一种用于原子光谱仪气态进样的气液分离方法和装置与流程

本发明属于分析化学技术领域，尤其是涉及一种用于原子光谱仪气态进样的气液分离方法和装置。

背景技术：

气液分离被广泛应用于化学、生物及水处理等领域。小型的气液分离器在分析化学上也具有广泛应用，特别是在原子光谱（ICP-AES、ICP-MS,AA,AFS）气态进样时，具有很大的应用。通过在线使待测样品中的元素和一些试剂很合发生反应，生成待测元素的挥发物，该挥发物在溶液中有一定得溶解度，因此必须借助气液分离装置使挥发物从溶液中分离出来进行测定。通过这样的在线分离，不仅提高了原子光谱分析的灵敏度降低了检出限，而且也使待测元素与溶液中的基体进行很好的分离，降低了基体干扰。

目前，原子光谱仪气态进样主要包括下面几种技术方法：（1）氢化物发生法，或也叫化学蒸气发生法。该方法是使待测元素的酸性溶液在线与硼氢化钠等还原剂反应，生成元素的氢化物，借助气液分离器使生成的氢化物从反应后的溶液中分离出来，在载气作用下挥发性氢化物被载入到原子光谱中进行测定；（2）二氧化碳发生法，该方法是将溶液中的待测碳酸盐（或碳酸氢盐）在线或离线与无机酸混合，使碳酸盐或碳酸氢盐生成二氧化碳，然后借助气液分离器使生成的二氧化碳从反应后的溶液中分离出来，在载气作用下二氧化碳气体被载入到原子光谱中进行测定；（3）螯合物蒸气发生法，这是最近由本发明人刚刚发现的一种化学蒸气发生进样技术。该方法是使待测元素的酸性溶液在线与乙二胺二硫代氨基甲酸钠等螯合试剂反应，生成挥发性元素螯合物，借助气液分离器使生成的挥发性元素螯合物从反应后的溶液中分离出来，在载气作用下挥发性元素螯合物被载入到原子光谱中进行测定；（4）其它蒸气发生技术：包括单质碘蒸气发生法（在线使碘离子和亚硝酸根反应生成单质碘）；羰基镍蒸气发生法（在线使镍离子和亚一氧化碳反应生成气态羰基镍）。

上述这些气态进样方法目前所用的气液分离器有如下几种：

（1）普通的气液分离器，该分离器很简单，主要包括一个反应后的混合溶液进入到一个试管状的分离器，该分离器底部通入载气，当混合溶液进入到该分离器后，载气将挥发性元素化合物通过溶液中插管直接鼓泡或非鼓泡方式从溶液中分离出来，然后载到原子光谱仪被测定。

（2）使用已有的电感耦合等离子体光谱（质谱）的雾化器作为气液分离器，通过在雾室内将混合溶液喷雾，使挥发性元素化合物蒸气从溶液中分离出来，然后被载气载到仪器中进行测定。

（3）通过烧结玻璃芯滤板对溶液鼓泡进行分离，该技术是使载气从一个烧结玻璃芯滤板下面向烧结玻璃芯滤板上的溶液进行鼓泡进行分离，该方法具有很好的气液分离效率，但到目前为止，没有任何文献或专利揭示出烧结玻璃上的孔径对分离效率的影响。一些文献所介绍的方法只是提出使用该烧结玻璃用于鼓泡分离，没有进行任何深入的研究考察。这就限制了气液分离器的最佳化。

如上所述，上面所述的几种气液分离方法和装置，存在的不足是：分离效率不高，除了硼氢化钠与砷、汞、铅、硒、锗、碲、铋、锑、锡和镉反应生成的挥发物容易被分离外，其它的在线反应—气态分离效果均不是十分理想。因此，影响了气态进样的灵敏度和检出限。

本发明人最近发明一种新的元素气态进样技术，即挥发性螯合物生成的进样技术。该技术原理是使待测元素的酸性溶液在线与乙二胺二硫代氨基甲酸钠等螯合试剂反应，生成挥发性元素螯合物，借助气液分离器使生成的挥发性元素螯合物从反应后的溶液中分离出来，在载气作用下挥发性元素螯合物被载入到原子光谱中进行测定。在研究中本发明人发现：该技术只有在使用烧结玻璃芯滤板对溶液鼓泡进行分离时候才能达到非常好的效果。在进一步研究中本发明人又发现：只有在使用孔径（直径）10-80微米的烧结玻璃芯滤板才能实现本发明。最后本发明人更详细的研究了达到最大分离效率时整个分离器的详细配置并得出了最佳的分离方法和装置，通过向其它蒸气发生技术（氢化物发生，二氧化碳发生）的推广，本发明人发现该装置在这些气液分离中具有相同的最佳效果，由此完成了本发明。

