離子色譜儀在巖心樣品反演地層水礦化度中的應用
礦化度是水中所含各種離子、分子及化合物(不包括游離狀態的氣體)的總量,以毫克/升表示。傳統的水文地質研究方法在進行地層水水質評價時,是通過地層水的取樣進行分析,確定含水巖組中水的礦化度。地層水中的水有兩種存在形式,即自由水和束縛水。由于取樣方式的局限,常規水分析資料只能反映地層中自由水的含鹽量,不能代表地層水的全貌,所以利用巖心樣品反演地層水礦化度是常規水分析資料的重要補充。
巖心樣品經研磨浸泡后,依據SY/T5523-2000,采用滴定法分析浸泡液中常規六項離子(Ca2+、Mg2+、HCO3-、CO32-、Cl-、SO42-、K+、Na+),計算浸泡液礦化度,再結合樣品含水體積與浸泡液體積比例系數,推算巖心樣品在地下實際狀況下所含各種形式水的總礦化度。
對于陰離子Cl-、SO42-的測定,離子色譜法在以下幾個方面較之滴定法具有明顯的優勢:①試驗中,當巖心樣品吸水性極強,試驗用的上層清液量不能滿足常規滴定分析時,離子色譜儀只需幾毫升的樣品量就能滿足分析要求。②當巖心樣品含有色金屬或者受泥漿、地表水的污染時,浸泡液呈現較深的顏色時,滴定法無法依靠指示劑指示終點;而離子色譜法不受樣品本身顏色的影響。③當地下水中含有較多溴、碘離子時,用滴定法測定氯離子時,干擾無法排除,測定結果為氯、溴、碘離子的合量;而用離子色譜法分析氯離子時,由于這三種離子在淋洗液和固定相之間的分配系數也不同,按照氯、溴、碘離子的順序依次被分離,有效地避免了相互干擾。
離子色譜法分析巖心樣品浸泡液中的氯離子和硫酸根,實驗結果證明具有準確、重復性好、靈敏度高等優點。
1. 實驗部分
1.1 儀器和試劑
790 Personal IC 1.0型離子色譜儀(瑞士萬通),配電導檢測器。
優級純碳酸鈉,碳酸氫鈉,硫酸。氯離子標準溶液(1000mg/L),硫酸根離子標準溶液(1000mg/L)。
1.2 色譜條件
色譜柱:Metrosep A Supp4-250(4×250mm);淋洗液:1.8mmol/L Na2CO3 + 1.7mmol/L NaHCO3,流速:1.0mL/min;進樣量:20μL。
1.3 標準溶液的配制
用1000mg/L的SO42- 、Cl-母液,配制含SO42- 和Cl-均為5.0、10.0、20.0、50.0和100.0的一系列混合標準工作溶液。
1.4 樣品處理
稱取500g左右巖心樣品,加入500g蒸餾水,置于廣口瓶中充分振搖10min后,放置72小時,中間搖動數次。再用虹吸法取上層清液用慢速濾紙過濾,再用0.45μm微孔濾膜過濾,取5~10ml濾液用離子色譜法測定其中的SO42- 、Cl-。
2.結果與分析
2.1 工作曲線的繪制
分別取混合標準系列工作溶液進行離子色譜分析,根據保留時間定性、外標法定量原理得到SO42- 、Cl-回歸方程及其相關參數,回歸方程如下:y=0.135859x,r=0.99937, RSD=4.325%(SO42-);y=0.0831339x,r=0.99913, RSD=5.795%(Cl-)
2.2 重復性
取石西注水站原水,按上述方法進行5次SO42- 、Cl-的測定,重復性測試結果,見表1。
2.3加標回收
將石西原水稀釋100倍后取20ml,取混合標準(含SO42-和Cl-離子各100mg/L)2mL,定容至25mL,在上述測試條件下測得SO42-濃度為14.33mg/L,回收率為95.55%;Cl-濃度為16.08mg/L, 回收率為93.83%
2.4準確性考察依據
SY/T5523-2000,六項離子分析中,K++Na+是通過電中性原理計算出來的,稱為理論值;這里通過使用發射光譜法分別測定7塊巖心樣品浸泡液中K+、Na+含量(測試值),與理論值對比,反證用離子色譜法測試SO42- 、Cl-結果的準確,結果見表2,測試值與理論值偏差均小于5%。
2.5 檢出限
按3倍信噪比計算,SO42- 、Cl-檢出限均小于0.05mg/L,說明離子色譜法具有較高的靈敏度。
3. 反演地層水礦化度應用實例
表3是南緣951147井J3q層位在不同井深所取的巖心樣品反演原始地層水礦化度。反演出的原始地層水礦化度為地質測井解釋提供了較為可靠的依據。
4. 小結
本文報道了常規離子色譜/電導檢測器測定巖心樣品中陰離子的方法,并通過演算測定的鉀,鈉離子與ICP直接測定結果進行了比較。離子色譜具有準確,簡便,靈敏度高的特點,能夠滿足地層水的檢驗要求。
參考文獻
丁明玉 田松柏 編 《離子色譜原理與應用》北京:清華大學出版社,2001年。
SY/T5523-2000《油氣田水分析方法》