CN111141573A - 一种可批量提取沉积物酸可挥发性硫化物的装置及其方法 - Google Patents

一种可批量提取沉积物酸可挥发性硫化物的装置及其方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种可批量提取沉积物酸可挥发性硫化物的装置,该装置包括8支圆柱形具塞反应瓶,每支圆柱形具塞反应瓶的塞子带有两个通气口,其中一个通气口上的长导管下端伸入圆柱形具塞反应瓶里面,上端通过氮气分流导管接氮气进气管,氮气分流导管上安装有旋钮式氮气调节阀,氮气进气管上安装有流量计,另一个通气口上的短导管上端接冲击式吸收瓶,8支圆柱形具塞反应瓶置于恒温水浴锅里。另外,本发明还公开了其提取方法。本发明具有操作方便、分析速度快、可批量进行等特点。

Description

一种可批量提取沉积物酸可挥发性硫化物的装置及其方法
技术领域
本发明属于水环境保护及水质监测方法技术领域,尤其涉及尾矿库或矿区污染水体等含硫量较高的沉积物酸可挥发性硫化物的提取装置及其提取方法。
背景技术
水体沉积物中酸可挥发性硫化物(Acid volatile sulfide,AVS)是硫形态中的活性部分,主要代表沉积物中无定型的一硫化物(如FeS、ZnS、CdS和PbS),是沉积物中有毒重金属的重要结合形态,其含量水平直接影响沉积物中重金属的生物有效性,是评价沉积物中有毒重金属生态毒性的重要指标。AVS代表一类还原性物质,为保障测定结果的准确性,沉积物样品采集过程须保持还原态,在实验室进行AVS提取时通常采用新鲜湿样。
现有AVS的提取方法主要有氮气吹扫吸收法和冷扩散法。氮气吹扫吸收法通常为:在提取装置中放入一定数量新鲜的沉积物样品,加入一定浓度含量盐酸使其中的硫化物转化为硫化氢,溢出的硫化氢随通入的氮气吹扫携带进入装有乙酸锌-乙酸钠吸收溶液的反应瓶中反应生成硫化锌胶状物。冷扩散法则是运用“大瓶套小瓶”的原理,即在密封的大瓶内悬挂一个装有碱性吸收液的敞口小瓶,沉积物放置在大瓶内,与加入的盐酸反应缓慢释放出硫化氢,释放出的硫化氢通过扩撒形式进入吸收瓶中固定。吸收瓶中硫化物含量通常采用亚甲基蓝分光光度法测定。现有技术存在的问题主要有:氮气吹扫法中硫化氢吸收效率受氮气流速影响较大,存在重现性差等问题;同时该提取装置一次只能处理一个样品,样品提取效率低下;而冷扩散法的主要问题是提取周期长,重现性差等问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种可批量提取沉积物酸可挥发性硫化物的装置,该装置是在现有氮气吹扫吸收法的基础上设计成多通道形式,突破现有技术装置一次只能提取一个沉积物样品的限制,大大提高样品分析效率。
本发明提供的一种可用于批量提取沉积物中酸可挥发性硫化物的装置,包括8支圆柱形具塞反应瓶,每支圆柱形具塞反应瓶的塞子带有两个通气口,其中一个通气口上的长导管下端伸入圆柱形具塞反应瓶里面,上端通过氮气分流导管接氮气进气管,氮气分流导管上安装有旋钮式氮气调节阀,氮气进气管上安装有流量计,另一个通气口上的短导管上端接冲击式吸收瓶,8支圆柱形具塞反应瓶置于恒温水浴锅里。
上述中,每支圆柱形具塞反应瓶的长导管和短导管分别配备有密封帽。
上述中,塞子、氮气分流导管和密封帽均由耐酸聚四氟乙烯材料制成。
上述中,圆柱形具塞反应瓶和冲击式吸收瓶的容量均为由25mL。
上述中,氮气分流导管由支架支承。
