一種測定水體中砷的快速檢測劑的製備與使用方法與流程
2023-12-03 01:48:31
本發明涉及一種現場快速檢測水體中砷的方法，屬於環境監測技術領域。
背景技術：
砷是一種自然界常見的非金屬元素，具有較強的毒性，並廣泛的存在於土壤、水、空氣和食物中，幾乎所有的生物體內均含有微量砷。砷是目前人們發現的毒性最強的物質之一，它不僅可以引起人體肝、腎功能損害，破壞神經、血液及免疫系統，甚至會引發癌症。我國的砷危害已成為潛在的公共衛生問題，也是21世紀我國急需解決的飲水衛生重大問題。
隨著我國工業技術的迅猛發展，突發性環境汙染事故不斷增加，威脅著人類健康、破壞著生態環境，嚴重製約著生態平衡及社會、經濟發展。防範突發性汙染事故亟待解決的問題很多，首要任務是建立應急監測技術，一旦汙染事故發生，能迅速投入監測，在最短的時間內提供準確的汙染數據，為防止汙染的擴散及採取應對措施提供科學依據。現場檢測方法是在工作場所進行實時檢測，即在短時間內測得樣品中是否存在待測物質及其濃度大小。用於現場檢測的方法需要有採樣量少，並且具備較高的準確度和靈敏度、操作簡便快速、所使用儀器便於攜帶等特點。對於時間和空間性特強、隨機變化顯著的突發性環境汙染事故而言，現場檢測獲得的一個及時且較為準確的數據要比一個來得很遲的實驗室精密檢測數據更有價值。
水質砷檢測方法主要有氫化物原子螢光法、二乙氨基二硫代甲酸銀和新銀鹽分光光度法、砷斑法、ICP-AES/MS法等，這些方法有的操作繁瑣，分析周期長，有的儀器昂貴，對操作人員專業技能要求較高，只能在實驗室內完成，無法滿足現場快速測定的要求。為此，眾多研究者進行了不少改進和創新，尤其是在現場快速檢測方面。鄭浩等通過研究各可攜式分光光度計儀器性能指標以及測定實際水質樣品，對三種可攜式分光光度計快速測定水中砷的方法進行了優化和比對研究，結果表明，三種可攜式分光光度計與實驗室分析方法相比，測定結果精密度均存在顯著性差異，測定結果相對偏差亦較大(鄭浩,郭陽洋,周偉峰等；可攜式分光光度計法快速測定水中砷方法研究，環境監控與預警；2014,6(6):19-29)。王燕等對砷班法進行改進，在酸性溶液中首先用KI和SnCl2將As5+還原成As3+，再加入單質Zn與酸作用生成H2，As3+與H2作用生成H3As氣體，並用溴化汞作為吸收液進行顯色反應。該方法具有檢測限低，操作簡單、分析快速等優點(王燕,毛聖華，聶煬；硫酸銅中痕量砷國標檢測法的改進研究，化工科技；2011,19(3):41-43)。李曉靖等改進了飲水砷濃度比色測量技術，選用處理過的細棉線作為顯色載體，設計獨立分裝併集於一體的試劑包對現有飲水砷快速測定法的試驗裝置進行改進，並粗測了Ca2+、Mg2+、Fe3+、Al3+、Mn2+的影響,明確該技術在高砷飲水地區的適用條件；結果表明：改進技術操作簡單、攜帶方便、造價低廉，值得在砷中毒地區的砷清查和監測工作中推廣使用(李曉靖,李劍超；改進的水砷濃度比色測量技術，安徽農業科學；2009,37(1):277-278)。