一種適用於沉積物中酸可揮發性硫化物提取的裝置及方法
2023-07-04 00:47:56 1
專利名稱：一種適用於沉積物中酸可揮發性硫化物提取的裝置及方法
技術領域：
本發明屬於海洋環境保護和水質監測技術領域，尤其涉及對潮間帶沉積物酸可揮發性硫化物的提取裝置及提取方法。
背景技術：
酸可揮發性硫化物(Acid volatile sulfide, AVS)是操作定義上的概念，是指底泥中可被酸作用而以H2S形式釋放出來的硫。AVS是底泥中的活性硫部分，可重複被氧化還原，在控制底泥孔隙水重金屬濃度和底泥重金屬生物有效性方面扮演著重要的角色。因此，測定沉積物中AVS化物的含量，對於判斷沉積物重金屬毒性和生物有效性具有重要的
眉、ο現有AVS的提取通常是在沉積物中加入一定濃度的鹽酸，使沉積物中產生的H2S 氣體隨載氣一起逸出，再以一定方式的吸收液吸收H2S氣體，而目前AVS的吸收液常用氫氧化鈉溶液或乙酸鋅溶液。NaOH為強鹼，能瞬時中和弱酸性的H2S氣體；乙酸鋅溶液吸收H2S 氣體反應生成硫化鋅膠狀液體。並且，在酸性介質中，當三價鐵離子存在時，S2_與顯色劑反應生成亞甲基藍，因此，也通過亞甲藍分光光度法測定吸收液中的的含量。而沉積物中 AVS接觸空氣後幾小時就能全部氧化，所以沉積物中的AVS的採集和測定須保持為還原狀態。圖1為現有技術的定氮蒸餾器示意圖；如圖1所示，現有技術採樣定氮蒸餾器作為 AVS發生吸收裝置，其包括冷凝管6、殘液洩放口 7、蒸餾管8、水蒸氣進口 9、樣品進口 10、冷凝水進口 11及冷凝水出口 12。其中，沉積物樣品中的硫化物通過樣品進口 10裝入，與鹽酸反應生成硫化氫，通過蒸餾管8中水蒸氣蒸餾，硫化氫隨水蒸汽一起蒸餾出來，通過冷凝管 6後被乙酸鋅溶液吸收，反應生成硫化鋅。在酸性介質中當三價鐵離子存在時，硫離子與對氨基二甲基苯胺反應生成亞甲基藍，在650nm波長下進行光度測定。圖2為AVS發生吸收裝置示意圖，如圖2所示，其主要由轉子流量計1、進料裝置 2、反應器3、氣體吸收裝置4及氮氣源裝置5組成，並且沒有洗氣分流裝置，其中，氮氣源裝置5、轉子流量計1、反應器3及氣體吸收裝置4通過連接管順序連接，而進料裝置2插入反應器3的一個口中，並且，轉子流量計1與氣體吸收裝置4分別通過連接管接入反應器3的另外兩口中。其硫化物的提取主要以乙酸鋅為吸收液，沉積物溼樣通過進料裝置2置入反應器3，產生的進入氣體吸收裝置4，通過乙酸鋅溶液吸收，反應生成硫化鋅。在650nm 波長下進行光度測定。現有技術存在的主要問題如下1、載氣隊不能保證其純度，影響提取分析結果。2、單純以乙酸鋅為吸收液不能完全吸收硫離子。3、對N2流量和通氣時間沒有定量要求。4、對加入的鹽酸的濃度和酸量沒有進行實驗對比，不能保證為最佳條件。5、對加熱溫度沒有定量規定。
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6、使用該方法不能保證沉積物中的酸可揮發性硫化物得到完全測定。
發明內容
