CN105973666A - 氯和硫的提取、测定方法以及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种氯和硫的提取、测定方法以及装置，涉及样品检测领域，能够解决现有氯和硫提取过程中损失较大，致使测定准确度较低的问题。本发明的氯和硫的提取方法，包括：将样品置于氧气环境中并使样品燃烧完全，并利用吸收液吸收上述燃烧过程中挥发的气体，将所述样品中的氯和硫提取到所述吸收液中，所述吸收液包括：碳酸盐、碳酸氢盐以及氧化剂。

Description

氯和硫的提取、测定方法以及装置

技术领域

本发明涉及样品检测领域，尤其涉及一种氯和硫的提取、测定方法以及装置。

背景技术

危废水是属于危险废物中的液态废物，危险废物是指列入国家危险废物名录或者根据国家规定的危险废物鉴别标准和鉴别方法认定的具有危险特性的废物。其特点是具有腐蚀性、毒性、易燃性、反应性或者感染性，并且会对环境或者人体健康造成有害影响。危险废物通过摄入、吸入、皮肤吸收、眼接触而引起毒害，或引起燃烧、爆炸等危险性事件，长期接触可能会导致长期中毒、致癌、致畸、致变等。

氯以及硫的提取和测定可以为废水处理，特别是危废水的分析或处理提供重要的参考依据。目前，缺少能够同时提取和测定危废水中的氯以及硫的方法。

现有技术中采用碱熔法测定氯以及硫。将碱性物质与样品进行混匀，再经灼烧后加入去离子水溶解，从而实现对样品中的氯以及硫的提取，最后进行测定。但是该方法中，由于氯和硫在熔融状态下与碱性物质之间的接触不充分，提取损失较大，致使测定的准确度较低。

发明内容

本发明提供一种氯和硫的提取、测定方法以及装置，能够同时提取测定氯和硫，解决了现有氯和硫提取过程中损失较大，致使测定准确度较低的问题。

为达到上述目的，本发明的实施例采用如下技术方案：

一种氯和硫的提取方法，包括：将样品置于氧气环境中并使样品燃烧完全，并利用吸收液吸收上述燃烧过程中挥发的气体，将所述样品中的氯和硫提取到所述吸收液中，所述吸收液包括：碳酸盐、碳酸氢盐以及氧化剂。

优选地，所述吸收液包括：碳酸钠、碳酸氢钠以及双氧水。

可选地，所述吸收液由第一吸收液和第二吸收液配制而成，所述第一吸收液为碳酸钠和碳酸氢钠的混合水溶液，质量体积比为0.01％～0.2％，其中碳酸钠与碳酸氢钠的质量比在2:1～2:4之间，所述第二吸收液是质量分数为15％～30％的双氧水。

可选地，所述第一吸收液与所述第二吸收液的体积比为5:2～5:3，

优选地，所述第一吸收液与所述第二吸收液的体积比为2:1。

优选地，所述样品置于氧气环境中燃烧的条件为：密闭环境中充入氧气，氧气压力为2.8～3.5MPa。

优选地，燃烧后放置，以待所述吸收液充分吸收燃烧过程中挥发的气体。

进一步地，将样品置于氧气环境中并使样品燃烧完全之前，还包括：使用助燃剂对样品进行稀释。

优选地，所述助燃剂为四碳以下低级醇。

本发明还提供一种氯和硫的测定方法，包括：使用上述任一项所述的氯和硫的提取方法将样品中的氯和硫提取到吸收液中；使用检测装置对所述吸收液进行测试，获得样品中氯和硫的含量。

本发明还提供一种氯和硫的测定装置，密闭的充氧燃烧装置，用于使样品在氧气环境中燃烧完全；用于容纳吸收液的吸收液容纳单元，所述吸收液用于吸收上述燃烧过程中挥发的气体；检测装置，用于对所述吸收液进行测试，获得样品中氯和硫的含量。

优选地，所述检测装置为离子色谱仪。

本发明提供一种氯和硫的提取、测定方法以及装置，将样品置于氧气环境中并使样品燃烧完全，并利用吸收液吸收上述燃烧过程中挥发的气体，从而将样品中的氯和硫提取出来，通过进一步测试可以获得样品中氯和硫的含量。本发明提供的氯和硫的提取、测定方法以及装置，可以对含氯样品或者含硫样品或者对同时含氯和硫的样品进行处理，适用范围广。本发明中氯和硫在吸收液中以氯离子和硫酸根离子的形式存在，由于氯离子和硫酸根离子在吸收液中能充分溶解、接触，提取损失小，测定准确。实验表明，现有碱熔法的加标回收率为70～85％，而本发明提供的提取测定方法的加标回收率可以达到85.2～105.5％。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为本发明实施例中举出的一种氧弹内部构造图；

