一種砷形態野外分離方法及裝置與流程
2023-06-08 06:36:11
本發明涉及分析化學技術領域，具體涉及一種採用離子交換柱串聯在戶外對砷元素的不同形態物質分離的方法及裝置。
背景技術：
砷是一種有毒金屬元素，人體長期飲用或接觸會產生糖尿病、神經病變、心血管疾病和癌症等疾病，對健康造成不利影響。砷在自然界中通常以as(iii)、as(v)、一甲基砷和二甲基砷的混合物形式出現，四種形態在化學性質、生物活性和毒性水平上都有著顯著的差異。例如，as(iii)和as(v)具有劇毒性，而一甲基砷和二甲基砷毒性相對較小。相關技術中，採用強陰離子交換柱對無機砷形態進行分離、洗脫時有機砷形態會同時洗脫，造成測得的無機砷的含量偏大。
技術實現要素：
有鑑於此，本發明的實施例提供了一種在野外可將as(iii)、as(v)、一甲基砷和二甲基砷分離的方法及其裝置。
為解決上述技術問題，本發明的實施例提供了一種砷形態野外分離方法，包括以下步驟：
(1)預處理，採用活化溶液分別對第一離子交換柱和第二離子交換柱進行活化；
(2)活化後的所述第一離子交換柱和所述第二離子交換柱通過未汙染的連接頭連接形成串聯離子交換柱；
(3)所述串聯離子交換柱通過未汙染的連接頭與注射器連接，取樣品至所述注射器中，將所述樣品注入所述串聯離子交換柱中，收集洗脫的三價砷溶液於接收杯中；
(4)將上述洗脫後的串聯離子交換柱分開，將第一離子交換柱通過未汙染的連接頭與注射器連接，取第一淋洗液至所述注射器，將所述第一淋洗液注入分開後的所述第一離子交換柱中，收集洗脫的二甲基砷酸溶液於接收杯中；
(5)將分開後的所述第二離子交換柱通過未汙染的連接頭與注射器連接，取第二淋洗液至所述注射器，將所述第二淋洗液注入分開後的所述第二離子交換柱中，收集洗脫的一甲基砷酸溶液於接收杯中；
(6)將步驟(5)中洗脫後的所述第二離子交換柱再次通過未汙染的連接頭與注射器連接，取第一淋洗液至所述注射器，將所述第一淋洗液注入洗脫後的所述第二離子交換柱中，收集洗脫的五價砷溶液於接收杯中。
優選地，所述活化溶液為h2so4溶液和去離子水，所述h2so4溶液濃度為5.0％～20％(v/v)；活化時間為1h～24h。
優選地，所述第一淋洗液、第二淋洗液分別為hcl溶液、ch3cooh溶液；所述hcl溶液、ch3cooh溶液的濃度分別為5.0％～15％、0.1％～1.0％；所述第一淋洗液、第二淋洗液的用量為樣品量的3～4倍。
優選地，所述h2so4溶液濃度為10％(v/v)、15％(v/v)；活化時間為6h、12h。
優選地，所述hcl溶液濃度為8％、12％；所述ch3cooh溶液的濃度為0.5％、0.8％。
本發明實施例還提供了一種砷形態野外分離裝置，包括注射器、連接頭、第一離子交換柱、第二離子交換柱、接收杯；所述注射器與所述第一離子交換柱或所述第二離子交換柱均分別通過所述連接頭連接；所述第一離子交換柱和第二離子交換柱通過所述連接頭連接形成串聯離子交換柱；所述接收杯位於所述第一離子交換柱或第二離子交換柱的下方。
優選地，所述連接頭包括進口端和出口端，所述進口端與所述注射器的出口、第一離子交換柱的出口或第二離子交換柱的出口連接；所述出口端與所述第一離子交換柱的進口或第二離子交換柱的進口連接。
優選地，所述第一離子交換柱和第二離子交換柱的柱容量為1ml～10ml；所述第一離子交換柱的填料為鍵合磺酸基的高純矽膠基質，所述第二離子交換柱的填料為鍵合季胺基的高純矽膠基質。
優選地，所述注射器的量程為10ml～20ml。
優選地，所述接收杯包括杯體和可密封蓋合所述杯體的杯蓋。
與相關技術比較，本發明的實施例提供的技術方案帶來的有益效果是：本發明的砷形態野外分離方法步驟簡單，洗脫過程中不同形態的砷均可有效分離，不造成任一形態砷的含量偏高。
附圖說明
圖1是本發明實施例的裝置結構示意圖；
圖2是本發明實施例的串聯離子交換柱示意圖；
圖3是本發明實施例的連接頭示意圖；
圖4是本發明實施例的方法流程示意圖；
