CN104655477B - 一种氮吹仪以及一种使用氮吹仪的湿法消解法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种氮吹仪，包括支架、放置有管路的外壳、吹针和加热装置，支架上部固定有放置有管路的外壳,支架下部固定有加热装置,放置有管路的外壳下表面设置有可拆卸的吹针,吹针与管路相连，管路与吹针材料为聚四氟乙烯及其共聚物。本发明还公开了一种使用氮吹仪的湿法消解法，包括步骤：1）将试样和反应试剂放置到消解杯内；2）再将消解杯放置到氮吹仪加热装置上；3）将氮吹仪吹针放入消解杯中，通入保护气体；4）根据试样和反应试剂的种类，按照预设的消解温度设定或改变加热装置的加热温度。本发明氮吹仪结构简单，用于湿法消解可以有效的避免爆炸，提高操作的安全性，还可以有效的避免金属的二次污染，保证检测结果的准确度。

Description

一种氮吹仪以及一种使用氮吹仪的湿法消解法

技术领域

本发明涉及实验设备技术领域，尤其涉及一种氮吹仪以及一种使用氮吹仪的湿法消解法。

背景技术

湿法消解，又称湿灰化法或湿氧化法，在适量的食品中加入氧化性强酸，并同时加热消煮，使有机物质分解氧化成CO₂，水和各种气体，为加速氧化进行，可同时加入各种催化剂，这种破坏食品中有机物质的方法就叫做湿法消解。含有大量有机物的生物样品通常采用混酸进行湿法消解，用于湿法消解的混酸包括HN0₃-HClO₄、HN0₃-HCl0₃-HClO₄、HNO₃-HClO₄-H₂SO₄、HN0₃-H₂S0₄、H₂SO₄-H₂O₂和HNO₃-H₂0₂。其中沸点在120℃以上的硝酸是广泛使用的预氧化剂，它可破坏样品中的有机质；硫酸具有强脱水能力，可使有机物炭化，使难溶物质部分降解并提高混合酸的沸点；热的高氯酸是最强的氧化剂和脱水剂，由于其沸点较高，可在除去硝酸以后继续氧化样品。在含有硫酸的混合酸中过氧化氢的氧化作用是基于过一硫酸的形成，由于硫酸的脱水作用，该混合溶液可迅速分解有机物质。当样品基体含有较多的无机物时，多采用含盐酸的混合酸进行消解；而氢氟酸主要用于分解含硅酸盐的样品。

湿法消解是目前做元素分析的最直接、最有效、最经济的一种样品前处理手段，通常用于食品的痕量金属元素检测。

现有的湿法消解法一般是将试样与混酸置入消解杯中，再将消解杯放到加热装置上。现有的湿法消解方法，在消解过程中，混合酸在高温下会生成混酸蒸汽，消解杯中的酸会慢慢减少。随着酸的减少，有机物会产生黑色炭化物，而炭化物在氧气条件下会与硝酸蒸汽、高氯酸蒸汽发生反应而燃烧，导致爆炸事故，存在安全隐患。

氮吹仪是一种采用氮气对加热液体样品进行吹扫，使待处理样品迅速浓缩，达到快速分离纯化效果的装置，广泛应用于卫生、农业及环境监测等领域。传统氮吹仪的吹针和管路材料都是金属结构，通常用于有机溶剂提取目标检测组分的样品前处理，不能用于处理强酸或者其他腐蚀性溶剂。

发明内容

为了解决现有湿法消解的问题，本发明提供了一种新的氮吹仪，同时提供了使用该氮吹仪进行湿法消解的方法,本发明氮吹仪结构简单，能有效防止检测环境中背景值对目标检测组份的干扰，且不会对样品造成污染。本发明湿法消解方法能有效解决现有技术中湿法消解易发生爆炸、操作危险性大、有二次污染的问题。还能根据消解情况随时添加消解液，让消解更彻底。

本发明的技术方案是一种氮吹仪，包括支架、放置有管路的外壳、吹针和加热装置，支架上部固定有放置有管路的外壳,支架下部固定有加热装置,放置有管路的外壳下表面设置有可拆卸的吹针,吹针与管路相连，管路与吹针材料为聚四氟乙烯及其共聚物。

