一种砷形态野外分离方法及装置与流程

本发明涉及分析化学技术领域，具体涉及一种采用离子交换柱串联在户外对砷元素的不同形态物质分离的方法及装置。

背景技术：

砷是一种有毒金属元素，人体长期饮用或接触会产生糖尿病、神经病变、心血管疾病和癌症等疾病，对健康造成不利影响。砷在自然界中通常以as(iii)、as(v)、一甲基砷和二甲基砷的混合物形式出现，四种形态在化学性质、生物活性和毒性水平上都有着显著的差异。例如，as(iii)和as(v)具有剧毒性，而一甲基砷和二甲基砷毒性相对较小。相关技术中，采用强阴离子交换柱对无机砷形态进行分离、洗脱时有机砷形态会同时洗脱，造成测得的无机砷的含量偏大。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明的实施例提供了一种在野外可将as(iii)、as(v)、一甲基砷和二甲基砷分离的方法及其装置。

为解决上述技术问题，本发明的实施例提供了一种砷形态野外分离方法，包括以下步骤：

(1)预处理，采用活化溶液分别对第一离子交换柱和第二离子交换柱进行活化；

(2)活化后的所述第一离子交换柱和所述第二离子交换柱通过未污染的连接头连接形成串联离子交换柱；

(3)所述串联离子交换柱通过未污染的连接头与注射器连接，取样品至所述注射器中，将所述样品注入所述串联离子交换柱中，收集洗脱的三价砷溶液于接收杯中；

(4)将上述洗脱后的串联离子交换柱分开，将第一离子交换柱通过未污染的连接头与注射器连接，取第一淋洗液至所述注射器，将所述第一淋洗液注入分开后的所述第一离子交换柱中，收集洗脱的二甲基砷酸溶液于接收杯中；

(5)将分开后的所述第二离子交换柱通过未污染的连接头与注射器连接，取第二淋洗液至所述注射器，将所述第二淋洗液注入分开后的所述第二离子交换柱中，收集洗脱的一甲基砷酸溶液于接收杯中；

(6)将步骤(5)中洗脱后的所述第二离子交换柱再次通过未污染的连接头与注射器连接，取第一淋洗液至所述注射器，将所述第一淋洗液注入洗脱后的所述第二离子交换柱中，收集洗脱的五价砷溶液于接收杯中。

优选地，所述活化溶液为h2so4溶液和去离子水，所述h2so4溶液浓度为5.0％～20％(v/v)；活化时间为1h～24h。

优选地，所述第一淋洗液、第二淋洗液分别为hcl溶液、ch3cooh溶液；所述hcl溶液、ch3cooh溶液的浓度分别为5.0％～15％、0.1％～1.0％；所述第一淋洗液、第二淋洗液的用量为样品量的3～4倍。

优选地，所述h2so4溶液浓度为10％(v/v)、15％(v/v)；活化时间为6h、12h。

优选地，所述hcl溶液浓度为8％、12％；所述ch3cooh溶液的浓度为0.5％、0.8％。

本发明实施例还提供了一种砷形态野外分离装置，包括注射器、连接头、第一离子交换柱、第二离子交换柱、接收杯；所述注射器与所述第一离子交换柱或所述第二离子交换柱均分别通过所述连接头连接；所述第一离子交换柱和第二离子交换柱通过所述连接头连接形成串联离子交换柱；所述接收杯位于所述第一离子交换柱或第二离子交换柱的下方。

优选地，所述连接头包括进口端和出口端，所述进口端与所述注射器的出口、第一离子交换柱的出口或第二离子交换柱的出口连接；所述出口端与所述第一离子交换柱的进口或第二离子交换柱的进口连接。

优选地，所述第一离子交换柱和第二离子交换柱的柱容量为1ml～10ml；所述第一离子交换柱的填料为键合磺酸基的高纯硅胶基质，所述第二离子交换柱的填料为键合季胺基的高纯硅胶基质。

优选地，所述注射器的量程为10ml～20ml。

优选地，所述接收杯包括杯体和可密封盖合所述杯体的杯盖。

与相关技术比较，本发明的实施例提供的技术方案带来的有益效果是：本发明的砷形态野外分离方法步骤简单，洗脱过程中不同形态的砷均可有效分离，不造成任一形态砷的含量偏高。

附图说明

图1是本发明实施例的装置结构示意图；

图2是本发明实施例的串联离子交换柱示意图；

图3是本发明实施例的连接头示意图；

图4是本发明实施例的方法流程示意图；

其中：注射器1、连接头2、进口端21、出口端22、第一离子交换柱3、第二离子交换柱4、接收杯5、杯体51、杯盖52、串联离子交换柱6。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地描述。

