CN102200539A

CN102200539A - 水质镍离子流动注射在线分析装置

Info

Publication number: CN102200539A
Application number: CN2011100806264A
Authority: CN
Inventors: 洪陵成
Original assignee: Jiangsu Delin Environmental Technology Co Ltd
Current assignee: Jiangsu Delin Environmental Technology Co Ltd
Priority date: 2011-03-29
Filing date: 2011-03-29
Publication date: 2011-09-28

Abstract

本发明涉及一种水质镍离子流动注射在线分析装置，由光电流通池、显色剂液瓶、载流液瓶、水样蠕动泵、载流液注射泵、显色剂蠕动泵、载流液三通阀、第一采样六通阀和第二采样六通阀通过毛细管路连接成装置。本装置以氢氧化钠-过硫酸铵缓冲溶液为载流液，定量的水样和显色剂丁二酮肟被定向流动的载流液推动，在流动过程中，镍离子与丁二酮肟反应形成酒红色可溶性络合物，最后从流通池通过，并于波长465nm处进行分光光度测定，获得水样中水中镍离子的含量。本装置流路简单，测定速度快，反应所需时间短，完成一次水样检测分析最短只需8分钟，实现对水质的镍离子浓度进行实时在线监测。

Description

水质镍离子流动注射在线分析装置

技术领域

本发明涉及一种采用分光光度分析水中镍离子(Ni²⁺)含量的水质镍离子流动注射在线分析装置，属化学分析和水环境监测分析领域。

技术背景

镍是自然界分布较广的一种元素，是工业、国防和人类日常生活中广泛应用的一种有色金属。镍也是人体必需的微量元素，它的缺乏会导致人体新陈代谢的失调、磷质代谢异常，引发肝脂质和肝硬化，甚至出现肾衰和尿毒症。但过量的镍会引起DNA-蛋白质交联和DNA-单链断裂、导致细胞毒性作用和DNA损伤、改变活细胞的基因表达、能够产生致敏反应，对机体产生不良影响，导致多装置、多器官损伤，并有致癌作用。因此，必须严格监测地表水及相关企业排放水中Ni²⁺的含量，以便及时对Ni²⁺超标的水源采取相应的对策，避免产生危害。

测定Ni²⁺的方法很多，其中原子吸收、ICP-AES、荧光法灵敏度高、选择性好，但因仪器昂贵、不易普及等条件限制；分光光度法是测定Ni²⁺的优选方法之一，但目前分光光度对水质Ni²⁺的检测方法无论是采样、检测过程尚停留在手工操作的实验室阶段，检测操作麻烦，样品所需检测时间长，试剂的配制及测试条件存在人为的操作误差，难以做到完全一致的重复，影响检测精确度，不能实现对水质Ni²⁺含量进行在线连续快速的检测，无法对水系中Ni²⁺进行实时监控。

发明内容

本发明的目的是提供一种水质镍离子流动注射在线分析装置，它将流动注射和分光光度分析技术联用，可对各种水体，特别是工业废水中的镍离子进行实时在线检测，操作简便，检测快速、精确度高。

本水质镍离子流动注射在线分析装置包含光电流通池D、显色剂瓶、载流液瓶H、样品输送泵P2、载流液注射泵P1、显色剂输送泵P3、载流液三通阀V6、第一采样六通阀V4和第二采样六通阀V5，所述各阀通过毛细管路与各部件的连接关系如下：

载流液三通阀V6的三个接口中，第2接口择一地与第1接口、第3接口相通；并且，第1接口连接第一采样六通阀V4的第3接口，第2接口连接载流液注射泵P1，第3接口连接载流液瓶；

第一采样六通阀V4的六个接口中，第2接口与第1接口或第3接口相通，对应地，第4接口与第3接口或第5接口相通，第5接口与第6接口通或断；并且，第1接口通过水样输送泵P2连接样品，第4接口通过一段反应管T与流通池D连接，第6接口为废液出口；

第二采样六通阀V5的六个接口中：第2接口与第1接口或第3接口相通，对应地，第4接口与第3接口或第5接口相通，第5接口与第6接口通或断；并且，第1接口通过显色剂输送泵P3与显色剂瓶连接，第2接口与第3接口之间以显色剂定量管L相连接，第3接口与第一采样六通阀V4的第2接口之间、第4接口与与第一采样六通阀V4的第5接口之间分别以样品定量管L_s、L_s’相连接；第6接口为废液出口。

