一种示踪剂及其使用方法

专利名称：一种示踪剂及其使用方法
技术领域：
本发明涉及一种不踪剂，尤其涉及一种用于监测工业水系统中水处理药剂浓 度的示踪剂及其使用方法。
背景技术：
为了解决工业用水中存在的用水设备表面容易结垢和腐蚀的问题，各种水 处理药剂得到广泛使用。在水处理药剂的使用过程中，药剂浓度是一重要参数， 药剂浓度过低，不能发挥水处理药剂的作用；药剂浓度过高，会造成药剂的浪 费并增加水污染。
为了更好的控制工业水系统中水处理药剂的剂量，保证处理效果，节约药 剂量，减少测试工作和水处理药剂投加的工作量。人们研制了循环水系统自动 加药控制系统，对循环水系统中的药剂浓度进行监测，实现系统的自动加药。
目前，循环水领域的自动加药系统，根据加药系统控制药剂的方式不同， 分为以下几种
一是通过监测循环冷却水的补水量，循环水与补水的电导率之比，或者循 环水的温差三种方式，实现连续、按比例自动投加药剂；二是通过总膦在线分 析仪测定药剂的量控制加药。
以上两种方式不能准确的测定和控制工业水系统中药剂的量，尤其是目前 由于环保的需要开发出很多无磷药剂，其聚合物的定量分析目前还没有简便易 行的方法，无法通过实验室分析确定其消耗速率。
三是荧光示踪技术，通过添加示踪药剂，测定和控制示踪药剂的量，从而 控制水处理药剂的量。此方法具有系统运行稳定、药剂用量省、自动记录数据 和节省人力等优点。
现有技术中，国夕卜专禾ll"Method of monitoring membrane cleaning processes" (US7060136)禾口"METHOD OF TRACING DRAINS" (WO03029794),介绍了监测和/或控制薄膜分离系统清洁过程的方法和系统。该方法使用一种惰性荧光 示踪剂，包括1,5萘二磺酸二钠盐、2-氨基-l-萘磺酸、7-氨基-l,3-萘磺酸钾盐、
l-氨基-7-萘磺酸等各种相似的单、二或三磺化的萘及其钾、钠盐。
国夕卜专禾ll"Naphthalimide diester fluorescent tracers having improved solubility and fluorescence" (US6248890)介绍了萘二甲酰亚氨二酯荧光示踪剂，用于液 体系统检漏。国夕卜专禾U"Rapid method for detecting leaks of hydraulic fluids in production plants" (US2005160795)介绍的示踪剂包括4-氨基萘-l-磺酸钠盐、 4-氨基-3-羟基-l-萘磺酸等。
国内专利"一种示踪型水质稳定剂"(CN1506325)介绍的水质稳定剂，使 用丙烯酸-丙烯酸酯-膦酸-唑类共聚物做荧光示踪剂。国内专利"一种含有示踪基 团的聚合物及其合成方法"(CN1229091)介绍的示踪水处理剂，以含有0-3个 磺酸基及氨基的芳环有机酸盐作荧光物质，如l-氨基-6-萘磺酸等。
荧光示踪技术技术能准确地测量0.01|ig/L浓度的示踪剂，为了能够在工业 水系统中得到有效的应用，作为示踪剂的化合物必须在该系统中不损耗，即对 于该系统呈惰性。目前，这类化合物并不是很多，需要开发新的水处理示踪药 剂，以满足各种工业用水的需要。

发明内容
