Beton karışımlarında klorür iyon içeriğinin iyon kromatografisi ile belirlenmesi

Çelik korozyonu, donatılı beton yapıların dayanıklılığını etkileyen birincil faktördür. Betonda klorür iyonlarının bulunması, çelik korozyonunun ana nedenlerinden biridir ve klorür iyon erozyonu, bu tür korozyon için en önemli tetikleyicidir. Beton, öncelikle çimento, agregalar, karıştırma suyu ve beton katkı maddelerinden oluşur. Beton katkı maddelerinde bulunan klorür iyonları, betondaki klorür iyonlarının önemli bir kaynağını temsil eder. Bu nedenle, beton katkı maddelerindeki klorür iyonlarının tespiti büyük önem taşır.

Bu çalışmada, hedef iyonları diğer girişimci iyonlardan ayırmak için NovaChrom HS-5A-P2 anyon değişim kolonlu bir Wayeal iyon kromatografı kullanılmıştır. Beton katkı maddelerindeki klorür iyonları için yüksek hassasiyetli, kesin, hızlı ve doğru bir analitik yöntem oluşturulmuştur.

Anahtar Kelimeler:İyon kromatografisi, Beton katkı maddeleri, Klorür iyonları.

1. Deney Yöntemi

1.1 Cihaz Konfigürasyonu

Tablo 1 İyon Kromatografi Sistemi Konfigürasyon Listesi

1.2 Deney Malzemesi ve Yardımcı Ekipmanlar

Suda Standart Klorür İyon Çözeltisi: 1000mg/L

Nitrik asit: GR

Örnek: Beton işlem ajanı

Su bazlı şırınga filtresi (0.22μm)

0.0001g hassasiyetli analitik terazi

Deney suyu, 18.25 MΩ·cm (25°C'de) iletkenliğe sahip bir Wayeal ultra saf su arıtma sistemi ile hazırlanmıştır.

1.3 Test Koşulları

Tablo 2 İyon Kromatografi Koşulları

1.4 Örnek Ön İşlemi

Tam olarak 0.5g katkı maddesi örneği tartın, 0.1mg'a kadar hassas. 50mL'lik bir santrifüj tüpüne yerleştirin, 25mL su ve 5 damla nitrik asit ekleyerek örneği çözün. Örnek suda çözünürse, ek olarak 25mL su ekleyin. İyice karıştırmak için vorteks yapın ve ardından bekletin. Örneği, iyon kromatografına analiz için girmeden önce bir ön işlem RP kartuşundan ve 0.22μm'lik tek kullanımlık bir şırınga filtresinden geçirin. Aynı analitik koşulları koruyun ve bir boş test yapın.

2. Sonuç ve Tartışma

2.1 Doğrusal Test

1mg/L, 2mg/L, 4mg/L, 6mg/L ve 8mg/L konsantrasyonlara sahip bir dizi klorür iyonu standart çalışma çözeltisi sırayla pipetlendi. Bölüm 1.3'te belirtilen analitik koşulları takiben, Şekil 1'de gösterildiği gibi standart eğri için örtüşen kromatogramlar. Doğrusal denklem Tablo 3'te gösterilmektedir. Bu kromatografik koşullar altında, klorür iyonu kalibrasyon eğrisi 0.999'dan büyük bir korelasyon katsayısı (R) sergilemiş ve mükemmel doğrusallık göstermiştir.

Şekil 1 Standart Eğrinin Örtüşen Kromatogramı

Şekil 2 Klorür İyonu Standart Eğrisi

Tablo 3 Standart Eğri Doğrusal Denklemi

2.2 Saptama Sınırı

"GB/T 8077-2023 Beton Katkı Maddelerinin Tekdüzeliği İçin Test Yöntemi"ne göre, iyon kromatografisi ile klorür iyonlarının saptama sınırı 0.01mg/L'dir. Bu yöntemde, 0.01mg/L'deki klorür iyonları için sinyal-gürültü oranı 3'ten önemli ölçüde büyüktür ve bu da ulusal standardın hassasiyet gereksinimlerini karşılamaktadır. Klorür iyonu saptama sınırı için sinyal-gürültü oranları Tablo 4'te listelenmiştir ve ilgili kromatogram Şekil 3'te gösterilmektedir.

Tablo 4 Klorür İyonu Saptama Sınırı Sinyal-Gürültü Oranı

Şekil 3 Klorür İyonu Saptama Sınırının Kromatogramı

2.3 Örnek Testi

2.3.1 Örnek İçerik Testi

Bölüm 1.3'te belirtilen analitik koşullar altında, Bölüm 1.4'te açıklanan ön işleme tabi tutulmuş numuneler üzerinde paralel testler yapılmıştır. Sonuçlar, numunelerin iyi tekrarlanabilirliğini göstermiştir. Paralel numunelerin kromatogramları Şekil 4 ve 5'te gösterilmekte ve numunelerde elde edilen klorür iyonu içeriği Tablo 5'te sunulmaktadır.

