CN111397984A - 一种微液滴自发诱导的元素蒸气发生方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种微液滴自发诱导的元素蒸气发生方法及装置。所述装置由微量注射泵、流动注射阀、气动雾化器和气液分离器组成。所述微量注射泵流速10‑500µL min‑1，雾化气压力10‑120 psi。载流纯水由微量注射泵引入后与流动注射阀进样环中的待测元素溶液一起进入气动雾化器形成微液滴，其中待测元素离子在微滴化过程中实现蒸气发生，其生成的气态挥发物随载气经气液分离器分离后进入检测器测定。所述微液滴尺寸1‑20µm，待测元素种类可为Hg、As、Se、Te或Sb等，检测器可为冷原子荧光仪或冷原子吸收仪。本发明的微液滴诱导元素蒸气发生的方法及装置无需氧化还原试剂、电场、光照、超声、微波或等离子体等外力驱动，结构简单、体积小，易与现有光谱类仪器集成。

Description

一种微液滴自发诱导的元素蒸气发生方法及装置
技术领域
本发明涉及分析化学原子光谱技术领域，特别涉及一种微液滴自发诱导的元素蒸气发生方法及装置。
背景技术
化学蒸气发生（Chemical Vapor Generation, CVG）是原子光/质谱领域最常用的一种样品引入技术。它是一种将目标分析物元素由溶液离子状态通过氧化还原反应转化为其挥发性气态原子、分子或化合物的过程。将化学蒸气发生技术与原子光/质谱类仪器如原子荧光（AFS）、原子吸收（AAS）、电感耦合等离子体质谱（ICP-MS）或发射光谱（ICP-OES）联用，可实现溶液中多种金属和非金属元素的灵敏测定。
传统化学蒸气发生是通过化学氧化还原试剂与分析物离子发生反应形成挥发性物质的过程来实现。其中硼氢化钠（钾）/酸还原体系易于与多种非金属、过渡金属形成挥发性的氢化物，且还原反应速度快，易与多种检测方法联用，但该还原体系也存在不足之处：1）易受基体溶液及反应试剂中过渡金属离子的干扰；2）(K)NaBH4 溶液不稳定，需现配现用比较麻烦；3）(K)NaBH4和酸等易产生大量有毒废液，对环境会产生潜在污染。
电化学氢化物发生是通过水分子电解过程中生成的初生态氢与电解液中的待测离子结合形成氢化物的过程来实现，因而避免了还原试剂的使用，但其仍然存在一些缺点如：1）由于阴极材料显著影响电化学过程，必须选择合适的电极材料来实现蒸气发生；2）阴极表面必须经常处理，以防过渡金属等沉积在阴极表面，造成干扰；3）电化学反应产生的气体也可以吸附在电极表面从而降低蒸气发生效率。
紫外光化学蒸气发生是利用水分子和甲酸等有机小分子在紫外光照射下产生的氢、羟基、羧基自由基等使分析物元素转变为其挥发性原子、分子、氢化物、羰基化物或氧化物的过程，也摒弃了外加氧化还原试剂的使用，但样品基质中过氧化氢、硝酸根、卤负离子等在紫外光长期照射下也会产生自由基，因而也会对反应造成不同程度的干扰。
超声和微波诱导蒸气发生也是基于水分子和甲酸分子在超声或微波作用下分解成的氢、羟基、羧基自由基等使分析物元素转变为其挥发性物质的过程来实现，也无需外加氧化还原试剂的使用，但样品基质中的氧化性物质在超声和微波的长期作用下也会对元素测定产生干扰。
等离子体蒸气发生也是依靠水分子在等离子体放电过程中分解产生的氢和羟基自由基等实现元素从溶液离子到挥发性原子、分子、氢化物或氧化物的转变过程，也避免了外加氧化还原化学试剂的使用，但等离子体放电装置的设计也会显著影响待测元素受共存离子的抗干扰效果。
综上可知，这些常规化学蒸气发生方式虽然都可实现分析物元素由溶液离子向挥发性物质的转变，但其氧化还原过程却都必须依靠外力因素如化学氧化还原试剂、电场、光照、超声、微波或等离子体等驱动，不仅会增加装置的复杂性，还不可避免会带来外力因素干扰，影响元素准确测定。因此，发展一种无外力因素驱动，能自发氧化还原的新型化学蒸气发生方式具有重要的研究意义和应用价值。
发明内容
针对上述问题，本发明的一个目的在于提供一种微液滴自发诱导的元素蒸气发生方法，无需外加氧化还原试剂辅助，既可降低试剂干扰和分析成本，又可减少环境污染。
本发明的另一个目的在于提供一种微液滴自发诱导的元素蒸气发生装置，无需电场、光照、超声、微波或等离子体等驱动，结构简单、使用方便、体积小、耐用度高，易与现有光谱类仪器集成。
本发明的基本原理是：大体积的水在雾化成微滴后会产生较高的电化学活性，在水气界面会自发分解产生具有氧化或还原性质的羟基和氢自由基，从而自发引发氧化还原反应，实现元素蒸气发生。经研究发现，雾化气压力、微液滴尺寸、水介质流速以及待测元素浓度都会显著影响其蒸气发生效率。
