氯離子濃度分析試驗

本研究在鹽池試驗所使用的氯離子濃度分析係利用可以量測較為小濃度 但試驗成本極高的離子層析法；而 ACMT 因為試驗次數較多，所以採用速度 較快且成本較低的硝酸銀電位滴定法。相關試驗方法如下所述。

壹 、 離子層析法

本研究鹽池試驗經 90 天浸泡後，經由混凝土萃取的氯離子濃度極低，

且試驗溶液易受到其他離子（如鎂離子）的干擾造成誤差。因此較不適用傳 統使用的硝酸銀電位滴定法。而離子層析法使用物理吸附與沖提機制，較不 受到干擾，且可量測至 ppb 級之濃度，因此本研究擬採用此法進行混凝土中 氯離子的分析工作，但其缺點在於無法直接量測濃度高於 100 ppm 之樣品，

以及受制於分離管柱使用次數與費用，因此單次試驗成本較高。

數據擷取 系統

直流電源

供應器 溫度量測 熱電偶

混凝土試體

陰極槽 陽極槽

離子層析法主要參考規範為 CNS 14918 [34]，其原理是使待測溶液通 過充填樹脂之分離管，離子與樹脂產生交換作用而吸附於樹脂交換基之上，

此時加入流洗液沖提，使其脫離交換基，再度變成自由離子，再不斷重複此 一吸附－沖提循環作用。由於溶液中離子電荷數，離子半徑及質量等因素，

對樹脂之親和力會產生差異，親和力越大越容易吸附，且越難沖提，因此造 成通過分離管所需之時間不同，並且各自形成離子群，此時再測量其溶液總 導電率，並藉由軟體繪製時間與溶液總導電率之關係曲線，在藉由比對不同 濃度標準溶液導電值所製成的檢量線，即可做材料加速劣化後化學成分的定 性與定量分析，如圖 3-6 所示，為典型的離子層析試驗結果。

圖 3-6 典型的離子層析法試驗結果

所使用的離子層析儀為建研所於風雨風洞實驗室設置之 Metrohm MIC 模組式系列之離子層析儀。設備可同時量測陰陽離子濃度，並可自動連續量 測多管試樣。本套設備照片如圖 3-7 所示。

圖 3-7 Metrohm MIC 模組式離子層析儀

貳、硝酸銀電位滴定法

ACMT 試驗過程中可以從陽極槽定期抽取溶液量測其氯離子濃度。由於 為每日進行之多次試驗，且氯離子溶液不需經由混凝土萃取，因此採成本較 低且速度較快的傳統硝酸銀電位滴定法進行。由於在 ACMT 中氯離子是以次 氯酸根狀態存在於氫氧化鈉溶液中，所以樣本滴定前必須進行酸化處理，將 次氯酸根還原成氯離子以供量測。所採用的方式則參考 ASTM D512 [35]或 CNS 5858 規範 [36]中所規定之硝酸銀電位滴定法進行。主要利用 0.01 N 標 準硝酸銀溶液滴定含有氯離子的溶液使其產生白色氯化銀沉澱，其方程式如 下所示：

AgCl Cl

Ag^ ^ (3-1)

滴定進行時，首先需利用硝酸將樣本酸化。溶液酸化的原因有兩個，第

如下：

AgCl H

Cl

ClO^ ^2 ^ (3-2)

另一原因由於氫氧化鈉溶液屬於高鹼性，為避免硝酸銀與溶液中氫氧根 結合產生AgOH，造成誤判，因此需將存在於氫氧化鈉中的氯離子溶液酸化。

本研究所使用的儀器為 Metrohm 702 SM 型電位滴定儀，如圖 3-8 所示，

此儀器之量測精度可達 10 ppm，且可由電腦連線記錄試驗資料。參考電極為 銀/氯化銀複合電極。主要藉由電極量測滴定過程中氯離子的氧化電位，當電 位突然巨幅變化時，則是為滴定終點（equivalence point, EP），如圖 3-9 所示。

圖 3-8 Metrohm 702 SM 型電位滴定儀

圖 3-9 滴定過程電位變化與硝酸銀加入量關係 [36]

藉由滴定終點所得之硝酸銀溶液滴定量與已知濃度，可以計算滴定溶液 中氯離子含量，其計算式如下：

cl AgNO AgNO

cl V

V

N N ^{3 3} (3-3)

式中N 為氯離子濃度（mole/L）_cl ；

AgNO3

N 則為 0.01 N 標準硝酸銀溶液，

由於硝酸銀溶液極易受光線干擾，因此試驗前需以標準 0.1 N 標準氯化鈉溶 液標定；VAgNO3滴定終點硝酸銀溶液滴定量（mL）；V 則為氯離子溶液滴定_cl 樣本數（mL）。

硝酸銀加入量（μL）