一种用于测定水中汞浓度的系统及方法
【专利摘要】一种用于测定水中汞浓度的系统，其包括：蠕动泵进样系统、试剂储存罐、控制阀组、反应器、荧光检测器以及数据采集处理系统，所述蠕动泵进样系统与控制阀组电连接，用于分别地控制电信号的通断实现所述控制阀组的开关；所述控制阀组通过管道分别与试剂储存罐和反应器连接，分别地接通各所需试剂储存罐和水样，以将水样和试剂储存罐中的相应试剂提取并传输至反应器进行化学反应；所述荧光检测器，与反应器通过管道连接，用于接收经反应后的含汞蒸汽，并检测出其中汞的含量；所述数据采集处理系统，与荧光检测器电连接，接收其检测的汞含量值，并经数据处理后，获得被测样品的汞浓度。
【专利说明】一种用于测定水中汞浓度的系统及方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及汞浓度的测定系统和方法，尤其是指一种采用原子荧光检测技术和冷蒸汽技术相结合的汞浓度测定系统和方法。
【背景技术】
[0002]汞(Hg)及其化合物属于剧毒物质，可在人体内蓄积。汞可通过污染空气进入人的呼吸道，进入人体后和蛋白质、酶等发生强烈的相互作用，使它们失去活性，也可在人体的一些器官中积累和富集，危害人的健康。进入水体的无机汞离子可转变为毒性更大的有机汞，经食物链进入人体，引起中毒。国内外均十分关注汞污染的预防和治理，颁布了很多检测方法和标准。汞是我国实施排放总量控制的指标之一。
[0003]目前，在水体中汞浓度的检测技术主要有电化学分析法、石墨炉原子发射光谱法、火焰原子光谱法、冷原子吸收光谱法、电感耦合等离子发射光谱法以及冷原子荧光光谱法等。电化学分析法虽然灵敏度很高，但由于只能使用贵金属固体电极，故电极老化现象严重。同时必须使用贵金属等原因难以得到可靠的数据精度，电极耗费很大，成本非常高。原子发射光谱法，虽具有良好的重复性和可靠性，准确性和测量数据置信度很高，但是其灵敏度在ppm量级，难以准确测量饮用水中的汞含量。
【发明内容】
[0004]基于现有技术的不足，本发明的主要目的在于提供一种高灵敏度的冷蒸汽原子荧光光谱法来测定水中汞浓度的系统和方法，以解决现有检测仪器灵敏度较低或测试数据不稳定的问题。
[0005]本发明提供了一种用于测定水中汞浓度的系统，其包括:蠕动泵进样系统、试剂储存罐、控制阀组、反应器、荧光检测器以及数据采集处理系统，所述蠕动泵进样系统与控制阀组电连接，用于分别地控制电信号的通断实现所述控制阀组的开关；所述控制阀组通过管道分别与试剂储存罐和反应器连接，分别地接通各所需试剂储存罐和水样，以将水样和试剂储存罐中的相应试剂提取并传输至反应器进行化学反应；所述荧光检测器，与反应器通过管道连接，用于接收经反应后的含汞蒸汽，并检测出其中汞的含量；所述数据采集处理系统，与荧光检测器电连接，接收其检测的汞含量值，并经数据处理后，获得被测样品的汞浓度。
[0006]优选地，所述试剂储存罐包括氧化剂罐和还原剂罐，以分别将储存的氧化剂和还原剂依次输送至反应器中，在反应器中，所通入的试剂分别与水样依次进行氧化反应和还原反应，获得单质汞原子蒸汽。
[0007]优选地，所述系统进一步包括惰性气体控制气鞘，其一端与惰性气体压缩罐相连通，另一端与反应器管路连接，在惰性气体控制气鞘的驱动控制下，向反应器通入惰性气体，使之与反应获得的单质汞原子蒸汽混合，获得混合气体。所述惰性气体为高纯氩气。
