CN103105407A - 测定液体样品中重金属的含量的装置、方法及应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了测定液体样品中重金属的含量的装置、方法及应用。一种测定液体样品中重金属的含量的方法，包括以下步骤：利用高分子膜对所述液体样品进行过滤，所述高分子膜对于所述重金属是不透的，以便使得所述液体样品中的重金属被截留在所述高分子膜上，并且获得附着重金属的高分子膜；利用X射线荧光光谱仪对所述附着重金属的高分子膜进行检测，以便获得X射线荧光光谱数据；以及基于所述X射线荧光光谱数据，确定所述液体样品中重金属的含量。利用该方法能够有效地对液体样品中的重金属进行测定。

Description

测定液体样品中重金属的含量的装置、方法及应用

技术领域

本发明涉及环保领域。具体地，本发明涉及测定液体样品中重金属的含量的装置、方法及应用。

背景技术

随着工业、能源以及交通需求的增长，环境中重金属污染愈发严重。尤其是水质中的重金属，可以随着水体的流动不断扩散，甚至扩散到饮用水中，对于人体健康造成极大危害。目前对于水中重金属的检测方法主要有分光光度法，原子吸收光谱法，原子发射光谱法，电化学方法等。这些方法中，分光光度法，原子吸收法，电化学方法一次只能测定一种金属，而原子发射光谱法需要复杂的前处理过程，测定周期长，容易造成人为误差。

然而，目前对重金属的检测方法仍有待改进。

本方法可以一次富集水中的多种重金属离子，并且与X射线荧光光谱仪配合可以快速实现水中的多种重金属检测。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种具有能够快速对液体样品中的重金属进行检测的方法。

根据本发明的实施例，本发明提出了一种测定液体样品中重金属的含量的方法，其特征在于，包括以下步骤：

利用高分子膜对所述液体样品进行过滤，所述高分子膜对于所述重金属是不透的，以便使得所述液体样品中的重金属被截留在所述高分子膜上，并且获得附着重金属的高分子膜；

利用X射线荧光光谱仪对所述附着重金属的高分子膜进行检测，以便获得X射线荧光光谱数据；以及

基于所述X射线荧光光谱数据，确定所述液体样品中重金属的含量。

根据本发明的实施例，由于高分子膜对于重金属是不透的，而对于液体是可透的，因而，当利用高分子膜对液体样品进行过滤时，液体样品中的重金属会被截留在高分子膜上。从而，可以通过对附着重金属的高分子膜上所附着重金属的含量进行检测，有效地推导出液体样品中的重金属含量。另外，根据本发明的实施例，通过采用X射线荧光光谱仪，可以快速有效地对附着重金属的高分子膜上的重金属进行检测。另外，X射线荧光光谱仪可以同时对多种重金属进行检测，进一步提高了测定液体样品中重金属含量的效率。

根据本发明的实施例，上述测定液体样品中重金属的含量的方法还可以具有下列附加技术特征：

根据本发明的一个实施例，所述液体样品为含有重金属的水样品。

根据本发明的一个实施例，所述重金属为选自原子序数从20到92的重金属的至少一种，优选为选自Sc、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、As、Se、Sr、Y、Zr、Mo、Rh、Pd、Ag、Cd、Sn、Sb、Te、Ba、Pt、Au、Hg、Tl和Pb的至少一种。

根据本发明的一个实施例，所述高分子膜为对水可透、对重金属不透的反渗透膜，优选为选自聚砜膜、三炳醋烯脂膜、四炳醋烯脂膜、醋酸纤维素膜、芳香族聚酰肼膜和芳香族聚酰胺膜的至少一种。

根据本发明的一个实施例，所述X射线荧光光谱仪为选自台式X射线荧光光谱仪、便携式X射线荧光光谱仪、手持式X射线荧光光谱仪、和在线式X射线荧光光谱仪的至少一种。

根据本发明的一个实施例，基于所述X射线荧光光谱数据，确定所述液体样品中重金属的含量进一步包括：

基于所述X射线荧光光谱，确定所述附着重金属的高分子膜上重金属的强度；

基于所述重金属的强度，确定所述附着重金属的高分子膜上重金属的含量；以及

基于所述附着重金属的高分子膜上重金属的含量，确定所述液体样品中重金属的含量。

根据本发明的一个实施例，进一步包括基于标准样品，确定重金属含量标准曲线的步骤。

根据本发明的又一方面，本发明提出了一种用于测定液体样品中重金属的含量的系统，其特征在于，包括：

液体样品过滤装置，所述液体样品过滤装置具有高分子膜，所述高分子膜对于所述重金属是不透的，并且所述液体样品过滤装置用于对所述液体样品进行过滤，以便获得附着重金属的高分子膜；

