一种海洋可燃冰沉积物易挥发元素测试前处理方法与流程

本发明属于海洋可燃冰勘探、实验测试领域。

背景技术：

易挥发元素的含量能够准确地描述可燃冰勘查区该元素的地球化学背景特征，测试易挥发元素，尤其是重金属as、hg的准确含量，进而绘制该区域的地球化学图，对可燃冰勘探开采所产生的环境效应，具有重要的指导意义。随着近年来新能源可燃冰行业勘查需求不断扩大，该行业样品测试总量逐年增加。

目前针对可燃冰勘查区沉积物易挥发元素测试前处理，各实验室所采用的方法为陆地土壤样品，或岩石样品的现有方法进行前处理。土壤、岩石样品不浸泡在环境水中，与海洋样品存在本质差异，湖沼沉积物样品虽然接触环境水体，但湖沼的深度一般较浅，沉积物接触水体的压力较小，另外，湖沼沉积物大多接触的是盐分较低的淡水，与可燃冰勘查区海洋沉积物(一般在2000米以上的海洋深度，因为可燃冰形成的条件，必须是高压强，低环境温度)也存在较大差异。由于可燃冰勘查区的沉积环境拥有非常特殊的性质，因此，现有方法存在诸多问题。

1、现有方法采用大体积玻璃器皿、表面皿等器具，前处理过程中所占空间较大，在相同空间内，处理的样品量少，不适宜处理大批量样品；另外，玻璃表面皿进行冷凝回流，在进行样品前处理时，玻璃表面皿盖于烧杯上，距离加热装置较近，冷凝效果不明显，影响最终测试结果的准确性。

2、单个样品分体式操作，采用的器具均为分体式设计，例如加热、加液、摇晃、定容等，尤其是加热过程中，须为烧杯提供轻微的摇晃效果，以促进消解液与样品的充分接触，需要人工逐一进行操作。过程繁琐，复杂，耗时耗力，无法进行大批量样品处理。

综上，提出一种针对海洋可燃冰勘查区，能够满足测试精度、可进行大批量操作、更加快捷的，易挥发元素仪器测试前处理装置及方法则成为本发明所面临的重要课题。

技术实现要素：

针对现有可燃冰勘查区沉积物易挥发元素测试前处理过程存在测试精度，以及无法批量处理等问题，提出一种专门针对海洋可燃冰勘查区沉积物易挥发元素测试前处理方法，采用如下技术方案予以实现：

a、将研磨后的可燃冰勘查区沉积物样品逐一称量到放置在管架上的处理管中,所述处理管，自下而上包括：圆形腔体、下柱形段及上柱形段，所述下柱形段的直径大于所述上柱形段的直径，且所述下柱形段套装有摩擦胶圈；

b、向处理管中加入消解溶液；

c、向水浴箱中加入一次去离子水，液面以没过处理管的内部消解液面为准，所述水浴箱包括箱体及位于箱体底部的加热装置，所述箱体呈长方形，一条边上设置若干主动杆，各主动杆之间通过相互啮合的齿轮实现转动传动，对边上设置若干对应的被动杆，每组主动杆与被动杆之间套装传动带；

d、将若干排管架整体放置箱体内，每排管架均套装在传动带内，所述管架包括底座及安装在底座上的一排支架，所述支架包括用于盛放所述圆形腔体的圆腔座及用以支撑所述下柱形段及上柱形段的倾斜支撑架；

e、开启加热装置，待水沸腾后，放入若干处理管放置在管架上；

f、启动旋转系统，处理管开始旋转；

j、一小时后，取出处理管，供后续检测用。

进一步地，所述步骤b中，加入的消解溶液为10ml1：1王水。

测试前处理方法，弥补了该领域的方法空缺，确保不同实验室在分析测试可燃冰勘查区沉积物样品的易挥发元素最终测试数据的可靠性和可比性。

本发明测试前处理方法，弥补了该领域的方法空缺，解决了易挥发元素在前处理时，冷凝回流的损失问题以及解决了海洋可燃冰样品粘着力强，不易接触消解液的缺陷。本发明采用整体集成式处理方式，可同时实现成百个处理管的同时加热、旋转摇晃，处理效率更高。

附图说明

图1为本发明水浴箱结构示意图；

图2为管架结构示意图；

图3为管架放置处理管后结构示意图；

图4为处理管结构示意图；

图5为处理管和传动带配合结构示意图；

以上各图中：1、处理管；1-1、圆形腔体；1-2、下柱形段；1-3、上柱形段；1-4、摩擦胶圈；2、管架；2-1、底座；2-2、支架；2-21、圆腔座；2-22、支撑架；3、水浴箱；3-1、主动杆；3-2、从动杆；3-3、传动带；3-4、齿轮；3-5、电机。

具体实施方式

本发明的设计构思如下：

申请人经过研究发现：海洋中的可燃冰需要千百万年的累计，逐渐形成。形成的位置均发生在沉积物的孔隙中，在形成过程中，可燃冰的量不断增加，会对所富存的沉积物，逐渐地、慢慢地产生非常大的压力，这种压力会随着可燃冰的成长而越来越大。再经过高压孔隙水浸润，相互的紧实程度非常高。可燃冰在其孔隙中不断生成，体积增大，进一步增加了沉积物的压力，减少了沉积物体积，对沉积物进一步压实。致使该沉积物产生两种有别于其他样品的特性，超强的亲水性和极强的粘着力。也就是，当沉积物遇到水时，会非常容易吸潮，在进行易挥发元素测试前处理时，沉积物样品相互之间也非常容易粘着在一起，使得样品内部接触消解液的效果不佳。