[0008]优选地，所述系统进一步包括气液分离器，其与所述反应器管路连接，反应器输出的混合气体经气液分离器进行气液分离，获得包含有汞蒸汽和惰性气体的混合蒸汽，在检测中，避免了基体对汞蒸汽的干扰。
[0009]优选地，所述系统还进一步包括干燥器，其与气液分离器相连，用于对气液分离后的混合蒸汽进行干燥处理。
[0010]本发明还提供了一种测定水中汞浓度的方法，其采用冷蒸汽原子荧光光谱法，其包括以下步骤:
[0011]步骤I)取样和消解，定量抽取出含汞的水样和氧化剂，并分别通入反应器中，进行消解反应，使得水样中的各种价态的汞氧化为Hg2+ ；
[0012]步骤2)还原，向反应器中通入还原剂，以将消解后的Hg2+还原为单质汞原子蒸汽；
[0013]步骤3)分离，通入惰性气体至反应器中，将所述单质汞原子蒸汽载入气液分离器，以将汞蒸汽进行气液分离，获得单质汞原子气体和惰性气体的混合气体；
[0014]步骤4)检测，将混合气体通入荧光检测器进行检测分析，获得被测水样的汞含量。
[0015]优选地，在步骤I)中进一步包括:步骤a)初步润洗，将水样引入反应器，以新液置换原管道中的旧液，对反应器及其管道进行润洗，以确保所采集的水样是新鲜的，避免与旧液混合。
[0016]优选地，在步骤3)和步骤4)之间进一步包括:步骤b)干燥，将气液分离后的混合气体通入干燥器，对其进行干燥处理，去除水蒸汽，提高检测的精度；
[0017]优选地，在步骤4)之后，进一步包括步骤c)回收，将检测后的混合气体通入活性炭过滤器吸收处理。
[0018]与现有技术相比，在本发明测定水中汞浓度的方法中，依次经过润洗、取样和消解、还原、分离、干燥、检测和回收处理，采用原子荧光测定技术和冷蒸汽技术相结合，通过氧化剂将水样中各种价态的汞氧化成Hg2+，提炼出二价汞离子，然后，通入还原剂将消解反应所生成的Hg2+还原成单质汞蒸汽，通入惰性气体氩气将汞蒸汽带入气液分离器进行气液分离后，经过干燥去除蒸汽中的水蒸汽，干燥后的汞蒸汽，通入荧光检测器进行汞原子浓度的测定，由此获得水中汞的含量。本发明中，采用高精度的蠕动泵进样系统，利用单片机控制蠕动泵进样，提高每次进样量的准确率，重复性好。利用单片机控制电磁阀自动切换，测量状态时为闭环气路，清洗状态时为开环气路，这样使测量时数据稳定，且管路易于清洗。采用高纯度氩气作为载气，实现气液分离，通过渗透式干燥技术，使汞蒸汽与基体实现彻底分离，提高测试灵敏度。采用消解、原子化在同一反应器中进行，降低了损耗和污染，保证测量的准确性。采用高精度压力控制系统，可以严格控制通入载气流量，因为载气流量过大，会冲稀被测定成分的浓度，过小不能迅速将被测成分带入检测器，可以提高测试的准确度和灵敏度。
[0019]采用高纯氩气作为载气，可有效降低载气中杂质的含量，提高测试的灵敏度和精度。由于受到激发的汞原子除了自发地返回基态而辐射出荧光外，也会与背景粒子发生碰撞而将能量转变为粒子的热运动，因而产生了无荧光的跃迁，降低了荧光强度，这就是原子荧光猝灭的现象。由于受激汞原子与氩气碰撞的几率比空气中的氮气、氧气、二氧化碳等小得多，因此采用氩气作为气源比用氮气时灵敏度要高得多。[0020]同时，冷原子荧光光谱法测汞具有很低的检出限，优于其他方法而得到了广泛的使用。冷原子荧光法测汞的原理:水样中的汞离子被还原剂还原为单质汞蒸汽。其基态汞原子受到波长253.7nm的紫外光激发，当激发态汞原子去激发时便辐射出荧光，在给定的条件下和较低的浓度范围内，荧光强度与汞的浓度成正比。
