通過熒光監測水硬度的制作方法
【技術領域】
[0001]本公開涉及對進入或重新進入工業過程的水中低濃度的可溶性鎂濃度的測量。
【背景技術】
[0002]用于工業目的的水通常包含各種低濃度的雜質。一些雜質對工業用水過程不會造成很大障礙或不造成障礙，而其他雜質可以導致效率低下。典型的工業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引起的低效率。例如，可能的處理方案可包括在美國專利第4457847號、第4545920號、第4711726號、第5736405號、第5041386 號、第 5384050 號、第 6566139 號、第 6436711 號、第 6587753 號、第 6336058 號、第7220382號、第7448255號、第7951298號、第7955853號和第8068033號;以及美國專利申請公開第2008/0202553號和第2008/0179179號中所述的那些，其各自的公開內容通過引用將其全部內容并入本文。
[0003]可能存在于水中的兩種雜質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。硬水可以在工業用水系統，特別地在熱工業用水系統，更特別地在加熱熱工業用水系統，如鍋爐系統中導致已知問題。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。
[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處理的純化。物理處理的非限制性實例包括過濾；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；和電化學方法至沉淀規模。化學處理的非限制性實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量進入、重新進入或正用于工業過程的水(下文稱為“工業用水”)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”)或本領域中已知的其他方法測量。雖然所有方法均可以實現準確的硬度濃度測量，但其各自具有局限性。

【發明內容】

[0006]在第一示例性實施方案中，本公開涉及監測工業用水中可溶性鎂濃度的自動化方法，其中所述工業用水中含可溶性鎂。該自動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生配位鎂化合物。通過對在所述緩沖水樣品中的所述配位鎂化合物的熒光測量來定量在水的等分試樣中(從而在工業用水中)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；水溶性稠環雜環化合物及其組合。
[0007]在第二示例性實施方案中，本公開涉及監測和任選地控制工業用水中總硬度濃度的自動化方法，其中所述工業用水包含可溶性鈣和可溶性鎂。該自動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的可溶性鈣，由此產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生配位鎂化合物。通過對配位鎂化合物的熒光測量來定量在緩沖水樣品中增加的可溶性鎂含量，其使得能夠測定等分試樣(從而對工業用水)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；水溶性稠環雜環化合物及其組合。
[0008]在第三示例性實施方案中，本公開涉及監測和任選地控制含可溶性鈣和可溶性鎂的工業用水總硬度濃度的自動化方法。該自動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需要重復。
[0009]關于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，在緩沖水樣品內產生配位鎂化合物。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定。緩沖水樣品中的(3a)第一惰性熒光劑的濃度通過熒光測定。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量來測定。任選地，對通過對配位鎂化合物的熒光測量來測定的可溶性鎂濃度進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，由此使得能夠計算水中的經調節可溶性鎂濃度。
[0010]關于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，從而用可溶性鎂取代可溶性鈣，并且產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量。通過對由改性水樣品中的(3b)惰性熒光劑所產生的熒光的測定來測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配位鎂化合物的熒光測量來測量。測量改性水樣品的可溶性鎂濃度對應于測量水的第二等分試樣的總硬度濃度，從而對應于測量工業用水的總硬度濃度。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，從而使得能夠計算水中經調節的總硬度濃度。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，可以通過根據測量采取行動來控制至少一個過程變量。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【具體實施方式】和附圖之后，本公開的優點將對于相關領域的普通技術人員而言變得更明顯，其中:
[0012]圖1示出說明根據本公開的一種或更多種方法所測量的鎂濃度的線性特征的校準曲線，其中鎂濃度按十億分率的碳酸鈣計算；
[0013]圖2示出說明根據本公開的一種或更多種方法所測量的總硬度濃度的線性特征的校準曲線，其中總硬度濃度按十億分率的碳酸鈣計算；
[0014]圖3示出說明根據本公開的一種或更多種方法所測量的若丹明WT濃度的線性特征的校準曲線。
【具體實施方式】
[0015]包括一般發明構思的實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施方案，并理解應認為本公開僅為示例，而無意限于特定實施方案。
[0016]本公開一般涉及使用熒光測量水中可溶性鎂和/或鈣濃度(即硬度)的自動化方法。
[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以產生配位鎂化合物的化合物。配位鎂化合物可以根據所使用的特定鎂配位熒光試劑而變化，但當與可溶性鎂配位并且被具有一定波長或波長范圍的光激發時將能夠產生熒光發射。一般地，當被添加至含可溶性鎂的水樣品時，一定量的鎂配位熒光試劑配位(化學連接至可溶性鎂，由此使得能夠通過熒光測量可溶性鎂濃度)，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中的已知物種反應的化合物。例如，在本文所公開方法的某些實施方案中，含鎂試劑與存在于水的等分試樣中的可溶性鈣反應，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計量上的足夠量的一定摩爾量的特定化學物種，使得任何化學平衡由于摩爾過量而相當快速地移動。例如，典型的過量投放是對于特定化學反應所必要的化學計量摩爾量的至少十倍。
[0020]本公開涉及的“水處理變量”表示當進行水處理時可能遇到的測量值或計算值。水處理變量的實例包括但不限