一种微液滴自发诱导的元素蒸气发生方法，其特征在于包括以下步骤：（1）载流纯水由微量注射泵引入后流经流动注射阀，与注射阀进样环中的待测元素溶液一起进入气动雾化器；（2）所述载流纯水和待测元素溶液在气动雾化器中被载气雾化形成微液滴，其中待测元素离子在微滴化过程中实现蒸气发生并生成相应的气态挥发物；（3）所述气态挥发物随载气经气液分离器分离后进入检测器进行测定。
所述流动注射阀为六通阀或八通阀等。
所述微量注射泵流速为 10-500 µL min-1。
所述微液滴尺寸为1-20 µm。
所述气动雾化器的载气压力为10-120 psi。
所述气动雾化器载气为氩气或氦气。
所述待测元素种类为Hg、As、Se、Te或Sb等。
所述待测元素溶液的离子浓度为 0.1-20 µg L-1。
所述检测器为冷原子荧光仪或冷原子吸收仪。
一种微液滴自发诱导的元素蒸气发生装置，其特征在于包括微量注射泵、流动注射阀、气动雾化器和气液分离器，所述微量注射泵、流动注射阀、气动雾化器和气液分离器依次相连；所述微量注射泵用于以固定流速引入载流纯水，所述流动注射阀用于引入固定量体积的待测元素溶液，所述气动雾化器用于产生微液滴，并诱导待测元素在微滴化过程发生氧化还原实现蒸气发生生成相应的气态挥发物，所述气液分离器用于分离气态挥发物与大液滴，大液滴由废液口排出，气态挥发物最终进入检测器进行测定。
所述气动雾化器中心管孔径为0.1-0.2 mm。
所述气动雾化器材质为玻璃、石英或聚四氟乙烯。
所述雾化器形状为同心型、直角型或burgener型。
本发明的有益效果：本发明的微液滴诱导元素蒸气发生的方法无需任何氧化还原试剂辅助，减少了试剂污染，降低了试剂干扰和测试成本。本发明的微液滴诱导元素蒸气发生装置无需电场、光照、超声、微波或等离子体等复杂装置的驱动，结构简单、使用方便、体积小、耐用度高，也易与现有光谱类仪器集成。
附图说明
图1为本发明的装置及用于元素测定的流程示意图。
图中，1-微量注射泵；2-流动注射阀；3-气动雾化器；4-气液分离器。
图2为本发明的方法对二价汞（Hg2+，1-10 µg L-1，100 µL）蒸气发生的冷原子荧光信号图。
图3为本发明的方法对二价汞（Hg2+，1-10 µg L-1，100 µL）蒸气发生的冷原子荧光峰面积与二价汞浓度之间的线性图。
图4为本发明的方法对三价砷（As3+，5 µg L-1，100 µL）蒸气发生的冷原子荧光信号图。
图5为本发明的方法对四价硒（Se4+，5 µg L-1，100 µL）蒸气发生的的冷原子荧光信号图。
具体实施方式
下面结合附图并通过具体实施例来详细说明本发明。
图1为本发明的装置及用于元素测定的流程示意图。载流纯水由微量注射泵引入后流经流动注射阀，与注射进样环中的待测元素溶液（Hg2+、As3+、Se4+等）一起进入气动雾化器，在气动雾化器中被载气雾化形成微液滴，其中待测元素离子在微滴化过程中实现蒸气发生并生成相应的气态挥发物，该气态挥发物随载气经气液分离器分离后最终进入检测器进行测定。
利用本发明所述的微液滴自发诱导的蒸气发生装置与冷原子荧光等联用可用于样品中Hg、As、Se等元素的测定，下面再结合具体的应用实例予以进一步说明。
实施例1：
如图1所示的装置和流程，选取玻璃同心气动雾化器，雾化器中心管内径0.1 mm，Ar载气压力40 psi，纯水流速100 µL min-1，流动注射进样环体积100 µL。1-10 µg L-1 Hg2+标准溶液经微液滴自发还原为挥发性的Hg0，经冷原子荧光检测后出峰图如图2a-d所示，说明本发明的方法能够用于Hg2+的蒸气发生。在1-10 µg L-1范围内Hg2+的峰面积信号值与其浓度还呈现出良好的线性关系（R2=0.9997），如图3所示，说明本发明的方法还可以用于Hg2+的定量分析。
实施例2：
如图1所示的装置和流程，选取玻璃同心气动雾化器，雾化器中心管内径0.2 mm，雾化气压力50 psi，纯水流速100 µL min-1，流动注射进样环体积100 µL。5 µg L-1的As3+在微液滴中氢自由基的作用下实现蒸气发生并发生原子化到As0，经冷原子荧光检测后出峰图如图4所示，说明微液滴自发蒸气发生过程也能够用于As3+的测定。
实施例3：
如图1所示的装置和流程，选取石英同心气动雾化器，雾化器中心管内径0.2 mm，雾化气压力50 psi，纯水流速100 µL min-1，流动注射进样环体积100 µL。5 µg L-1的Se4+在微液滴中氢自由基的作用下实现蒸气发生并发生原子化到Se0，经冷原子荧光检测后出峰图如图5所示，说明微液滴自发蒸气发生过程还能够用于Se4+的测定。
本领域的普通技术人员都会理解，在本发明的保护范围内，对于上述实施例进行修改，添加和替换都是有可能的，其都没有超出本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种微液滴自发诱导的元素蒸气发生方法，其特征在于包括以下步骤：（1）载流纯水由微量注射泵引入后流经流动注射阀，与注射阀进样环中的待测元素溶液一起进入气动雾化器；（2）所述载流纯水和待测元素溶液在气动雾化器中被载气雾化形成微液滴，其中待测元素离子在微滴化过程中实现蒸气发生并生成相应的气态挥发物；（3）所述气态挥发物随载气经气液分离器分离后进入检测器进行测定。
