专利名称：一种测定燃气中无机元素的方法
技术领域：
本发明属于化学分析测试领域，具体涉及一种燃气中无机元素的快速测定方法。
背景技术：
由于受形成和所处环境的影响，燃气中往往会含有不同浓度的无机元素。这些无机元素以固体小颗粒，雾和气体的形态存在。当这些无机元素发生沉降，从而附着或渗透在燃气工业中所使用的各种设备和元件、材料表面时，会导致金属腐蚀和材料老化等危害。然而，至今尚无成熟的针对燃气中无机元素的采集装置和测定方法。目前，采集燃气中无机元素的方法可分为气固吸附法和气液吸收法。Uddin等(Energy Fuels, 2009，23，4710-4716)和 Ozaki 等(Fuel, 2008，87，3610-3615)分别报道了采用合成的吸附剂基于气固吸附法富集煤制燃气中的无机汞并定量检测。但是这些传统方法的采集效率不高，目标物都是针对个别的无机元素，此外，还需要消耗大量样品和 试剂。常用的检测无机元素方法有原子吸收法(Anal. Chem.，2008, 80，9369-9374 ；Anal.Chim. Acta, 2010, 659, 60-67),电感稱合等离子体-原子发射光谱法(J. Pharm. Biomed.Anal.，2010，52，652-655 ；Anal. Chim. Acta, 2007，584，204-209),电感耦合等离子体-质谱法(Anal. Chem.，2004，76，2910-2915 ；J. Agric. Food Chem.，2005，53，5138-5143)和离子色谱法(Anal. Chem.，2003, 75，6789-6798)。这些方法在分析无机元素中发挥了重要重用，但是他们存在的一些缺点也阻碍了其自身的应用和发展。原子吸收法不能同时检测无机元素，每检测一种元素，都需要更换光源，操作繁琐。电感耦合等离子体-原子发射光谱法对一些非金属元素检测灵敏度不高。电感耦合等离子体-质谱法，仪器昂贵，分析成本高，不利于推广，且不适用于部分非金属元素的检测。离子色谱法虽然在检测非金属元素方面贡献卓越，但是其分析时间较长，灵敏度也往往达不到痕量条件下检测的要求，而且需要复杂的样品预富集步骤。此外，Rupp等(Anal. Chem.，2010, 82，6315-6317)采用气相色谱-质谱法对模拟燃气中的微量Hg，AsH3, PH3和&56进行分析，但是该方法只适用于一些易挥发无机元素的检测，对大多数无机元素、特别是金属元素无法检测。
发明内容
针对现有技术中的不足，本发明提供了一种测定燃气中无机元素的方法，不仅可以有效采集燃气中各种无机元素并实现对其的快速测定，且效率高，成本低。根据本发明的一个方面，提供了一种测定燃气中无机元素的方法，包括以下步骤样品采集，燃气流经滤膜后，分两部分流过阳离子吸收液和阴离子吸收液；样品处理，滤膜均分成两部分，一部分滤膜用酸液消解，然后加入阳离子吸收液后，定容、过滤，得到用于阳离子分析的滤液；将另一部分滤膜用水萃取后，萃取液加入阴离子吸收液后定容和过滤，得到用于阴离子分析的滤液；样品分析，将所述滤液分别进行毛细管电泳测试，然后对数据进行处理。
在上述方法中，所述滤膜用于采集燃气中的无机元素。所述滤膜选用高分子聚合物材料的过滤膜。其中，所述滤膜优选聚四氟乙烯膜。在上述方法中，所述阳离子吸收液为酸液，用于吸收燃气中的阳离子。其中所述阳离子吸收液优选为硼酸溶液。在一个具体的实施例中，所述硼酸溶液的浓度为l(T50mmOl/L0在上述方法中，所述阴离子吸收液为碱液，用于吸收燃气中的阴离子。其中所述阴离子吸收液优选为氢氧化钠溶液。在一个具体的实施例中，所述氢氧化钠溶液的浓度为10 50mmol/Lo在上述方法中，所述酸液为强酸，用于消解滤膜。所述酸液优选为纯硝酸。在一个具体的实施例中，在样品处理的步骤中，为加快消解和萃取，可以采取微波辅助等方式。在上述方法的一个具体实施例中，在所述样品处理步骤中，所述过滤步骤可采用膜过滤，如采用0. 45 i! m的膜过滤。 在上述方法中，样品分析步骤中，毛细管电泳测试时的进样方式为柱端场放大进样，紫外光源检测。在一个具体的实施例中，对阳离子进行检测时，进样方式为柱端场放大进样方式，先在0. 5psi压力下进水5s，然后在IOkV电压下进样10s。在另一个具体的实施例中，对阴离子进行检测时，进样方式为柱端场放大进样方式，先在0. 5psi压力下进水IOs,然后在_5kV电压下进样10s。在上述方法的一个具体实施例中，所述步骤3)中，对阳离子进行检测时，分离电压为20kV，紫外检测波长为214nm，其中流动相10mmol/L咪唑，lmmol/L 18-冠醚-6，10%( v/v)甲醇,醋酸调pH为3. 5。在上述方法的另一个具体实施例中，所述步骤3)中，对阴离子进行检测时，分离电压为-10kV，紫外检测波长为254nm，其中流动相40mmol/L铬酸钾，0. 