技术实现要素：

一种原子光谱仪气态进样的气液分离方法，其特征在于：在线混合待测元素和反应试剂溶液，将混合后的溶液从混合溶液进入管进入到多孔滤板上，溶液中挥发性的物质被滤板下面通入的氩气鼓泡分离，同时分离出的挥发物和溶液又立即被一股或两股载气流吹扫进入到第二气液分离器，在这里溶液沉降到底部被排放，而载气和挥发性物质则被进入到原子光谱仪进行测定。所述的载气通常与具体仪器使用的载气一致，没有特别指定。

本发明所说的过滤板上的细孔直径在2-40微米，特别优选过滤板上的细孔直径在5-15微米。

本发明所述的过滤板上部空间最大高度0.2-3厘米，优选过滤板上部空间最大高度0.5-1厘米。

本发明所述的将第一气液分离器中分离出来的挥发物和溶液吹扫到第二气液分离器，可以使用一股或两股气流来实现：（1）当使用一股载气流将挥发物和溶液吹扫进入第二气液分离器时，此时该股载气流从滤板底部通入，其同时起鼓泡分离及吹扫挥发物和溶液进入第二气液分离器作用。此时溶液上部空间设置最好（但不限于）是说明书附图2的形状；（2）当使用两股股载气流将挥发物和溶液吹扫进入第二气液分离器时，此时除从滤板下面通入的鼓泡载气流外，在滤板上部的侧面还有一股横向吹扫载气流，此时溶液上部空间最好（但不限于）设置成说明书附图1的形状。

本发明中的装置是由左右相通的（A）、(B)两个气液分离器构成，主要包括混合溶液进入管（1）、微孔鼓泡过滤板（2）、载气入口管（3）、载气出口（5）、分离后的废液排放管（6），其中混合后的溶液从混合溶液进入管（1）进入到微孔鼓泡过滤板（2）上，溶液中挥发性物质被第一气液分离器（A）从滤板下面通入的氩气鼓泡分离，同时分离出的挥发物和溶液又被载气吹扫进入到第二气液分离器（B）,在这里溶液沉降到底部从废液排放管（6）排放，而载气和元素挥发物则通过第二气液分离器（B）上端的载气出口（5）进入到原子光谱仪进行测定。

为了增加气液分离效率，在滤板上部的侧面还可以另外施加有一股横向吹扫载气（氩气）流（4）。

本发明中第一气液分离器（A）中的混合溶液进入管（1）紧贴到微孔鼓泡过滤板（2）上，主要是用来滴加溶液，在第一气液分离器（A）中微孔鼓泡过滤板（2）上部空间高度为0.5-1厘米。

本发明所述左右相通的（A）、(B)两个气液分离器的材质最好是透明的玻璃或高分子聚合物，微孔鼓泡过滤板的材质为带有希望的细孔径的烧结玻璃或聚合物膜。

本发明中的第二气液分离器优选等离子体发射光谱中使用的旋流雾室或Scott雾室。

本发明用于原子光谱仪气态进样的气液分离方法和装置与现在有技术相比所具有的积极效果在于：

（1）使用直径在2-40微米，特别是直径在5-15微米微孔鼓泡过滤板，能使气液接触面积比较大，元素挥发物被分离的效率高。

（2）在第一气液分离器旁在连接一个第二气液分离器，使溶液和挥发物都被吹扫到第二个气液分离器中，这样就保证了溶液不在微孔板上面被滤板下面通来的细气流悬浮停留，保证了元素挥发物的不再次溶解或分解，分离效率会更高。

附图说明：

图1为用于原子光谱仪气态进样的气液分离装置；

图2为用于原子光谱仪气态进样的气液分离装置另一种装置；

其中A.第一气液分离器：

1.混合溶液进入管； 2.微孔鼓泡过滤板；

3.载气入口管； 4.侧面载气吹扫入口管；

B.第二气液分离器：

5.载气出口；6.分离后的废液排放管。

具体实施方式

下面通过具体的实施方案叙述本发明。除非特别说明，本发明中所用的技术手段均为本领域技术人员所公知的方法。另外，实施方案应理解为说明性的，而非限制本发明的范围，本发明的实质和范围仅由权利要求书所限定。对于本领域技术人员而言，在不背离本发明实质和范围的前提下，对这些实施方案中的物料成分和用量进行的各种改变或改动也属于本发明的保护范围。