其中：注射器1、連接頭2、進口端21、出口端22、第一離子交換柱3、第二離子交換柱4、接收杯5、杯體51、杯蓋52、串聯離子交換柱6。
具體實施方式
為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合附圖對本發明實施方式作進一步地描述。
實施例一
參照附圖1、2，本發明實施例提供了一種砷形態野外分離方法的裝置，包括注射器1、連接頭2、第一離子交換柱3、第二離子交換柱4、接收杯5；所述注射器1與所述第一離子交換柱3或所述第二離子交換柱4均分別通過所述連接頭2連接；所述第一離子交換柱3和第二離子交換柱4通過所述連接頭2連接形成串聯離子交換柱6；所述接收杯5位於所述第一離子交換柱3或第二離子交換柱4的下方。本發明實施例的裝置結構簡單，便於攜帶，易組裝，採用的離子交換柱生產成本低，易規模化生產和商品化，預處理後可重複使用，可降低成本。
進一步地，參照附圖2、3，所述連接頭2包括進口端21和出口端22，所述進口端21與所述注射器1的出口、第一離子交換柱3的出口或第二離子交換柱4的出口連接；所述出口端22與所述第一離子交換柱3的進口或第二離子交換柱4的進口連接。
進一步地，所述第一離子交換柱3和第二離子交換柱4的柱容量為1ml～10ml。
進一步地，所述注射器1的量程為10ml～20ml。
進一步地，所述接收杯5包括杯體51和可密封蓋合所述杯體51的杯蓋52；收集洗脫液後所述杯蓋52密封蓋合所述杯體51。
參照附圖1、4，本發明實施例提供了一種砷形態野外分離裝置實施的方法，包括以下步驟：
(1)預處理，採用活化溶液分別對第一離子交換柱3和第二離子交換柱4進行活化；
所述活化溶液為濃度5.0％～20％(v/v)的h2so4溶液和去離子水，活化時間為1h～24h；所述第一離子交換柱3和第二離子交換柱4的柱容量為1ml～10ml；所述第一離子交換柱3填料為鍵合磺酸基的高純矽膠基質，所述第二離子交換柱4的填料為鍵合季胺基的高純矽膠基質，填料高度根據樣品量確定；活化溶液對所述第一離子交換柱3和第二離子交換柱4活化過程中將填料中附著的汙染物溶解在h2so4溶液去除，採用去離子水中將所述第一離子交換柱3和第二離子交換柱4中附著的h2so4溶液洗滌乾淨；
(2)活化後的所述第一離子交換柱3和所述第二離子交換柱4通過未汙染的連接頭2連接形成串聯離子交換柱6；所述連接頭2包括進口端21和出口端22，所述進口端21與第一離子交換柱3的出口連接，所述出口端22與所述第第二離子交換柱4的進口連接；
(3)所述串聯離子交換柱6通過未汙染的連接頭2與注射器1連接，取樣品至所述注射器1中，將所述樣品注入所述串聯離子交換柱6中，收集洗脫的三價砷溶液於接收杯5中；連接頭2的進口端21與所述注射器1的出口連接、出口端22與所述串聯離子交換柱6的進口連接；所述樣品用量為1ml～3ml，樣品經所述串聯離子交換柱6後，樣品中的其他物質均附著在所述串聯離子交換柱6的填料中，三價砷物質隨樣品經所述串聯離子交換柱6流出；
(4)將上述洗脫後的串聯離子交換柱6分開，將第一離子交換柱3通過未汙染的連接頭2與注射器1連接，所述連接頭2的出口端22與所述第一離子交換柱3的進口連接，取第一淋洗液至所述注射器1中，將所述第一淋洗液注入所述第一離子交換柱3中，收集洗脫的二甲基砷酸溶液於接收杯5中；所述第一淋洗液為濃度5.0％～15％的hcl溶液，上述樣品經所述串聯離子交換柱6後，二甲基砷酸附著於第一離子交換柱3的填料中，溶於所述hcl溶液中而流出；
(5)將分開後的所述第二離子交換柱4通過未汙染的連接頭2與注射器1連接，連接頭2的出口端22與所述第二離子交換柱4的進口連接，取第二淋洗液至所述注射器1中，將所述第二淋洗液注入所述第二離子交換柱4中，收集洗脫的一甲基砷酸溶液於接收杯5中；所述第二淋洗液為濃度0.1％～1.0％的ch3cooh溶液；上述樣品經所述串聯離子交換柱6後，一甲基砷酸附著於第二離子交換柱4的填料中，溶於所述ch3cooh溶液中而流出；