【专利附图】
【附图说明】
[0021]图1为本发明用于测定水中汞浓度的系统的结构示意图。
【具体实施方式】
[0022]参照图1所示，为了对汞浓度进行精确测量，本发明提供了一种用于测定水中汞浓度的系统，采用了原子荧光和冷蒸汽技术相结合进行测定，其包括:蠕动泵进样系统1、控制阀组2、试剂储存罐3、反应器4、荧光检测器5以及数据采集处理系统6，其中，所述蠕动泵进样系统I与控制阀组2电连接，用于分别地控制电信号的通断实现所述控制阀组2的开关；所述控制阀组2通过管道分别与试剂储存罐3和反应器4连接，分别地接通各所需试剂储存罐3和水样，以将水样和试剂储存罐3中的相应试剂提取并传输至反应器4进行化学反应；所述荧光检测器5，与反应器4通过管道连接，用于接收经反应后的含汞蒸汽，并检测出其中汞的含量；所述数据采集处理系统6，与荧光检测器5电连接，接收其检测的汞含量值，并经数据处理后，获得被测样品的汞浓度。
[0023]其中，所述蠕动泵进样系统I作为样品和各种试剂的控制驱动单元，与控制阀组2电连接，根据程序设置要求，分别对各控制阀的通断，按序提取各试剂，使得反应分步进行。控制阀组2包括若干个控制阀20，所述控制阀20分别接通各试剂储存罐3，以驱动其分别向反应器输送相应的试剂或水样。其中，所述试剂分别为还原剂和氧化剂，优选地，所述还原剂为SnCl2，所述氧化剂为溴酸钾-溴化钾混合剂。所述水样为待测定的含汞溶液水样。
[0024]所述试剂储存罐3至少包括氧化剂罐30和还原剂罐32，以分别将储存的氧化剂和还原剂依次输送至反应器4中，在反应器4中，所通入的试剂分别与水样34依次进行氧化反应和还原反应，获得单质汞原子蒸汽。通过试剂泵分别将所需试剂由各个试剂储存罐3中抽取出来，经管道输送至反应器4中进行氧化或还原反应。
[0025]在本发明的优选实施例中，所述系统进一步包括惰性气体控制气鞘7，其一端与惰性气体压缩罐11相连通，另一端与反应器4的进气管路连接，在惰性气体控制气鞘7的驱动控制下，向反应器4通入惰性气体，使之与反应获得的单质汞原子蒸汽混合，获得混合气体。其中，所述惰性气体为高纯氩气作为载气，高纯氩气可有效降低载气中的杂质含量，提高测试的灵敏度和精度。
[0026]在本发明的又一优选实施例中，所述系统进一步包括气液分离器8，其与所述反应器4的出气管路连接，反应器4输出的混合气体通过高纯氩气作为载气，将汞蒸汽输送入气液分离器8进行气液分离，通过渗透式干燥技术，获得包含有汞原子蒸汽和惰性蒸汽的混合蒸汽，实现汞原子蒸汽与基体的分离，所述基体为反应后的溶液，包括原水样与所加入的试剂反应后的溶液。
[0027]在本发明的又一优选实施例中，所述系统还进一步包括干燥器9，其输入端与气液分离器8相连，其输出端与荧光检测器5相连，用于对气液分离后的混合蒸汽进行干燥处理。分离后的汞原子蒸汽在高纯氩气的推动下进入干燥器9，经干燥后进入荧光检测器5进行汞含量的测定，并将测定后的数据传输至数据采集系统进行分析处理，获得被测水样的
汞含量。
[0028]优选地，所述系统还进一步包括废液回收装置，与荧光检测器5相连，以回收检测后的汞原子蒸汽后几种废弃处理。所述废液回收装置可为活性炭过滤器10。
[0029]本发明提供了一种测定水中汞浓度的方法，采用冷蒸汽原子荧光光谱法，包括以下步骤:
