专利名称：一种原子荧光光谱气态砷化合物形态分析系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及--种化合物分析装置，特别是用于挥发性气态砷化合物AsH3， CH3AsH2、 (CH3)2AsH、 (CH3)3As的形态分析系统，属化学检测分析技术领域。
背景技术：
砷是剧毒的环境污染物，在工业生产和地质运动中有大量的砷释放进入环境，危 害人类健康。这些被释放进入环境中的无机砷或有机砷化合物可以通过一系列的物理化学 和生物作用过程生成不同形态的无机和有机砷形态化合物。其中，近期引起人们重视的是 在砷的生物地球化学循环过程中可以被转化为毒性更大的气态砷化合物。与可溶性的砷化 合物相比，气态砷化合物不仅毒性更强,而且挥发性强，难以控制,对人身健康具有更大的 危害和隐蔽性。所以能够快速、灵敏、准确而又价格低廉的进行气态砷分析检测非常必要。 当前用于砷化合物分析的方法主要包括液相色谱 原子荧光光谱联用、液相色谱 原子吸 收光谱联用、液相色谱-电感耦合等离子体质谱联用等。这些检测装置对可溶性砷化合物 的分离分析是有效的，分析检测的灵敏度高、技术方法成熟、稳定。但是，这些上述技术的目 标化合物必须是溶液状态，并且只能对可溶性砷形态化合物进行分离分析。而极少数气态 砷分析技术虽有报道,但分析效果并不理想。其中气相色谱-质谱联用报道被用于气态砷 化合物的分离分析，但因为采用非专属性的检测器，灵敏度较低。气相色谱-电感耦合等离 子体质谱联用的检测灵敏度虽与气相色谱-质谱联用相比灵敏度有了很大的提高，但是仪 器价格昂贵，操作复杂，运行条件要求高，不利于推广应用。
发明内容本实用新型所要解决的技术问题是提供一种原子荧光光谱气态砷化合物形态分 析系统，以满足环境样品中气态砷化合物形态的快速、准确及低成本分析测定的要求。 本实用新型所称问题是由以下技术方案解决的 —种原子荧光光谱气态砷化合物形态分析系统，其特别之处是，它由标准生成或 样品收集部分、低温捕集部分、真空绝热分离罐、氢气发生部分、原子荧光光谱仪和信号记 录部分组成，其中，样品收集部分出口与低温捕集部分入口连通，低温捕集部分设有分离 柱，该分离柱出口连通原子荧光光谱仪的进口，所述氢气发生部分的出口连通原子荧光光 谱仪的进口 ，原子荧光光谱仪信号输送至信号记录部分输出。 上述原子荧光光谱气态砷化合物形态分析系统,所述标准生成或样品收集装置包 括PTFE材质的反应容器罐和盖体，盖体上设有硼氢化钾溶液管路、氦气入口和气体出口 ， 硼氢化钾溶液管路连接蠕动泵，反应容器罐内设有磁力搅拌子。 上述原子荧光光谱气态砷化合物形态分析系统,所述低温捕集装置由液氮罐和分 离柱组成，PTFE材质的分离柱柱体长度50-60cm,其内填充长度为20-30cm的脱脂棉，脱脂 棉质量为0. 5-1. Og，柱体外径6. Omm，内径4. Omm，分离柱置入液氮罐中，使填充脱脂棉部分 完全浸没液氮液面下3-5cm。
3[0008] 上述原子荧光光谱气态砷化合物形态分析系统,所述氢气发生装置包括混液三 通、分别设有蠕动泵的碱溶液管路和酸溶液管路、氢气管路、载气管路、辅助气管路和气液
分离器；所述混液三通分别连碱溶液管路、酸溶液管路、和一级氢气管路,所述载气管路与
一级氢气管路连通，一级氢气管路末端连通一级气液分离器，一级气液分离器气体出口管 路连通二级气液分离器，辅助气管路连通一级气液分离器气体出口管路，二级气液分离器 气体出口管路与分离柱出口管路、原子荧光光谱仪的原子化器入口连通。 本实用新型针对目前尚缺乏灵敏、快速、准确的气态砷化合物分析装置问题，提出 了一种操作简单、成本低廉、灵敏准确的原子荧光光谱形态分析系统。该装置利用成本相对 低廉的原子荧光光谱仪作为气态砷化合物的特效检测器，灵敏度高，选择性强，技术成熟、 性能稳定；该装置对气态砷化合物的捕集、分离等过程操作简单，成本低廉，避免了大型色 谱仪器和色谱填料的使用；利用脱脂棉和温度控制装置代替传统的色谱填充柱,大大降低 了分析测试的难度；因为填充物采用脱脂棉，整个分离装置管路气体压力很小，使分离部分 更加容易与原子荧光光谱进行在线联用，同时避免了气压高可能引起的管路泄露。实验表 明，采用本实用新型装置，对于不同形态的挥发性气态砷化合物可以在3分钟内达到基线 分离，对气态砷化合物的分离效果理想,重现性好(n = 7，相对标准偏差(RSD)《8% )、灵 敏度高(检出限DL为0. (X)5ng As)，对不同浓度气态砷化合物线性相关性良好(r = 0. 99 以上)，线性范围宽(0. 05ng-200ngAs),稳定性好，成本低廉，操作简单，分析成本低。