优选的，所述吹针成矩阵排列，横向排列5根，纵向排列4根，横向和纵向的排列间距均为10cm。

进一步的，所述加热装置为可调恒温加热装置。

优选的，所述加热装置包括电热板，所述电热板长50cm，宽40cm。

进一步的,所述氮吹仪还包括红外激光监测装置、加液装置，所述红外激光监测装置设置在支架下部加热装置上，所述加液装置设置在支架上部外壳旁。

本发明还提供了一种湿法消解装置，包括氮吹仪和消解杯，所述消解杯放置在氮吹仪加热装置上。

优选的，所述氮吹仪吹针内径为0.5mm～1.0mm，优选为0.75mm，所述消解杯的内径为2cm～6cm，优选为4cm。

本发明还提供了一种使用氮吹仪的湿法消解法，其特征在于，包括步骤：

1）将试样和反应试剂放置到消解杯内；

2）再将消解杯放置到氮吹仪加热装置上；

3）将氮吹仪吹针放入消解杯中，通入保护气体；

4）根据试样和反应试剂的种类，按照预设的消解温度设定或改变加热装置的加热温度。

优选的，所述步骤1）中的试样和反应试剂的总量不超过消解杯五分之一杯身。

进一步的，所述步骤3）中的氮吹仪吹针伸入消解杯内的长度不超过消解杯五分之二杯身。

进一步的，所述步骤3）中的保护气体是氮气，所述氮气的纯度不低于99.2％，压力为0.1MPa～0.2MPa，优选的为0.15MPa。

优选的，所述步骤3）中消解杯在出现白色晶体时，加入氢氟酸消解。

本发明的有益效果是：本发明氮吹仪其结构简单，能有效防止检测环境中背景值对目标检测组份的干扰，且可不会对样品造成污染。本发明湿法消解方法操作简单，有效的避免了爆炸的发生，提高了操作的安全性，还有效的避免了金属的二次污染。且不会造成吹针和管路的腐蚀变形、堵塞或溶解，不会对样品造成污染。还能根据消解情况随时添加消解液，让消解更彻底。

附图说明

图1为本发明氮吹仪结构示意图；

图2为本发明图1中7加液装置氮结构示意图；

图3为本发明氮吹仪使用方法的流程图；

图中：1.支架，2.放置有管路的外壳,3.吹针,4.消解杯,5.试样和反应试剂混合物即消解液，6.加热装置，7.加液装置，8.红外激光监测装置，9.储液容器，10.阀门一，11.加液管路，12.混液容器，13.阀门二，14.混液管路。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图，对本发明进行进一步详细说明。

如图1、图2所示，本发明提供的一种氮吹仪，包括支架1、放置有管路的外壳2、吹针3和加热装置6，支架1上部固定有放置有管路的外壳2,支架1下部固定有加热装置6,放置有管路的外壳2下表面设置有可拆卸的吹针3,吹针3与管路相连，管路与吹针3材料为聚四氟乙烯及其共聚物。吹针采用聚四氟乙烯及其共聚物，不易受腐蚀，用于湿法消解时，不会污染试样。吹针3成矩阵排列，横向排列5根，纵向排列4根，横向和纵向的排列间距均为10cm。这种排列间距更能适合消解杯4的尺寸大小，使其更好的利用氮吹仪的空间，不会造成气体排出不畅，汇集一起等状况，进一步保证了操作的安全。加热装置6为可调恒温加热装置。加热装置6包括电热板，电热板长50cm，宽40cm。