(6)將步驟(5)中洗脫後的所述第二離子交換柱4再次通過未汙染的連接頭2與注射器1連接，取第一淋洗液至所述注射器1，將所述第一淋洗液注入洗脫後的所述第二離子交換柱4中，收集洗脫的五價砷溶液於接收杯5中；在步驟(3)中，上述樣品經所述串聯離子交換柱6後，五價砷物質和一甲基砷酸均附著於所述第二離子交換柱4中，經第二淋洗液ch3cooh溶液淋洗之後一甲基砷酸已被洗脫，再採用第一淋洗液hcl溶液淋洗第二離子交換柱4即可得到五價砷溶液。
本發明實施例採用注射器野外現場進樣，利用離子交換柱高效、快速分離樣品中as(iii)、as(v)、一甲基砷和二甲基砷形態，並進行密封保存，避免了樣品在運輸過程中易產生的汙染和變質問題。
進一步地，所述第一淋洗液、第二淋洗液的用量為樣品量的3～4倍。
實施例二
參照附圖1、4，本發明實施例提供了一種砷形態野外分離方法，包括以下步驟：
(1)預處理，採用活化溶液分別對第一離子交換柱3和第二離子交換柱4進行活化；
所述活化溶液為濃度5.0％的h2so4溶液和去離子水；所述活化時間為24h；所述第一離子交換柱3和第二離子交換柱4的柱容量為3ml；
(2)活化後的所述第一離子交換柱3和所述第二離子交換柱4通過未汙染的連接頭2連接形成串聯離子交換柱6；
(3)所述串聯離子交換柱6通過未汙染的連接頭2與注射器1連接，取1.0ml地表樣品至所述注射器1中，將所述樣品注入所述串聯離子交換柱6中，收集洗脫的三價砷溶液於接收杯5中；
(4)將上述洗脫後的串聯離子交換柱6分開，將第一離子交換柱3通過未汙染的連接頭2與注射器1連接，取第一淋洗液至所述注射器1中，將所述第一淋洗液注入第一離子交換柱3中，收集洗脫的二甲基砷酸溶液於接收杯5中；所述第一淋洗液為濃度5.0％的hcl溶液；
(5)將分開後的第二離子交換柱4通過未汙染的連接頭2與注射器1連接，取第二淋洗液至所述注射器1中，將所述第二淋洗液注入所述第二離子交換柱4中，收集洗脫的一甲基砷酸溶液於接收杯5中；所述第二淋洗液為濃度0.5％的ch3cooh溶液；
(6)將步驟(5)中洗脫後的所述第二離子交換柱4再次通過未汙染的連接頭2與注射器1連接，取第一淋洗液至所述注射器1，將所述第一淋洗液注入洗脫後的所述第二離子交換柱4中，收集洗脫的五價砷溶液於接收杯5中。
其餘同實施例一。
實施例三
參照附圖1、4，本發明實施例提供了一種砷形態野外分離方法，包括以下步驟：
(1)預處理，採用活化溶液分別對第一離子交換柱3和第二離子交換柱4進行活化；
所述活化溶液為濃度10％的h2so4溶液和去離子水；所述活化時間為12h；所述第一離子交換柱3和第二離子交換柱4的柱容量為3ml；
(2)活化後的所述第一離子交換柱3和所述第二離子交換柱4通過未汙染的連接頭2連接形成串聯離子交換柱6；
(3)所述串聯離子交換柱6通過未汙染的連接頭2與注射器1連接，取2.0ml地表樣品至所述注射器1中，將所述樣品注入所述串聯離子交換柱6中，收集洗脫的三價砷溶液於接收杯5中；
(4)將上述洗脫後的串聯離子交換柱6分開，將第一離子交換柱3通過未汙染的連接頭2與注射器1連接，取第一淋洗液至所述注射器1中，將所述第一淋洗液注入所述第一離子交換柱3中，收集洗脫的二甲基砷酸溶液於接收杯5中；所述第一淋洗液為濃度15％的hcl溶液；
(5)將分開後的所述第二離子交換柱4通過未汙染的連接頭2與注射器1連接，取第二淋洗液至所述注射器1中，將所述第二淋洗液注入分開後的所述第二離子交換柱4中，收集洗脫的一甲基砷酸溶液於接收杯5中；所述第二淋洗液為濃度0.1％的ch3cooh溶液；
(6)將步驟(5)中洗脫後的所述第二離子交換柱4再次通過未汙染的連接頭2與注射器1連接，取第一淋洗液至所述注射器1，將所述第一淋洗液注入洗脫後的所述第二離子交換柱4中，收集洗脫的五價砷溶液於接收杯5中。
其餘同實施例一。
實施例四
參照附圖1、4，本發明實施例提供了一種砷形態野外分離方法，包括以下步驟：
(1)預處理，採用活化溶液分別對第一離子交換柱3和第二離子交換柱4進行活化；