5mmol/L十六烷基三甲基溴化铵，20mmol/L三羟甲基氨基甲烷，醋酸调pH为9. I。上述方法还包括空白对照试验和标准曲线的绘制，通过数据处理，得到燃气中所含无机元素的浓度。所述空白对照试验，是指将不采集样品，阴阳离子吸收液放置与实际采样相同的时间，然后阴阳离子吸收液分别经定容、过滤后，所得滤液进行毛细管电泳测试，得到空白样品的数据。所述标准曲线包括阳离子标准曲线的绘制和阴离子标准曲线的绘制。将处理好的样品溶液采用毛细管电泳仪进行分析，所检测的成份可分为阳离子和阴离子两大类。阳离子包括，如铵根离子、钾离子、钙离子、钠离子、锰离子、锌离子、钡离子、铝离子和铅离子等。阴离子如氯离子、亚硝酸根离子、硝酸根离子、硫酸根离子和磷酸一氢根离子等。标准曲线的绘制包括阴离子标准曲线的绘制和阳离子标准曲线的绘制。配置分别包含燃气中所含阴阳离子的系列标准混合液，然后用毛细管电泳测定，以浓度对峰面积绘制标准曲线。在一个具体的实施例中，所述阳离子标准曲线的绘制包括配制含有铵根离子、钾离子、钙离子、钠离子、锰离子、锌离子、钡离子、铝离子和铅离子浓度均为10、25、50、75、100、200、500、750、1000ng/mL的标准系列混合液，然后按照仪器操作条件测定标准系列，每个浓度重复测定3次，以浓度对峰面积绘制标准曲线。在另一个具体的实施例中，所述阴离子标准曲线的绘制包括配制含有氯离子、亚硝酸根离子、硝酸根离子、硫酸根离子和磷酸一氢根离子浓度均为10、25、50、75、150、250、400ng/mL的标准系列混合液。按照仪器操作条件测定标准系列，每个浓度重复测定3次，以浓度对峰面积绘制标准曲线。上述方法中，通过测定处理好的实际样品和空白对照样品，测得的样品峰面积减去空白对照峰面积后，在相应的标准曲线中得到各元素浓度值，从而实现对燃气中的无机元素进行定量分析，得到燃气中各种无机元素的含量。其中计算公式如下将采样体积换算成标准采样体积
权利要求
1.一种测定燃气中无机元素的方法，包括以下步骤 样品采集，燃气流经滤膜后，分两部分流过阳离子吸收液和阴离子吸收液； 样品处理，滤膜均分成两部分，一部分滤膜用酸液消解，然后加入阳离子吸收液后，定容、过滤，得到用于阳离子分析的滤液；将另一部分滤膜用水萃取后，萃取液加入阴离子吸收液后定容和过滤，得到用于阴离子分析的滤液； 样品分析，将所述滤液分别进行毛细管电泳测试，然后对数据进行处理。
2.根据权利要求I所述的方法，其特征在于，所述滤膜为聚四氟こ烯膜。
3.根据权利要求I所述的方法，其特征在于，所述阳离子吸收液为硼酸溶液，所述硼酸溶液的浓度为l(T50mmOl/L。
4.根据权利要求I所述的方法，其特征在于，所述阴离子吸收液为氢氧化钠溶液，所述氢氧化钠溶液的浓度为l(T50mmOl/L。
5.根据权利要求I所述的方法，其特征在于，所述酸液为纯硝酸。
6.根据权利要求I所述的方法，其特征在于，所述毛细管电泳测试时的进样方式为柱端场放大进样，紫外光源检测。
7.根据权利要求Γ6中任意一项所述的方法，其特征在于，所述样品分析步骤中，对阳离子进行检测时，分离电压为20kV，紫外检测波长为214nm，其中流动相10mmol/L咪唑，lmmol/L 18-冠醚 _6，10% (v/v)甲醇，醋酸调 pH 为 3. 5。
8.根据权利要求Γ7中任意一项所述的方法，其特征在于，所述样品分析步骤中，对阴离子进行检测时，分离电压为-10kV，紫外检测波长为254nm，其中流动相40mmol/L铬酸钾，O. 5mmol/L十六烷基三甲基溴化铵，20mmol/L三羟甲基氨基甲烷，醋酸调pH为9. I。
9.一种测定燃气中无机元素的装置，包括双流路气液吸收装置和毛细管电泳仪，其中双流路气液吸收装置包括过滤装置；与过滤装置相连的阴离子吸收瓶；与过滤装置相连的阳离子吸收瓶。
10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述阴阳离子吸收瓶的气体进ロ具有石英筛板。
全文摘要
本发明提供了一种测定燃气中无机元素的方法，包括以下步骤样品采集，燃气流经滤膜后，分两部分流过阳离子吸收液和阴离子吸收液；样品处理，滤膜均分成两部分，一部分滤膜用酸液消解，然后加入阳离子吸收液后，定容、过滤，得到用于阳离子分析的滤液；将另一部分滤膜用水萃取后，萃取液加入阴离子吸收液后定容和过滤，得到用于阴离子分析的滤液；样品分析，将所述滤液分别进行毛细管电泳测试，然后对数据进行处理。根据本发明提供的方法和装置，克服了传统采样方法效率低、耗时长，分析成本较高，难以普及的缺点，实现了快速检测多种无机元素的目标，运行成本较低，操作简单，便于推广。
文档编号G01N27/447GK102706949SQ20121016561
公开日2012年10月3日 申请日期2012年5月24日 优先权日2012年5月24日
发明者张炜奋, 李海芳, 杨建民, 林金明 申请人:清华大学