氮吹仪还包括红外激光监测装置8、加液装置7，红外激光监测装置8设置在支架1下部加热装置6上，加液装置7设置在支架1上部外壳旁。红外激光监测装置8包括红外接收器和红外激光发射点。当消解杯4内的液体低于15mL时，通过905nm红外激光，和红外接收器来检测消解杯4内液面高度。因为消解杯4底厚0.5cm，调整红外激光发射点，和红外接收器接收点的高度至1.7cm。当消解杯4内液面到杯底的距离小于1.2cm时，红外光接收器接收的红外激光强度发生变化，从而激发加液装置7，加液装置7包括控制器、储液容器和管路。加液装置7可以调整加液体积，加液体积从1mL～20mL分20档可调；加液装置7有四个储液容器9分别放置不同溶液，分别通过加液管路11加入到混液容器12中。加液管路11上设置有阀门一10。混液容器12中的溶液通过混液管路14将溶液加入到消解杯4中。混液管路14上设置有阀门二13。阀门一10与阀门二13为电动阀门。控制器通过红外激光监测装置8的信号与预设的程序控制加液管路11与混液管路14上的阀门一10和阀门二13的开闭，达到加液目的。加液装置7不但可以单独加入溶液也可以将溶液在混液容器12中混合后再加入到消解杯4中。一个消解杯4可以配套一个加液装置7，一个加液装置7也可以对应给多个消解杯4加液。这个设计不仅弥补了实验操作人员在消解过程中，对消解液余量的判断误差。也让实验操作人员从危险、繁重的工作中解脱出来。当然实验操作人员也可以通过肉眼观察消解液余量，手动配置混酸，手动设置加液体积。

发明人在做痕量金属元素的检测时发现消解杯4外部夹杂着金属元素的酸蒸汽回流到消解杯4中，造成痕量金属样品的二次污染，所以痕量金属元素的检测时，会造成检测结果偏差较大。

如图3所示，本发明还提供了一种使用氮吹仪的湿法消解法。称取0.5～5g试样，可根据样品密度、脂肪含量和待测金属元素的含量调整称样量。将称取的试样置于消解杯4中，加入10～20mL硝酸和高氯酸混合的反应试剂，硝酸和高氯酸的体积比例为5:1。试样和反应试剂混合物5的总量不超过消解杯4五分之一杯身。所述消解杯4的直径为2cm～6cm，优选的为4cm，实验证明,如果消解杯内径小于2cm，消解液不能够与待消解样品充分接触，从而使消解效率降低；在允许的氮气流量范围内，当消解杯直径大于6cm时，氮气不能够充满整个消解杯，从而使消解杯内消解样液与环境中的污染物不能够充分隔绝。把加热装置6调至100℃，把消解杯4置于加热装置6上，将氮吹仪吹针3放入消解杯4内，氮吹仪吹针3伸入消解杯4内长度不超过消解杯4五分之二杯身。吹针内径为0.5mm～1.0mm，优选的为0.75mm，实验证明,当吹针内径小于0.5mm时，如果要达到合适的氮气流量，必须加大氮气的压力，氮气压力加大后，对氮气流路管道造成极大压力，缩短了氮气流路管道的寿命；当吹针内径大于1.0mm时，氮气会发生散流，不能够有效的让氮气充满整个消解杯，此外，当吹针内径大于1.0mm时，要达到隔绝环境污染物的效果，势必增加氮气的消耗量，增加实验成本。在消解过程中，消解液始终处于沸腾状态的，如果氮吹仪吹针3伸入消解杯4内长度超过消解杯4五分之二杯身时，会有消解液粘附于吹针3和造成消解液喷溅到消解杯4外的可能，从而造成测定结果的偏低。消解液为试样和反应试剂混合物。通入保护气体，待红棕色烟雾消失后慢慢提高加热装置6温度至160℃，直到试样清亮透明。消解过程中如果样液颜色变深，滴加硝酸让颜色变转回来。把加热装置6温度提高至200℃继续加热，直至试样溶液低于5mL，加入20mL超纯水置于100℃加热装置6上，赶酸，直至溶液低于5mL时，取下消解杯4，并放置至室温。用超纯水转移并定容至25mL，上机检测。保护气体一般为氮气。氮气的纯度不低于99.2％，压力为0.1MPa～0.2MPa。如果氮气纯度低于99.2%，可能会有把气瓶中的杂质带入消解杯4的风险。如果氮气压力低于0.1MPa，气流较小，不能够起到阻挡外界悬浮的酸液滴进入消解杯4的现象发生。如果氮气压力高于0.2MPa，由于气流量较大，会造成消解杯4中的消解液喷溅到消解杯4外，造成测定结果的偏低，此外也会造成消解液的挥发过快，增加消解液的使用量和消解液的本底干扰。使用氮吹仪通入保护气体，在消解中将消解杯4中的硝酸蒸汽、高氯酸蒸汽、氧气等排出消解杯4，使硝酸蒸汽、高氯酸蒸汽、氧气不与炭化物接触，使其相互之间的混合浓度降低，使发生爆炸的几率大大降低。且通入保护气体后，保护气体充满了消解杯4，使夹杂着金属元素的酸蒸汽没有机会回流到消解杯4中。避免了金属的二次污染。