本发明提供了一种新型的示踪剂及其使用方法。该示踪物质可以通过仪器 简单、快捷、准确地测定，示踪剂在水体中的线性相关性好、灵敏度高、检测 下限低，对工业水系统中的Fe3+、 Ca2+、 Mg2+、 Zi^+不敏感，并且在氧化剂、 光照和较高温度等条件下化学性能稳定，可以作为示踪药剂在工业用水系统中 使用。
本发明的示踪剂是这样实现的
一种示踪剂，所述示踪剂为氨基和磺酸基取代的萘酚。
在具体设施时，所述磺酸基取代基个数为1、 2或3;其磺酸基取代基可
以为磺酸基钾盐或钠盐。优选的示踪剂为l-氨基-2-萘酚-4-磺酸、l-氨基-8-萘 酚2-磺酸、l-氨基-8-萘酚-4，6-二磺酸、l-氨基-8-萘酚-4,6-二磺酸钠、2-氨基-8-萘酚-3,6-二磺酸、l-氨基-8-萘酚-4-磺酸、l-氨基-8-萘酚-3,4-二磺酸、1-氨基-8-萘酚-4-磺酸、l-氨基-8-萘酚-4-磺酸、2-氨基-8-萘酚-6-磺酸或3-氨基萘-8-羟基 -4，6-二磺酸。本发明的示踪剂，是氨基取代的萘酚的单、二或三磺化酸及其钾、钠盐， 这类化合物是荧光化合物，具有较好的荧光性能，其浓度可以利用荧光分光光 度计测定其荧光强度得到。
使用荧光分光光度测得该类化合物的最大激发波长和最大发射波长分别为
270 300nm和400 430nm范围内，具有很宽的光谱范围，增强了这些化合物 作为示踪药剂的效用，最大激发波长和最大发射波长之间巨大的差值，减少了 烃类化合物对其测定造成的干扰。
本发明的示踪剂可以在工业用水系统中使用，这些系统包括循环冷却水系 统(包括开放式、闭合式和直流式)、空调制冷系统、锅炉和锅炉用水系统、石 油钻井系统、水回收和净化系统、膜过滤系统以及各种污水处理系统等。本发 明的示踪剂在工业用水系统环境中性能稳定，不受系统中其他化合物、细菌微 生物、运行参数等的影响。
温度通常对示踪剂溶液的荧光强度有一定影响，随着温度降低，示踪剂溶 液的荧光量子产率和荧光强度有一定增大(这是由于温度降低，介质的粘度增 大，使荧光分子与溶剂分子碰撞淬灭机会减少)，将常温下的本发明的示踪剂溶 液逐渐加热至IO(TC，随着温度升高，荧光强度略有下降，但荧光强度变化30%。 此夕卜，在0 1 mg/LFe3+、0 1500mg/L Ca2+、0 500 mg/L Mg2+、 0 25 mg/LZn2 +浓度范围内，几种金属离子对于示踪型水处理剂基本没有影响；循环水常用杀 菌剂在药剂使用浓度下对示踪剂也基本没有影响。
本发明的示踪剂的使用方法是这样实现的
将本发明的示踪剂和水处理药剂混合后投入到工业水系统中，通过测量示踪
剂的浓度，得到水处理药剂的浓度；示踪剂在工业水系统中的浓度为0.01 10.0 mg/L，优选的浓度为0.1 1.0mg/L。
采用荧光分光光度计测量水系统的荧光强度，由于示踪剂和水处理药剂的浓 度具有相关性，可以通过测量示踪剂的浓度，快速、准确地得到水处理药剂的 浓度，在此基础上得到水系统中水处理药剂的浓度。
将本发明的示踪剂在工业用水系统中使用时，所需要的药剂量非常小，一 般情况下，使用药剂量为0.01 5mg/L，最大药剂使用量不超过10 mg/L，过多的投加示踪药剂则造成不必要的浪费，最佳的使用药剂浓度为0.1 1.0 mg/L， 对工业用水系统所使用的水处理药剂的性能没有影响。
附图i兑明


图1示踪剂3-氨基萘-8-羟基-4,6-二磺酸的标准曲线
图2水中金属离子对示踪剂的影响
图3示踪剂l-氨基-8-萘酚2-磺酸的标准曲线
实施例
下面结合实施例进一步详述本发明的技术方案，本发明的保护范围不局限 于下述的具体实施方式