本發明所要解決的技術問題是提出一種適用於沉積物中酸可揮發性硫化物提取的裝置及方法，以改進現有技術的裝置載氣不純及方法條件不確定，AVS提取率低、測定不完全的缺陷。為實現上述目的，本發明提出一種提取裝置，適於沉積物中酸可揮發性硫化物的提取，其特徵在於，包括氮氣源裝置、流量計、進料裝置、反應器、水浴裝置、氣體吸收裝置及洗氣分流裝置，所述氮氣源裝置、所述流量計、所述反應器及所述氣體吸收裝置順序連接， 所述進料裝置插入所述反應器中，所述反應器置於所述水浴裝置中，所述洗氣分流裝置置於所述氮氣源裝置與所述流量計之間或者置於所述流量計與所述反應器之間。其中，所述氣體吸收裝置為比色裝置。其中，該提取裝置還包括多孔吹球，所述多孔吹球伸入到比色裝置底部，大小與比色裝置匹配。其中，所述氮氣源裝置、所述流量計、所述反應器及所述氣體吸收裝置通過連接管順序連接，所述連接管為矽膠管。而且，為實現上述目的，本發明還提出一種提取方法，適於沉積物中酸可揮發性硫化物的提取，其特徵在於，所述氮氣源裝置中的隊在進入所述反應器前先經過洗氣分流裝置，以淨化N2。其中，所述吸收液為NaOH-EDTA-TEA混合吸收液或Ca(OH)2-EDTA-TEA混合吸收液。其中，對應每克沉積物，N2流量較佳為14 18cm7min，更佳為16cm7min。其中，對應每克沉積物，鹽酸的添加量較佳為大於4mL，鹽酸的濃度為lmol/L。其中，所述反應器置於水浴裝置中，水浴溫度較佳為90°C -100°C，所述酸可揮發性硫化物的反應時間較佳為30-50min。其中，所述反應器中加入NaOH-EDTA-C6H8O6混合液或Ca (OH) 2_EDTA_TEA混合吸收液作為絡合劑。其中，氣體吸收裝置中還加入有對氨基二甲基苯胺二鹽酸鹽溶液。其中，採用UV-1700型分光光度計於650nm處測定吸光值。本發明通過對實驗裝置的改進防止了載氣不純對實驗結果的影響。並且確定了 AVS提取測定方法的優化實驗條件，更加有效提高了硫化物的提取效果。提高了批量分析的效率並增加吹氣效率，減少了轉移液體帶來的系統誤差。為今後開展潮間帶沉積物中酸可揮發性硫化物的研究提供了新的分析檢測方法。以下結合附圖和具體實施例對本發明進行詳細描述，但不作為對本發明的限定。
圖1為現有技術定氮蒸餾器示意圖；圖2為現有技術中的AVS發生吸收裝置示意圖；圖3為本發明中的AVS發生吸收裝置示意圖4為本發明優化方法對比實驗所使用的AVS發生裝置示意圖；圖5為相同濃度的S2—在最佳N2流量內的不同反應時間的回收率圖；圖6為本發明實驗4個採樣點的經緯度示意圖；圖7為應用本發明方法和海洋監測規範方法對渤海灣沉積物中AVS含量測定的對比圖；其中，附圖標記1 轉子流量計3 反應器5 氮氣源裝置7:殘液洩放口9:水蒸氣進口11:冷凝水出口100 氣體吸收裝置300 反應器500 流量計700 氮氣源裝置
具體實施例方式本發明是在《海洋監測規範》(GB17378. 5-2007)基礎上，通過改變裝置及進行系列對比實驗，對吸收液種類、載氣流量、反應時間、反應酸量、加熱溫度等實驗條件進行了對比研究，確定了優化方法的工藝條件、回收率、檢出限，建立了一套用於快速準確提取分析沉積物AVS的提取分析裝置與提取分析方法，並且應用此方法對渤海灣潮間帶沉積物AVS進行了實際測定，為進一步判定渤海灣潮間帶沉積物重金屬汙染毒性和生物有效性提供了依據。本發明中的AVS提取裝置是在現有技術的提取裝置反應瓶前增加了洗氣分流裝置，並用多孔吹球代替單孔吹管。同時，氣體吸收裝置用IOOmL具塞磨口比色裝置代替，多空吹球能伸入到比色裝置底部，大小與比色裝置配套；由於乳膠管中含有硫，因此本發明中的連接管全為矽膠管。