实施例一

参照附图1、2，本发明实施例提供了一种砷形态野外分离方法的装置，包括注射器1、连接头2、第一离子交换柱3、第二离子交换柱4、接收杯5；所述注射器1与所述第一离子交换柱3或所述第二离子交换柱4均分别通过所述连接头2连接；所述第一离子交换柱3和第二离子交换柱4通过所述连接头2连接形成串联离子交换柱6；所述接收杯5位于所述第一离子交换柱3或第二离子交换柱4的下方。本发明实施例的装置结构简单，便于携带，易组装，采用的离子交换柱生产成本低，易规模化生产和商品化，预处理后可重复使用，可降低成本。

进一步地，参照附图2、3，所述连接头2包括进口端21和出口端22，所述进口端21与所述注射器1的出口、第一离子交换柱3的出口或第二离子交换柱4的出口连接；所述出口端22与所述第一离子交换柱3的进口或第二离子交换柱4的进口连接。

进一步地，所述第一离子交换柱3和第二离子交换柱4的柱容量为1ml～10ml。

进一步地，所述注射器1的量程为10ml～20ml。

进一步地，所述接收杯5包括杯体51和可密封盖合所述杯体51的杯盖52；收集洗脱液后所述杯盖52密封盖合所述杯体51。

参照附图1、4，本发明实施例提供了一种砷形态野外分离装置实施的方法，包括以下步骤：

(1)预处理，采用活化溶液分别对第一离子交换柱3和第二离子交换柱4进行活化；

所述活化溶液为浓度5.0％～20％(v/v)的h2so4溶液和去离子水，活化时间为1h～24h；所述第一离子交换柱3和第二离子交换柱4的柱容量为1ml～10ml；所述第一离子交换柱3填料为键合磺酸基的高纯硅胶基质，所述第二离子交换柱4的填料为键合季胺基的高纯硅胶基质，填料高度根据样品量确定；活化溶液对所述第一离子交换柱3和第二离子交换柱4活化过程中将填料中附着的污染物溶解在h2so4溶液去除，采用去离子水中将所述第一离子交换柱3和第二离子交换柱4中附着的h2so4溶液洗涤干净；

(2)活化后的所述第一离子交换柱3和所述第二离子交换柱4通过未污染的连接头2连接形成串联离子交换柱6；所述连接头2包括进口端21和出口端22，所述进口端21与第一离子交换柱3的出口连接，所述出口端22与所述第第二离子交换柱4的进口连接；

(3)所述串联离子交换柱6通过未污染的连接头2与注射器1连接，取样品至所述注射器1中，将所述样品注入所述串联离子交换柱6中，收集洗脱的三价砷溶液于接收杯5中；连接头2的进口端21与所述注射器1的出口连接、出口端22与所述串联离子交换柱6的进口连接；所述样品用量为1ml～3ml，样品经所述串联离子交换柱6后，样品中的其他物质均附着在所述串联离子交换柱6的填料中，三价砷物质随样品经所述串联离子交换柱6流出；

(4)将上述洗脱后的串联离子交换柱6分开，将第一离子交换柱3通过未污染的连接头2与注射器1连接，所述连接头2的出口端22与所述第一离子交换柱3的进口连接，取第一淋洗液至所述注射器1中，将所述第一淋洗液注入所述第一离子交换柱3中，收集洗脱的二甲基砷酸溶液于接收杯5中；所述第一淋洗液为浓度5.0％～15％的hcl溶液，上述样品经所述串联离子交换柱6后，二甲基砷酸附着于第一离子交换柱3的填料中，溶于所述hcl溶液中而流出；

(5)将分开后的所述第二离子交换柱4通过未污染的连接头2与注射器1连接，连接头2的出口端22与所述第二离子交换柱4的进口连接，取第二淋洗液至所述注射器1中，将所述第二淋洗液注入所述第二离子交换柱4中，收集洗脱的一甲基砷酸溶液于接收杯5中；所述第二淋洗液为浓度0.1％～1.0％的ch3cooh溶液；上述样品经所述串联离子交换柱6后，一甲基砷酸附着于第二离子交换柱4的填料中，溶于所述ch3cooh溶液中而流出；

