专利名称：汞物种自动超微量测定仪的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及超微量汞物种测定仪，尤指一种利用半自动或全自动流动注入阀取代人工处理、将复杂耗时的检验分析，提升到简易、方便及多管道的快速测定，藉此可用于实验室或野外现场的测定，达到操作简单快捷，不受环境污染，可精确测量环境样品低浓度汞的不同物种的汞物种自动超微量测定仪。
目前最广泛使用，且被美国环保署认可的环境测汞的标准方法(EPAstandard-method #1631)，叫二阶段汞剂浓缩测定法(Dual stageamalgamation)，虽可测极微量的汞，但无法满足环境精准快稳野外现场立即监测的要求，因牵涉到人工复杂耗时的操作及装置未能线上作业的问题，以致同其他传统的方法一样，要面对有关品保和品管(GA/GC)数据不准的问题。
上述二阶段汞齐测定法，是利用金子可吸附元素气态汞成为汞齐的特性，在微细的海砂或玻璃珠表面镀上一层金膜，然后将金砂(珠)置入石英管中，成为一预浓缩阱管(凝气瓣)(preconcentration trap)可用来浓缩环境样品中的微量汞，进而由仪器分析定量。此法的特色在于，它包含二支阱管，一是样品阱管(sampling trap)，另一是分析阱管(Analyticaltrap)，用意在于减少基质干扰、避免分析阱管的污染、样品阱管的品质易于校正、可延伸至多样品的分析(ie.，多样品阱管只配合一个分析阱管)等。以下简述一般测水样中无机二价汞的分析流程首先，利用鼓气，将水样中的二价汞经还原作用成气态的元素汞收集到样品阱管，若是收集空气中的气态汞，则直接打气进入样品阱管。第二，鼓气完成后，取下样品阱管再移置于载体的氩气流中，除去凝结于管中的水气。第三，将样品阱管移置于分析的装置，在氩气(Ar)载流中，与分析阱管前后以人工加以串联。第四，加热样品阱管至600℃赶出汞，使汞元素藉氩气载流被带至分析阱管中。之后，再将分析阱管加热至600℃赶出其中的汞，由氩气载流将汞带至侦测仪器中，如原子荧光仪(AtomicFluorescence Spectrometer)进行侦测，且加以定量。
由此可见，上述习知的二阶段汞齐测定方法，仍停留在以人工分段进行技术阶段，而且必须在实验室中用大量的器具方能完成，不仅操作不便、无法适于机动性的测定，且移动易受诸多因素的作用，而影响其精确性。
本实用新型的技术方案一种汞物种自动超微量测定仪，至少包括二个流动注入阀、一侦测装置及一流速仪；其特征在于流动注入阀，为可任意切换流向的多向阀体，其中一流动注入阀包含以管线连接的一样品阱管，并于样品阱管外设有一用来赶出吸附在金沙上汞的加热装置；而另一流动注入阀包含以管线连接的一分析阱管，该分析阱管外设有一加热装置；侦测装置，为侦测汞物种的装置，并以管线连接在具有分析阱管的流动注入阀后；流速仪，为控制二个流动注入阀之间的管线及其全程氩气及其流速的装置；上述具有分析阱管的流动注入阀以管线配置于具有样品阱管的流动注入阀输出口后，以组成汞物种自动超微量测定仪。其中所述具有样品阱管的流动注入阀可为多个，并共同以管线连接于具有分析阱管的流动注入阀前而进行多管分步分析。
所述流动注入阀可为半自动或自动的阀体。
所述样品阱管内可装有汞吸附剂。
所述加热装置为包围于样品阱管及分析阱管外的一镍铬线圈，并与变压转换器连接。
所述具有样品阱管的流动注入阀的样品阱管，其管线前设有连通的一预净阱管，该预净阱管为纯化干扰测定物质的装置。
所述侦测装置管线后，且位于具有样品阱管的流动注入阀前，设有呈接通状的一纯化阱管，该纯化阱管为降低干扰测定空白背景的装置。
所述管线选定处可增设用以定量样品汞浓度的一手动或自动的T型注入样槽。
所述可测定有机汞的分析阱管可为层析系统及原子化管。
所述具有分析阱管的流动注入阅，可另外增设一能测定无机汞及有机汞的一层析系统及一原子化管。
所述侦测装置可为一原子荧光仪。