在测试易挥发元素前处理的过程中，多次实验发现，最好的解决方法就是，在进行前处理时，连续不间断的进行旋转、摇晃等动作，鉴于此提出本发明。

为了能够更加清楚地理解本发明，下面结合附图及实施例对其做进一步说明。

实施例一，本实施例提出一种海洋可燃冰沉积物易挥发元素测试前处理装置，包括处理管、管架及水浴箱。

参考图4，本实施例处理管1，自下而上包括：圆形腔体1-1、下柱形段1-2及上柱形段1-3，下柱形段1-2的直径大于上柱形段1-3的直径，且下柱形段1-2套装有摩擦胶圈1-4，摩擦胶圈1-4的下部管体上设有刻度。在使用时，圆形腔体1-1为旋转加热段，带刻度的一段为定容段，摩擦胶圈1-4部为摩擦旋转段，上柱形段1-3为冷凝回流段，上柱形段1-3上部为管口。本实施例上柱形段1-3到管口处的长度为5cm，可有效解决易挥发元素在前处理时，冷凝回流的损失问题。下柱形段1-2及圆形腔体1-1的总长度为15cm，圆形腔体1-1的直径为3cm。

参考图2及图3，管架2，包括底座2-1及安装在底座上的一排支架2-2，支架2-2包括用于盛放所述圆形腔体的圆腔座2-21及用以支撑所述下柱形段及上柱形段的倾斜支撑架2-22。为减少处理管旋转时的摩擦力，圆腔座2-21由一圆环底及两根弧形杆组成；支撑架2-22包括两直杆及下圆弧段，两直杆的两段分别连接下圆弧段形成一托槽架。使用时，处理管的圆形腔体由圆腔座支撑，下柱形段及上柱形段由支撑架支撑。本实施例管架使管式样品处理容器更加整齐排列，为后续有效扣盖盘旋回流帽，以及扣盖排式塞，提供了便利。

参考图1，水浴箱3，包括箱体及位于箱体底部的加热装置(图中未示出)，其中加热装置采用现有加热丝等方式实现即可。本实施例箱体呈长方形，一条边上设置若干主动杆3-1，各主动杆3-1之间通过相互啮合的齿轮3-4实现转动传动，对边上设置若干对应的被动杆3-2，每组主动杆3-1与被动杆3-2之间套装传动带3-3；传动的实现可通过电机带动，通过电机输出轴端和第一主动杆下端的两个相互配合的锥形齿轮来实现，当第一主动杆被电机带动转动时，再通过主动杆之间相互啮合的齿轮实现转动传递，主动杆的传动又带动套装在主动杆与被动杆之间传动带传动。参考图4，使用时，传动带3-3套装在一排处理,2上，并与摩擦胶圈接触，进而带动处理管旋转。摩擦胶圈的材质为橡胶，胶圈高度为1-2毫米。通过该设计确保在前处理过程中，能够提供均匀稳定的旋转效果，解决了海洋可燃冰样品粘着力强，不易接触消解液的，有别于其他样品的根本性质所带来的处理效果不佳的问题。

为了确保传动带传动过程的稳定，本实施例主动杆3-1与被动杆3-2均具有一缩颈部，缩颈部的直径小于下柱形段的直径，传动带3-3套装在所述缩颈部上。

为了获得较佳的摇晃效果，支撑架相对于水平面倾斜70°-80°，优选75°，这样处理管在旋转过程中，样品与消解液接触更加充分。6、多功能处理管在水浴装置中，采用75°倾斜角度，使得处理管在旋转过程中，样品与消解液接触更加充分。

本实施提出一种专门适用海洋可燃冰勘查区沉积物测试易挥发元素的前处理装置，其设备构造简单，易操作，利用了沸水浴100℃自然温控的便利，采用了倾斜旋转方式的水浴处理管，并按需求规范整齐排列，实现了连续批量水浴加热，密封、摇晃、冷凝回流等样品前处理操作，进而实现每小时一次性处理成百件样品的测试要求。

实施例二，本实施例提出一种海洋可燃冰沉积物易挥发元素测试前处理方法，采用实施例一中的装置，具体方法包括如下步骤：

1、首先将研磨符合要求的可燃冰勘查区沉积物样品，逐一准确称量到本发明的处理管中。

2、加入消解溶液，一般为1：1王水10ml。

3、向水浴箱加入一次去离子水，液面以没过处理管的内部消解液面为准。

4、开启加热系统，待水沸腾后，放入处理管支架。

5、开启旋转系统，处理管开始旋转。

6、一小时后，取出处理管。如果仍有未处理样品，可循环处理，如果没有待处理样品，则关闭。

后续，可在处理管中加入稀释液，加盖排式塞帽，扣紧后，转动摇匀，该液体可直接进行易挥发元素bi、hg、se的仪器检测；可分取稳固管中液体，加适量的vc+硫脲+盐酸，加盖排式塞帽，扣紧后，转动摇匀，该液体可直接进行易挥发元素as、sb的仪器检测。

表1、易挥发元素定量分析参数

本实施例测试前处理方法，弥补了该领域的方法空缺，确保不同实验室在分析测试可燃冰勘查区沉积物样品的易挥发元素最终测试数据的可靠性和可比性。定量分析参数见表1。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例应用于其它领域，但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。