一種無機碳及其形態的快速檢測裝置製造方法

2023-08-06 03:13:11 1

一種無機碳及其形態的快速檢測裝置製造方法
【專利摘要】本發明公開了一種無機碳及其形態的快速檢測裝置。包括溶液脫氣裝置，用於在線脫除樣品溶液和酸溶液中的溶解氣體；加熱裝置，用於在線加熱樣品溶液，使其中的碳酸氫根轉化為二氧化碳和碳酸根；混合酸化裝置，通過酸化將樣品溶液中的碳酸根和碳酸氫根轉化為二氧化碳；二氧化碳分離裝置，用於將上述各裝置產生的二氧化碳從水溶液中分離出來；二氧化碳檢測裝置，用於檢測被分離出來二氧化碳。本發明同時使用在線脫氣機和在線加熱裝置，使空白值顯著降低改善了檢出限，並能夠同時檢測樣品中溶解二氧化碳、碳酸氫根和碳酸根的含量，該裝置在食品、水質、化工及農業等領域具有廣泛的應用。
【專利說明】一種無機碳及其形態的快速檢測裝置
【技術領域】
[0001]本發明屬於檢測儀器應用【技術領域】，涉及一種水溶液中碳酸鹽及其形態分析裝置，具體說涉及一種測定水溶液中碳酸鹽的分析裝置。
【背景技術】
[0002]碳酸鹽測定已經廣泛服務於社會的各個領域。特別是在食品安全、環境監測和保護、地質和礦產資源勘查與評價、農業與水資源等領域有著及其廣泛的應用。目前測定碳酸鹽及其形態的方法主要是化學滴定法、無色散紅外光譜法和電感耦合等離子體原子發射光譜法。
[0003]目前採用上述方法測定水溶液中碳酸鹽及其形態時存在下面問題:(I)當採用氣態二氧化碳發生法進樣時，要使用無機酸酸化樣品溶液，才能使樣品中的碳酸根及碳酸氫根轉化為二氧化碳進而實現二氧化碳氣態進樣，這就要求測定中用的蒸餾水必須事先煮沸除去二氧化碳，冷卻後才能用於樣品稀釋和稀酸溶液的配製，否則蒸餾水中溶解的大量二氧化碳將使測定帶來很大的空白值，使測定幾乎無法進行。因此，蒸餾水必須事先煮沸除去二氧化碳，這一過程需要消耗大量的時間，因為不僅要煮沸蒸餾水，而且還要冷卻後才能使用，且所用的所有的玻璃容器都要用無二氧化碳蒸餾水多次清洗以除去容器上殘留的含二氧化碳水。(2)當要測定碳酸鹽的形態，即碳酸根和碳酸氫根含量時，方法誤差比較大，往往需要多個步驟進行測定。比如，對滴定法需要分兩步進行滴定，使用兩種指示劑，且兩個終點的誤差都很大，且只適合檢測含量比較高的樣品，同時當樣品含有有色物質時將幹擾滴定結果；而使用儀器方法，則需要進行多步換算才能測得結果，並且此時溶解在溶液中的游離二氧化碳必須要事先經過煮沸除去，才能保證測定的準確度。

【發明內容】

[0004]為了克服現有技術的缺點與不足，本發明公開了一種無機碳及其形態的快速檢測裝置，其特徵在於它包括:溶液脫氣裝置、加熱裝置、混合酸化裝置、二氧化碳分離裝置、二氧化碳檢測裝置；
溶液脫氣裝置、加熱裝置、混合酸化裝置、二氧化碳分離裝置、二氧化碳檢測裝置，其連接順序是按上述列舉的順序連接(使用箭頭所示的管路進行連接，屬於常規連接，沒特殊要求)。
[0005]其中溶液脫氣裝置，用於在線脫除樣品溶液和酸溶液中的溶解氣體；加熱裝置，用於在線加熱樣品溶液使其中的碳酸氫根轉化為二氧化碳和碳酸根；混合酸化裝置，通過酸化將樣品溶液中的碳酸根和碳酸氫根轉化為二氧化碳；二氧化碳分離裝置，用於將上述各裝置產生的二氧化碳從水溶液中分離出來；二氧化碳檢測裝置，用於檢測被分離出來二氧化碳。