(6)将步骤(5)中洗脱后的所述第二离子交换柱4再次通过未污染的连接头2与注射器1连接，取第一淋洗液至所述注射器1，将所述第一淋洗液注入洗脱后的所述第二离子交换柱4中，收集洗脱的五价砷溶液于接收杯5中；在步骤(3)中，上述样品经所述串联离子交换柱6后，五价砷物质和一甲基砷酸均附着于所述第二离子交换柱4中，经第二淋洗液ch3cooh溶液淋洗之后一甲基砷酸已被洗脱，再采用第一淋洗液hcl溶液淋洗第二离子交换柱4即可得到五价砷溶液。

本发明实施例采用注射器野外现场进样，利用离子交换柱高效、快速分离样品中as(iii)、as(v)、一甲基砷和二甲基砷形态，并进行密封保存，避免了样品在运输过程中易产生的污染和变质问题。

进一步地，所述第一淋洗液、第二淋洗液的用量为样品量的3～4倍。

实施例二

参照附图1、4，本发明实施例提供了一种砷形态野外分离方法，包括以下步骤：

(1)预处理，采用活化溶液分别对第一离子交换柱3和第二离子交换柱4进行活化；

所述活化溶液为浓度5.0％的h2so4溶液和去离子水；所述活化时间为24h；所述第一离子交换柱3和第二离子交换柱4的柱容量为3ml；

(2)活化后的所述第一离子交换柱3和所述第二离子交换柱4通过未污染的连接头2连接形成串联离子交换柱6；

(3)所述串联离子交换柱6通过未污染的连接头2与注射器1连接，取1.0ml地表样品至所述注射器1中，将所述样品注入所述串联离子交换柱6中，收集洗脱的三价砷溶液于接收杯5中；

(4)将上述洗脱后的串联离子交换柱6分开，将第一离子交换柱3通过未污染的连接头2与注射器1连接，取第一淋洗液至所述注射器1中，将所述第一淋洗液注入第一离子交换柱3中，收集洗脱的二甲基砷酸溶液于接收杯5中；所述第一淋洗液为浓度5.0％的hcl溶液；

(5)将分开后的第二离子交换柱4通过未污染的连接头2与注射器1连接，取第二淋洗液至所述注射器1中，将所述第二淋洗液注入所述第二离子交换柱4中，收集洗脱的一甲基砷酸溶液于接收杯5中；所述第二淋洗液为浓度0.5％的ch3cooh溶液；

(6)将步骤(5)中洗脱后的所述第二离子交换柱4再次通过未污染的连接头2与注射器1连接，取第一淋洗液至所述注射器1，将所述第一淋洗液注入洗脱后的所述第二离子交换柱4中，收集洗脱的五价砷溶液于接收杯5中。

其余同实施例一。

实施例三

参照附图1、4，本发明实施例提供了一种砷形态野外分离方法，包括以下步骤：

(1)预处理，采用活化溶液分别对第一离子交换柱3和第二离子交换柱4进行活化；

所述活化溶液为浓度10％的h2so4溶液和去离子水；所述活化时间为12h；所述第一离子交换柱3和第二离子交换柱4的柱容量为3ml；

(2)活化后的所述第一离子交换柱3和所述第二离子交换柱4通过未污染的连接头2连接形成串联离子交换柱6；

(3)所述串联离子交换柱6通过未污染的连接头2与注射器1连接，取2.0ml地表样品至所述注射器1中，将所述样品注入所述串联离子交换柱6中，收集洗脱的三价砷溶液于接收杯5中；

(4)将上述洗脱后的串联离子交换柱6分开，将第一离子交换柱3通过未污染的连接头2与注射器1连接，取第一淋洗液至所述注射器1中，将所述第一淋洗液注入所述第一离子交换柱3中，收集洗脱的二甲基砷酸溶液于接收杯5中；所述第一淋洗液为浓度15％的hcl溶液；

(5)将分开后的所述第二离子交换柱4通过未污染的连接头2与注射器1连接，取第二淋洗液至所述注射器1中，将所述第二淋洗液注入分开后的所述第二离子交换柱4中，收集洗脱的一甲基砷酸溶液于接收杯5中；所述第二淋洗液为浓度0.1％的ch3cooh溶液；

(6)将步骤(5)中洗脱后的所述第二离子交换柱4再次通过未污染的连接头2与注射器1连接，取第一淋洗液至所述注射器1，将所述第一淋洗液注入洗脱后的所述第二离子交换柱4中，收集洗脱的五价砷溶液于接收杯5中。