具體而言，如圖3所示，本發明的提取裝置，適於沉積物中酸可揮發性硫化物的提取，包括氮氣源裝置700、流量計500、進料裝置200、反應器300、水浴裝置400、氣體吸收裝置100及洗氣分流裝置600，其中，所述氮氣源裝置700、所述流量計500、所述反應器300及所述氣體吸收裝置100通過連接管順序連接，所述進料裝置200插入所述反應器300中，所述反應器300至於所述水浴裝置400中，所述洗氣分流裝置600置於所述氮氣源裝置700 與所述流量計500之間或者置於所述流量計500與所述反應器300之間，所述洗氣分流裝置600中裝有鹼性溶液，可吸收氮氣中的酸性氣體，以使所述氮氣源裝置700中的氮氣在進入所述反應器300之前經過所述洗氣分流裝置600得到淨化，防止由於載氣不純對提取分析結果的影響。另外，本發明的提取裝置中，所述氣體吸收裝置100較佳用比色裝置代替。所述連接管較佳為矽膠管。所述進料裝置200較佳為進料裝置。所述反應器300較佳為反應器。
2 進料裝置 4 氣體吸收裝置 6 冷凝管 8 蒸餾管 10 樣品進口 12 冷凝水進口 200 進料裝置 400 水浴裝置 600 洗氣分流裝置
並且，本發明的提取裝置還包括多孔吹球，所述多孔吹球伸入到比色裝置底部，大小與比色裝置匹配。另外，利於上述裝置，本申請提出了沉積物中酸可揮發性硫化物的提取方法。本發明的方法是在《海洋監測規範》(GB17378. 5-2007)基礎上，進行系列對比實驗，對吸收液種類、載氣流量、反應時間、反應酸量、加熱溫度等實驗條件進行了對比研究，確定了優化方法的工藝條件、回收率、檢出限。並且，由於海洋沉積物中的硫化物以多種形態存在，對於某些難溶的硫化物，加入一定量的EDTA(乙二胺四乙酸)絡合劑，更有利於S2_的釋出，有機鹼 TEA(三乙醇胺，分子式為C6H15O3N)有親核作用，加入在弱鹼液後，在溶液中易形成溶劑化現象而增加了疏水性對水的親和能力，使反應更加容易，更加穩定。本發明吸收液種類、載氣流量、反應時間、反應酸量、加熱溫度等實驗條件的優化實驗1、不同吸收液的AVS回收效果比較實驗在儀器測定條件不變的情況下，通過改變提取條件中的吸收液判斷影響提取效率的大小，從而確定最佳吸收液。取5g沉積物(溼樣)後加入一定濃度的標準溶液(一個系列中的一個濃度標準溶液，標準系列濃度分別為 0. 01,0. 02,0. 03,0. 04,0. 05,0. 06、0. 07,0. 08,0. 09、 0. lmg/L硫離子標準溶液)於反應器300中，在吹氣條件和加熱溫度相同的的條件下，分別移取1 OmL NaOH-EDTA-TEA或Ca (OH) 2_EDTA_TEA混合吸收液和加(Ac) 2吸收液於不同的氣體吸收裝置中，對不同濃度爐_標準溶液進行回收率比較，結果表明=NaOH-EDTA-TEA 或Ca (OH) 2-EDTA-TEA混合吸收液效果比加(Ac) 2吸收液效果明顯，當S2—量小於50 μ g 時NaOH-EDTA-TEA或Ca (OH) 2_EDTA_TEA混合吸收液有顯著的吸收效果，50-100 μ g時， NaOH-EDTA-TEA或Ca(OH)2-EDTA-TEA混合吸收液效果比Si (Ac)2吸收液效果更佳。2、不同N2流量與反應時間下AVS回收效果比較實驗A2流量對AVS的釋出和吸收有重要作用，通過控制N2流量可使H2S吸收完全又可縮短吹氣時間，是吹氣效率及批量分析的關鍵；不同的反應時間也影響著吸收液的效率。取5g沉積物(溼樣)後加入相同濃度的標準溶液於反應器300中，對相同濃度 S2—標準溶液用不同N2流量在相同時間內進行回收率試驗(如圖4)，結果表明，N2流量在 70 90cm7min範圍內效果較好，S2_的回收率可達90%以上。過高或過低，S2_的回收率都會下降，在80cm7min前後，S2—的回收率達95%以上，因而80cm7min為最佳反應隊流量。 其中，N2流量與反應回收率的實驗結果如下表1 :