另外,本发明还提供了该装置的提取方法,该方法包括下述步骤:
将新鲜沉积物及提取液加入圆柱形具塞反应瓶中,塞上塞子,将露出外端的长导管和短导管分别用密封帽拧紧密封,涡旋振荡10s后将圆柱形具塞反应瓶放置于恒温水浴锅中,快速取下密封帽,将长导管与氮气分流导管连接,短导管与冲击式吸收瓶连接,通过氮气进气管通入氮气,调节流量计每条氮气分流导管平均流速0.25 L/min~0.30 L/min,微调旋钮式氮气调节阀使得圆柱形具塞反应瓶中的气泡逐个冒出,提取反应释放出的硫化物在氮气吹扫下进入冲击式吸收瓶被冲击式吸收瓶里的吸收液中反应捕集。
上述中,进一步的将吸收液中捕集的硫化物采用亚甲蓝分光光度法检测其含量,最后换算为单位质量干沉积物含酸可挥发性硫化物的质量数,换算为单位质量干沉积物含酸可挥发性硫化物的质量数的方法是:提取前记录圆柱形具塞反应瓶身准确质量;提取完毕后,将圆柱形具塞反应瓶以3000rpm/min转速离心分离10min,倒去上清夜,连瓶身带沉积物烘干,计量沉积物干重,用于计算单位干泥所含干沉积物含酸可挥发性硫化物的含量。
上述中,圆柱形具塞反应瓶中加入新鲜沉积物1~2g,提取液10 mL 为6 mol/L的HCl溶液,另外,加入2 mL的1 mol/L抗坏血酸溶液。
上述中,恒温水浴锅中的温度控制在60℃,持续提取反应3 h。
上述中,吸收液为10 mL的0.1 mol/L醋酸锌-氢氧化钠溶液。
在本发明中,加入抗坏血酸是为了消除沉积物中Fe3+对反应释放硫化氢的氧化消耗干扰。特别是矿区环境沉积物,其多以酸性状态存在并含有一定数量的Fe3+,会影响测定结果的准确性。
在本发明中,加入提取液的沉积物进行涡流振荡,是为了使沉积物与提取液混合均匀,提高提取效率。
在本发明中,旋钮式氮气调节阀的功能为流量调节;当批次提取样品少于8组时,可根据实际样品数量通过旋钮式氮气调节阀关闭闲置的氮气气路。
在本发明中,大大改进氮气吹扫吸收法吸收效率不稳定的问题:(1)是沉积物与提取液装填后,密封的反应瓶利用涡旋振荡器混匀10s;(2)是降低每个流路通道氮气流速(从0.40 L/min降至0.25 L/min~0.30 L/min),延长提取时间至3h;(3)是利用水浴控制温度60℃代替室温提取。
本发明具有如下优点:本发明在现有氮气吹扫吸收法的基础上设计成多通道形式,突破现有技术装置一次只能提取一个沉积物样品的限制,并提出改进氮气吹扫吸收法中吸收效率不稳定的方法,大大提高样品分析效率及分析的精密度。该装置及方法用于矿区污染水体沉积物酸可挥发性硫化物的含量提取测定具有操作方便、分析速度快、可批量进行等特点。
附图说明
图1 是本发明的结构示意图。
图2 是本发明的圆柱形具塞反应瓶的结构示意图。
图3 是涡旋混合预处理的影响图。
图4 是氮气流速对AVS提取效果的影响图。
图5 是提取时间对AVS提取效果的影响图。
图6 是本发明用于粤北大宝山横石河沉积物AVS的测定图。
具体实施方式
参照图1和图2,本发明提供的一种可批量提取沉积物酸可挥发性硫化物的装置,包括8支圆柱形具塞反应瓶5,每支圆柱形具塞反应瓶5的塞子8带有两个通气口,其中一个通气口上的长导管10下端伸入圆柱形具塞反应瓶5里面,上端通过氮气分流导管2接氮气进气管,氮气分流导管2由支架3支承,氮气分流导管2上安装有旋钮式氮气调节阀4,氮气进气管上安装有流量计1,另一个通气口上的短导管11上端接冲击式吸收瓶6,8支圆柱形具塞反应瓶5置于恒温水浴锅7里。每支圆柱形具塞反应瓶5的长导管10和短导管11分别配备有密封帽9。塞子8、氮气分流导管2和密封帽9均由耐酸聚四氟乙烯材料制成,圆柱形具塞反应瓶6和冲击式吸收瓶6的容量均为由25mL。
