在线富集微型低温等离子体原子发射测砷分析装置的制作方法

本实用新型涉及一种在线富集微型低温等离子体原子发射测砷分析装置，属于环境分析化学和仪器技术领域。

背景技术：

砷是存在广泛的有毒污染物之一。中国的山西、内蒙等地，南亚部分国家面临严重的地下水砷污染问题。饮用水中砷元素的慢性中毒已经成为影响南亚国家和我国部分地区人们健康的重要污染威胁。灵敏、快速测定砷元素对于掌握砷的污染，避免砷元素的毒害具有重要意义。目前实际环境样品中砷元素的检测主要依靠原子吸收光谱、氢化物发生原子荧光光谱、电感耦合等离子体质谱等。但是该类商品化仪器体积和重量较大，操作条件要求苛刻，不利于搬运和现场测定。目前，砷元素的测定仍然面临无法现场快速、灵敏分析的问题。

本实用新型旨在通过利用在线富集-微型低温等离子体技术，开发一种微型原子发射测砷仪，以克服现有分析技术无法现场、灵敏检测的瓶颈，实现环境样品中痕量砷元素的准确、快速、现场分析。

技术实现要素：

为解决现有砷元素分析装置无法现场分析，检测灵敏度和抗干扰能力较差的问题，本实用新型提供了一种在线富集微型化灵敏分析水样品中砷元素分析装置，采用的技术方案如下：

一种在线富集微型低温等离子体原子发射测砷分析装置，包括：

顺次连通的在线富集-进样系统，气液分离器和微型低温等离子体原子化系统；

所述在线富集-进样系统中的产物进入所述气液分离器后，分离出的含砷气体组分进入所述微型低温等离子体原子化系统，

所述微型低温等离子体原子化系统包括反应管、两个平行电极板和高压高频电源，含砷气体组分进反应管后，在等离子体作用下，被原子化，形成等离子体炬；

所述分析装置还包括原子发射检测系统，所述原子发射检测系统包括凸透镜准直器，光纤，检测器，所述凸透镜准直器聚焦等离子体炬发出砷元素特征光谱，经光纤传导，利用检测器检测。

进一步地，所述在线富集-进样系统包括液体进样通道，洗脱通道，选择阀，样品进样泵，二氧化锰富集柱，盐酸通道，硼氢化钠试剂通道，试剂进样泵，载气，砷蒸汽发生反应器和反应环。

进一步地，所述反应环与所述气液分离器连通，反应环中的反应产物进入气液分离器后，含砷气体组分进入微型低温等离子体原子化器，液体产物经由蠕动泵排出。

进一步地，所述反应管为石英管或陶瓷管。

进一步地，所述二氧化锰富集柱为PTFE管中填充二氧化锰，两端填充玻璃纤维；二氧化锰富集柱的入口端连接选择阀；二氧化锰富集柱的出口端与盐酸通道汇流，汇流后，连接入氢化物发生器的一个入口端通道。

进一步地，所述二氧化锰富集柱接入流路中后，不断利用盐酸和氢氧化钠溶液冲洗至流出液澄清，方可使用。

进一步地，所述砷蒸汽发生反应器的三个入口端分别与载气，硼氢化钠试剂通道，以及盐酸通道和二氧化锰富集柱汇流后的通道相连，所述砷蒸汽发生反应器的出口端与反应环相连。

进一步地，当所述选择阀接通液体进样通道时，洗脱通道自动关闭；当选择阀接通洗脱通道进行洗脱时，液体进样通道关闭。

进一步地，所述试剂进样泵在选择阀与洗脱通道相连通时开始运转；选择阀与液体进样通道连通时，试剂进样泵停止运行。

进一步地，所述样品进样泵和所述试剂进样泵为蠕动泵或注射泵。

本实用新型在线富集微型低温等离子体原子发射测砷分析装置检测水样品中砷元素的灵敏度可达0.5μg/L，精密度小于5％，分析时间小于15分钟，适于多种环境水样品和土壤样品中砷元素的分析。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例提供的在线富集微型低温等离子体原子发射测砷分析装置整体结构示意图；

图2为本实用新型实施例提供的在线富集微型低温等离子体原子发射测砷分析装置的在线富集-进样系统结构示意图。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

如图1所示，本申请在线富集微型低温等离子体原子发射测砷分析装置，包括：顺次连通的在线富集-进样系统1，气液分离器2和微型低温等离子体原子化系统；所述在线富集- 进样系统1中的产物进入所述气液分离器2后，分离出的含砷气体组分进入所述微型低温等离子体原子化系统，所述微型低温等离子体原子化系统包括反应管5、两个平行电极板7，8 和高压高频电源6，含砷气体组分进反应管5后，在等离子体作用下，被原子化，形成等离子体炬14；所述分析装置还包括原子发射检测系统，所述原子发射检测系统包括凸透镜准直器11，光纤12，检测器13，所述凸透镜准直器11聚焦等离子体炬发出砷元素特征光谱，经光纤传导，利用检测器13检测。