本实用新型的有益效果其设计原理，是从传统的、实验室的、手动的、分段的二阶段汞剂浓缩测定法(one channel dual-stage amalgamation)，具体改造成半自动或全自动线上管线甚至多管线的同步分析侦测装置，即可是三、四、十等多个具有样品阱管的流动注入阀及管线(即多样品阱管配置于一分析阱管)，亦可仅设有一组具有样品阱管的流动注入阀V1，而配合具有分析阱管的流动注入阀V3即可。其设计可弹性变化，完全依实验者的需求而定；其组成、架构相当合理精简，且手段新颖，具有价廉、实用、多功能、简易、快稳、精准的诸多优点。并可使用于实验室或者野外现场的测定，其操作简单、不受环境品质的影响，无需无尘室就可精确测量环境样品低浓度汞的不同物种。
图2，为本实用新型半自动流动注入阀的立体图。
图3，为本实用新型全自动流动注入阀的立体图。
图4，为本实用新型流动注入阀切换为浓缩动作的示意图。
图5，为本实用新型流动注入阀切换为注入动作的示意图。
图6，为本实用新型测定有机汞的结构配置图。
图7，为本实用新型全方位测定汞物种的结构配置图。
图8，为本实用新型设有抽气泵的实施例示意图。
图9，为本实用新型设有鼓气槽的实施例示意图。
具体实施方式
参见
图1-5，一种汞物种自动超微量测定仪，是一种可半自动或全自动同步进行线上分析的侦测装置(on-line dual-channel detectiondevice)，其主要包括三个流动注入阀V1、V2、V3、一预净阱管2、一侦测装置3、一流速仪4、一纯化阱管5及一T型注入样槽6，并以其间管线的配置所组成。其中三个流动注入阀V1、V2、V3(以下简称阀V1、V2、V3)，是供连接并控制样品的浓缩及注入的半自动或全自动的多向阀体，如图2、3所示，可为半自动或全自动的六向阀体(亦可为十向或十二向等阀体)，其中该阀V1、V2各包含由管线连接的一支阱管(Trap)，为样品阱管11(Sampling trap)，其内部装有汞吸附剂，例如金沙(Au-coated sand)用以吸附元素汞(Hg0)，或有机吸附剂(例如Tenax-TA)，用以吸附有机汞(Monomethyl Hg，dimethylHg等)，其汞吸附剂是依实验目的及要求而选定，且于样品阱管外包围有一镍铬线圈(加热装置)，连接于变压转换器12，该线圈可加热至600℃，用于赶出吸附在金沙上的汞(浓缩)，并于该阀V1或V2转换流向时，可将浓缩样品由管线输送至阀V3。
该流动注入阀V3，包含由管线连接的一分析阱管13(Analytical trap)，用以孤立分析阱管的别氩气载流通过，减少空白背景的测值，在分析阱管13外亦包围有一镍铬线圈(加热装置)，使该镍铬线圈连接于一变压转换器12，而可加热至600℃，以加热分析阱管13至600℃，赶出来自样品阱管中的汞，以提供侦测装置3的分析。
本实用新型亦可仅设有一个具有样品阱管11的流动注入阀V1及一个具有分析阱管13的流动注入阀V3，亦可同时设有多个具有样品阱管11的流动注入阀，而共同连接于流动注入阀V3，因此，该具有样品阱管11的流动注入阀的数目并不限于定数。
预净阱管2，是一种在样品气体经由管线进入样品阱管前，用以移除、纯化干扰测定的水气或有机物质的装置。当测定无机汞时，预净阱管(内含酸中和兼乾燥剂，即石灰碱(Soda lime)及有机吸附剂(Tenax-TA)前，可再加装铁弗龙薄膜或者干燥管(Dryer tube，Nafion dryer，Perma Pure)，可进一步移除水气；当测定有机汞时，预净阱管内则放置石灰碱(Sodalime)而无有机吸附剂(Tenax-TA)。前述预净阱管2乃可以二各分别连接于该流动注入阀V1及V2，且位于T型注入样槽6及样品阱管11的管线前。
侦测装置3，是一种侦测汞物种的装置，可为一种原子荧光仪(AtomicFluorescence Spectrometer)，并以管线连接于前述流动注入阀V3的出口后。
流速仪4，是一种控制测定仪、流动注入阀V1、V2至V3之间的管线、其全程氩气及其流速的质量流速仪。