[0006]本發明所述的無機碳及其形態的快速檢測裝置，其中的二氧化碳發生分離裝置包括:蠕動泵3分別抽取待測樣品溶液通過進樣管路I和無機酸溶液進樣管路2進入管路，然後該二溶液管路分別與在線脫氣機上的兩個脫氣管4和5連接；從在線脫氣機流出的待測樣品溶液管與一三通單項閥10入口管相連接，該三通單項閥10的出口管之一與在線加熱裝置的加熱管7相連接，而出口管之二與從在線脫氣機流出的無機酸管經過一三通管11相匯合；從在線加熱裝置的加熱管7和三通管11出來的溶液管最後分別流入到氣液分離器8的進口管12中，然後溶液中的二氧化碳被載氣13載入到二氧化碳檢測儀器9進行測定，而氣液分離器中分離二氧化碳後的廢液從廢液出口 14被排出。
[0007]本發明所述的所述的無機碳及其形態的快速檢測裝置，其中被加熱的溶液出來後溫度穩定在95°C—98°C。兩個溶液流速分別為0.5—5毫升/分鐘。
[0008]所述的載氣根據終端的二氧化碳測定儀而選取不同的不含二氧化碳的氣體，當終端使用的檢測儀器為等離子體發射光譜時，載氣為高純氬或氦，流量在50— 500毫升/分鐘；當終端使用的檢測儀器為紅外光譜時，載氣為高純氮或氬，流量在25—300毫升/分鐘；所述的脫氣機的真空壓力是在-0.05MPa到-0.09MPa壓力之間，脫氣機內單管對溶液的容量為5-20暈升。
[0009]本發明進一步公開了無機碳及其形態的快速檢測裝置在食品、環境、水質、農業及地質和礦產檢測方面的應用。例如在水質檢測中對其中的碳酸根和碳酸根含量的測定；在飲料中測定其中的碳酸氫根含量；在純鹼工業中測定混合鹼的碳酸根碳酸氫根的含量。
[0010]本發明更加詳細的描述如下:
一種無機碳及其形態的快速檢測裝置，包括溶液脫氣裝置，用於在線脫除樣品溶液和酸溶液中的溶解氣體；在線脫氣機可以從市場上購置或自己加工製作，常見的脫氣機採用Teflon AF-2400作為脫氣通道材料，其長0.2m;0.81mm 0.d., 0.61mm 1.d.脫氣機的典型真空壓力是在-0.05MPa到-0.09MPa壓力之間，脫氣機內單管對溶液的容量為5_20毫升。
[0011]加熱裝置，用於在線加熱樣品溶液，使其中的碳酸氫根轉化為二氧化碳和碳酸根；混合酸化裝置，通過酸化將樣品溶液中的碳酸根和碳酸氫根轉化為二氧化碳；可以從市場上購置或自己加工製作，其要求被加熱的溶液出來後最好穩定在95°C—98°C。加熱管的直徑和長度最好是使碳酸氫根最大量的分解(分解率應能達到用外標法能夠檢測出分解的二氧化碳)來確定。
[0012]二氧化碳分離裝置，用於將上述各裝置產生的二氧化碳從水溶液中分離出來，該裝置中有含有待測的二氧化碳的溶液進口、載氣入口、廢液排放口和載氣出口 ；一個典型簡單的構建方法是溶液沿著分離器的內壁以一層薄溶液膜形式流到分離器底部，然後在分離器底部側面通入載氣，這時分離器側面的溶液中的二氧化碳在沿側壁流下的溶液薄膜上揮發出來，被載氣載到終端的二氧化碳檢測儀器上檢測，而流到分離器底部的廢液被及時排出分尚器。
[0013]分離出的二氧化碳被終端的二氧化碳測定儀進行測定，該儀器主要儀器包括:無色散紅外光譜、等離子體原子發射光譜和電導法測定二氧化碳裝置，此外還可以選用電極法及分光光度法測定二氧化碳裝置。
