使用铝试剂的含氧阴离子浓度测定制造技术

为了测定水溶液中含氧阴离子的浓度，将铝试剂添加至水溶液中以形成光学分析溶液。铝试剂的添加可能形成或不形成铝‑含氧阴离子氢氧化物水合物沉淀。将光导入光学分析溶液以测定所述光学分析溶液的光学响应。其后，根据光学分析溶液的光学响应测定水溶液中含氧阴离子的浓度。例如，当铝试剂浓度与光学分析溶液的光学响应拐点对应时，含氧阴离子的浓度可使用使含氧阴离子浓度与铝试剂浓度关联的摩尔比来计算。

Determination of the concentration of oxygenated anions using aluminium reagents

In order to determine the concentration of an oxygen-containing anion in an aqueous solution, an aluminum reagent is added to an aqueous solution to form an optical analytical solution. Aluminum reagent addition may form or not form aluminum oxyanion hydroxide hydrate precipitation. Light is introduced into an optical analytical solution to determine the optical response of the optical analysis solution. Thereafter, the concentration of the oxygen-containing anions in the aqueous solution is measured according to the optical response of the optical analysis solution. For example, when the concentration of an aluminum reagent corresponds to the inflection point of the optical response of an optical analytical solution, the concentration of the oxygen-containing ion may be calculated by using the molar ratio of the concentration of the oxygen-containing anion to the concentration of the aluminum reagent.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】使用铝试剂的含氧阴离子浓度测定可发现本申请与2013年3月6日提交的美国专利申请第13/787,365号和共同提交的题目为“ADDITIONOFALUMINUMREAGENTSTOOXOANION-CONTAININGWATERSTREAMS”且委派代理人案号为29805.171.1的申请相关。这两个申请的全部内容通过引用并入本文。
本公开内容涉及含氧阴离子的量化，并且更具体地，涉及量化具有未知浓度的含氧阴离子的水溶液中的含氧阴离子。
技术介绍
含氧阴离子是可在工业过程期间形成的一类含氧阴离子分子。在商业加工操作期间遇到的典型含氧阴离子包括硼酸根、碳酸根、磷酸根、硫酸根、铬酸根和砷酸根。这些含氧阴离子可在包含含氧阴离子的非氧元素的物质暴露于氧气、水和/或细菌时形成。例如，在土制材料的挖掘(如采矿操作和碾磨操作)期间，岩石中的矿物质可暴露于氧化条件，在渗水或工艺废物流中形成含氧阴离子。由于与许多含氧阴离子相关的不良健康和环境作用，政府管理部门经常限制可将某些含氧阴离子与废水排入环境中的水平。因此，产生含氧阴离子的工艺操作员和制造厂常常希望监测存在于释放至环境中的工艺流，例如废水流中的含氧阴离子的浓度。含氧阴离子浓度信息还可用于制定或调整旨在减小存在于被排入环境之前的流中的含氧阴离子的浓度的处理方案。实际上，含氧阴离子组成和浓度可随时间和在环境因素下改变。诸如雨量、温度、工业工艺条件、土制物含量和工艺化学组分的因素可引起给定废水流中的含氧阴离子随时间的组成变化。确保准确并及时地测量含水流中的含氧阴离子浓度可以帮助确保与政府规章要求相一致以及良好的环境和健康管理。
技术实现思路