图2为本发明实施例提供的氯和硫的测定方法流程图。

1-阀芯，2-密封圈，3-氧弹头，4-芯座，5-氧弹盖，6-光热屏蔽板，7-螺钉，

8-上罩，9-螺钉，10-吊杆I，11-坩埚托架，12-氧弹筒，13-密封圈，14-螺母，

15-隔垫，16-压圈，17-密封圈，18-芯体，19-螺母，20-吊杆II，

21-锁紧套筒，22-电阻丝，23-坩埚。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例

本发明实施例提供一种氯和硫的提取方法，包括：将样品置于氧气环境中并使样品燃烧完全，并利用吸收液吸收上述燃烧过程中挥发的气体，将所述样品中的氯和硫提取到所述吸收液中，上述过程中使用的所述吸收液包括：碳酸盐、碳酸氢盐以及氧化剂。

本发明实施例提供一种氯和硫的提取方法，使样品在氧气环境中燃烧完全，通过吸收液吸收燃烧过程中挥发的气体，从而实现将样品中的氯和硫提取到吸收液中，为避免燃烧过程中产生的气体逃逸，需要密闭容器内充氧，将样品置于氧气环境中并使样品燃烧完全。样品燃烧完全，即尽可能地使样品中含有的氯和硫转化为吸收液可以吸收的气体，如氯化氢、氯气、硫化氢、二氧化硫、三氧化硫等。

所述吸收液包括：碳酸盐、碳酸氢盐以及氧化剂，其中氧化剂用于对低价硫化物如硫化氢、二氧化硫等进行氧化，使其转化为容易被吸收液吸收的高价硫化物，如三氧化硫。

本发明实施例提供的氯和硫的提取方法，适用于提取含氯样品中的氯，也适用于提取含硫样品中的硫，或者，对同时含氯和硫的样品进行氯和硫的同时提取，适用范围广，提取过程氯和硫的损失少，加标回收率高，测定准确。

本实施例需要在密闭的氧气环境中使样品燃烧，其具体实现方式不做限定，例如可以采用氧弹燃烧使样品燃烧完全，之后被吸收液吸收来实现对样品中的氯以及硫的提取。其中，优选地，吸收液包括按一定比例混合的碳酸钠、碳酸氢钠以及双氧水。吸收液具体可由第一吸收液和第二吸收液配制而成，第一吸收液为碳酸钠和碳酸氢钠的混合水溶液，质量体积比为0.01％～0.2％，其中碳酸钠与碳酸氢钠的质量比在2:1～2:4之间，第二吸收液是质量分数为15％～30％的双氧水。其中，如果第一吸收液的质量体积比低于0.01％容易提取不完全，高于0.2％不利于在后期测定过程中氯离子和硫酸根离子的分离；双氧水若低于15％不利于硫的提取完全。

其中，第一吸收液与第二吸收液的体积比为5:2-5:3，低于5:2不利于硫的提取完全，高于5:3不利于氯离子和硫酸根离子的分离，优选体积比为2:1。

本实施例采用使样品燃烧完全然后被吸收液吸收的方式，氯以及硫在提取过程中损失小、测定准确度高，且避免了硫和氯的挥发，安全性高。

在将样品置于氧气环境中并使样品燃烧完全之前，还包括：使用助燃剂对样品进行稀释，这样可以使吸收液相对取用的样品总量中的氯和硫过剩，能够将样品中的氯和硫充分吸收，避免了硫和氯的挥发，提高了提取及测试的准确度。

以危废水样品为例，使用助燃剂对样品进行稀释，一方面还可以降低其危害；另一方面还可防止液体分层，提高测定的准确度；且稀释后再提取的样品经燃烧后残渣少，在后期测定过程使用离子色谱仪测定时可免去样品过柱净化步骤，可以经过滤膜后直接进行测定。助燃剂的选择除考虑使样品在下一步骤中燃烧完全之外，还要考虑普遍适用性，由于样品可能含有机组分，也可能含无机组分，考虑到样品在助燃剂中的溶解性，本步骤优选四碳以下的低级醇作为稀释液对样品进行稀释。

另外，通过对样品进行稀释，还可以使吸收液(一般已预先配置好，在具体实验中受容器限定，一般固定在一用量范围内)相对取用的样品总量中的氯和硫过剩，增加提取及测试的准确度，这时为达到过剩的目的，一般在对样品进行稀释之前，先对样品中氯和硫的含量进行初步测量，或者说先对样品进行粗测，大致确定样品总量中的氯和硫，以确定选取的样品量的多少，以及稀释程度(即稀释后溶液样品的浓度)。初步测量(或称之为粗测)可以使用现有测量方法，也可使用本发明提供的测定方法，提取、测定步骤基本相同，不再详述，等正式提取测量时，按初步测量结果对样品进行稀释，再次进行测量。