实验证明,当消解杯容积为60mL、内径为4cm，吹针内径为0.75mm，保护气体压强为0.15MPa时，消解的效果最好，且在消解过程中最安全，检查时金属的二次污染最少，且不会造成吹针和管路的腐蚀变形、堵塞或溶解，不会对样品造成污染。

由于食品样品种类繁多，有含油高的或含油低的，有无机质含量高的或含量低的。含油量大于30%时，即为含油量高样品；当消解至样液无棕色或黄色烟雾时，如果消解杯底部有肉眼可见晶体时，即为无机质含量高。发明人一般会根据样品性质对温度、时间、消解液剂量进行调整。在消解含油高的样品时，可以增加预消解的时间，并且减少高氯酸在混酸中的比例，甚至可以不加高氯酸。在消解无机质含量高的样品时，发明人会提高温度、增加消解时间和加入其它酸来帮助改善消解效果。例如：蕨根粉作为常见的食品，因为其无机质含量较高，在采用常规消解方法时，会有一些白色结晶不能够消解完全，为了达到满意的消解效果，一般会把温度在原来的基础上提高50℃，把消解时间延长60～90min，并在消解杯中出现白色结晶时加入氢氟酸来改善消解效果，最终让白色结晶消解完全。

当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (6)

1.一种湿法消解装置，其特征在于：包括氮吹仪和消解杯；所述氮吹仪包括支架、放置有管路的外壳、吹针和加热装置，所述支架上部固定有放置有管路的外壳,所述支架下部固定有加热装置,所述放置有管路的外壳下表面设置有可拆卸的吹针,所述吹针与管路相连，所述管路与吹针材料为聚四氟乙烯及其共聚物，还包括红外激光监测装置、加液装置，所述红外激光监测装置设置在支架下部加热装置上，所述加液装置设置在支架上部外壳上，加液装置包括控制器、储液容器和管路，加液装置有四个储液容器分别通过加液管路连接到混液容器中，所述加液管路上设置有阀门一，所述混液容器连接混液管路，混液管路上设置有阀门二，阀门一与阀门二为电动阀门；所述吹针成矩阵排列，横向排列5根，纵向排列4根，横向和纵向的排列间距均为10cm；所述加热装置为可调恒温加热装置；所述消解杯放置在氮吹仪加热装置上。

2.根据权利要求1所述的湿法消解装置，其特征在于：所述吹针内径为0.5mm～1.0mm，所述消解杯的内径为2cm～6cm。

3.一种使用权利要求1-2任一项所述的湿法消解装置的湿法消解法，其特征在于，包括步骤：

1)将试样和反应试剂放置到消解杯内；

2)再将消解杯放置到氮吹仪加热装置上；

3)将氮吹仪吹针放入消解杯中，通入保护气体；

4)根据试样和反应试剂的种类，按照预设的消解温度设定或改变加热装置的加热温度。

4.根据权利要求3所述的湿法消解法，其特征在于：所述步骤1)中的试样和反应试剂的总量不超过消解杯五分之一杯身，所述步骤3)中的氮吹仪吹针伸入消解杯内的长度不超过消解杯五分之二杯身。

5.根据权利要求3所述的湿法消解法，其特征在于：所述步骤3)中的保护气体是氮气，所述氮气的纯度不低于99.2％，压力为0.1MPa～0.2MPa。

6.根据权利要求3所述的湿法消解法，其特征在于：所述步骤3)中，消解杯内出现白色晶体时，加入氢氟酸消解。