图1是本实用新型结构示意图。 附图中标号如下l.碱溶液管路，2.酸溶液管路，3.混液三通,4. 一级氢气管路， 5.载气管路，6. —级气液分离器，7. —级气液分离器气体出口管路，8.辅助气管路，9. 二 级气液分离器，IO.分离柱出口管路，ll. 二级气液分离器气体出口管路，12.原子荧光光 谱仪，12-1.原子化器，13.信号记录装置，14.真空绝热分离罐，15.液氮罐，16.分离柱， 17.液氮，IS.反应容器罐，19.磁力搅拌子，20.盖体，21.硼氢化钾溶液管路，22.氦气入 口，23.气体出口，24.蠕动泵。
具体实施方式参看图1，本实用新型由标准生成或样品收集部分、低温捕集部分、真空绝热分离 罐14、氢气发生部分、原子荧光光谱仪12和信号记录部分13组成，其中标准生成样品收集 部分出口与低温捕集部分入口连通，低温捕集部分设有分离柱16,该分离柱出口连通原子 荧光光谱仪的原子化器12-1入口，所述氢气发生部分的出口连通原子荧光光谱仪的进口， 原子荧光光谱仪信号输送至和信号记录部分输出。 仍参看图1 ，所述标准生成或样品收集装置可以是样品培养装置也可以是气态砷 化合物收集装置。它包括PTFE材质的反应容器罐18和盖体20，盖体上设有硼氢化钾溶液 管路21、氦气入口 22和气体出口 23，硼氢化钾溶液管路连接蠕动泵24，罐体内设有磁力搅 拌子19，在磁力搅拌器的作用下,氢化物发生反应更加稳定、迅速。 仍参看图1，所述低温捕集装置，由液氮罐15和分离柱16组成，PTFE材质的分 离柱柱体长度50-60cm，其内填充长度为20-30cm的脱脂棉，脱脂棉质量为0. 5-1. 0g,柱体外径6. 0mm，内径4. Omm,分离柱置入液氮罐中，使填充脱脂棉部分完全浸没液氮17液面下 3-5cm。所用分离柱选择具有挠性的PTFE材质柱体，柱体中的填充物为脱脂棉。所述PTFE 是由四氟乙烯自由基聚合而制得的一种全氟聚合物，是一种结晶性聚合物。PTFE具有优异 的耐化学品性，损耗因数低，性能稳定，机械性能好，摩擦系数低，不易燃烧，具有一定的温 度适应性范围、材质物理化学性质稳定。选用此材料的另--个主要目的是PTFE管路易于弯 曲，便于和原子荧光光谱仪的载气气路连接。分离柱内填充物选用脱脂棉，脱脂棉的主体结 构为棉纤维,具有强的极性吸附能力，同时具有蓬松的网状结构,在化合物分离过程中可同 时起到吸附解析气态砷化物和稳定柱体内部温度升温的作用，保证了气态砷化合物达到快 速基线分离。此外，本实用新型所选择的原子荧光光谱仪需要--定压力、稳定流量的载气， 如果采用常规色谱填料，在低温捕集和分离的过程中管路压力过高，容易发生载气和分离 物泄漏的情况。同时,在捕集的过程中，样品中的空气或者其他气体也同时被捕集在了分离 柱体,如果常温或者较高温度分离柱上捕集气体,在分析物气化时容易产生瞬间大的释放 气流，冲淡氩氢气流，引起原子化器中的氩氢焰淬灭，极大妨碍系统的稳定性和正常分析测 定。分离柱捕集后置放在真空绝热分离罐14中缓慢升温，使气化过程最大限度地缓慢进 行，在载气的作用下平稳释放和分离，既保证了分离效果和重现性,又维持了原子化器氩氢 火焰的稳定性。 仍参看图l，所述氢气发生装置包括混液三通3、分别设有接蠕动泵的碱溶液管路 1和酸溶液管路2、氢气管路4、载气管路5、辅助气管路8和气液分离器，所述混液三通分别 连碱溶液管路、酸溶液管路、和一级氢气管路4,所述载气管路与一级氢气管路连通，一级氢 气管路末端连通一级气液分离器6，一级气液分离器气体出口管路7连通二级气液分离器 9，辅助气管路连通--级气液分离器气体出口管路，二级气液分离器气体出口管路11与分 离柱出口管路10、原子荧光光谱仪12的原子化器12-1入口连通。原子荧光光谱仪在测定 砷的时候需要维持稳定的火焰，所述装置利用氢化发生反应生成的气态氢和载气氩气燃烧 生成氩氢火焰，以保证砷的原子化所需的温度和能量。在氢化发生反应中，碱溶液管路1中 通入还原剂硼氢化钾溶液，酸溶液管路2中通入稀盐酸溶液，两者发生反应生成大量气态 氢，氢气与氩气混合后在原子化器12-1燃烧生成氩氢火焰，为砷化合物的原子化提供了条 件。