实施例1

参见说明书附图1。一种用于原子光谱仪气态进样的气液分离方法：使用蠕动泵在线混合样品溶液与反应试剂溶液后，将混合后的溶液从混合溶液进入管进入到多孔高分子膜滤板上，滤板上的细孔直径在5-10微米，过滤板上部空间高度1.5厘米，溶液中挥发性的物质被下面通入的氩气鼓泡分离，同时分离出的挥发物和溶液又被多孔滤板侧面的载气流吹扫进入到第二气液分离器，在这里溶液沉降到底部被排放，而载气和挥发性物质则被进入到原子光谱仪进行测定。

实施例2

参见说明书附图2。用于原子光谱仪气态进样的气液分离装置，其特征在于该装置是由左右相通的（A）、(B)两个气液分离器构成，主要包括混合溶液进入管1、微孔鼓泡过滤板2、载气入口管3、载气出口5、分离后的废液排放管6，其中混合后的溶液从混合溶液进入管进入到微孔鼓泡过滤板上，溶液中挥发性物质被第一气液分离器（A）通入的氩气鼓泡分离，同时分离出的挥发物和溶液又被该载气吹扫入口管流吹扫进入到第二气液分离器（B）,在这里溶液沉降到底部从废液排放管6排放，而载气和元素挥发物则通过第二气液分离器（B）上端的载气出口进入到原子光谱仪进行测定。

实施例3

参见说明书附图2。使用蠕动泵在线以相等的流速混合0.4%的乙二胺二硫代氨基甲酸钠（Na-DDTC）和含2ppb锌的样品溶液(锌的样品酸度0.075M)，使混合后的溶液从管1进入到一个孔径为5-15微米的多孔烧结玻璃滤板（直径30毫米，滤板上部空间高度2厘米）上，溶液中的挥发性的锌-DDTC立刻被下面通入的载气（氩气）鼓泡分离，同时分离出的挥发物和溶液又被该载气流吹扫进入到第二气液分离器，在这里溶液沉降到底部被排放，而载气和锌的挥发物则被进入到原子光谱仪进行测定。使用本装置，能使锌的挥发效率达到95%，无色散原子荧光检出限为0.2ppb。对比只有80微米孔径的单一鼓泡分离器，本装置使锌的挥发效率提高5倍，检出限降低2倍。

实施例4

参见说明书附图2。使用蠕动泵在线以相等的流速混合1.2%的硼氢化钠和含2ppb镉的样品溶液（镉样品酸度0.05M），使混合后的溶液从管1进入到一个孔径为10微米的多孔高分子膜滤板（直径35毫米，滤板上部空间高度3厘米）上，溶液中的挥发性的镉的氢化物立刻被下面通入的载气（氩气）鼓泡分离，同时分离出的镉的挥发物和溶液又被该股载气流吹扫进入到第二气液分离器，在这里溶液沉降到底部被排放，而载气和镉的挥发性氢化物则被进入到原子光谱仪进行测定。使用本装置，能使镉的挥发效率达到80%，原子吸收的检出限为0.1ppb。对比传统的80微米孔径的单一鼓泡分离器，本装置使锌的挥发效率提高3倍，检出限降低1倍。

实施例5

参见说明书附图1。使用蠕动泵在线以相等的流速混合2%的盐酸和含5ppm的碳酸根的样品溶液，使混合后的溶液从管1进入到一个孔径为15微米的多孔烧结玻璃滤板（直径30毫米，滤板上部空间高度1厘米）上，溶液中的挥发性的二氧化碳立刻被下面通入的载气（氩气）鼓泡分离，同时分离出的挥发物和溶液又被多孔滤板侧面的载气流吹扫进入到第二气液分离器，在这里溶液沉降到底部被排放，而载气和二氧化碳则被进入到原子光谱仪进行测定。使用本装置，能使无机碳挥发效率达到98%，ICP-AES检出限为15ppb。对比传统的ICP-AES雾化分离器，本装置使无机碳的挥发效率提高1.5倍，检出限降低2倍。