通过荧光监测水硬度的制作方法
【技术领域】
[0001]本公开涉及对进入或重新进入工业过程的水中低浓度的可溶性镁浓度的测量。
【背景技术】
[0002]用于工业目的的水通常包含各种低浓度的杂质。一些杂质对工业用水过程不会造成很大障碍或不造成障碍，而其他杂质可以导致效率低下。典型的工业用水用户可以通过使用一种或更多种水处理方案来减轻或防止由已知杂质引起的低效率。例如，可能的处理方案可包括在美国专利第4457847号、第4545920号、第4711726号、第5736405号、第5041386 号、第 5384050 号、第 6566139 号、第 6436711 号、第 6587753 号、第 6336058 号、第7220382号、第7448255号、第7951298号、第7955853号和第8068033号;以及美国专利申请公开第2008/0202553号和第2008/0179179号中所述的那些，其各自的公开内容通过引用将其全部内容并入本文。
[0003]可能存在于水中的两种杂质为可溶性钙和可溶性镁，通常被称为“硬度”。水可以被描述为“软”，即通常包含很少或不包含可溶性钙或镁；或“硬”，即一般具有较高(有时不期望地高)浓度的可溶性钙、可溶性镁或两者。硬水可以在工业用水系统，特别地在热工业用水系统，更特别地在加热热工业用水系统，如锅炉系统中导致已知问题。这些已知问题中的一些可以由不是特别高的可溶性钙、可溶性镁或两者的浓度引发。
[0004]硬水可以使用一种或更多种水软化过程来软化，其可以包括使用物理或化学处理的纯化。物理处理的非限制性实例包括过滤；蒸馏；包括反渗透、正渗透、膜过滤(微滤、超滤等)、膜蒸馏的膜纯化；离子交换；和电化学方法至沉淀规模。化学处理的非限制性实例包括使用至少一种螯合剂例如乙二胺四乙酸(“m)TA”)或其盐的螯合，或使用一种或更多种苛性碱和/或磷酸盐化合物的沉淀。
[0005]可以采用各种分析方法来测量进入、重新进入或正用于工业过程的水(下文称为“工业用水”)的硬度。硬度浓度可以通过电感耦合等离子体(“ICP”)、离子选择性电极(“ISE”)、光吸收、滴定、原子吸收(“AA”)或本领域中已知的其他方法测量。虽然所有方法均可以实现准确的硬度浓度测量，但其各自具有局限性。
【发明内容】
[0006]在第一示例性实施方案中，本公开涉及监测工业用水中可溶性镁浓度的自动化方法，其中所述工业用水中含可溶性镁。该自动化方法包括将水的等分试样与一定量的(I)PH缓冲液和(2)镁配位荧光试剂混合以产生缓冲水样品。(2)镁配位荧光试剂与存在于缓冲水样品中的可溶性镁配位并产生配位镁化合物。通过对在所述缓冲水样品中的所述配位镁化合物的荧光测量来定量在水的等分试样中(从而在工业用水中)的可溶性镁浓度；在该过程中，(I) PH缓冲液包含水溶性非配位碱，其能够使(I) pH缓冲液缓冲至8至12的pH ;并且(2)镁配位荧光试剂选自水溶性、芳族、邻位羟基取代的偶氮染料；水溶性稠环杂环化合物及其组合。
[0007]在第二示例性实施方案中，本公开涉及监测和任选地控制工业用水中总硬度浓度的自动化方法，其中所述工业用水包含可溶性钙和可溶性镁。该自动化方法包括将水的等分试样与(4)含镁试剂混合。(4)含镁试剂用可溶性镁取代在水的等分试样内的可溶性钙，由此产生具有增加的可溶性镁含量的改性水样品。使改性水样品与一定量的⑴PH缓冲液和(2)镁配位荧光试剂混合以产生含可溶性镁的缓冲水样品。(2)镁配位荧光试剂与存在于缓冲水样品中的可溶性镁配位以产生配位镁化合物。通过对配位镁化合物的荧光测量来定量在缓冲水样品中增加的可溶性镁含量，其使得能够测定等分试样(从而对工业用水)的总硬度浓度。在该过程中，(I)PH缓冲液包含水溶性非配位碱，其能够使(1)ρΗ缓冲液缓冲至8至12的pH ;并且(2)镁配位荧光试剂选自水溶性、芳族、邻位羟基取代的偶氮染料；水溶性稠环杂环化合物及其组合。
[0008]在第三示例性实施方案中，本公开涉及监测和任选地控制含可溶性钙和可溶性镁的工业用水总硬度浓度的自动化方法。该自动化方法包括两组步骤:A组和B组，且这些组的步骤可以根据需要重复。