[0030]步骤I)取样，定量抽取出含有汞分子的水样，并通过蠕动泵进样系统I启动氧化剂的试剂泵，驱动其从氧化剂罐30中导出，并输送至反应器中，在反应器中将水样和氧化剂相混合，进行消解反应，使得水样中的各种价态的汞氧化为Hg2+ ;其中，所述氧化剂优选溴酸钾-溴化钾混合剂。
[0031]步骤2)还原，通过蠕动泵进样系统I启动还原剂的试剂泵，驱动其从还原剂罐32中导入，并输送至反应器中，在反应器中将消解反应后的含Hg2+水溶液与还原剂进行还原反应，以将消解后的Hg2+还原为单质汞原子蒸汽，使得原有的汞元素还原成单质蒸汽；所述还原剂为SnC12。溶液中的单质汞在常温下即可蒸发为汞蒸汽，通入氩气，即可把汞蒸汽带出。
[0032]步骤3)分离，通过惰性气体控制气鞘将惰性气体，如高纯氩气通过管道输送至反应器中，通过所述氩气将所述单质汞原子蒸汽载入气液分离器中，以将汞蒸汽进行气液分离，获得单质汞原子气体和惰性气体的混合气体；
[0033]步骤4)检测，将混合气体通入荧光检测器进行检测分析，获得被测水样的汞含量。基态气态汞原子受到波长253.7nm紫外光激发，吸收了一定的能量而由基态跃迁到高能的激发态，当激发态汞原子去激发时，伴随着能量的释放，辐射出荧光。此荧光经光电倍增管接收而转变成电信号而被数据采集系统接收。当汞原子蒸汽浓度很低时，测得的荧光强度与汞原子蒸汽浓度成正比，由此可测得汞的浓度。原子荧光法的优点主要有:基体的影响容易消除、测试灵敏度高、检出限低且线性范围广。
[0034]优选地，在步骤I)中进一步包括:步骤a)初步润洗，将水样引入反应器，以新液置换原管道中的旧液，对反应器及其管道进行润洗，润洗后排放至废液桶进行处理。经过初步润洗，置换原有管道中的旧液，以保证每次取样所得的液体为新鲜水样，以确保所取样品汞含量的准确性。
[0035]优选地，在步骤3)和步骤4)之间进一步包括:步骤b)干燥，将气液分离后的混合气体通入干燥器，对其进行干燥处理，通过渗透式干燥技术，使得汞蒸汽与基体实现分离，去除混合气体中夹带的水蒸汽，再通过荧光检测器进行检测，提高汞原子蒸汽的纯度。
[0036]优选地，在步骤4)之后，进一步包括步骤c)回收，将经过荧光检测器检测后的混合气体通入活性炭过滤器10中吸收处理，最后，进入废弃物处理系统。
[0037]在本发明的测定水中汞浓度的方法中，依次经过润洗、取样、还原、分离、干燥、检测和回收处理，采用原子荧光测定技术和冷蒸汽技术相结合，通过冷蒸汽技术用氧化剂将水样中各种价态的汞氧化成Hg2+，提炼出二价汞离子，然后，通入还原剂将消解反应所生成的Hg2+还原成汞原子单质，通入惰性气体氩气将汞蒸汽带入气液分离器进行气液分离后，经过干燥去除蒸汽中的水蒸汽，去除水分后，通入荧光检测器进行汞原子浓度的测定，由此获得水中汞浓度的含量。本发明中，采用高精度的蠕动泵进样系统，利用单片机控制蠕动泵进样，提高每次进样量的准确率，重复性好。利用单片机控制电磁阀自动切换，测量状态时为闭环气路，清洗状态时为开环气路，这样使测量时数据稳定，且管路易于清洗。采用高纯度氩气作为载气，实现气液分离，通过渗透式干燥技术，使汞蒸汽与基体实现彻底分离，提高测试灵敏度。采用消解、原子化在同一反应器中进行，降低了损耗和污染，保证测量的准确性。采用高纯氩气作为载气，可有效降低载气中杂质的含量，提高测试的灵敏度和精度。
[0038]与传统的测试方法相比，冷蒸汽原子荧光法的优点主要有:
[0039]1、基体的影响容易消除，有非常低的背景干扰；
[0040]2、采用高纯氩气作为载气，减少杂质的影响，测试灵敏度高；
