意限于特定實(shí)施方案。
[0016]本公開一般涉及使用熒光測(cè)量水中可溶性鎂和/或鈣濃度(即硬度)的自動(dòng)化方法。
[0017]本公開涉及的“鎂配位熒光試劑”表示能夠與可溶性鎂反應(yīng)以產(chǎn)生配位鎂化合物的化合物。配位鎂化合物可以根據(jù)所使用的特定鎂配位熒光試劑而變化，但當(dāng)與可溶性鎂配位并且被具有一定波長(zhǎng)或波長(zhǎng)范圍的光激發(fā)時(shí)將能夠產(chǎn)生熒光發(fā)射。一般地，當(dāng)被添加至含可溶性鎂的水樣品時(shí)，一定量的鎂配位熒光試劑配位(化學(xué)連接至可溶性鎂，由此使得能夠通過熒光測(cè)量可溶性鎂濃度)，并且一定量的鎂配位熒光試劑可以保持未配位(例如剩余或過量的鎂配位熒光試劑的量)。
[0018]本公開涉及的“含鎂試劑”表示至少部分由鎂組成并且與可以存在于物質(zhì)中的已知物種反應(yīng)的化合物。例如，在本文所公開方法的某些實(shí)施方案中，含鎂試劑與存在于水的等分試樣中的可溶性鈣反應(yīng)，從而用可溶性鎂取代可溶性鈣。
[0019]本公開涉及的“過量投放(overdosing) ”表示提供超過在化學(xué)計(jì)量上的足夠量的一定摩爾量的特定化學(xué)物種，使得任何化學(xué)平衡由于摩爾過量而相當(dāng)快速地移動(dòng)。例如，典型的過量投放是對(duì)于特定化學(xué)反應(yīng)所必要的化學(xué)計(jì)量摩爾量的至少十倍。
[0020]本公開涉及的“水處理變量”表示當(dāng)進(jìn)行水處理時(shí)可能遇到的測(cè)量值或計(jì)算值。水處理變量的實(shí)例包括但不限