馬成龍等改進打氣顯色測砷法，提出一個簡便、快速適合於調查現場使用的概率定量的水砷檢驗方法，最低檢測濃度為0.02mg/L(馬成龍等；改進打氣顯色法快速檢測水砷含量，包頭醫學院學報；1997,13(5):18-20)。傳統的銀鹽檢測砷的方法均在強酸性條件下進行，雖然靈敏度高、選擇性好，但對共存的高濃度硫化物樣品，雖然巰基鉛棉可吸附排除部分幹擾，但效果一直不甚理想，操作起來也比較麻煩。劉梅等提出了高靈敏度測定砷的新方法，基於在阿拉伯樹膠和吐溫20混合膠束存在下，砷能與銻鉬雜多酸、甲基紫定量形成砷銻鉬雜多酸一甲基紫離子締合物，結果表明：儀器簡單、操作方便，無需加熱，室溫下可直接用於分析測定水樣及牛黃解毒片中的砷含量(劉梅,樊靜；砷銻鉬藍離子締合物分光光度法測定砷，環境科學與技術；2009,32(8):105-108)。英國百靈達DigiPAsS和VisuPAsS便攜檢測系統提供了一種砷快速檢測方法，基於砷斑法，半定量測定飲用水中砷濃度(英國百靈達有限公司；DigiPAsS和VisuPAsS可攜式砷檢測試劑盒，傳感器世界；2010：39)。目前，尚未發現在中性或鹼性條件下檢測水體痕量砷的報導，而快速定量檢測砷的全粉檢測劑也未見報導。
技術實現要素：
本發明的目的是提供一種攜帶使用方便安全、質量穩定、靈敏度高、價格低廉的適合於地表水、地下水、生活汙水、工業廢水等環境水體中痕量砷的快速檢測劑和檢測方法。
為達上述目的，本發明利用在弱鹼性溶液中，硼氫化鉀或硼氫化鈉也產生新生態氫，將水樣中砷(III、V)轉變為砷化氫，再將銀鹽還原成單質銀，由此原理製備砷檢測粉Ⅰ、Ⅱ和砷檢測片Ⅲ組成的砷檢測劑。具體製備方法如下：
A，按質量比稱取硼氫化鉀或硼氫化鈉：醋酸鈉：硫酸銅＝(5～15)：2：1，混合均勻，得砷檢測粉Ⅰ；
B，按質量比稱取硫酸銀：硫酸氫銨：聚乙烯醇：硫酸鈉＝(0.1～1)：(2～10)：(0.1～0.5)：(20～80)，混合後研磨成粉，得砷檢測粉Ⅱ；
C，按質量比稱取磷酸：磷酸二氫鉀＝1：(5～20)，混合均勻，105℃烘乾1～2h，取0.3～1g用壓片機壓片，得砷檢測片Ⅲ；
上述硼氫化鉀、硼氫化鈉、醋酸鈉、硫酸銀、硫酸銅、磷酸二氫鉀、硫酸鈉、磷酸、硫酸氫銨、聚乙烯醇均為市售分析純化學品。
砷檢測劑的使用方法：藉助砷化氫發生裝置，取20～100ml待測水樣於砷化氫發生裝置的發生瓶中，加入砷檢測粉Ⅰ0.1～0.5g，搖動溶解；將砷檢測粉Ⅱ0.1～0.5g溶解於40～60度白酒2～5ml中，倒入砷化氫發生裝置的吸收管，向發生瓶加入一片砷檢測片Ⅲ，迅速用連接管將發生瓶與吸收管連接起來，反應5～10min，將吸收液轉移到比色池，利用比色計或分光光度計測量，即得待測水樣中砷含量；
上述白酒為市售商品，
上述砷化氫發生裝置包括發生瓶、連接管和吸收管，為市售設備，
上述待測水樣指地表水、地下水、生活汙水、工業廢水。
本發明的的優點和效果如下：