X射线荧光光谱仪，所述X射线荧光光谱仪用于对所述附着重金属的高分子膜进行检测，以便获得X射线荧光光谱数据；以及

分析装置，所述分析装置与所述X射线荧光光谱仪相连，以便从所述X射线荧光光谱仪接收所述X射线荧光光谱数据，并且基于所述X射线荧光光谱数据，确定所述液体样品中重金属的含量。

利用根据本发明实施例的用于测定液体样品中重金属的含量的系统可以有效地实施测定液体样品中重金属的方法。从而，能够快速对液体样品中的重金属进行检测的方法

根据本发明实施例，上述用于测定液体样品中重金属的含量的系统还可以具有下列附加技术特征：

根据本发明的一个实施例，所述高分子膜为对水可透、对重金属不透的反渗透膜，优选为选自聚砜膜、三炳醋烯脂膜、四炳醋烯脂膜、醋酸纤维素膜、芳香族聚酰肼膜和芳香族聚酰胺膜的至少一种。

根据本发明的一个实施例，所述X射线荧光光谱仪为选自台式X射线荧光光谱仪、便携式X射线荧光光谱仪、手持式X射线荧光光谱仪、和在线式X射线荧光光谱仪的至少一种。

根据本发明的又一方面，还提出了一种筛选制剂的方法，所述制剂具有降低液体样品中重金属含量的活性，其特征在于，所述方法包括下列步骤：

根据前面所述的方法，确定液体样品中重金属的含量，以便获得第一重金属含量；

将所述液体样品与候选物接触，以便获得经过处理的液体样品；

根据前面所述的方法，确定所述经过处理的液体样品中重金属的含量，以便获得第二重金属含量；

基于所述第二重金属含量低于所述第一重金属含量，确定所述候选物具有降低液体样品中重金属含量的活性。

利用该方法，可以快速地通过确定重金属含量的变化，筛选可以用于降低液体样品中重金属含量的制剂。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1：根据本发明的一个实施例，X射线荧光光谱仪测试Zn元素标准样品示意图

图2：根据本发明的一个实施例，对水体进行定量并富集水中重金属的装置示意图。

图3：根据本发明的一个实施例，测定不同浓度水质中锌离子含量线性相关性。

图4：根据本发明的一个实施例，测定富集了不同体积水样，水中重金属总量与膜表面测试含量的线性相关性。

图5：根据本发明的一个实施例，一种用于测定液体样品中重金属的含量的系统的结构示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，除非另有规定和限定，需要说明的是，术语″安装″、″相连″、″连接″应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。此外，术语″第一″、″第二″仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

根据本发明的第一方面，本发明提出了一种测定液体样品中重金属的含量的方法。根据本发明的实施例，该方法包括以下步骤：

首先，利用高分子膜对液体样品进行过滤。根据本发明的实施例，该高分子膜对于重金属是不透的，而对于液体是可透的。因而，当利用高分子膜对液体样品进行过滤时，液体样品中的重金属会被截留在高分子膜上，由此，可以获得附着重金属的高分子膜。从而，可以通过后续对附着重金属的高分子膜上所附着重金属的含量进行检测，有效地推导出液体样品中的重金属含量。

根据本发明的实施例，可以利用本发明的方法进行测定的液体样品的类型不受特别限制，只要能够透过高分子膜即可。根据本发明的一些示例，可以采用含有重金属的水样品，例如可以采用选自河水、湖水、农田灌溉水、地下水、饮用水、废水、回收水以及沉积水的至少一种。发明人发现，根据本发明实施例的方法，尤其适用于对含有重金属的水样品进行测定。