本实施例还提供一种氯和硫的测定方法，安全可靠，准确度高，该测定方法具体包括：先使用上述任一项所述氯和硫的提取方法将样品中的氯和硫提取到吸收液中；然后使用检测装置对获得的吸收液进行测试，得到样品中氯和硫的含量。

对应地，本实施例还提供一种氯和硫的测定装置，包括：密闭的充氧燃烧装置，用于使样品在氧气环境中燃烧完全；用于容纳吸收液的吸收液容纳单元，所述吸收液用于吸收上述燃烧过程中挥发的气体；检测装置，用于对吸收了挥发气体的吸收液进行测试，获得样品中氯和硫的含量。

其中，上述吸收液容纳单元位于密闭的充氧燃烧装置中，上述检测装置与吸收液容纳单元连接，其只要能获得样品中氯和硫的含量即可，具体实现方式不做限定，本实施例优选离子色谱仪。

另外，其中所述的密闭的充氧燃烧装置优选为氧弹，例如直接利用量热仪中的氧弹。量热仪是将待测样品放置于氧弹中，通过氧弹充氧之后待测样品燃烧放热来测定待测样品的发热量，依其在密闭空间中充氧后待测样品充分燃烧并被吸收的原理，本实施例可以应用于待测样品中硫氯的吸收提取步骤。

见图1所示氧弹结构，包括阀芯1、密封圈2、氧弹头3、芯座4、氧弹盖5、光热屏蔽板6、螺钉7、上罩8、螺钉9、吊杆I 10、坩埚托架11、氧弹筒12、密封圈13、螺母14、隔垫15、压圈16、密封圈17、芯体18、螺母19、吊杆II 20、锁紧套筒21、电阻丝22和坩埚23，其中待测样品是放置于坩埚23中的，同时在氧弹中例如底部设置吸收液吸收燃烧挥发的气体。氧弹充氧完成之后仪器自动点火，引燃电阻丝22，电阻丝与待测样品接触，使待测样品充分燃烧，其中燃烧之后产生的氯化氢、氯气、硫化氢、二氧化硫、三氧化硫等气体被氧弹筒12底部加入的吸收液充分吸收，转化成氯离子以及硫酸根离子的存在形式。

为了本领域技术人员更好的理解本发明实施例提供的方案，下面通过具体的实施例并结合图2所示，对本发明提供的氯和硫的提取、测定方法及装置进行详细说明。

1、稀释

按现有氧弹燃烧装置的容量，本实施例提供的氯和硫的提取、测定装置可使用的范围一般为：取用的样品总量中氯或硫的含量为3～30mg，如果样品中氯或硫的含量较高，导致取用的样品中氯或硫的含量超出上述范围，可在提取前对样品进行稀释。选择四碳以下的低级醇做稀释液，根据粗测后氯离子以及硫酸根离子的浓度对样品进行稀释，保证最终进离子色谱仪测定的氯离子以及硫酸根离子在5～50mg/L的浓度范围内。需要注意的是，本步骤并不是必须的。

2、提取氯和硫

对待提取样品进行氧弹燃烧，氧弹燃烧产生的气体被吸收液吸收，得到含氯离子以及硫酸根离子的提取液，所述提取液供测试环节使用。

其中，氧弹燃烧能够保证其燃烧的充分性以及密闭性，具体而言，本实施例中氧弹燃烧为在密闭的氧弹体系中充入一定的氧气(纯度为99.5％)，其压力为2.8～3.5MPa，选取一定量的样品置于燃烧装置中，燃烧10min～30min一般能将样品燃烧完全，之后再静置10min～30min以使吸收液将燃烧挥发的气体吸收完全，转变为氯离子以及硫酸根离子的形式。具体实施时燃烧后静置的时间不做限定，以使燃烧过程中挥发的气体能被吸收液充分吸收为准。充分吸收的含义是，吸收液对挥发气体的吸收不再随时间增加。

其中所述的吸收液包括碳酸钠、碳酸氢钠以及双氧水，其在一定的配比下能够将燃烧产生的氯化氢、氯气、硫化氢、二氧化硫、三氧化硫等气体氧化且吸收完全，提取损失小，之后进行测定以保证测定的准确性。