纯化阱管5，是一种载流气体，如氩气经由管线进入侦测仪的样品或分析阱管前，用以移除载流气体中的微量汞，以降低干扰测定的空白背景的装置。其内部装有汞吸附剂，例如金沙(Au-coated sand)及有机吸附剂(例如Tenax-TA或Carbotrap)。
T型注入样槽6，其选择设置的一种可手动或自动的注入样槽，以方便使用者注入标准气体汞，用以定量样品泵的浓度，其可仅选用一个设置于纯化阱管5之后及流动注入阀V1的管线前(如图9所示)；或选用三个分别设置于阀V1、V2及V3回圈内的样品阱管11及分析阱管13的管线前(如图1、7所示)；或选用三个并将其中二个分别设定于阀V1、V2回圈内的样品阱管11的管线前，而另一个则设置于纯化阱管5之后及流动注入阀V1的管线前(如图8所示)，因此，其装配位置并不限于一定。
上述三个流动注入阀V1、V2、V3、一预净阱管2、一侦测装置3、一流速仪4、一纯化阱管5及T型注入样槽6等配置结构的特征，使流动注入阀V3以管线配置于二个流动注入阀V1、V2输出口之后，并将各构件配置于一适当的壳体中，即可组成汞物种自动超微量测定仪。
汞物种自动超微量测定仪的特征在于将实验室中的手动的、分段的二阶段汞剂浓缩测定法(one channel dual-stage amalgamation)，具体转化成半自动或全自动线上分析的侦测装置，以方便进行侦侧。尤其当设有二个流动注入阀V1、V2时，可同时上载二个样品，直接将待测元素汞收集于流动注入阀V1和V2的样品阱管11中，之后进行相互交差运行的管路一(即管路流程经过阀V1和V3的简称)及管路二(即管路流程经过阀V2和V3的简称)之反复和连续测定。
其操作使用步骤，以管路一为例说明如下(如图1所示)，在样品气体经管线进入样品阱管11使汞被浓缩前，第一先通过预净阱管2，用以移除干扰测定的水气及有机物质，之后再通过流动注入阀V1申的一个T型注入样槽6，最后样品气体经管线进入样品阱管11，气样中的待测元素汞即被内部汞吸附剂收集、浓缩，其余气样则自阀V1排出；一旦样品经样品阱管11，汞浓缩到可侦测的范围时，即可将阀V1从浓缩转动至注入(即脱吸附Desorption)位置(准备将脱离吸附之汞转至分析阱管13)，该阀的操作(如图4、5所示，其操作完全相同)有浓缩(Trap)及注入(Injection)。同时将阀V3从孤立待命(Stand-by)状态转动至吸附/脱吸附(Trap/Desorb)的位置，此时整个管路处于氩气载流的流程中，亦即氩气经过阀V1和V3回圈中的阱管11和13，预备进一步阱管加热的分析。
约一分钟，待氩气流平稳后，即加热样品阱管11至600℃赶出汞，由氩气载流将汞经管线流至阀V3。而汞进一步被收集于流动注入阀V3中的分析阱管13(Analyticaltrap)，约2分钟后，遂将分析阱管13加热至600℃约一分钟，被赶出的汞则进入上述侦测装置3，即可被侦测装置3，例如原子荧光仪(Atomic Fluorescence Spectrometer)，在波长253.7nm的光谱下分析、侦测，并以流速仪4控制全程载流氩气及流速，此载流氩气是一种不含汞的气体，在进入阱管前，已通过纯化阱管5移除载流气体中的微量汞；最后，该侦测装置3的分析讯号，即可由电脑的层析软件7接收、记录、定量并存档。
按上述步骤进行全程分析的时间，从样品阱管11转入氩气载流中，加热脱吸附，侦测汞到分析讯号接收记录，前后总共五分钟，其全程分析可自动化，利用在层析软件7中自行设定的流程，直接由电脑控制；且运用本装置可共同或分别设有一小型电扇8(如图1所示)，以便在样品阱管11或分析阱管13加热后，会自动开启一分钟，冷却加热后的样品阱管11及分析阱管13；因此，本实用新型会使前述在实验室进行的二阶段汞剂浓缩测定法，更具有一种方便、快速且实用的效果。
由于本实用新型可同时设有数个具有样品阱管11的流动注入阀V1、V2，因此，当管路一执行完测定后，可接着执行管路二的分析，其操作步骤与管路一相同。在执行管路二的测定过程时，可在管路一同步上载样品气体，待元素汞浓缩完毕后，就可马上接着进行测定。同样在执行管路一的测定过程时，在管路二亦可同步上载样品气体，如此周而复始的设置程序，可使本实用新型能够反复进行待测元素汞的收集及测定，即可在汞物种自动超微量测定仪下进行相互交差的连续测定；同理，本实用新型若设置有多个具有样品阱管11的流动注入阀而共用一流动注入阀V3时，其反复、连续操作的步骤亦同上所述。