根据本发明的实施例，可以采用的高分子膜的类型并不受特别限制。根据本发明的一些实施例，可以对水可透、对重金属不透的反渗透膜，优选可以采用选自聚砜膜、三炳醋烯脂膜、四炳醋烯脂膜、醋酸纤维素膜、芳香族聚酰肼膜和芳香族聚酰胺膜的至少一种，更优选可以为选自醋酸纤维素膜、芳香族聚酰肼膜和芳香族聚酰胺膜高分子膜的至少一种。发明人发现，这些高分子膜能够实现液体与重金属分离，尤其是能够仅允许水分子通过，而不允许重金属离子通过。

另外，根据本发明的实施例，在对液体样品进行过滤时，可以进一步包括确定液体样品的体积，由此，可以方便后续对重金属含量进行计算。根据本发明的具体示例，可以选自量筒、移液器、流量计、流量控制器、注射泵的至少一种来确定液体样品的体积。本领域技术人员可以理解，在对液体样品进行过滤时，可以通过施加一定的压力实现快速过滤。图2中显示了根据本发明一个实施例，对水体进行定量并富集水中重金属的装置示意图。如图2所示，将含有重金属的液体样品1例如水，加入到含有高分子膜5的体积定量装置4中，沿着箭头3所示的方向进行加压过滤，使得液体样品1中的液体通过高分子膜，得到不含有重金属的液体样品2例如水，而重金属则被截留在高分子膜5上。

根据本发明的实施例，能够利用本发明方法富集和检测的重金属的类型也不受特别限制。根据本发明的具体示例，重金属为选自原子序数从20到92的重金属的至少一种，优选地为选自Sc、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、As、Se、Sr、Y、Zr、Mo、Rh、Pd、Ag、Cd、Sn、Sb、Te、Ba、Pt、Au、Hg、Tl和Pb的至少一种。更优选地，重金属可以为选自Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、As、Se、Ag、Cd、Sn、Sb、Ba、Hg、Tl和Pb的至少一种。发明人发现，利用根据本发明的实施例，可以有效地对这些重金属进行检测。

在得到附着重金属的高分子膜之后，可以利用X射线荧光光谱仪对所述附着重金属的高分子膜进行检测，以便获得X射线荧光光谱数据。根据本发明的实施例，通过采用X射线荧光光谱仪，可以快速有效地对附着重金属的高分子膜上的重金属进行检测。另外，X射线荧光光谱仪可以同时对多种重金属进行检测，进一步提高了测定液体样品中重金属含量的效率。根据本发明的实施例，可以采用的X射线荧光光谱仪的类型并不受特别限制。根据本发明的具体示例，可以采用选自台式X射线荧光光谱仪、便携式X射线荧光光谱仪、手持式X射线荧光光谱仪、和在线式X射线荧光光谱仪的至少一种。发明人发现，这些设备能够方便快捷地对高分子膜上截留的重金属进行检测。在本发明中对X射线荧光光谱仪进行标定的方法不受特别限制，可以为选自单点标定、两点标定、多点标定的一种标定方法。

最后，在通过X射线荧光光谱仪对高分子膜进行检测之后，可以基于所述X射线荧光光谱数据，确定所述液体样品中重金属的含量。由于高分子膜将液体样品中的重金属截留在其上，因而，可以通过对附着重金属的高分子膜上所附着重金属的含量进行检测，有效地推导出液体样品中的重金属含量。通常而言，利用X射线荧光光谱仪对高分子膜进行检测，所得到的数据为高分子膜表面重金属的含量，其单位是微克/平方厘米。根据本发明的实施例，可以通过下列方法(以水溶液为例，本领域技术人员可以理解，其他液体样品也能够如此操作)，将高分子膜表面的重金属含量换算成液体样品中的重金属离子浓度，其单位为微克/升：

首先，首先建立测定高分子膜上重金属的标准曲线，将含有已知重金属例如Sc、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、As、Se、Sr、Y、Zr、Mo、Rh、Pd、Ag、Cd、Sn、Sb、Te、Ba、Pt、Au、Hg、Tl和Pb的已知体积的标准溶液(重金属含量是已知的)，过滤高分子膜，获得已知重金属含量的高分子膜，每种重金属制备至少两张不同浓度的高分子膜标准样品。利用X射线荧光光谱仪测得制备的标准样品，将计数率作图，如图1所示，定出样品峰左右边界，得到样品强度，利用样品强度和含量(μg/cm²)建立一系列标准曲线，最后获得检测水中多种重金属的标准曲线。