上述吸收液包括第一吸收液和第二吸收液，其中第一吸收液是0.01％-0.2％(质量体积比)的碳酸钠和碳酸氢钠的混合水溶液，其中碳酸钠和碳酸氢钠的质量比在2:1-2:4之间，如果第一吸收液的质量体积比低于0.01％容易提取不完全，高于0.2％不利于在后期测定过程中氯离子和硫酸根离子的分离；第二吸收液是15％-30％(质量分数)的双氧水，双氧水用于对低价硫化物如硫化氢、二氧化硫等进行氧化，使其转化为高价硫化物，如三氧化硫。双氧水若低于15％不利于硫的提取完全。吸收液在燃烧之前预先配置：第一吸收液先加入，之后再加入第二吸收液混匀，需要注意第二吸收液需要在常温避光条件下加入，第一吸收液与第二吸收液的体积比为5:2-5:3，低于5:2不利于硫的提取完全，高于5:3不利于氯离子和硫酸根离子的分离，优选2:1。

燃烧后，样品中的氯和硫在吸收液中以氯离子和硫酸根离子的形式存在，氯离子与硫酸根离子均为阴离子，不会发生反应，进样测定后具有良好的分离度，故而正常测定即可。在提取的过程中，相比于单独测定氯离子的情况，一起测定氯离子和硫酸根离子时，考虑到气体在密封状态中被液体吸收需要一定的时间，为了让氯离子以及硫酸根离子提取的更完全，设定放置时间在10min～30min之间。

另外，在氧弹密封体系中进行充分燃烧及吸收液吸收之后，为了后期的准确测定，需要进行转移定容，转移的过程中为了降低损失，且不会给氯离子以及硫酸根离子的测定引入其他杂质，需要用电阻率大于18.2MΩ的纯水冲洗氧弹壁、盖、杆、燃烧装置内外等部位，这样可以降低转移时的损失。

需要说明的是，如果实验时取用的吸收液量太少，吸收气体时吸收量少，如果取用的吸收液太多，离子色谱分离度又会变差，因此吸收液取用量存在一个较佳范围，对应地，样品取用量中氯或硫的含量也存在一较佳范围。另外，使用离子色谱仪测试时，吸收液体积太多也是离子色谱分离度差的原因之一，因此在转移定容体积不变的基础上，清洗氧弹的水变少，也会造成吸收液中氯及硫的损失，影响测定的准确度，从这一方面来看实验时吸收液的取用量也不能太多。实验表明：在上文所述吸收液浓度与体积比范围下，取用的样品总量中氯或硫的含量在3～30mg这个范围内时加标回收率最好，测试准确度高，测试效果最佳。

3、氯离子以及硫酸根离子的测定方法

采用上述提取方法得到的待测液(吸收液)进行以下测定：

离子色谱仪测试条件：离子色谱仪分离柱Ionpac As18 4×250mm，保护柱IonpacAs18 4×50mm，自动再生抑制器电流58mA；设定的参数：进样体积(含氯离子以及硫酸根离子的待测液的体积)为10μL，流速为1.0mL/min，淋洗液为0.023moL/L的NaOH水溶液。将待测液放置于离子色谱进样装置中，先建立标准曲线，然后进待测液测定。

在上述离子色谱仪测试条件下，通过检测待测液中的氯离子以及硫酸根离子，并对其进行加标回收率实验，所测氯离子以及硫酸根离子在5～50mg/L的范围内具有良好的线性关系，其加标回收率达到85.2％～105.5％，精密度为0.78％-1.64％。

实验过程：

实验1：

稀释：将样品放置于通风环境中，用无水乙醇稀释为1％(体积比)的醇溶液，放置备用。

提取：移取一定体积的上述稀释液至燃烧装置中，此时氧弹内部加入混合均匀的15mL的吸收液，此吸收液包括10mL的第一吸收液以及5mL的第二吸收液，第一吸收液是0.1％的碳酸钠和碳酸氢钠的混合溶液，其中碳酸钠和碳酸氢钠的质量比为1:1，第二吸收液是30％的双氧水，将燃烧装置放置于氧弹中，氧弹加压为3MPa，充分燃烧15min之后再放置20min，此时样品中的氯被高温氧化成氯化氢和氯气，被吸收液吸收之后转变成氯离子的形式；硫被高温氧化燃烧变成二氧化硫和三氧化硫，其中的二氧化硫被吸收液中的双氧水氧化成三氧化硫，之后三氧化硫被吸收液吸收后转变为硫酸根离子，此时得到含氯离子以及硫酸根离子的提取液。将提取液用纯水转移定容至100mL容量瓶中，过0.22μm的滤膜得到含硫酸根离子的待测液1；将待测液1稀释2倍后过0.22μm的滤膜得到含氯离子的待测液2。