参见图6，以上所述是用金沙侦测样品中的无机汞，若要测定其他有机汞时，其样品阱管11的吸附剂则改用有机吸附剂(Tenax-TA)；而且其他的实验条件必须随着变动，如加热装置的线圈只需加热至300℃、气体载流流速、T型注入样槽围覆着一热包(加热装置，约1500℃)及分析时间不同等。另外，在流动注入阀V3的分析阱管13换为层析系统14及原子化管15(加热至800℃)，用作分离有机汞物种，并将其逐一原子化，以便该侦测装置3，例如原子荧光仪(Atomic Fluorescence Spectrometer)的侦测。此装置的设计原理、结构、操作方法与图1所示完全一致。
参见图7，主要将分析阱管13、层析系统15及原子化管16各放置在流动注入阀V3的两侧，此组合可方便测定无机汞或有机汞的物种。只要通过该流动注入阀V3的转动、样品阱管11的更换及实验条件的设定，即可适用于使用者所需要测定的物种。以上阀中回圈的分析及样品阱管的更换，可由额外的流动注入阀的加入，进行自动化的选择及切换。
以上所述的侦测仪，可再依实验者的研究需求，弹性组配周边的辅助分析设备，供直接在线上连接装设，即可提供不同环境样品中汞物种，如元素汞(Hg0)、二价汞(Hg2+)、单甲基汞(monomethylmercury，M M Hg)、双甲基汞(Dimethymercury，DMHg)等的分析。其分析辅助设备简述如下若是分析空气的气态元素汞及其物种，需要一个小型抽气泵10(如图8所示)，将气体直接抽入样品阱管11，气态汞即被收集于阱管11中的吸附剂上，其余气样则被排出，此抽气泵10的位置最好设在流动注入阀V1和V2的气体出口处(Vent)的连线管路上，同时在流动注入阀V1、V2和抽气泵10之间分别连接一个流速仪4，以控制流经阀V1及V2中之阱管的气样流速，另外注入阀V1及V2的气样进口处则可分别连接一个多层过滤碟30(Filter disk)，其内部装石英砂和铁弗龙滤纸等，以防止悬浮颗粒及水气进入样品阱管11，造成对测定的干扰，经过如此简单的组装，即可架设一套监测环境空气品质汞的侦测仪。
参见图9，若分析水样的气态元素汞及其无机、有机汞物种，则需要一个气、液相分离的鼓气槽20(Gas-liquid separator/bubbler；可大至2L，可小至50ml，其样式或大小均可改变，依待测样品而定)，将水样导入槽中，利用氮气(N2)鼓气，将水样中的非挥发性的汞物种经衍化作用变成挥发性的汞物种，如二价汞经还原作用变成气态的元素汞；甲机汞经乙机衍化作用生成挥发性的有机汞，遇到样品阱管11中的吸附剂上予以收集，经一段时间鼓气完成后，即可进一步依侦测仪的操作步骤进行测定。如本实用新型有两个或多个流动注入阀V1和V2时，需将二个或多个鼓气槽20分别设置于流动注入阀V1和V2的气样进口管路上，再利用流速仪4，将其置于鼓气槽20前，以控制鼓气流速，用来鼓气的氮气通过纯化阱管5后，就可移除鼓气气体中的微量汞，以降低干扰测定的空白背景值。经此一简单的组装，即可架设一套连续流动或批次的汞自动侦测仪。至于分析固样的无机、有机汞物种，需有前述处理步骤，如利用湿式消化法将固样变成水样等，之后导入液态样品于鼓气槽，作进一步的分析，其操作原理及步骤与分析水样一样。
上述侦测仪，经辅助分析设备的弹性搭配后，二管路可同时测定水样、气样或分开一个测定水样、一个测定气样，其设计完全依实验目的而定。其各仪器组件完全是线上连接，从起初的样品采样、气液分离、浓缩、物种分离至最后的侦测、纪录、分析数据为止。其主体管线是由3.2mm直径的铁弗龙材质的细管和连接管构成，组件与组件间的连接线路尽可能采用最短的配置，以防止分析过程中水气的凝结及提高测定的效率，至于，分析过程则完全是在一个密闭的管线中进行，故不受环境污染，即便在恶劣的环境场所(如山上、海上、飞机上等)操作、也同样可得到精密及准确的分析数据。