Şekil 4 İşlem Ajanının Paralel Örnek 1'i İçin Klorür İyonu Testinin Kromatogramı

Şekil 5 İşlem Ajanının Paralel Örnek 2'si İçin Klorür İyonu Testinin Kromatogramı

Tablo 5 Örnek Sonuç Analizi

Notlar: ① Test sonuçları boş değerler için düzeltilmiştir; ① Farklı yöntemler veya farklı laboratuvarlar kullanılarak elde edilen sonuçlar arasında değişkenlik olabilir.

2.3.2 Örnek Tekrarlanabilirlik Sınırı

Ulusal standardın gerekliliklerine göre, numune testleri için tekrarlanabilirlik sınırı aşağıdaki Tablo 6'daki spesifikasyonlara uygun olacaktır:

Tablo 6 Örnek Tekrarlanabilirlik Sınırı Gereksinimleri

Bölüm 2.3.1'deki numunelerin test verilerine dayanarak, işlem ajanı için tekrarlanabilirlik sınırı |%0.0487 – %0.0469| = %0.0018 olarak hesaplanır, bu da %0.02'den azdır ve ulusal standardın gerekliliklerine uygundur.

2.3.3 Örnek Tekrarlanabilirlik Testi

Bölüm 1.3'te belirtilen çalışma test koşulları altında, Bölüm 1.4'te açıklanan ön işleme tabi tutulmuş numuneler üzerinde tekrarlanabilirlik testleri yapılmıştır. Çoklu enjeksiyonlardan elde edilen örtüşen kromatogramlar Şekil 6 ve 7'de gösterilmektedir. Test sonuçları Tablo 7'de sunulmaktadır ve tekrarlanabilirlik testlerindeki klorür iyonları için tepe alanı bağıl standart sapmasının (RSD) %0.238 ile %0.243 arasında değiştiğini ve tutma süresi RSD'sinin %0.015 ile %0.028 arasında değiştiğini göstermektedir. Sonuçlar güvenilirdir ve iyi tekrarlanabilirlik göstermektedir.

Şekil 6 İşlem Ajanı Paralel Örnek 1 (6 Enjeksiyon) İçin Klorür İyonunun Örtüşen Kromatogramları

Şekil 7 İşlem Ajanı Paralel Örnek 2 (6 Enjeksiyon) İçin Klorür İyonunun Örtüşen Kromatogramları

Tablo 7 Örnek Tekrarlanabilirlik Sonuçları

3. Sonuç

Bu deney, yakında çıkacak olan GB/T 8076-2025 "Beton Katkı Maddeleri" standardında belirtilen iyon kromatografisi yöntemine atıfta bulunmuştur. Deney sonuçları, numune çözeltisinin altı ardışık enjeksiyonu için tutma süresi RSD'sinin %0.015 ile %0.028 arasında değiştiğini ve tepe alanı RSD'sinin %0.238 ile %0.243 arasında değiştiğini göstermektedir. Yöntem, iyi enjeksiyon saptama sınırları ve mükemmel doğrusallık göstermiş, korelasyon katsayısı R² 0.99911'dir. Yukarıdaki tüm veriler, enstrümantal performans için ulusal standart yöntemin gerekliliklerini karşılamaktadır. Bir Wayeal iyon kromatografı ve bir iletkenlik dedektörü kullanılarak beton katkı maddelerindeki klorür iyonu içeriğinin belirlenmesi için bir iyon kromatografisi yöntemi oluşturulmuştur. Numune ön işleminden sonra, bir iyon kromatografi kolonunda ayırma yapılmış ve dış standart yöntemi kullanılarak kantifikasyon gerçekleştirilmiştir. Bu yaklaşım, beton katkı maddelerindeki klorür iyonlarının hem kalitatif hem de kantitatif analizini sağlar. Yöntem basittir, iyi tekrarlanabilirlik gösterir ve hassasiyet, paralellik ve tekrarlanabilirlik sınırları için gerekli kriterleri karşılar. Beton katkı maddelerindeki klorür iyonu içeriğinin belirlenmesi için benimsenebilir. Yeni yayınlanan GB/T 8076-2025 "Beton Katkı Maddeleri"nde belirtilen klorür iyonu tayini için iyon kromatografisi yönteminin doğrulanması başarıyla tamamlanmıştır.