最后，对于实际采集样品，假设通过高分子膜的水体积为V(单位为L)，高分子膜的总面积为S(单位为cm²)，利用X射线荧光光谱仪测得的高分子膜表面重金属含量为nμg/cm²，那么此时水中的重金属的浓度为：

(公式1)。

根据本发明的第二方面，本发明提出了一种用于测定液体样品中重金属的含量的系统1000。参考图5，该系统1000包括：液体样品过滤装置100、X射线荧光光谱仪200以及分析装置300。

根据本发明的实施例，液体样品过滤装置100具有高分子膜(图中未示出)，所述高分子膜对于所述重金属是不透的，并且所述液体样品过滤装置用于对所述液体样品进行过滤，以便获得附着重金属的高分子膜。根据本发明的一个实施例，所述高分子膜为对水可透、对重金属不透的反渗透膜，优选为选自聚砜膜、三炳醋烯脂膜、四炳醋烯脂膜、醋酸纤维素膜、芳香族聚酰肼膜和芳香族聚酰胺膜的至少一种。前面已经就高分子膜进行了详细描述，此处不再赘述。根据本发明的实施例，液体样品过滤装置100进一步包括定量单元，例如可以采用选自量筒、移液器、流量计、流量控制器、注射泵的至少一种来确定液体样品的体积。另外，还可以包括加压装置，以提高过滤的效率。

根据本发明的实施例，X射线荧光光谱仪200用于对附着重金属的高分子膜进行检测，以便获得X射线荧光光谱数据。根据本发明的实施例，分析装置300与X射线荧光光谱仪200相连，以便从X射线荧光光谱仪200接收X射线荧光光谱数据，并且基于X射线荧光光谱数据，确定所述液体样品中重金属的含量。根据本发明的一个实施例，所述X射线荧光光谱仪为选自台式X射线荧光光谱仪、便携式X射线荧光光谱仪、手持式X射线荧光光谱仪、和在线式X射线荧光光谱仪的至少一种。

根据本发明的实施例，分析装置300中可以预存有各种重金属的标准曲线，从而可以通过将X射线荧光光谱数据与标准曲线进行比较，而得出液体样品，例如水中各种重金属的含量。关于标准曲线以及确定重金属的含量的方法，前面已经进行了详细描述，此处不再赘述。

根据本发明的又一方面，本发明还提出了一种筛选具有降低液体样品中重金属含量的活性的制剂的方法。根据本发明的实施例，该方法包括下列步骤：

首先，根据前面测定液体样品中重金属的含量的方法，确定液体样品中重金属的含量，以便获得第一重金属含量。

接着，将液体样品与候选物接触，以便获得经过处理的液体样品。

接下来，根据前面测定液体样品中重金属的含量的方法，确定所述经过处理的液体样品中重金属的含量，以便获得第二重金属含量。

最后，如果第二重金属含量低于所述第一重金属含量，则确定所述候选物具有降低液体样品中重金属含量的活性。

利用该方法，可以快速地通过确定重金属含量的变化，筛选可以用于降低液体样品中重金属含量的制剂。关于测定液体样品中重金属的含量的方法，前面已经进行了详细描述，此处不再赘述。

下面通过具体的实施例，对本发明进行说明。需要说明的是，这些实施例仅仅是为了说明的目的，而不能以任何方式理解为对本发明的限制。

实施例1：

取直径为4.7cm的芳香族聚酰胺高分子膜，在加压下分别将含有锌离子浓度为0、0.01、0.05、0.1、0.5、1.0、2.0、3.0、4.0、5.0mg/L的1L水样通过高分子膜。用两点标定法对X射线荧光光谱仪进行标定，将高分子膜取出后用X射线荧光光谱仪测试表面的重金属含量，测得高分子膜表面重金属单位面积的含量，并按照公式1换算为水中单位体积的重金属含量。测试结果如下表所示，线性相关性如图3。

表1 该方法测试不同浓度水样的测试结果

实施例2：

取直径为4.7cm的芳香族聚酰胺高分子膜，在加压下分别将含有锌离子浓度为1.0mg/L的0.1、0.5、1、5L水样通过高分子膜。用两点标定法对X射线荧光光谱仪进行标定，将高分子膜取出后用X射线荧光光谱仪测试表面的重金属含量，测得高分子膜表面重金属单位面积的含量，并按照公式1换算为水中单位体积的重金属含量。测试结果如下表所示，水中重金属总量与膜表面测试含量的线性相关性如图4

