CN111795862A - 一种带有自动萃取功能的水中二噁英采样装置与方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种带有自动萃取功能的水中二噁英采样装置与方法，该装置包括两孔甲苯容量瓶、颗粒相吸附装置、PUF装置和蠕动泵，两孔甲苯容量瓶通过第一硅胶管与三通的连接套连接，连接套通过带刻度硅胶管与滤网连接并通过第二硅胶管与颗粒相吸附装置连接，颗粒相吸附装置通过第三硅胶管与PUF装置连接，PUF装置通过第四硅胶管与蠕动泵连接，在两孔甲苯容量瓶中装有甲苯溶液，在颗粒相吸附装置中设有玻璃纤维滤膜，在PUF装置中设有聚氨酯泡沫。该装置的结构简单，拆装使用方便，不仅减少了采集过程中时间、人力和经济成本，还提高了水体中二噁英的采集效率和采样精度，对精确检测水体中二噁英含量有更高的质量保证。

Description

一种带有自动萃取功能的水中二噁英采样装置与方法

技术领域

本发明属于水质污染物检测领域，具体地涉及一种带有自动萃取功能的水中二噁英采样装置与方法。

背景技术

二噁英有210种化合物，这些化合物中，有17种2、3、7、8位碳原子全被氯原子取代的二噁英同系物被认为对人类健康有较大的危害，而2,3,7,8-TCDD是最毒的二噁英，被称为“世纪之毒”。自然界中的微生物和水解作用对二噁英的分子结构物影响较小，因此环境中的二噁英很难自然降解消除，残留的二噁英会对生态系统产生极大的破坏，被人体摄入以后，会破坏人体组织和免疫系统。

二噁英的来源有很多，包括化工冶金业、垃圾焚烧、造纸业以及生产杀虫剂等产业。企业生产中产生的二噁英会分别以气体的形式排放到大气中、以渗滤液的形式进入土壤、以污水的形式直接排入河流，再经大气循环系统在水、气、固三相之间循环，而水是人类不可或缺的物质，水体成为人体积累二噁英的主要媒介。相关文件表明，对大气和土壤中二噁英的检测重视程度远远高于水中二噁英的检测，在水样采集和前处理方面的技术规范又存在过程繁琐和效率低下的问题。

目前实验室对水体中二噁英的采集处理方法为首先在采集地点采集大容量的水体，运送到实验室进行样品制备，样品制备中的滤液萃取主要是液液萃取和固相萃取，固相萃取相比较液液萃取，操作更加繁琐，效率低下，但液液萃取也存在着如下缺陷：

（1）耗时费力：采集水样普遍需要25L，每次利用1L容器只能对300-500mL的水样进行震荡处理，而为了使液液萃取的提取效果更好，通常需要将1升的分液漏斗手摇震荡三次，每次时间不得少于30分钟，如果算上采集水样和运送水样的时间，整个过程投入的时间和精力太大；

（2）成本高昂：通常将浓度为农残级的甲苯或二氯甲烷作为萃取溶液，并且以1L:100mL的比例萃取，甲苯萃取3次，二氯甲烷萃取10次，萃取溶液的使用体积较大，检测成本较高；

（3）萃取效果不理想：整个萃取过程对操作人员的实验技术水平有一定的要求，并非由仪器按照既定的参数纯机械化地进行，且需要多次清洗容器表面富集的二噁英，繁琐的操作步骤容易使一部分的二噁英残留在瓶壁上，影响检测精度。

因此，研发设计一种更加适于实验室使用的在线分离水体中二噁英的装置和方法，对准确分析水体中二噁英的含量和开展环境介质中二噁英运移过程具有重要意义。

发明内容

本发明的目的是为了简化现有技术中二噁英水体的采集、运送和萃取的繁琐操作，提供了一种带有自动萃取功能的水中二噁英采样装置与方法，操作简单，运送保存方便，提高了水体中二噁英的采集效率和采样精度，避免了液液萃取时瓶壁上二噁英的残留影响最终检测精度的问题，对精确检测水体中二噁英的含量有更高的质量保证。

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：

一种带有自动萃取功能的水中二噁英采样装置，包括两孔甲苯容量瓶、颗粒相吸附装置、PUF装置和蠕动泵，两孔甲苯容量瓶通过第一硅胶管与三通的连接套连接，连接套通过带刻度硅胶管与滤网连接并通过第二硅胶管与颗粒相吸附装置连接，颗粒相吸附装置通过第三硅胶管与PUF装置连接，PUF装置通过第四硅胶管与蠕动泵连接，在两孔甲苯容量瓶中装有甲苯溶液，在颗粒相吸附装置中设有玻璃纤维滤膜，在PUF装置中设有聚氨酯泡沫。