总之，本公开内容涉及使用基于铝的试剂光学测定具有未知浓度的含氧阴离子的水溶液中含氧阴离子的浓度的装置、系统和技术。在一些实例中，所述技术涉及将铝试剂添加至水溶液中，以形成改变所述水溶液光学性质的铝-含氧阴离子微粒。例如，将铝试剂添加至水溶液中可能形成在观察中保持悬浮在所述水溶液中的铝-含氧阴离子氢氧化物水合物沉淀。水溶液的光学响应可根据形成的所述沉淀的程度和特性而变化，反过来，形成的所述沉淀的程度和特性可根据存在于所述水溶液中的含氧阴离子的浓度而变化。通过在添加铝试剂之后光学分析水溶液，可使用所述溶液的光学响应来测定存在于所述溶液中的含氧阴离子的浓度。不希望受任何具体理论束缚，据信铝试剂在添加至水溶液后可水解而形成AlKeggin离子型结构。所产生的结构可能是将一个或更多个含氧阴离子分子并入低聚物结构的低聚物种类。该低聚物种类可以与存在于所述溶液中的低聚物种类的浓度成比例地吸收和/或反射导入水溶液中的光。此外，低聚物种类的浓度可根据存在于水溶液中的含氧阴离子的浓度而变化。因此，存在于水溶液中的含氧阴离子的浓度可根据在添加铝试剂之后水溶液的光学响应来测定。实际上，在一些实例中已经观察到，在特定的铝浓度下，包含含氧阴离子种类的水溶液的光学响应在给定范围内可预测(例如，大致线性的、曲线的、指数的)，但在所述范围外不可预测。在水溶液具有预期在给定浓度范围内的未知含氧阴离子浓度的情况下，可将预定量的铝试剂添加至水溶液中，与用于开发可预测(例如，大致线性的、曲线的、指数的)校准信息的量对应。水溶液中的含氧阴离子浓度可通过使用校准信息使所述溶液的光学响应与含氧阴离子浓度相关联来测定。在预期未知含氧阴离子浓度不在给定浓度范围内的其他应用中，含氧阴离子浓度可如下测定：将铝试剂的部分连续添加至水溶液中，从而逐渐增加添加至溶液中的铝试剂的量。水溶液的光学响应可在将每部分铝试剂添加至水溶液中之后进行测定。在一些实例中，当含氧阴离子的浓度相对于铝浓度处于特定摩尔比或摩尔比范围内时，观察到光学拐点(例如，最小值或最大值)。因此，含氧阴离子浓度可根据与光学响应的拐点对应的铝试剂的量，和在该位置使含氧阴离子浓度与铝浓度关联的已知摩尔比来确定。在一些应用中，将荧光团添加至具有未知浓度的含氧阴离子的水溶液中，以根据荧光响应测定含氧阴离子浓度。实际上，在一些实例中已经观察到，荧光团的发射强度随着增加的含氧阴离子浓度(在固定的铝浓度下)降低直至含氧阴离子浓度拐点，届时荧光团发射强度开始随着继续增加的含氧阴离子浓度而增加。再次不希望受任何特定理论束缚，据信荧光团种类和含氧阴离子种类可能均竞相与存在于水溶液中的铝反应。例如，在将铝添加至水溶液中时AlKeggin离子型结构可能形成，产生并入一个或更多个含氧阴离子分子和/或荧光团分子的低聚物种类。荧光团并入低聚物(并因此对应于荧光发射响应减弱)的程度与溶液中的含氧阴离子浓度以及其他因素有关，这允许量化含氧阴离子浓度。在一个实例中，描述了一种方法，其包括将铝试剂添加至具有未知浓度的含氧阴离子的水溶液中，从而形成包含铝-含氧阴离子氢氧化物水合物沉淀的光学分析溶液。所述方法还包括将光导入所述光学分析溶液中，并由此测定所述光学分析溶液的光学响应，以及根据所述光学分析溶液的光学响应测定具有未知浓度的含氧阴离子的所述水溶液中含氧阴离子的浓度。在另一个实例中，描述了一种系统，其包括具有未知浓度的含氧阴离子的水溶液源和铝试剂源，所述铝试剂源被构造成向所述水溶液供给铝试剂，并因而形成包含铝-含氧阴离子氢氧化物水合物沉淀的光学分析溶液。所述系统还包括光学传感器，其包括：发射器，其被构造成将光导入所述光学分析溶液；和检测器，其被构造成检测来自所述光学分析溶液的光并由此提供光学响应。所述系统还包括控制器，其被构造成根据所述光学分析溶液的所述光学响应测定具有未知浓度的含氧阴离子的所述水溶液中含氧阴离子的浓度。一个或更多个实例的详情在下文中的附图和描述中进行陈述。其他特征、目的和优点将由说明书和附图以及权利要求书而明显。附图说明图1为示出使用基于铝的试剂光学测量含氧阴离子浓度的示例性方法的流程图。图2为示出对于图1的技术，根据所分析的水溶液的特性控制铝添加的示例性方法的流程图。图3为示出可用于根据图1和2的示例性技术现场分析水溶液以便测定含氧阴离子浓度的示例性流体系统的概念图。图4为示出示例性实验荧光发射响应数据作为Al剂量和硫酸根浓度的函数的图。图5为示出示例性实验浊度响应数据作为硫酸根浓度和Al剂量的函数的图。图6为示出附加示例性实验荧光发射响应数据作为Al剂量和硫酸根浓度的函数的图。图7为示出对于不同示例性硫酸根溶液，荧光发射最小值处示例性Al浓度的图。图8为示出附加示例性实验浊度响应数据作为硫酸根浓度和Al剂量的函数的图。图9为示出示例性实验荧光发射响应数据作为Al剂量和钼酸根浓度的函数的图。图10为示出示例性实验浊度响应数据作为钼酸根浓度和Al剂量的函数的图。