2.如权利要求1所述的微液滴自发诱导的元素蒸气发生方法，其特征在于所述微量注射泵流速为 10-500 µL min-1。
3.如权利要求1所述的微液滴自发诱导的元素蒸气发生方法，其特征在于所述微液滴尺寸为1-20 µm。
4.如权利要求1所述的微液滴自发诱导的元素蒸气发生方法，其特征在于所述气动雾化器的载气压力为10-120 psi。
5.如权利要求1所述的微液滴自发诱导的元素蒸气发生方法，其特征在于所述待测元素种类为Hg、As、Se、Te或Sb。
6.如权利要求1所述的微液滴自发诱导的元素蒸气发生方法，其特征在于所述待测元素溶液的离子浓度为 0.1-20 µg L-1。
7.如权利要求1所述的微液自发诱导的元素滴蒸气发生方法，其特征在于所述检测器为冷原子荧光仪或冷原子吸收仪。
8.一种微液滴自发诱导的元素蒸气发生装置，其特征在于包括微量注射泵、流动注射阀、气动雾化器和气液分离器，所述微量注射泵、流动注射阀、气动雾化器和气液分离器依次相连；所述微量注射泵用于以固定流速引入载流纯水，所述流动注射阀用于引入固定量体积的待测元素溶液，所述气动雾化器用于产生微液滴，并诱导待测元素在微滴化过程发生氧化还原实现蒸气发生生成相应的气态挥发物，所述气液分离器用于分离气态挥发物与大液滴，大液滴由废液口排出，气态挥发物最终进入检测器进行测定。
9.如权利要求8所述的微液滴自发诱导的元素蒸气发生装置，其特征在于所述气动雾化器中心管孔径为0.1-0.2 mm。
10.如权利要求8所述的微液滴自发诱导的元素蒸气发生装置，其特征在于所述气动雾化器材质为玻璃、石英或聚四氟乙烯；形状为同心型、直角型或burgener型。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115464149A (zh) * 2022-10-18 2022-12-13 厦门大学 一种金属纳米颗粒的制备方法
CN115636396A (zh) * 2022-10-18 2023-01-24 厦门大学 一种过氧化氢生成方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108828118A (zh) * 2018-03-05 2018-11-16 杭州师范大学钱江学院 一种纳流色谱分离和等离子体质谱检测的联用系统
CN109613105A (zh) * 2019-01-04 2019-04-12 东北大学 一种单细胞液滴/单液滴发生系统及其使用方法
CN209264572U (zh) * 2018-12-07 2019-08-16 四川净澜检测有限公司 火焰原子化器用雾化器

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108828118A (zh) * 2018-03-05 2018-11-16 杭州师范大学钱江学院 一种纳流色谱分离和等离子体质谱检测的联用系统
CN209264572U (zh) * 2018-12-07 2019-08-16 四川净澜检测有限公司 火焰原子化器用雾化器
CN109613105A (zh) * 2019-01-04 2019-04-12 东北大学 一种单细胞液滴/单液滴发生系统及其使用方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
JAE KYOO LEE ET AL.: "Spontaneous generation of hydrogen peroxide from aqueous microdroplets", 《PNAS》 *
ZHENLI ZHU ET AL.: "Dielectric Barrier Discharge for High Efficiency Plasma-Chemical Vapor Generation of Cadmium", 《ANALYTICAL CHEMISTRY》 *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115464149A (zh) * 2022-10-18 2022-12-13 厦门大学 一种金属纳米颗粒的制备方法
CN115636396A (zh) * 2022-10-18 2023-01-24 厦门大学 一种过氧化氢生成方法

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