所述毛细管的内径0.5～1.25mm，管壁厚度≥0.8mm。

所述各输送泵均优选为蠕动泵。

本分析装置还设有样品与标样相切换的两个电磁三通阀V1和V2；其中第一电磁三通阀中V1的第1接口与第二电磁三通阀V2的第2接口相连接，第一电磁三通阀V1的第2接口与第一采样六通阀V4的第1接口相连接，第一电磁三通阀V1的第3接口连接样品；第二电磁三通阀V2的第1、第3两接口分别连接一个标样。

所述注射泵P1是电动恒流泵，以陶瓷、玻璃或不锈钢等防腐材料制成。

本水质镍离子流动注射在线分析装置以氢氧化钠-过硫酸铵缓冲溶液为载流液，由恒流注射泵将载流液连续注入毛细管的管路中，通过两个采样六通阀的适时转换，将定量样品(水)及定量丁二酮肟显色剂切入载流液中；样品水和显色剂丁二酮肟被定向流动的载流液推动前进，同时，水和显色剂之间产生有限扩散，二者逐渐混合，流经反应管时，在流动状态下，样品中含有的镍离子与丁二酮肟反应，形成酒红色可溶性络合物，最后流入流通池，并于波长465nm处进行分光光度测定，根据透过光强度的变化值，获得有相应峰高和峰宽的响应曲线，利用峰高或峰宽，以空白为参比，计算求得水样中水中镍离子的含量。测量光电压的峰高，通过吸光度及光电转换计算出样品的镍离子浓度值。装置内的液体最后从流通池出口毛细管流出(废液)。本装置可设置程序控制系统，阀盖的旋转和吸入液量通过控制程序自动执行，并可远程传输数据。

本装置的样品及显色剂分别以定长毛细管作为采样定量，采取的样品及显色剂定量精确，而且通过对注射泵的控制，流体在毛细管装置中的流速是恒定的，因此在一定的留存时间内，样品在载流液中的分散状态具有高度重现性，确保测量结果准确；本装置利用其峰宽信息，测量灵敏度高，并具有很宽的测量范围(0.1～10mg/L)；每次吸入的水样是微量的，试剂的消耗量非常低，大大节约了检测装置运营成本。本装置流路简单，测定速度快，反应所需时间短，完成一次水样检测分析最短只需8分钟，实现真正意义上的实时在线监测。使其结构简单，故障率很低。用于对饮用水，工业循环冷却水中镍离子的在线监控，简便而快速地获得即时的分析数据，特别是对于特发性重大的水污染事故，可及时发现，及时上报，及时处理，为消除隐患争取了宝贵的时间。

附图说明

图1是本发明水质镍离子流动注射在线分析装置测量状态流路原理图。

图2是本发明水质镍离子流动注射在线分析装置采样状态流路原理图。

图中，图中各标记表示为：B1、B2-标样、D-光电流通池、H-载流液瓶、L-显色剂定量管、Ls、Ls′-样品定量管，P1-载流液注射泵，P2、P3-蠕动泵，S-样品，T-反应管，V1-第一电磁三通阀，V2-第二电磁三通阀，V4-第一采样六通阀，V5-第二采样六通阀，V6-载流液三通阀，W1、W2-废液(瓶)。

具体实施方式

下面结合附图说明本流动注射快速分析水中镍离子装置的实例结构及测试过程。

各实施例流动注射分析装置中的管路均为内径1.0mm，外径2.85mm的聚四氟乙烯毛细管，载流液注射泵P1是电动恒流泵，泵体以陶瓷、玻璃或不锈钢等防腐蚀材料制成。

镍离子流动注射在线分析涉及的各试剂配制方法如下：

(1)显色剂：

称取5.0g丁二酮肟(C₄H₈N₂0₂)和25.0g氢氧化钠(NaOH)于500mL烧杯中，用蒸馏水溶解后定容于500mL容量瓶中。(于棕色瓶中避光保存，至少可稳定存在2周)。

(2)载流液：

称取4.0g氢氧化钠于1000mL烧杯中，用适量蒸馏水溶解，再称取3.0g过硫酸铵于该烧杯中，搅拌溶解后定容于2000mL容量瓶中。

(3)镍标准溶液(1.0mg/mL)：

可直接购买也可自己配制，具体配制过程如下：将1.000g金属镍(＞99.9％)加热溶解于30mL硝酸中，冷却后用纯水稀释至1000mL，配制标样时，用此镍标准溶液加纯水稀释至所需标样的浓度。