图11为示出示例性实验浊度响应数据作为铬酸根浓度和Al剂量的函数的图。图12为示出示例性实验荧光响应数据作为硒酸根浓度和Al剂量的函数的图。图13为示出示例性实验荧光响应数据作为硼酸根浓度和Al剂量的函数的图。图14为示出示例性实验荧光响应数据作为砷酸根浓度和Al剂量的函数的图。图15为示出荧光发射最小值处含氧阴离子浓度与Al浓度之间示例性线性关系的图。图16为示出浊度最大值处含氧阴离子浓度与Al浓度之间示例性线性关系的图。图17为示出在不存在任何含氧阴离子的情况下，示例性荧光团的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种方法，包括：将铝试剂添加至具有未知浓度的含氧阴离子的水溶液中，从而形成光学分析溶液；将光导入所述光学分析溶液中，并由此测定所述光学分析溶液的光学响应；以及根据所述光学分析溶液的光学响应测定所述具有未知浓度的含氧阴离子的水溶液中所述含氧阴离子的浓度。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种方法，包括：将铝试剂添加至具有未知浓度的含氧阴离子的水溶液中，从而形成光学分析溶液；将光导入所述光学分析溶液中，并由此测定所述光学分析溶液的光学响应；以及根据所述光学分析溶液的光学响应测定所述具有未知浓度的含氧阴离子的水溶液中所述含氧阴离子的浓度。2.根据权利要求1所述的方法，其中所述光学响应包括光散射、透射率和吸光度中的至少一种。3.根据权利要求1所述的方法，其中将所述铝试剂添加至所述具有未知浓度的含氧阴离子的水溶液中包括将逐渐增加量的所述铝试剂添加至所述水溶液中，直至所述光学分析溶液的光学响应显示出拐点，并且测定所述具有未知浓度的含氧阴离子的水溶液中所述含氧阴离子的浓度包括根据与所述光学分析溶液的光学响应拐点对应的铝试剂的量测定所述含氧阴离子的浓度。4.根据权利要求3所述的方法，其中所述拐点为最小值和最大值之一，并且其中当所述拐点为最小值时，所述光学响应为吸光度或荧光，而当所述拐点为最大值时，所述光学响应为光散射或透射率。5.根据权利要求3所述的方法，其中根据与所述光学响应拐点对应的铝试剂的量测定所述含氧阴离子的浓度包括使用一摩尔含氧阴离子/三摩尔铝至一摩尔含氧阴离子/六摩尔铝的摩尔比计算所述含氧阴离子的浓度。6.根据权利要求5所述的方法，其中所述摩尔比为约3.7至约4.9。7.根据权利要求1所述的方法，其中将所述铝试剂添加至所述具有未知浓度的含氧阴离子的水溶液中包括将预定量的所述铝试剂添加至所述水溶液中，并且测定所述具有未知浓度的含氧阴离子的水溶液中所述含氧阴离子的浓度包括根据在预定量的铝试剂下使光学响应与含氧阴离子浓度关联的校准信息测定所述含氧阴离子的浓度。8.根据权利要求1所述的方法，还包括将所述水溶液的pH调节至低于8的pH。9.根据权利要求8所述的方法，其中调节所述水溶液的pH包括添加酸以将所述pH调节至约3至约6。10.根据权利要求1所述的方法，其中所述含氧阴离子具有式AxOyz-，其中A为选自Se、P、As、Cr、B、Mo、V和S的化学元素；X是值为1或2的整数；O为氧；Y是值为至少1的整数；并且Z是值为至少2的整数。11.根据权利要求1所述的方法，其中所述含氧阴离子为硫酸根。12.根据权利要求1所述的方法，其中所述铝试剂包括以下中的至少一种：铝酸钠、铝酸钙、氯化铝、聚氯化铝、氢氧化铝、乙酸铝和硝酸铝。13.根据权利要求1所述的方法，还包括将荧光团添加至所述水溶液中，并且其中所述光学响应包括荧光。14.根据权利要求13所述的方法，其中所述荧光团包含一个或更多个阴离子侧基。15.根据权利要求14所述的方法，其中所述一个或更多个阴离子侧基包括磺酸及其盐。16.根据权利要求13所述的方法，其中所述荧光团包括以下中的至少一种：1,3,6,8-芘四磺酸、1-芘磺酸、8-羟基-1,3,6-芘三磺酸、y-氧代-l-芘丁酸、1-芘甲酸、1,5-萘二磺酸、4-氯-2-苯基亚氨基甲基苯酚、N,N’-二亚水杨基-1,3-二氨基-2-羟基丙烷、和1-萘磺酸。17.根据权利要求13所述的方法，还包括将所述水溶液的pH调节至约3至约6，并且其中所述含氧阴离子具有式AxOyz-，其中A为选自Se、P、As、Cr、B、Mo、V和S的化学元素；X是值为1或2的整数；O为氧；Y是值为至少1的整数；并且Z是值为至少2的整数。18.根据权利要求13所述的方法，其中所述荧光团包括1,3,6,8-芘四磺酸，并且所述含氧阴离子包括硫酸根。19.根据权利要求13所述的方法，还包括在将光导入所述光学分析溶液并...

【专利技术属性】
技术研发人员：尼古拉斯·S·埃冈，罗纳德·V·达维斯，
申请(专利权)人：艺康美国股份有限公司，
类型：发明
国别省市：美国,US