1，本發明基於實驗室內使用的砷標準檢測方法(GB 11900-89)進行重大改進，將傳統多種水溶液加入配製改為僅三種固體檢測劑的加入配製，具有運輸、攜帶方便，質量穩定的優點，而且便於定量包裝，保質期長達一年以上，也避免了多種液體試劑的浪費。另外，傳統法是將硼氫化鉀壓片分散於硫酸溶液，本發明改為磷酸鹽壓片分散於硼氫化物溶液，避免了濃硫酸的使用，更為安全。還有反應液呈弱鹼性而不是強酸性，因此共存硫化物與銅離子形成沉澱，不幹擾測定，避免了傳統方法必須使用醋酸鉛棉排除硫化氫幹擾。本發明的吸收液採用市售普通白酒為溶劑，隨處可購，隨時配製，避免了直接使用易燃化學品無水乙醇。
2，本發明的使用方法靈敏度高，砷檢出限0.001mg/L，操作非常簡單，檢測速度快，全程僅10分鐘，適合於各種水體中痕量砷的快速檢測。
具體實施方式
實施例1測定水體中砷含量的檢測劑的製備
稱取3g硼氫化鉀、1g醋酸鈉、0.5g硫酸銅，混合均勻，得砷檢測粉Ⅰ。稱取1g硫酸銀、2g硫酸氫銨、0.5g聚乙烯醇、30g硫酸鈉，混合，研磨成粉，得砷檢測粉Ⅱ。稱取5ml磷酸、100g磷酸二氫鉀，混合均勻，105℃烘乾1h，以2～5t/cm2壓力，用壓片機壓製成直徑8mm、重1g片劑，得砷檢測片Ⅲ。
實施例2測定水體中砷含量的檢測劑的製備
稱取6g硼氫化鈉、1g醋酸鈉、0.5g硫酸銅，混合均勻，得砷檢測粉Ⅰ。稱取0.3g硫酸銀、8g硫酸氫銨、0.2g聚乙烯醇、60g硫酸鈉，混合，研磨成粉，得砷檢測粉Ⅱ。稱取5ml磷酸、40g磷酸二氫鉀，混合均勻，105℃烘乾1h，以2～5t/cm2壓力，用壓片機壓製成直徑8mm、重1g片劑，得砷檢測片Ⅲ。
實施例3採用本發明的實施例1得到的砷檢測劑測定湖水砷濃度
取某河水50ml於砷化氫發生裝置的發生瓶中，加入砷檢測粉Ⅰ0.2g，搖動溶解，將0.2g砷檢測粉Ⅱ溶解於5ml北京二鍋頭白酒(52度)，倒入砷化氫裝置的吸收管中。向發生瓶加入砷檢測片Ⅲ，並迅速用連接管將吸收管與發生瓶連接起來，反應5min後，將吸收液轉移到比色池，利用分光光度計在波長480nm處測定吸光度，代入標準曲線計算河水中砷濃度<0.001mg/L，與國標檢測方法(GB11900-89)的檢測結果<0.001mg/L一致。利用本發明的方法，整個檢測過程僅用時10min，比國標方法節約了近10分鐘，因此，該檢測劑測定河水砷濃度準確、快速。
實施例4採用本發明的實施例1得到的砷檢測劑測定酒精廢水砷濃度
取某酒精廢水50ml於砷化氫發生裝置的發生瓶中，加入砷檢測粉Ⅰ0.2g，搖動溶解，將0.2g砷檢測粉Ⅱ溶解於5ml北京二鍋頭白酒(52度)，倒入吸收管中。向發生瓶加入砷檢測片Ⅲ，並迅速用連接管將吸收管與發生瓶連接起來，反應5min後，將吸收液轉移到比色池，利用分光光度計在波長480nm處測定吸光度，代入標準曲線計算酒精廢水中砷濃度<0.001mg/L，在廢水中加入As標準0.050mg/L，檢測結果分別為0.042、0.044、0.049mg/L，回收率84％～98％。而且，廢水中共存的高濃度硫化物不影響對砷的回收和測定，因此，該檢測劑測定廢水砷濃度準確、可行，速度更快，選擇性更優。
上述砷化氫發生裝置由泰興市華科實驗儀器廠生產。