权利要求1.一种汞物种自动超微量测定仪，至少包括二个流动注入阀、一侦测装置及一流速仪；其特征在于流动注入阀，为可任意切换流向的多向阀体，其中一流动注入阀包含以管线连接的一样品阱管，并于样品阱管外设有一用来赶出吸附在金沙上汞的加热装置；而另一流动注入阀包含以管线连接的一分析阱管，该分析阱管外设有一加热装置；侦测装置，为侦测汞物种的装置，并以管线连接在具有分析阱管的流动注入阀后；流速仪，为控制二个流动注入阀之间的管线及其全程氩气及其流速的装置；上述具有分析阱管的流动注入阀以管线配置于具有样品阱管的流动注入阀输出口后，以组成汞物种自动超微量测定仪。
2.根据权利要求1所述的汞物种自动超微量测定仪，其特征在于所述具有样品阱管的流动注入阀可为多个，并共同以管线连接于具有分析阱管的流动注入阀前而进行多管分步分析。
3.根据权利要求1所述的汞物种自动超微量测定仪，其特征在于所述流动注入阀可为半自动或自动的阀体。
4.根据权利要求3所述的汞物种自动超微量测定仪，其特征在于所述流动注入阀可为六向、十向或十二向的流动注入阀体。
5.根据权利要求1所述的汞物种自动超微量测定仪，其特征在于所述样品阱管内可装有汞吸附剂。
6.根据权利要求5所述的汞物种自动超微量测定仪，其特征在于所述汞吸附剂可为用于吸附元素汞的金子、金沙或金珠。
7.根据权利要求5所述的汞物种自动超微量测定仪，其特征在于所述汞吸附剂可为用以吸附有机汞的有机吸附剂。
8.根据权利要求1所述的汞物种自动超微量测定仪，其特征在于所述加热装置为包围于样品阱管及分析阱管外的一镍铬线圈，并与变压转换器连接。
9.根据权利要求1所述的汞物种自动超微量测定仪，其特征在于所述具有样品阱管的流动注入阀的样品阱管，其管线前设有连通的一预净阱管，该预净阱管为纯化干扰测定物质的装置。
10.根据权利要求1所述的汞物种自动超微量测定仪，其特征在于所述侦测装置管线后，且位于具有样品阱管的流动注入阀前，设有呈接通状的一纯化阱管，该纯化阱管为降低干扰测定空白背景的装置。
11.根据权利要求1所述的汞物种自动超微量测定仪，其特征在于所述管线选定处可增设用以定量样品汞浓度的一手动或自动的T型注入样槽。
12.根据权利要求11所述的汞物种自动超微量测定仪，其特征在于所述T型注入样槽可设一个设置于纯化阱管之后及流动注入阀之管线前。
13.根据权利要求11所述的汞物种自动超微量测定仪，其特征在于所述T型注入样槽可设数个，分别设置于各流动注入阀回圈内的样品阱管及分析阱管的管线前。
14.根据权利要求11所述的汞物种自动超微量测定仪，其特征在于所述T型注入样槽可设有多个，分别设置于具有样品阱管的流动注入阀其回圈内的样品阱管的管线前，并将其中一个设置于纯化阱管之后及流动注入阀之管线前。
15.根据权利要求1所述的汞物种自动超微量测定仪，其特征在于所述可测定有机汞的分析阱管可为层析系统及原子化管。
16.根据权利要求1所述的汞物种自动超微量测定仪，其特征在于所述具有分析阱管的流动注入阀，可另外增设一能测定无机汞及有机汞的一层析系统及一原子化管。
17.根据权利要求1所述的汞物种自动超微量测定仪，其特征在于所述侦测装置可为一原子荧光仪。
专利摘要一种汞物种自动超微量测定仪，是一种半自动或全自动双管线上同步分析的侦测装置(on－line dual－channel detection device)，其主要是利用流动注入分析技术，在管线上连接主要的化学分析装置，而构成可自动化测定，精准、快速测量环境样品中微量汞物种的测定仪；其可进一步提供使用于实验室或野外现场(如船上)测定，其操作简单且不受环境品质污染的影响，无需无尘室就可精确测量环境样品(如空气、水、沉积物、土壤、植物、生物等其他样品)低浓度汞的不同物种，例如元素汞、二价汞、单甲基汞、双甲基汞等。
文档编号G01N33/08GK2603394SQ0323715
公开日2004年2月11日 申请日期2003年1月30日 优先权日2003年1月30日
发明者曾钧懋 申请人:曾钧懋, 庄贵忠