[0041]3、检出限低，可以测痕量的汞；
[0042]4、采用高精度的蠕动泵进样系统，提高每次进样量的准确率，重复性好。
【权利要求】
1.一种用于测定水中汞浓度的系统，其特征在于包括:蠕动泵进样系统、试剂储存罐、控制阀组、反应器、荧光检测器以及数据采集处理系统，所述蠕动泵进样系统与控制阀组电连接，用于分别地控制电信号的通断实现所述控制阀组的开关；所述控制阀组通过管道分别与试剂储存罐和反应器连接，分别地接通各所需试剂储存罐和水样，以将水样和试剂储存罐中的相应试剂提取并传输至反应器进行化学反应；所述荧光检测器，与反应器通过管道连接，用于接收经反应后的含汞蒸汽，并检测出其中汞的含量；所述数据采集处理系统，与荧光检测器电连接，接收其检测的汞含量值，并经数据处理后，获得被测样品的汞浓度。
2.根据权利要求1所述的用于测定水中汞浓度的系统，其特征在于:所述试剂储存罐包括氧化剂罐和还原剂罐，以分别将储存的氧化剂和还原剂依次输送至反应器中，在反应器中，所通入的试剂分别与待测定水样依次进行氧化反应和还原反应，获得单质汞原子蒸汽。
3.根据权利要求2所述的用于测定水中汞浓度的系统，其特征在于:所述系统进一步包括惰性气体控制气鞘，其一端与惰性气体压缩罐相连通，另一端与反应器管路连接，在惰性气体控制气鞘的驱动控制下，向反应器通入惰性气体，使之与反应获得的单质汞原子蒸汽混合，获得混合气体。
4.根据权利要求3所述的用于测定水中汞浓度的系统，其特征在于:所述系统进一步包括气液分离器，其与所述反应器的输出端管路连接，反应器输出的混合气体经气液分离器进行气液分离，获得包含有汞蒸汽和惰性蒸汽的混合蒸汽。
5.根据权利要求4所述的用于测定水中汞浓度的系统，其特征在于:所述系统还进一步包括干燥器，其与气液分离器的输出端相连，用于对气液分离后的混合蒸汽进行干燥处理。
6.一种测定水中汞浓度的方法，其采用冷蒸汽原子荧光光谱法，其特征在于包括以下步骤: 步骤I)取样和消解，定量抽取出含汞的水样和氧化剂，并分别通入反应器中，进行消解反应,使得水样中的各种价态的汞氧化为Hg2+ ； 步骤2)还原，向反应器中通入还原剂，以将消解后的Hg2+还原为单质汞原子蒸汽； 步骤3)分离，通入惰性气体至反应器中，将所述单质汞原子蒸汽载入气液分离器，以将汞蒸汽进行气液分离，获得单质汞原子气体和惰性气体的混合气体； 步骤4)检测，将混合气体通入荧光检测器进行检测分析，获得被测水样的汞含量。
7.根据权利要求6所述的测定水中汞浓度的方法，其特征在于:在步骤I)中进一步包括:步骤a)初步润洗，将水样引入反应器，以新液置换原管道中的旧液，对反应器及其管道进行润洗。
8.根据权利要求7所述的测定水中汞浓度的方法，其特征在于:在步骤3)和步骤4)之间进一步包括:步骤b)干燥，将气液分离后的混合气体通入干燥器，对其进行干燥处理。
9.根据权利要求8所述的测定水中汞浓度的方法，其特征在于:在步骤4)之后，进一步包括步骤c)回收，将检测后的混合气体通入活性炭过滤器吸收处理。
10.根据权利要求6所述的测定水中汞浓度的方法，其特征在于:所述惰性气体为高纯IS气。
【文档编号】G01N21/64GK103499558SQ201310403760
【公开日】2014年1月8日 申请日期:2013年9月6日 优先权日:2013年9月6日
【发明者】郑爱庭, 李艳丽, 乐文志, 王勇平 申请人:深圳市中兴环境仪器有限公司