实施例:
将四组新鲜沉积物2g,每组新鲜沉积物分别与6 mol/L的HCl溶液、2 mL的1 mol/L抗坏血酸溶液加入四支圆柱形具塞反应瓶5中,分别将四支圆柱形具塞反应瓶5塞上塞子8,将露出外端的长导管10和短导管11分别用密封帽9拧紧密封,四支圆柱形具塞反应瓶5涡旋振荡10s后分别放置于恒温水浴锅7中,恒温水浴锅中的温度控制在60℃,快速取下密封帽9,每支圆柱形具塞反应瓶5的长导管10与对应的氮气分流导管2连接,短导管11与对应的冲击式吸收瓶6连接,打开对应的四组旋钮式氮气调节阀4通过氮气进气管通入氮气,调节流量计至这四条氮气分流导管平均流速0.25 L/min~0.30 L/min,微调旋钮式氮气调节阀4使得这四支圆柱形具塞反应瓶5中的气泡逐个冒出,持续提取反应3 h释放出的硫化物在氮气吹扫下分别进入四支对应的冲击式吸收瓶6被冲击式吸收瓶6里的吸收液中反应捕集,其中,四支冲击式吸收瓶6里的吸收液为10mL 10 mL 0.1 mol/L醋酸锌-氢氧化钠溶液。
进一步的将吸收液中捕集的硫化物采用亚甲蓝分光光度法检测其含量,最后换算为单位质量干沉积物含酸可挥发性硫化物的质量数,换算为单位质量干沉积物含酸可挥发性硫化物的质量数的方法是:提取前记录圆柱形具塞反应瓶身准确质量;提取完毕后,将圆柱形具塞反应瓶以3000rpm/min转速离心分离10min,倒去上清夜,连瓶身带沉积物烘干,计量沉积物干重,用于计算单位干泥所含干沉积物含酸可挥发性硫化物的含量。
应用例:
用于矿区水体沉积物AVS进行了实际测定。
1.强化沉积物与提取液预混合对回收率的影响实验:
取八支吸收瓶,编号为1#~8#,分别加入10mL 10 mL 0.1 mol/L醋酸锌-氢氧化钠溶液;取8支反应瓶,编号为1#~8#,称重记录反应瓶身的精确质量至0.0001g;在厌氧手套箱中,在1#~8#反应瓶中加入~2g新鲜沉积物,同时在5#~8#反应瓶中加入1 mL 50ug/mL S2-标准溶液;再逐一加入10mL 6 mol/L HCl提取液,加入2 mL 1 mol/L抗坏血酸溶液后,立即盖上反应瓶塞并将密封帽拧紧;取1#、2#、5#和6#反应瓶放置到涡流振荡器上振荡10s使沉积物与提取液混合均匀;将八支反应瓶按照图1连接好管线,调节氮气流量计及旋钮式调节阀使得反应瓶中的气泡逐个溢出(大约每秒两个气泡);在60℃水浴下提取3h,结果如图3所示,显示该装置用于提取沉积物中的AVS预混合有利于沉积物中的颗粒污泥内包裹的硫化物与提取液充分接触,提高提取效率。
2.氮气流速与提取时间的影响:
取八支吸收瓶,编号为1#~8#,分别加入10mL 10 mL 0.1 mol/L醋酸锌-氢氧化钠溶液;取8支反应瓶,编号为1#~8#,称重记录反应瓶身的精确质量至0.0001g;在厌氧手套箱中,在1#~8#反应瓶中加入~2g新鲜沉积物;再逐一加入10mL 6 mol/L HCl提取液,加入2 mL 1 mol/L抗坏血酸溶液后,立即盖上反应瓶塞并将密封帽拧紧;将反应瓶放置到涡流振荡器上振荡10s使沉积物与提取液混合均匀;将八支反应瓶按照图1连接好管线,调节氮气流量计及旋钮式调节阀使得反应瓶中的气泡逐个溢出(大约每秒两个气泡);在60℃水浴下提取,结果如图4和图5所示,显示氮气流速为0.2L/min~0.3L/min,提取3小时为最佳条件。