分离后的气态砷化合物随载气带入原子荧光光谱仪的原子化器进行原子化,在空心阴 极灯的激发下，发出荧光,经光电倍增管的信号处理与放大，最后由信号记录部分13输出。 仍参看图l，利用本实用新型上述对挥发性气态砷化合物分析测定过程如下将 4% KBH4(0. 3% KOH)和10% HC1 (v/v)分别通入碱溶液管路1、酸溶液管路2，两种溶液被 管路载入混液三通3，在此,酸碱溶液混合发生氢化发生反应，产生大量气态氢和废液。生 成的氢气随载气管路5中载气被带入一级气液分离器6，气液达到最大限度的分离。气态 氢随载气被再带入二级气液分离器9，进入二级气液分离器的气体，在辅助气管路8辅助气 作用下，平稳进入原子化器12-1燃烧。同时，向反应容器罐18中加入一定量的不同形态砷 化合物，随后加入5mL5X的草酸作为反应介质和反应试剂，5X KBII4溶液由硼氢化钾溶液 管路被泵入反应容器罐内，在磁力搅拌子19的搅拌下经过5-6min的反应，生成的气态砷化 合物标准全部被捕集、冷凝在分离柱16上。捕集完全后,分离柱被转移至真空绝热分离罐 14进行缓慢升温，分离柱载气入口连标准生成或样品收集部分，分离柱气体出口经三通连 通原子荧光光谱仪的原子化器，气态砷化合物在被分离后先后进入原子荧光光谱仪进行检
5测，检测结果由信号记录装置记录。气态砷化合物AsH3,C[yVsH2， (CH3)2AsH， (013):^可以在 3min内达到基线分离。
权利要求一种原子荧光光谱气态砷化合物形态分析系统，其特征在于，它由标准生成或样品收集部分、低温捕集部分、真空绝热分离罐(14)、氢气发生部分、原子荧光光谱仪(12)和信号记录部分(13)组成，其中样品收集部分出口与低温捕集部分入口连通，低温捕集部分设有分离柱(16)，该分离柱出口连通原子荧光光谱仪的进口，所述氢气发生部分的出口连通原子荧光光谱仪的进口，原子荧光光谱仪信号输出端连接至信号记录部分的信号输入端。
2. 根据权利要求1所述的原子荧光光谱气态砷化合物形态分析系统，其特征在于，所述标准生成或样品收集部分包括PTFE材质的反应容器罐(18)和盖体(20)，所述盖体上设有硼氢化钾溶液管路(21)、氦气入口 (22)和气体出口 (23)，硼氢化钾溶液管路连接蠕动泵(24)，反应容器罐内设有磁力搅拌子(19)。
3. 根据权利要求2所述的原子荧光光谱气态砷化合物形态分析系统，其特征在于，所述低温捕集部分由液氮罐(15)和分离柱(16)组成，所述分离柱柱体长度50-60cm，其内填充长度为20-30cm的脱脂棉，脱脂棉质量为0. 5-1. Og,柱体外径6. Omm，内径4. Omm，分离柱置入液氮罐中，填充脱脂棉完全浸没于液氮(17)液面下3-5cm。
4. 根据权利要求l或2或3所述的原子荧光光谱气态砷化合物形态分析系统，其特征在于，所述氢气发生部分包括混液三通(3)、分别设有蠕动泵的碱溶液管路(1)和酸溶液管路(2)、氢气管路、载气管路(5)、辅助气管路(8)和气液分离器，所述混液三通分别连碱溶液管路、酸溶液管路和一级氢气管路(4)，所述载气管路与一级氢气管路连通，一级氢气管路末端连通一级气液分离器(6)，一级气液分离器气体出口管路(7)连通二级气液分离器(9)，辅助气管路连通一级气液分离器气体出口管路，二级气液分离器气体出口管路(11)与分离柱出口管路(10)、原子荧光光谱仪(12)的原子化器(12-1)入口连通。
专利摘要一种原子荧光光谱气态砷化合物形态分析系统，用于解决气态砷化合物的形态分析问题。其技术方案为它由标准生成或样品收集部分、低温捕集部分、真空绝热分离罐、氢气发生部分、原子荧光光谱仪和信号记录部分组成，其中，样品收集部分出口与低温捕集部分入口连通，低温捕集部分设有分离柱，该分离柱出口连通原子荧光光谱仪的进口，所述氢气发生部分的出口连通原子荧光光谱仪的进口，原子荧光光谱仪信号输送至信号记录部分输出。本实用新型具有分离效果理想、重现性好、灵敏度高、对不同浓度气态砷化合物线性相关性良好、线性范围宽、稳定性好等特点，且成本低廉，操作简单，分析成本低。
文档编号G01N1/34GK201522430SQ200920104639
公开日2010年7月7日 申请日期2009年9月14日 优先权日2009年9月14日
发明者尹连庆, 张可刚, 江桂斌, 苑春刚 申请人:华北电力大学(保定);江桂斌