。
实施例1
示踪剂为3-氨基萘-8-羟基-4,6-二磺酸。
1、 检测曲线
取适量示踪剂于烧杯中用100ml水溶解，考查其溶解性，试验测得其溶解 度2lg。
用水配制示踪剂浓度0.4 10mg/L的标准溶液，固定荧光分光光度计的激 发波长和发射波长于275nm和421nm，用荧光分光光度计测定3-氨基萘-8-羟基 -4，6-二磺酸水溶液荧光强度，实验结果见图l。
实验表明，3-氨基萘-8-羟基-4,6-二磺酸在水体中线性相关性良好、灵敏度高、 检测下限低，适宜作为示踪剂适用。
2、 工业水中离子对示踪剂的影响
通过实验考查了工业用水中的Fe3+、 Ca2+、 Mg2+、 Zi^+对示踪剂3-氨基萘 _8_羟基-4，6-二磺酸溶液荧光强度的影响。示踪剂浓度为8mg/L，固定荧光分光 光度计的激发波长和发射波长于275nm和421nm，实验结果见图2。
实验表明，工业用水中的Fe"、 Ca2+、 Mg2+、 Zn"对示踪剂3-氨基萘-8-羟 基-4,6-二磺酸溶液荧光强度的影响很小，该示踪剂适合在工业用水中使用。实施例2
示踪剂为l-氨基-8-萘酚-2-磺酸。
检测曲线
用水配制示踪剂浓度0.4 12mg/L的标准溶液，固定荧光分光光度计的激 发波长和发射波长于275nm和421nm，测定l-氨基-8-萘酚2-磺酸水溶液荧光强 度，实验结果见图3。
实验表明，l-氨基-8-萘酚-2-磺酸浓度与其相对应光强度呈现很好的线性关 系，适宜作为示踪剂适用。
权利要求
1、一种示踪剂，所述示踪剂是氨基和磺酸基取代的萘酚。
2、 根据权利要求1所述的示踪剂，其特征在于 所述磺酸基取代基个数为1、 2或3。
3、 根据权利要求2所述的示踪剂，其特征在于 所述磺酸基取代基为磺酸基钾盐或钠盐
4、 根据权利要求1所述的示踪剂，其特征在于所述示踪剂为l-氨基-2-萘酚-4-磺酸、l-氨基-8-萘酚2-磺酸、l-氨基-8-萘酚 -4，6-二磺酸、l-氨基-8-萘酚-4,6-二磺酸钠、2-氨基-8-萘酚-3,6-二磺酸、1-氨基-8-萘酚-4-磺酸、l-氨基-8-萘酚-3，4-二磺酸、l-氨基-8-萘酚-4-磺酸、l-氨基-8-萘酚 _4-磺酸、2-氨基-8-萘酚-6-磺酸或3-氨基萘-8-羟基-4,6-二磺酸。
5、 一种示踪剂的使用方法，将权利要求1 4所述的示踪剂和水处理药剂混合后投入到工业水系统中， 通过测量示踪剂的浓度，得到水处理药剂的浓度；示踪剂在工业水系统中的浓 度为0.01 10.0 mg/L。
6、 根据权利要求5所述的示踪剂使用方法，其特征在于 所述示踪剂在工业水系统中的浓度为0.1 1.0mg/L。
全文摘要
本发明提供了一种荧光示踪剂及其使用方法，该示踪剂是氨基取代的萘酚的单、二或三磺化的及其钾、钠盐，示踪剂在水体中的线性相关性好、灵敏度高、检测下限低，水中的Fe³⁺、Ca²⁺、Mg²⁺、Zn²⁺对示踪剂的荧光强度影响很小，适合在工业用水中使用。使用该示踪剂跟踪工业水系统中的水处理药剂，可以连续监测系统中的药剂浓度，实现加药控制，达到节约药剂量、新鲜水用量、提高浓缩倍数的作用。
文档编号G01N31/00GK101424672SQ200710176579
公开日2009年5月6日 申请日期2007年10月31日 优先权日2007年10月31日
发明者万国晖, 霖 周, 平春霞 申请人:中国石油化工股份有限公司;中国石油化工股份有限公司北京化工研究院