3.该装置及方法用于粤北大宝山矿区横石河沉积物的分析,结果如图6和表1所示。
表1 本发明用于矿区河流样品的测定
Figure 543112DEST_PATH_IMAGE002
尽管已经示出和描述了本发明的实施例,对于本领域的普通技术人员而言,可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换,本发明的保护范围由所附权利要求限定。

Claims (10)

1.一种可批量提取沉积物酸可挥发性硫化物的装置,其特征在于,包括8支圆柱形具塞反应瓶,每支圆柱形具塞反应瓶的塞子带有两个通气口,其中一个通气口上的长导管下端伸入圆柱形具塞反应瓶里面,上端通过氮气分流导管接氮气进气管,氮气分流导管上安装有旋钮式氮气调节阀,氮气进气管上安装有流量计,另一个通气口上的短导管上端接冲击式吸收瓶,8支圆柱形具塞反应瓶置于恒温水浴锅里。
2.根据权利要求1所述的一种可批量提取沉积物酸可挥发性硫化物的装置,其特征在于,每支圆柱形具塞反应瓶的长导管和短导管分别配备有密封帽。
3.根据权利要求2所述的一种可批量提取沉积物酸可挥发性硫化物的装置,其特征在于,塞子、氮气分流导管和密封帽均由耐酸聚四氟乙烯材料制成。
4.根据权利要求1所述的一种可批量提取沉积物酸可挥发性硫化物的装置,其特征在于,圆柱形具塞反应瓶和冲击式吸收瓶的容量均为由25mL。
5.根据权利要求1所述的一种可批量提取沉积物酸可挥发性硫化物的装置,其特征在于,氮气分流导管由支架支承。
6.权利要求1-5任一项所述的一种可批量提取沉积物酸可挥发性硫化物的装置的提取方法,其特征在于,该方法包括下述步骤:
将新鲜沉积物及提取液加入圆柱形具塞反应瓶中,塞上塞子,将露出外端的长导管和短导管分别用密封帽拧紧密封,涡旋振荡后将圆柱形具塞反应瓶放置于恒温水浴锅中,快速取下密封帽,将长导管与氮气分流导管连接,短导管与冲击式吸收瓶连接,通过氮气进气管通入氮气,调节流量计至每条氮气分流导管平均流速0.25 L/min~0.30 L/min,微调旋钮式氮气调节阀使得圆柱形具塞反应瓶中的气泡逐个冒出,提取反应释放出的硫化物在氮气吹扫下进入冲击式吸收瓶被冲击式吸收瓶里的吸收液中反应捕集。
7.根据权利要求6所述的提取方法,其特征在于,进一步的将吸收液中捕集的硫化物采用亚甲蓝分光光度法检测其含量,最后换算为单位质量干沉积物含酸可挥发性硫化物的质量数,换算为单位质量干沉积物含酸可挥发性硫化物的质量数的方法是:提取前记录圆柱形具塞反应瓶身准确质量;提取完毕后,将圆柱形具塞反应瓶以3000rpm/min转速离心分离10min,倒去上清夜,连瓶身带沉积物烘干,计量沉积物干重,用于计算单位干泥所含干沉积物含酸可挥发性硫化物的含量。
8.根据权利要求6所述的提取方法,其特征在于,圆柱形具塞反应瓶中加入新鲜沉积物1~2g,提取液10 mL 为6 mol/L的HCl溶液,另外,还加入2 mL的1 mol/L抗坏血酸溶液。
9.根据权利要求6所述的提取方法,其特征在于,恒温水浴锅中的温度控制在60℃,持续提取反应3 h。
10.根据权利要求6所述的提取方法,其特征在于,吸收液为10 mL的0.1 mol/L醋酸锌-氢氧化钠溶液。
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