氯离子以及硫酸根离子的测定：采用Dionex ICS 900离子色谱仪，Ionpac As18分离柱4×250mm，Ionpac As18保护柱4×50mm，ASRS-300自动再生抑制器电流58mA，进样体积为10μL，流速为1.0mL/min，淋洗液为0.023moL/L的NaOH水溶液。将待测液放置于离子色谱进样装置中，先进标准曲线，然后进待测液。

在上述离子色谱仪测试条件下，通过检测待测液中的氯离子以及硫酸根离子，并对其进行精密度测定，所测氯离子以及硫酸根离子在5～50mg/L的范围内具有良好的线性关系。应用此条件进行样品1的加标回收实验，其氯以及硫的加标回收率在85.2％-105.5％之间，精密度为0.78％-1.64％。

实验2至实验4的过程同实验1，区别仅在于氧弹条件、吸收液、燃烧及稳定时间的不同，具体见表1。表1为实验1至实验4以及对比例的实验条件和结果，对比例为碱熔法测定样品的测定条件以及结果。

表1实验2至实验4以及对比例的实验条件及结果

上述实验表明：以上吸收液浓度范围与体积比对一定浓度范围下的氯以及硫的吸收效果最优，当坩埚中加样体积为2mL时，氯以及硫的最佳浓度范围为1500～15000mg/L(质量体积比)，此时加标回收率在91.2％以上，准确度高，如果原液粗测(初步测量)后浓度不在此范围内，可稀释至此范围。

本发明实施例方案中采用氧弹燃烧，之后吸收液吸收来实现对样品中的氯以及硫的提取，氯以及硫在提取过程中损失小、测定准确度高；且避免了硫和氯的挥发，安全性高。本发明实施例提供的氯和硫的提取、测定方法以及装置，适用于液态危废，可以克服液态危废基质复杂且易挥发的特点，此方法分析速度快、灵敏度高、分析精度好、对分析人员伤害小，能够同时测定其中的氯以及硫含量。

需要说明的是，虽然本文叙述中涉及危废水处理，但本发明提供的氯和硫的提取、测定方法及装置的应用并不限于此。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (12)

1.一种氯和硫的提取方法，其特征在于，包括：

将样品置于氧气环境中并使样品燃烧完全，并利用吸收液吸收上述燃烧过程中挥发的气体，将所述样品中的氯和硫提取到所述吸收液中，

所述吸收液包括：碳酸盐、碳酸氢盐以及氧化剂。

2.根据权利要求1所述的提取方法，其特征在于，所述吸收液包括：碳酸钠、碳酸氢钠以及双氧水。

3.根据权利要求2所述的提取方法，其特征在于，所述吸收液由第一吸收液和第二吸收液配制而成，

所述第一吸收液为碳酸钠和碳酸氢钠的混合水溶液，质量体积比为0.01％～0.2％，其中碳酸钠与碳酸氢钠的质量比在2:1～2:4之间，所述第二吸收液是质量分数为15％～30％的双氧水。

4.根据权利要求3所述的提取方法，其特征在于，所述第一吸收液与所述第二吸收液的体积比为5:2～5:3。

5.根据权利要求4所述的提取方法，其特征在于，所述第一吸收液与所述第二吸收液的体积比为2:1。

6.根据权利要求1所述的提取方法，其特征在于，所述样品置于氧气环境中燃烧的条件为：密闭环境中充入氧气，氧气压力为2.8～3.5MPa。

7.根据权利要求1所述的提取方法，其特征在于，燃烧后放置，以待所述吸收液充分吸收燃烧过程中挥发的气体。

8.根据权利要求1-7任一项所述的提取方法，其特征在于，将样品置于氧气环境中并使样品燃烧完全之前，还包括：使用助燃剂对样品进行稀释。

9.根据权利要求8所述的提取方法，其特征在于，所述助燃剂为四碳以下的低级醇。

10.一种氯和硫的测定方法，其特征在于，包括：

使用权利要求1-9任一项所述的氯和硫的提取方法将样品中的氯和硫提取到吸收液中；

使用检测装置对所述吸收液进行测试，获得样品中氯和硫的含量。

11.一种氯和硫的测定装置，其特征在于，

密闭的充氧燃烧装置，用于使样品在氧气环境中燃烧完全；

用于容纳吸收液的吸收液容纳单元，所述吸收液用于吸收上述燃烧过程中挥发的气体；

检测装置，用于对所述吸收液进行测试，获得样品中氯和硫的含量。

12.根据权利要求10所述的测定方法或权利要求11所述的测定装置，其特征在于，

所述检测装置为离子色谱仪。