權利要求
1.一種提取裝置，適於沉積物中酸可揮發性硫化物的提取，其特徵在於，包括氮氣源裝置、流量計、進料裝置、反應器、水浴裝置、氣體吸收裝置及洗氣分流裝置，所述氮氣源裝置、 所述流量計、所述反應器及所述氣體吸收裝置順序連接，所述進料裝置插入所述反應器中， 所述反應器置於所述水浴裝置中，所述洗氣分流裝置置於所述氮氣源裝置與所述流量計之間或者置於所述流量計與所述反應器之間。
2.根據權利要求1所述的提取裝置，其特徵在於，所述氣體吸收裝置為比色裝置。
3.根據權利要求2所述的提取裝置，其特徵在於，還包括多孔吹球，所述多孔吹球伸入到比色裝置底部，大小與比色裝置匹配。
4.根據權利要求1所述的提取裝置，其特徵在於，所述氮氣源裝置、所述流量計、所述反應器及所述氣體吸收裝置通過連接管順序連接，所述連接管為矽膠管。
5.一種提取方法，適於沉積物中酸可揮發性硫化物的提取，其特徵在於，所述氮氣源裝置中的隊在進入所述反應器前先經過洗氣分流裝置，以淨化N2。
6.根據權利要求5所述的提取方法，其特徵在於，所述吸收液為NaOH-EDTA-TEA混合吸收液或Ca (OH) 2-EDTA-TEA混合吸收液。
7.根據權利要求5所述的提取方法，其特徵在於，對應每克沉積物，隊流量為14 18cm3/min。
8.根據權利要求7所述的提取方法，其特徵在於，對應每克沉積物，N2流量為16cm3/min0
9.根據權利要求5所述的提取方法，其特徵在於，對應每克沉積物，鹽酸的添加量為大於4mL，鹽酸的濃度為lmol/L。
10.根據權利要求5所述的提取方法，其特徵在於，所述反應器置於水浴裝置中，水浴溫度為90°C _100°C，所述酸可揮發性硫化物的反應時間為30-50min。
11.根據權利要求5所述的提取方法，其特徵在於，所述反應器中加入 NaOH-EDTA-C6H8O6混合液或Ca(OH)2-EDTA-TEA混合吸收液作為絡合劑。
12.根據權利要求5所述的提取方法，其特徵在於，氣體吸收裝置中還加入有對氨基二甲基苯胺二鹽酸鹽溶液。
13.根據權利要求5所述的提取方法，其特徵在於，採用UV-1700型分光光度計於 650nm處測定吸光值。
全文摘要
一種適用於沉積物中酸可揮發性硫化物提取的裝置及方法，該裝置包括氮氣源裝置、流量計、進料裝置、反應器、水浴裝置、氣體吸收裝置及洗氣分流裝置，所述氮氣源裝置、所述流量計、所述反應器及所述氣體吸收裝置順序連接，所述進料裝置插入所述反應器中，所述洗氣分流裝置置於所述氮氣源裝置與所述流量計之間或者置於所述流量計與所述反應器之間。該提取方法以NaOH-EDTA-TEA為吸收液，N2流量為80cm3/min時加入20mL1mol/L HCl，100℃沸水浴中反應40min。本發明通過對實驗裝置的改進防止了載氣不純對實驗結果的影響。並確定了AVS提取測定的方法的優化實驗條件，有效的提高了硫化物的提取效果。
文檔編號C01B17/16GK102408099SQ20101029043
公開日2012年4月11日 申請日期2010年9月25日 優先權日2010年9月25日
發明者周莉, 張雷, 秦延文 申請人:中國環境科學研究院