[0009]关于A组，将水的第一等分试样与一定量的(Ia)第一 pH缓冲液、(2a)第一镁配位焚光试剂，和(3a)第一惰性焚光剂混合以产生缓冲水样品。(2a)第一镁配位焚光试剂与存在于水的第一等分试样中的可溶性镁配位，在缓冲水样品内产生配位镁化合物。缓冲水样品中的任何未配位(2a)第一镁配位荧光试剂的浓度通过光吸收来测定。缓冲水样品中的(3a)第一惰性荧光剂的浓度通过荧光测定。在水的第一等分试样中的可溶性镁浓度也通过在缓冲水样品中的配位镁化合物的荧光测量来测定。任选地，对通过对配位镁化合物的荧光测量来测定的可溶性镁浓度进行校正以得出以下的一者或更多者:混合比的变化、背底效果的变化和温度变化，由此使得能够计算水中的经调节可溶性镁浓度。
[0010]关于B组，将水的第二等分试样与一定量的(Ib)第二 pH缓冲液、(2b)第二镁配位荧光试剂、(3b)第二惰性荧光剂和(4b)含镁试剂混合，产生改性水样品。(4b)含镁试剂与在水的第二等分试样中的可溶性钙反应，从而用可溶性镁取代可溶性钙，并且产生在改性水样品中增加的可溶性镁浓度。(2b)镁配位荧光试剂与存在于改性水样品中的可溶性镁配位，产生配位镁化合物。在改性水样品中的未配位(2b)镁配位荧光试剂的浓度通过光吸收来测量。通过对由改性水样品中的(3b)惰性荧光剂所产生的荧光的测定来测量在改性水样品中的惰性荧光剂的浓度。在改性水样品中的可溶性镁浓度通过对配位镁化合物的荧光测量来测量。测量改性水样品的可溶性镁浓度对应于测量水的第二等分试样的总硬度浓度，从而对应于测量工业用水的总硬度浓度。任选地，可以校正通过配位镁化合物的荧光所测量的可溶性镁浓度以得出以下中的一者或更多者:混合比的变化、背底效果的变化和温度变化，从而使得能够计算水中经调节的总硬度浓度。任选地，可以从水的第二等分试样的总硬度浓度中减去水的第一等分试样的可溶性镁浓度，使得可以确定水中的可溶性钙浓度。任选地，可以通过根据测量采取行动来控制至少一个过程变量。此外，(Ia)第一 pH缓冲液和(Ib)第二 pH缓冲液可以是具有8至12的缓冲pH的相同或不同的组合物，(2a)第一镁配位荧光试剂和(2b)第二镁配位荧光试剂可以是相同或不同的组合物，(3a)第一惰性荧光剂和(3b)第二惰性荧光剂可以是相同或不同的组合物。
【附图说明】
[0011]在阅读以下【具体实施方式】和附图之后，本公开的优点将对于相关领域的普通技术人员而言变得更明显，其中:
[0012]图1示出说明根据本公开的一种或更多种方法所测量的镁浓度的线性特征的校准曲线，其中镁浓度按十亿分率的碳酸钙计算；
[0013]图2示出说明根据本公开的一种或更多种方法所测量的总硬度浓度的线性特征的校准曲线，其中总硬度浓度按十亿分率的碳酸钙计算；
[0014]图3示出说明根据本公开的一种或更多种方法所测量的若丹明WT浓度的线性特征的校准曲线。
【具体实施方式】
[0015]包括一般发明构思的实施方案可以采用各种形式，但在附图中示出并在下文将描述各种实施方案，并理解应认为本公开仅为示例，而无意限于特定实施方案。
[0016]本公开一般涉及使用荧光测量水中可溶性镁和/或钙浓度(即硬度)的自动化方法。
[0017]本公开涉及的“镁配位荧光试剂”表示能够与可溶性镁反应以产生配位镁化合物的化合物。配位镁化合物可以根据所使用的特定镁配位荧光试剂而变化，但当与可溶性镁配位并且被具有一定波长或波长范围的光激发时将能够产生荧光发射。一般地，当被添加至含可溶性镁的水样品时，一定量的镁配位荧光试剂配位(化学连接至可溶性镁，由此使得能够通过荧光测量可溶性镁浓度)，并且一定量的镁配位荧光试剂可以保持未配位(例如剩余或过量的镁配位荧光试剂的量)。
[0018]本公开涉及的“含镁试剂”表示至少部分由镁组成并且与可以存在于物质中的已知物种反应的化合物。例如，在本文所公开方法的某些实施方案中，含镁试剂与存在于水的等分试样中的可溶性钙反应，从而用可溶性镁取代可溶性钙。
[0019]本公开涉及的“过量投放(overdosing) ”表示提供超过在化学计量上的足够量的一定摩尔量的特定化学物种，使得任何化学平衡由于摩尔过量而相当快速地移动。例如，典型的过量投放是对于特定化学反应所必要的化学计量摩尔量的至少十倍。
[0020]本公开涉及的“水处理变量”表示当进行水处理时可能遇到的测量值或计算值。水处理变量的实例包括但不限