[0014]本發明中的二氧化碳發生分離裝置由下述部分構成:蠕動泵3分別抽取待測樣品溶液I和無機酸溶液2進入管路，然後該二溶液管路分別與在線脫氣機上的兩個脫氣管4和5連接；從在線脫氣機流出的待測樣品溶液管與一三通單項閥10入口管相連接，該三通單項閥10的出口管之一與在線加熱裝置7相連接，而出口管之二與從在線脫氣機流出的無機酸管經過一三通管11相匯合；從在線加熱裝置7和三通管11出來的溶液管最後分別流入到氣液分離器8的進口管12中，然後溶液中的二氧化碳被載氣13載入到二氧化碳測定儀9進行測定。而氣液分離器中分離二氧化碳後的廢液14被排出。
[0015]本發明公開的無機碳及其形態快速檢測裝置的關鍵點在於:
(I)在線脫氣機，可以在線淨化溶液中含有的溶解二氧化碳，顯著的降低了分析時間。使用本發明裝置，待測樣品可以使用普通蒸餾水(該水事先不要煮沸除去溶解二氧化碳)直接稀釋測定，而傳統上要使用無二氧化碳的蒸餾水(需要煮沸除然後冷卻除二氧化碳)，需要大量的時間製備無二氧化碳水，及其用它來清洗相關容器。
[0016](2)在線加熱裝置，可以在線測定碳酸根碳酸根形態。比較傳統的滴定法測定水溶液中的碳酸根和碳酸氫根，本發明誤差小，測定速度快，能測定有色溶液和含有幹擾物質的溶液，沒有任何幹擾。
[0017](3) 二氧化碳檢測儀:傳統的方法檢出限不夠好，而本方法由於是使用儀器檢測，因此具有更好的檢出限。
[0018]本發明公開的無機碳及其形態的快速檢測裝置是使用儀器方法測定樣品溶液在不同的條件下釋放出的二氧化碳進而測得樣品溶液中的碳酸根、碳酸氫根及游離二氧化碳的含量。與其它方法相比較，本方法節省了大量的樣品前處理時間，且可測定碳酸鹽形態，同時具有很低的檢出限。最低的檢出限可以達到PPb級別。
[0019]本發明公開的無機碳及其形態快速檢測裝置的技術指標:
(1)碳酸根碳酸氫根檢測速度:不大於5分鐘(單個樣品從稀釋到測定出碳酸根和碳酸氫根結果，所需整個時間)
(2)檢出限:67ppb(以等離子體發射光譜法測碳計算)
(3)幹擾情況:能消除硫化物、碘化物及有機碳等幹擾。
[0020]【專利附圖】

【附圖說明】:
圖1為使用氣態二氧化碳進樣的等離子原子發射光譜測定水溶液中碳酸鹽的裝置結構不意圖；其中:
1、2分別代表樣品溶液和無機酸溶液進樣管路；
3為至少帶有2個軌道的蠕動泵；
4為在線脫氣機內用於脫除待測樣品溶液中游離二氧化碳的脫氣管；
5為在線脫氣機內用於脫除無機酸溶液中游離二氧化碳的脫氣管；
6在線脫氣機
7為在線加熱管，用來將待測樣品溶液中的碳酸氫根離子分解為碳酸根離子；
8為氣液分離器；
9二氧化碳檢測儀器；
10為三通單向閥，調節該閥的方向，可使待測樣品別加熱或與無機酸混合，以分別測定待測溶液中碳酸氫根離子或碳酸根及碳酸氫根的總和；
11為待測樣品溶液和無機酸溶液匯合三通；
12為加熱管和樣品混酸管流入氣液分離器的入口 ；
13為載氣入口 ；
14為廢液出口。【具體實施方式】
[0021]下面結合實施例說明本發明，這裡所述實施例的方案，不限制本發明，本領域的專業人員按照本發明的精神可以對其進行改進和變化，所述的這些改進和變化都應視為在本發明的範圍內，本發明的範圍和實質由權利要求來限定。