实施例1 水质镍离子流动注射在线分析装置的结构

见图1，第一采样六通阀V4(下简称阀V4)和第二采样六通阀V5(下简称阀V5)，两阀的阀座上均设有六个接口，即第1接口(下简称接口1)～第6接口(下简称接口6)，阀盖的内侧设有三个弧形槽，三个弧形槽的端部可对应重合在阀座的六个接口上；旋转阀盖，可使弧形槽顺时针或逆时针转过一个弧度间隔，从而变换阀内各接口之间的通、断关系。样品定量管Ls、Ls’是两段定长毛细管，分别连接于阀V4的接口2和阀V5的接口3之间、阀V4的接口5和阀V5的接口4之间；显色剂定量管L连接于阀V5的接口2和接口5之间；转动阀V4和阀V5的阀盖，使弧形槽顺时针或逆时针移动一个弧形槽间隔，可改变样品定量管Ls、Ls’及显色剂定量管L在装置中的连接关系，使阀V4和阀V5处于图1的测量状态(A态)或图2的采样状态(B态)。阀V4的其它接口的连接关系为：接口1通过蠕动泵P2(下简称泵P2)与第一电磁三通阀V1(下称阀V1)的接口2相通，接口3与载流液三通阀V6(下简称阀V6)的接口1相连，接口4通过一段反应管L与光电流通池D相连，接口6为废液出口。阀V5的其它接口连接关系为：接口1经蠕动泵P3(下简称泵P3)与显色剂贮瓶相连，接口6是废液出口。阀V6的阀座设有三个接口，阀盖设有一个弧形槽，通过转动阀V6的阀盖，可使接口2选择与接口3或接口2相通。阀V6的接口1与载流液瓶H相连，接口2与注射泵P1相连。

本装置在常温下即可发生反应，无需加热，使装置更加简单。

实施例2 用水质镍离子流动注射在线分析装置进行镍离子浓度的分析方法

一.清洗程序：

先将图1中的阀V6转至接口2与接口3相通，启动电动陶瓷载流液注射泵P1(下简称注射泵P1)至吸入态，从载流液瓶H中吸入载流液的腔内，吸满后停泵；随后将阀V6转至接口2与接口1相通(如图1状态)，将阀V4和阀V5调至如图1所示的A态，注射泵P1至注射态，将注射泵P1腔内的载流液按以下流路向前推进：

注射泵P1→阀V6的接口2→接口1→阀V4的接口3→接口2→水样采样管L_s→阀V5的接口3→接口2→显色剂定量管L→阀V5的接口5→接口4→水样采样管L_S’→阀V4的接口5→接口4→反应管T→流通池D→废液W2。载流液对以上流路进行了清洗，清洗完毕，停泵P1。

二.采样程序(见图2)：

①样品的采取：

电磁阀V1调至接口2与接口3相通，阀V4和阀V5转至如图2的采样态(B态)，启动蠕动泵P2，样品(水)经泵P2通入以下流路：

样品S→阀V1的接口3→接口2→阀V4的接口1→接口2→水样采样管L_s→V5的接口3→接口4→水样采样管L_s’→V4的接口5→接口6→废液W1。采样管L_s和L_s’均注满样品(水)后，继续运行15～20秒，停止蠕动泵P2。

如需要采取标样B1，则将阀V1调至接口2与接口1相通，将阀V2调至接口2与接口3相通，则标样B1的采样按下流路：

标样B1→阀V2的接口3→接口2→阀V1的接口1→接口2→阀V4的接口1→接口2→水样采样管L_s→V5的接口3→接口4→水样采样管L_s’→V4的接口5→接口6→废液W1。此时采样管L_s和L_s’均注满了标样B1。

同理，如将阀V2的接口2调至与接口1相通，则可采取标样B2。

②显色剂的采取(见图2)：

将阀V5转至如图2状态，启动蠕动泵P3，显色剂按下流路流动：

显色剂→泵P3→阀V5的接口1→接口2→显色剂定量管L→阀V5的接口5→接口6→废液瓶W1。至显色剂定量管L内注满了显色剂，继续运行15～20秒，停止蠕动泵P3。