其余同实施例一。

实施例四

参照附图1、4，本发明实施例提供了一种砷形态野外分离方法，包括以下步骤：

(1)预处理，采用活化溶液分别对第一离子交换柱3和第二离子交换柱4进行活化；

所述活化溶液为浓度20％(v/v)的h2so4溶液和去离子水；所述活化时间为1h；所述第一离子交换柱3和第二离子交换柱4的柱容量为6ml；

(2)活化后的所述第一离子交换柱3和所述第二离子交换柱4通过未污染的连接头2连接形成串联离子交换柱6；

(3)所述串联离子交换柱6通过未污染的连接头2与注射器1连接，取3.0ml地表样品至所述注射器1中，将所述样品注入所述串联离子交换柱6中，收集洗脱的三价砷溶液于接收杯5中；

(4)将上述洗脱后的串联离子交换柱6分开，将第一离子交换柱3通过未污染的连接头2与注射器1连接，取第一淋洗液至所述注射器1中，将所述第一淋洗液注入所述第一离子交换柱3中，收集洗脱的二甲基砷酸溶液于接收杯5中；所述第一淋洗液为浓度8％的hcl溶液；

(5)将分开后的所述第二离子交换柱4通过未污染的连接头2与注射器1连接，取第二淋洗液至所述注射器1中，将所述第二淋洗液注入所述第二离子交换柱4中，收集洗脱的一甲基砷酸溶液于接收杯5中；所述第二淋洗液为浓度1％的ch3cooh溶液；

(6)将步骤(5)中洗脱后的第二离子交换柱4再次通过未污染的连接头2与注射器1连接，取第一淋洗液至所述注射器1，将所述第一淋洗液注入洗脱后的所述第二离子交换柱4中，收集洗脱的五价砷溶液于接收杯5中。

其余同实施例一。

实施例五

参照附图1、4，本发明实施例提供了一种砷形态野外分离方法，包括以下步骤：

(1)预处理，采用活化溶液分别对第一离子交换柱3和第二离子交换柱4进行活化；

所述活化溶液为15％的h2so4溶液和去离子水；所述活化时间为6h；所述第一离子交换柱3和第二离子交换柱4的柱容量为6ml；

(2)活化后的所述第一离子交换柱3和所述第二离子交换柱4通过未污染的连接头2连接形成串联离子交换柱6；

(3)所述串联离子交换柱6通过未污染的连接头2与注射器1连接，取2.0ml地表样品至所述注射器1中，将所述样品注入所述串联离子交换柱6中，收集洗脱的三价砷溶液于接收杯5中；

(4)将上述洗脱后的串联离子交换柱6分开，将第一离子交换柱3通过未污染的连接头2与注射器1连接，取第一淋洗液至所述注射器1中，将所述第一淋洗液注入分开后的所述第一离子交换柱3中，收集洗脱的二甲基砷酸溶液于接收杯5中；所述第一淋洗液为12％的hcl溶液；

(5)将分开后的所述第二离子交换柱4通过未污染的连接头2与注射器1连接，取第二淋洗液至所述注射器1中，将所述第二淋洗液注入分开后的所述第二离子交换柱4中，收集洗脱的一甲基砷酸溶液于接收杯5中；所述第二淋洗液为0.8％的ch3cooh溶液；

(6)将步骤(5)中洗脱后的所述第二离子交换柱4再次通过未污染的连接头2与注射器1连接，取第一淋洗液至所述注射器1，将所述第一淋洗液注入洗脱后的所述第二离子交换柱4中，收集洗脱的五价砷溶液于接收杯5中。

实施例六

按上述实施例二～五的方法分离的溶液分别送至实验室进行电感耦合等离子体质谱(icp-ms)检测分离的各物质的含量，并做回收率实验；各实施例中三价砷、五价砷、一甲基砷酸、二甲基砷酸的实验数据分别如表1、表2、表3、表4所示：

表1三价砷含量及回收率测定

表2五价砷含量及回收率测定

表3一甲基砷酸含量及回收率测定

表4二甲基砷酸含量及回收率测定

由表2～4中测定的回收率分别为93％～98％、94％～97％、93％～98％、

95％～101％，表明本发明实施例的方法可有效分离样品中的三价砷、五价砷、一甲基砷酸、二甲基砷酸，分离准确度高；方法步骤简单，采用的装置结构简便，便于野外取样。

在本文中，所涉及的前、后、上、下等方位词是以附图中零部件位于图中以及零部件相互之间的位置来定义的，只是为了表达技术方案的清楚及方便。应当理解，所述方位词的使用不应限制本申请请求保护的范围。

在不冲突的情况下，本文中上述实施例及实施例中的特征可以相互结合。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。