[0022]實施例1.如圖1所示進樣，使用蠕動泵分別抽取待測定的樣品溶液和2%的稀鹽酸溶液(事先由普通蒸餾水稀釋時不用去除蒸餾水中的溶解的溶解二氧化碳和氮等溶解氣體)，兩個溶液流速均為2毫升/分鐘，兩個溶液通過一在線脫氣機(型號DG230)脫除掉溶液中溶解的游離二氧化碳後，然後按下面操作進行分步測定:
(I)將三通單向閥開關置於和無機酸相連接位置，使脫氣後的待測樣品溶液與無機酸在三通管(11)中混合反應，使溶液中無機碳生成二氧化碳，含有經酸化產生的二氧化碳的溶液流入一氣液分離器，然後溶液中的二氧化碳被從分離器下部的側面通入的載氣(高純氬，流量300毫升/分鐘)載入到一個使用頻率40.68MHz的電感耦合等離子體發射光譜儀進行測定，經過與含碳的標準溶液比較，測得待測樣品溶液中碳酸根和碳酸氫根總量A是24.2暈克/升。
[0023](2)將三通單向閥開關置於和在線加熱位置相連接，使脫氣後的待測樣品溶液在加熱裝置中受熱(溶液溫度加熱到98°C)，此時停止無機酸抽取。經過加熱後的待測樣品溶液中的碳酸氫根裝化成碳酸根和二氧化碳，加熱後的溶液流入也氣液分離器，然後溶液中的二氧化碳被從分離器下部的側面通入的載氣(高純氬，流量300毫升/分鐘)載入到一個使用頻率40.68MHz的電感耦合等離子體發射光譜儀進行測定，經過與含碳的標準溶液比較，測得待測樣品溶液中碳酸氫根總量B是16.8毫克/升。
[0024]上述兩個步驟獲得的結果相減，即A-B，即是待測溶液中碳酸根含量7.4毫克/升。上述的三個結果與氯化鋇分離滴定法獲得的結果相一致。
[0025]實施例2
使用蠕動泵3分別抽取待測樣品溶液通過進樣管路I和無機酸溶液進樣管路2進入管路，然後該二溶液管路分別與在線脫氣機上的兩個脫氣管4和5連接；從在線脫氣機流出的待測樣品溶液管與一三通單項閥10入口管相連接，該三通單項閥10的出口管之一與在線加熱裝置的加熱管7相連接，而出口管之二與從在線脫氣機流出的無機酸管經過一三通管11相匯合；從在線加熱裝置的加熱管7和三通管11出來的溶液管最後分別流入到氣液分離器8的進口管12中，然後溶液中的二氧化碳被載氣13載入到二氧化碳檢測儀器9進行測定，而氣液分離器中分離二氧化碳後的廢液從廢液出口 14被排出。
[0026]實施例3.(對比實驗)
將實施例1中的在線脫氣機停止工作，其它所有測定條件都相同，進行測定，獲得的結果分別為:碳酸根及碳酸氫根總量32.3毫克/升，碳酸氫根20.4毫克/升，碳酸根總量為
10.6毫克/升。可見不使用在線脫氣機時，測定結果有很大的正誤差。該誤差來源是用於稀釋樣品和稀酸的蒸餾水高含量的溶解二氧化碳幹擾所致。
[0027]實施例4. (對比實驗)
將實施例1中用來稀釋待測樣品和無機酸的蒸餾水通過煮沸的方法來去除水中的溶解二氧化碳，然後按照實施例1中操作程序進行測定(此時在線脫氣機停止工作)，儘管測定的結果與實施例1相同，但所耗用的時間確是實施例1中的5倍，需要的電能是實施例1中的3倍。
[0028]實施例5
