管道标本的腐蚀规模分析

带领是一种对人类健康有害的有毒金属。通过管道产品的腐蚀，通过管道分配系统的腐蚀引入饮用水的引入发生，该配料系统由铅管服务线，铅焊料和含铅的黄铜配件组成。例如，由于燧石中的高腐蚀性，密歇根州，腐蚀性老化管道在水中引起极高的铅浓度，并在2014年暴露了100,000多名居民。（关于这一主题，阅读腐蚀在燧石水危机中的作用．)

市政当局在其水分配系统方面的反应

世界各地的国家和地方政府已经采取措施，通过引入更严格的铅浓度限制来改善水质。例如，在2019年，健康加拿大降低了最大允许的浓度（Mac）含铅的饮用水允许从0.010 mg / L至0.005 mg / L（5份每十亿份）。

更严格的MAC限制需要更多样本接受铅污染测试。这篇文章概述了规模分析，一种评估水管样品的方法，以及可实施的程序。

什么是规模分析？

规模分析提供了理解水质与配水管道内壁上通常发现的矿物学尺度之间的相关性。

规模分析的好处是：

• 从各种水源表征元素和矿物质的鳞片
• 将元素和矿物质的鳞片相关，以水质
• 将矿物层与以前的变化联系起来水处理

评估水管标本铅的方法

选择用于研究的最终用户样本通常是厨房水龙头、铅供水管道、镀锌前提管道，黄铜前提管道和​​黄铜水表。必须小心地去除这些样品而不会破坏其内表面。它们内部的任何水必须完全排水，并且必须密封样品的末端以防止污染。然后用流动方向，源位置和安装方向标记样品。

图1.典型的最终用户前提管道配置。(来源:SandVig等人的服务线和管道灯具对铅和铜规则合规性问题的贡献。）

分析方法是根据样品的条件和可接受的不确定度来考虑和确定的。这三种常用的程序是视觉检查，摄影和规模分析。

规模分析程序

有许多适合用于分析管道标本的规模;这些在以下部分中讨论。（了解更多内容腐蚀衰竭分析的3个阶段．)

样品的初步检查和照相

样品被切开后视觉检查出现，纹理和颜色，然后拍摄照片。基于摄影分辨率，有两种类型的摄影 - 宏观和微观（倍增50倍） - 如下图片所示（图2和3）。

图2.铅（左）和黄铜（右）的Macrophotograph。(来源:SandVig等人的服务线和管道灯具对铅和铜规则合规性问题的贡献。）

对于铅，可以看到不规则的锰层。对于黄铜，可见碳酸铜垢的不完全覆盖(图3)。

图3.铅（左）和黄铜（右）零件的显微照片显示在照片中。(来源:SandVig等人的服务线和管道灯具对铅和铜规则合规性问题的贡献。）

x射线衍射(XRD)矿物学

X射线衍射（XRD）是最重要的尺度表征工具，因为它揭示了尺度的主要矿物学特征。x射线从原子散射产生衍射图样，其中包含有关样品内原子排列的信息。从铅样品的XRD谱图可以看出(图4)，衍射峰与特定的原子平面相关联。

图4.来自铅样品的X射线衍射（XRD）图案的图。(来源:SandVig等人的服务线和管道灯具对铅和铜规则合规性问题的贡献。）

使用清洁管道的空白光谱可以从这个模式中减去，以去除铅金属峰值产生的潜在噪声。在这种情况下，25度的铅榴石的最高峰值被赋值为100。然后，其他矿物的最高峰值被识别出来，并报告为该峰值高度的百分比。

矿物学通过拉曼散射

拉曼散射是入射的激发光与样品相互作用产生散射光的一种光学过程吗?这种散射光的能量因样品的振动模式而减少化学键在标本中。拉曼散射的益处包括检测结晶阶段差和紧密重叠的图案的能力。下面的曲线（图5）显示了由铅碳酸铅主导的管道尺度的拉曼光谱。

图5.来自铅碳酸铅主导的管道尺度的拉曼光谱。(来源:SandVig等人的服务线和管道灯具对铅和铜规则合规性问题的贡献。）

通过X射线荧光（XRF）化学

X射线荧光（XRF）可提供完整的合金化学，包括百分比铅的金属。XRF使用2至3克组合材料（样品加光谱级粉末）。对于某些元素（如钡（BA）和铜（Cu）而发生干扰，而其他元件的干扰较小。

通过扫描电子显微镜（SEM）与能量色散光谱（EDS）进行微量分析

扫描电子显微镜（SEM）和E.Nergy Dispersive X射线谱图(EDX)提供更高的辉煌离子比光学显微镜，从而提供其他细节如这化学元素的空间分布。非常少量的这样本是使用x-一种CTO.刀，转移到SEM存根，然后用金 -钯防止充电累积。

下面示出了以下（图6,7）所示的Pb碳酸盐酯（左）和Pb氧化物（右）的扫描图像。

图6。碳酸铅(左)、氧化铅(右)扫描图像。(来源:SandVig等人的服务线和管道灯具对铅和铜规则合规性问题的贡献。）

图7。EDS模式从碳酸铅(左)、氧化铅(右)扫描图像。(来源:SandVig等人的服务线和管道灯具对铅和铜规则合规性问题的贡献。）

从研究中得出结论

本文评估的内部腐蚀尺度的结论如下。

水龙头和米

• 脱锌新的水龙头和米的主要铅释放机构是。通过在内管表面处存在多孔锌耗尽层来证明这一点。怀疑是铅被释放到水中从这个层。
• 随着管道部件的增长而增加的规模范围增加。但脱锌的速率可能与锌的量反向。
• 规模化学上同质但是根据温度（例如冷水与热水管线），该组合物可以不同。

铅管和铜管

• 水中存在的高铁和高锰可能会促进铅的形成浸出随着铅在管壁上的熨斗和锰秤的铅。
• 鉴定了与水处理和质量条件相关的铅化合物。例如，使用磷酸盐作为a缓蚀剂，发现铅磷酸铅卟啉卟啉。
• 在管子或管件的长度上，刻度是均匀的。但对于铅管来说，鳞片主要由几层主要是氧化铅(PbO)、碳酸铅、锰和钙等无铅化合物组成。