如图2所示，所述在线富集-进样系统1包括液体进样通道16，洗脱通道18，选择阀17，样品进样泵19，二氧化锰富集柱20，盐酸通道15，硼氢化钠试剂通道21，试剂进样泵22，载气23，砷蒸汽发生反应器24和反应环25。所述样品进样泵19和所述试剂进样泵22为蠕动泵或注射泵。在本申请中，样品为过滤后液体样品，需经过0.45微米滤膜过滤，每次富集样品体积为5mL，流速为0.5mL/min，盐酸通道盐酸浓度为6mol/L，洗脱盐酸体积0.2mL，流速为0.5mL/min。硼氢化钠溶液现配现用，短暂保存在碱性溶液中，蠕动泵和注射泵可互换，注射泵为优选条件。所述二氧化锰富集柱为PTFE管(内径1.6mm、外径2.0mm，)中填充二氧化锰(0.15g)，两端填充玻璃纤维，防治二氧化锰流失。富集柱接入流路中，不断利用盐酸和氢氧化钠溶液冲洗至流出液澄清，方可使用。

所述反应环25与所述气液分离器2连通，反应环中的反应产物进入气液分离器后，含砷气体组分进入微型低温等离子体原子化器，液体产物经由蠕动泵3排出。

所述反应管5为石英管或陶瓷管，内径3.0mm、外径6mm，长度7.0cm，含砷气体组分进入原子化器石英管5后，在等离子体作用下，被原子化，形成等离子体炬14。

所述二氧化锰富集柱20为PTFE管中填充二氧化锰，两端填充玻璃纤维；二氧化锰富集柱的入口端连接选择阀17；二氧化锰富集柱的出口端与盐酸通道汇流，汇流后，连接入氢化物发生器的一个入口端通道。

所述二氧化锰富集柱20接入流路中后，不断利用盐酸和氢氧化钠溶液冲洗至流出液澄清，方可使用。

所述砷蒸汽发生反应器24的三个入口端分别与载气23，硼氢化钠试剂通道21，以及盐酸通道15和二氧化锰富集柱20汇流后的通道相连，所述砷蒸汽发生反应器24的出口端与反应环25相连。

当所述选择阀17接通液体进样通道16时，洗脱通道18自动关闭；当选择阀17接通洗脱通道18进行洗脱时，液体进样通道16关闭。

所述试剂进样泵22在选择阀17与洗脱通道18相连通时开始运转；选择阀17与液体进样通道16连通时，试剂进样泵22停止运行。

本申请在线富集微型低温等离子体原子发射测砷分析装置还包括废液排出系统3，4。所述载气23为氩气，流速为400mL/min。

实施例1

采集实际样品包括河水样品、泉水、雨水、工业排污水，农田土壤样品五种代表性实际样品。分别进行简单预处理，包括：1)水样品，直接利用0.45微米滤膜过滤2)土壤样品，称取1.000克土壤样品，加入10mL水进行超声浸提。浸提液利用0.45微米滤膜过滤。

样品处理完成后直接利用电感耦合等离子体质谱进行定量分析，所得结果与本实用新型装置检测结果进行结果比对。

本实用新型装置具体检测和分析步骤为：

步骤一：利用移液器准确移取5mL样品至10mL带盖离心管备用。

步骤二：配制硼氢化钠溶液，首先配制0.5％(w/w)NaOH水溶液，然后将NaBH4溶于该碱性溶液，NaBH4的浓度为1％(w/w)。

步骤三：配制6mol/L盐酸水溶液。

步骤四：配制2mol/L氢氧化钠溶液，准确移取0.2mL至1mL离心管备用。

步骤五：利用0.15g二氧化锰填充富集柱，柱材质为PTFE管，内径1.6mm、外径2.0mm，两端填充玻璃纤维，防治二氧化锰流失。富集柱接入流路中，不断利用盐酸和氢氧化钠溶液重新至流出液澄清。

步骤五：所有通道首先泵进入去离子水溶液，冲洗通道。

步骤六：选择阀连通样品通道，泵入5mL样品通过二氧化锰富集柱。

步骤七：开启其余装置，选择阀连通氢氧化钠洗脱通道，泵入定量(0.2mL)氢氧化钠溶液通过富集柱进行洗脱，洗脱液与通道15中盐酸混合后进入氢化物发生器，进行氢化物发生。

步骤八：记录发射信号。

步骤九：重复步骤六、七和八至所有标准砷溶液和实际待测样品测定结束。

步骤十：样品通道和硼氢化钠通道均转换为去离子水溶液，清洗系统，关闭系统。

分析结果如表1所示。结果表明本装置分析多种环境水样结果与电感耦合等离子体质谱分析结果一致，证实本方法结果可靠、准确。

表1分析结果表

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。