檢測混合鹼中的碳酸鈉和碳酸氫鈉的含量:將I克混合鹼溶解在普通蒸餾水中，然後稀釋到250毫升容量瓶中，同時使用普通蒸餾水配置2%的鹽酸溶液。按下述步驟使用本發明裝置測定:(1)將三通單向閥開關置於和無機酸相連接位置，使脫氣後的待測樣品溶液與無機酸在三通管(11)中混合反應，使溶液中無機碳生成二氧化碳，含有經酸化產生的二氧化碳的溶液流入一氣液分離器，然後溶液中的二氧化碳被從分離器下部的側面通入的載氣(高純氬，流量50毫升/分鐘)載入到一個無色散二氧化碳光譜儀進行測定，經過與含碳的標準溶液比較(外標法)，測得混合鹼中碳酸氫鈉和碳酸鈉總量A是120毫克/升(以二氧化碳計)
(2)將三通單向閥開關置於和在線加熱位置相連接，使脫氣後的待測樣品溶液在加熱裝置中受熱(溶液溫度加熱到98°C)，此時停止無機酸抽取。經過加熱後的待測樣品溶液中的碳酸氫根裝化成碳酸根和二氧化碳，加熱後的溶液也流入氣液分離器，然後溶液中的二氧化碳被從分離器下部的側面通入的載氣(高純氬，流量50毫升/分鐘)載入到一個無色散紅外光譜儀進行測定，經過與含碳的標準溶液比較，測得待測樣品溶液中碳酸氫根總量B是84毫克/升(以二氧化碳計)。
[0029]上述兩個步驟獲得的結果相減，即A-B，即是待測溶液中碳酸根含量7.4毫克/升(以二氧化碳計)。上述的三個結果與氯化鋇分離滴定法獲得的結果相一致。
【權利要求】
1.一種無機碳及其形態的快速檢測裝置，其特徵在於它包括:溶液脫氣裝置、加熱裝置、混合酸化裝置、二氧化碳分離裝置、二氧化碳檢測裝置；其中 溶液脫氣裝置，用於在線脫除樣品溶液和酸溶液中的溶解氣體； 加熱裝置，用於在線加熱樣品溶液使其中的碳酸氫根轉化為二氧化碳和碳酸根； 混合酸化裝置，通過酸化將樣品溶液中的碳酸根和碳酸氫根轉化為二氧化碳； 二氧化碳分離裝置，用於將上述各裝置產生的二氧化碳從水溶液中分離出來； 二氧化碳檢測裝置，用於檢測被分離出來二氧化碳。
2.根據權利要求1所述的無機碳及其形態的快速檢測裝置，其特徵在於二氧化碳發生分離裝置包括:蠕動泵(3)分別抽取待測樣品溶液通過進樣管路(I)和無機酸溶液進樣管路(2)進入管路，然後該二溶液管路分別與在線脫氣機上的兩個脫氣管(4)和(5)連接；從在線脫氣機流出的待測樣品溶液管與一三通單項閥(10)入口管相連接，該三通單項閥(10)的出口管之一與在線加熱裝置的加熱管(7)相連接，而出口管之二與從在線脫氣機流出的無機酸管經過一三通管(11)相匯合；從在線加熱裝置的加熱管(7)和三通管(11)出來的溶液管最後分別流入到氣液分離器(8)的進口管(12)中，然後溶液中的二氧化碳被載氣(13)載入到二氧化碳檢測儀器(9)進行測定，而氣液分離器中分離二氧化碳後的廢液從廢液出口(14)被排出。
3.根據權利要求1所述的無機碳及其形態的快速檢測裝置，其特徵在於所述的被加熱的溶液出來後溫度穩定在95°C—98°C。
4.根據權利要求1所述的無機碳及其形態的快速檢測裝置，其特徵在於所述的兩個溶液流速分別為0.5一5暈升/分鐘。
5.權利要求1所述的水溶液中碳酸鹽快速檢測裝置在食品、環境、水質、化工、農業及地質和礦產檢測方面的應用。
【文檔編號】G01N1/44GK103954609SQ201410193926
【公開日】2014年7月30日 申請日期:2014年5月9日 優先權日:2014年5月9日
【發明者】段旭川 申請人:天津師範大學