表2 该方法测试富集不同体积水样的测试结果

实施例3：

取直径为4.7cm的芳香族聚酰胺高分子膜，在加压下将采集的某工厂排放的工业废水通过高分子膜。用两点标定法对X射线荧光光谱仪进行标定，共标定了地表水环境质量标准中所要求的8种元素。将高分子膜取出后用X射线荧光光谱仪测试表面的重金属含量，测得高分子膜表面重金属单位面积的含量，并按照公式1换算为水中单位体积的重金属含量。测试结果如下表所示

表3 该方法测定水中多种重金属的含量

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合。该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种测定液体样品中重金属的含量的方法，其特征在于，包括以下步骤：

利用高分子膜对所述液体样品进行过滤，所述高分子膜对于所述重金属是不透的，以便使得所述液体样品中的重金属被截留在所述高分子膜上，并且获得附着重金属的高分子膜；

利用X射线荧光光谱仪对所述附着重金属的高分子膜进行检测，以便获得X射线荧光光谱数据；以及

基于所述X射线荧光光谱数据，确定所述液体样品中重金属的含量。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述液体样品为含有重金属的水样品。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述重金属为选自原子序数从20到92的重金属的至少一种，优选为选自Sc、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、As、Se、Sr、Y、Zr、Mo、Rh、Pd、Ag、Cd、Sn、Sb、Te、Ba、Pt、Au、Hg、Tl和Pb的至少一种。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述高分子膜为对水可透、对重金属不透的反渗透膜，优选为选自聚砜膜、三炳醋烯脂膜、四炳醋烯脂膜、醋酸纤维素膜、芳香族聚酰肼膜和芳香族聚酰胺膜的至少一种。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述X射线荧光光谱仪为选自台式X射线荧光光谱仪、便携式X射线荧光光谱仪、手持式X射线荧光光谱仪、和在线式X射线荧光光谱仪的至少一种。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，基于所述X射线荧光光谱数据，确定所述液体样品中重金属的含量进一步包括：

基于所述X射线荧光光谱，确定所述附着重金属的高分子膜上重金属的强度；

基于所述重金属的强度，确定所述附着重金属的高分子膜上重金属的含量；以及

基于所述附着重金属的高分子膜上重金属的含量，确定所述液体样品中重金属的含量。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，进一步包括基于标准样品，确定重金属含量标准曲线的步骤。

8.一种用于测定液体样品中重金属的含量的系统，其特征在于，包括：

液体样品过滤装置，所述液体样品过滤装置具有高分子膜，所述高分子膜对于所述重金属是不透的，并且所述液体样品过滤装置用于对所述液体样品进行过滤，以便获得附着重金属的高分子膜；

X射线荧光光谱仪，所述X射线荧光光谱仪用于对所述附着重金属的高分子膜进行检测，以便获得X射线荧光光谱数据，优选，所述X射线荧光光谱仪为选自台式X射线荧光光谱仪、便携式X射线荧光光谱仪、手持式X射线荧光光谱仪、和在线式X射线荧光光谱仪的至少一种；以及

分析装置，所述分析装置与所述X射线荧光光谱仪相连，以便从所述X射线荧光光谱仪接收所述X射线荧光光谱数据，并且基于所述X射线荧光光谱数据，确定所述液体样品中重金属的含量。

9.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，所述高分子膜为对水可透、对重金属不透的反渗透膜，优选为选自聚砜膜、三炳醋烯脂膜、四炳醋烯脂膜、醋酸纤维素膜、芳香族聚酰肼膜和芳香族聚酰胺膜的至少一种。

10.一种筛选制剂的方法，所述制剂具有降低液体样品中重金属含量的活性，其特征在于，所述方法包括下列步骤：

根据权利要求1-7中任一项所述的方法，确定液体样品中重金属的含量，以便获得第一重金属含量；

将所述液体样品与候选物接触，以便获得经过处理的液体样品；

根据权利要求1-7中任一项所述的方法，确定所述经过处理的液体样品中重金属的含量，以便获得第二重金属含量；

基于所述第二重金属含量低于所述第一重金属含量，确定所述候选物具有降低液体样品中重金属含量的活性。

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