三.测量程序：

将阀V4和阀V5转至如图1的测量态(A态)，再次启动注射泵P1至注射态，使载流液按以下流路流动：注射泵P1→V6的接口2→接口1→阀V4的接口3→接口2→水样采样管L_s→阀V5的接口3→接口2→显色剂定量管L→阀V5的接口5→接口4→采样管L_s’→阀V4接口的5→接口4→反应管T→流通池D→废液W2，此时，以上测量管路内的液体以“载流液||样品||显色剂||样品||载流液”的顺序分布，即显色剂丁二酮肟液段位于两段样品(下称水样)段之间。注射泵P1推动载流液使以上液段向反应管T、流通池D方向流动。水样与显色剂在流动状态下呈现梯度混合，二者在反应管T内发生反应，生成酒红色络合物。反应液进入流通池D后，由波长为465nm光源照射并比色，得出相应峰高和峰宽的响应曲线图，将峰高或峰宽经与已知Ni²⁺浓度的标样试验曲线比较，通过计算即得出水样中水中镍离子的含量。

表1是用本流动注射装置检测三个样品检测数据，三个样品均通过配制而得，表中列出了三个样品Ni²⁺的配制浓度值，用于验证检测数据的可靠性。

表1

从表1可见，用本装置检测得到的三个样品的Ni²⁺浓度与已知的配制值误差极小，表明本装置的镍离子检测精度高。

对于含有固体杂质的水样，除采用一般的过滤处理除去大量杂质外，为防止＞0.8mm颗粒杂质进入检测装置，可将水样在通入采样阀之前先通过带有滤网的潜水泵分别输送至一个竖直的能差分离管和一个射流泵后向下流出，在竖直的能差分离管内形成向下的水流，采样阀通过自上向下伸入能差分离管内的采样管利用与射流泵产生的负压从向下的水流中吸取水样。水中＞0.8mm的颗粒杂质因重力向下运动，避免进入水样中。

Claims

1.水质镍离子流动注射在线分析装置，其特征是包含光电流通池(D)、显色剂瓶、载流液瓶(H)、水样输送泵(P2)、载流液注射泵(P1)、显色剂输送泵(P3)、载流液三通阀(V6)、第一采样六通阀V4和第二采样六通阀(V5)，所述各阀通过毛细管路与各部件的连接关系如下：

载流液三通阀(V6)的三个接口中，第2接口择一地与第1接口、第3接口相通；并且，第1接口连接第一采样六通阀(V4)的第3接口，第2接口连接载流液注射泵(P1)，第3接口连接载流液瓶；

第一采样六通阀(V4)的六个接口中，第2接口与第1接口或第3接口相通，对应地，第4接口与第3接口或第5接口相通，第5接口与第6接口通或断；并且，第1接口通过样品输送泵(P2)连接样品，第4接口通过一段反应管(T)与流通池连接，第6接口为废液出口；

第二采样六通阀(V5)的六个接口中：第2接口与第1接口或第3接口相通，对应地，第4接口与第3接口或第5接口相通，第5接口与第6接口通或断；并且，第1接口通过显色剂输送泵(P3)与显色剂瓶连接，第2接口与第3接口之间以显色剂定量管(L)相连接，第3接口与第一采样六通阀V4的第2接口之间、第4接口与与第一采样六通阀V4的第5接口之间分别以样品定量管L_s、L_s’连接；第6接口为废液出口。

2.根据权利要求1所述的水质镍离子流动注射在线分析装置，其特征是所述毛细管的内径0.5～1.25mm，管壁厚度≥0.8mm。

3.根据权利要求2所述的水质镍离子流动注射在线分析装置，其特征是所述注射泵(P1)是电动恒流泵。

4.根据权利要求4所述的水质镍离子流动注射在线分析装置，其特征是所述各输送泵均为蠕动泵。

5.根据权利要求1或2或3或4所述的水质镍离子流动注射在线分析装置，其特征是设有样品与标样相切换的两个电磁三通阀(V1)和(V2)；其中第一电磁三通阀(VI)中的第1接口与第二电磁三通阀(V2)的第2接口相连接，第一电磁三通阀(V1)的第2接口与第一采样六通阀(V4)的第1接口相连接，第一电磁三通阀(V1)的第3接口连接样品源；第二电磁三通阀(V2)的第1、第3两接口分别连接一个标样源；两电磁三通阀中的第2接口均与各自的第1接口、第3接口择一相通。