所述活化溶液為濃度20％(v/v)的h2so4溶液和去離子水；所述活化時間為1h；所述第一離子交換柱3和第二離子交換柱4的柱容量為6ml；
(2)活化後的所述第一離子交換柱3和所述第二離子交換柱4通過未汙染的連接頭2連接形成串聯離子交換柱6；
(3)所述串聯離子交換柱6通過未汙染的連接頭2與注射器1連接，取3.0ml地表樣品至所述注射器1中，將所述樣品注入所述串聯離子交換柱6中，收集洗脫的三價砷溶液於接收杯5中；
(4)將上述洗脫後的串聯離子交換柱6分開，將第一離子交換柱3通過未汙染的連接頭2與注射器1連接，取第一淋洗液至所述注射器1中，將所述第一淋洗液注入所述第一離子交換柱3中，收集洗脫的二甲基砷酸溶液於接收杯5中；所述第一淋洗液為濃度8％的hcl溶液；
(5)將分開後的所述第二離子交換柱4通過未汙染的連接頭2與注射器1連接，取第二淋洗液至所述注射器1中，將所述第二淋洗液注入所述第二離子交換柱4中，收集洗脫的一甲基砷酸溶液於接收杯5中；所述第二淋洗液為濃度1％的ch3cooh溶液；
(6)將步驟(5)中洗脫後的第二離子交換柱4再次通過未汙染的連接頭2與注射器1連接，取第一淋洗液至所述注射器1，將所述第一淋洗液注入洗脫後的所述第二離子交換柱4中，收集洗脫的五價砷溶液於接收杯5中。
其餘同實施例一。
實施例五
參照附圖1、4，本發明實施例提供了一種砷形態野外分離方法，包括以下步驟：
(1)預處理，採用活化溶液分別對第一離子交換柱3和第二離子交換柱4進行活化；
所述活化溶液為15％的h2so4溶液和去離子水；所述活化時間為6h；所述第一離子交換柱3和第二離子交換柱4的柱容量為6ml；
(2)活化後的所述第一離子交換柱3和所述第二離子交換柱4通過未汙染的連接頭2連接形成串聯離子交換柱6；
(3)所述串聯離子交換柱6通過未汙染的連接頭2與注射器1連接，取2.0ml地表樣品至所述注射器1中，將所述樣品注入所述串聯離子交換柱6中，收集洗脫的三價砷溶液於接收杯5中；
(4)將上述洗脫後的串聯離子交換柱6分開，將第一離子交換柱3通過未汙染的連接頭2與注射器1連接，取第一淋洗液至所述注射器1中，將所述第一淋洗液注入分開後的所述第一離子交換柱3中，收集洗脫的二甲基砷酸溶液於接收杯5中；所述第一淋洗液為12％的hcl溶液；
(5)將分開後的所述第二離子交換柱4通過未汙染的連接頭2與注射器1連接，取第二淋洗液至所述注射器1中，將所述第二淋洗液注入分開後的所述第二離子交換柱4中，收集洗脫的一甲基砷酸溶液於接收杯5中；所述第二淋洗液為0.8％的ch3cooh溶液；
(6)將步驟(5)中洗脫後的所述第二離子交換柱4再次通過未汙染的連接頭2與注射器1連接，取第一淋洗液至所述注射器1，將所述第一淋洗液注入洗脫後的所述第二離子交換柱4中，收集洗脫的五價砷溶液於接收杯5中。
實施例六
按上述實施例二～五的方法分離的溶液分別送至實驗室進行電感耦合等離子體質譜(icp-ms)檢測分離的各物質的含量，並做回收率實驗；各實施例中三價砷、五價砷、一甲基砷酸、二甲基砷酸的實驗數據分別如表1、表2、表3、表4所示：
表1三價砷含量及回收率測定
表2五價砷含量及回收率測定
表3一甲基砷酸含量及回收率測定
表4二甲基砷酸含量及回收率測定
由表2～4中測定的回收率分別為93％～98％、94％～97％、93％～98％、
95％～101％，表明本發明實施例的方法可有效分離樣品中的三價砷、五價砷、一甲基砷酸、二甲基砷酸，分離準確度高；方法步驟簡單，採用的裝置結構簡便，便於野外取樣。
在本文中，所涉及的前、後、上、下等方位詞是以附圖中零部件位於圖中以及零部件相互之間的位置來定義的，只是為了表達技術方案的清楚及方便。應當理解，所述方位詞的使用不應限制本申請請求保護的範圍。
在不衝突的情況下，本文中上述實施例及實施例中的特徵可以相互結合。
以上所述僅為本發明的較佳實施例，並不用以限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。