进一步地，在颗粒相吸附装置中间隔设有三个玻璃纤维滤膜，在PUF装置中设有三个聚氨酯泡沫。

进一步地，在连接套与带刻度硅胶管连接的通道上设有控制阀门。

如上所述的一种带有自动萃取功能的水中二噁英采样装置的采样方法的具体步骤如下：

（1）设定蠕动泵参数，控制水体的流速和采样水体的体积；

（2）将带刻度硅胶管伸至要求的水样采集深度位置进行采样；

（3）打开控制阀门，闭合两孔甲苯容量瓶上的外接通孔，打开蠕动泵，采集点的水体首先通过滤网滤掉大体积的杂物；

（4）初级过滤后的水体在蠕动泵的作用下依次通过颗粒相吸附装置和PUF装置，颗粒相吸附装置中的玻璃纤维滤膜吸附水体中带有二噁英的颗粒相，PUF装置中的聚氨酯泡沫用于收集水体中溶解相的二噁英；

（5）达到采集水体的设置体积后，蠕动泵停止工作，关闭控制阀门，打开两孔甲苯容量瓶上连接外界的孔，重新设定蠕动泵参数，控制甲苯溶液的流速和采样体积，在装置末端利用棕色瓶收集甲苯，打开蠕动泵，甲苯容液依次通过颗粒相吸附装置和PUF装置进行二噁英的冲洗，达到预设体积后，蠕动泵停止工作；

（6）水样采集结束后，封装装有甲苯溶液的棕色瓶，即为最终的采集样本，贴上水样标签。

有益效果是：

1. 简单方便：本发明公开的采集装置的结构简单，系统的各个模块便于连接和拆卸，轻便的结构方便直接在采样水体附件进行现场拼装和采集，且可在采集水样的同时自动萃取、分离富集水中的二噁英，采集后的小量水体方便携带运送，节省大量的人力、时间和成本，且提高了萃取的效率，减少了人为因素的干扰，对准确分析水中二噁英含量有重要的意义；

2. 功能多样：本发明不仅可以实现水中二噁英的自动萃取、富集分离，而且可以适应采集水体深度不同的要求；

3. 气密性好：本发明的系统之间通过硅胶管连接，硅胶管之间通过连接套连接，保证了采样系统的气密性，气密性是保证采集水质的体积和流速的前提；

4. 不易堵塞：将蠕动泵放在装置末端的位置，不仅可起到控制水体和甲苯的体积和流速的作用，较大的末端吸力还可防止因颗粒物的积累导致玻璃纤维滤膜堵塞的问题发生，而且所选的吸附材料具有吸附能力较强，透水性较好的特点，可以达到连续采样的目的。

附图说明

图1是一种带有自动萃取功能的水中二噁英采样装置的结构示意图；

其中，1-两孔甲苯容量瓶，2-颗粒相吸附装置，3-PUF装置，4-蠕动泵，5-第一硅胶管，6-连接套，7-带刻度硅胶管，8-滤网，9-第二硅胶管，10-第三硅胶管，11-第四硅胶管，12-玻璃纤维滤膜，13-聚氨酯泡沫。

具体实施方式

为了使本领域的普通技术人员能更好的理解本发明的技术方案，下面结合附图1和实施例对本发明的技术方案做进一步的描述。

需要说明的是本发明所提供的实施例仅是为了对本发明的技术特征进行有效的说明，所述的左侧、右侧、上端、下端等定位词仅是为了对本发明实施例进行更好的描述，不能看作是对本发明技术方案的限制。

为了简化现有的水体中二噁英检测方法的流程，提高检测效率和检测精度，降低检测的时间、人力和经济成本，本实施方式中公开一种带有自动萃取功能的水中二噁英采样装置，包括两孔甲苯容量瓶1、颗粒相吸附装置2、PUF装置3和蠕动泵4，两孔甲苯容量瓶1通过第一硅胶管5与三通的连接套6连接，连接套6通过带刻度硅胶管7与滤网8连接、通过第二硅胶管9与颗粒相吸附装置2连接，颗粒相吸附装置2通过第三硅胶管10与PUF装置3连接，PUF装置3通过第四硅胶管11与蠕动泵4连接，在两孔甲苯容量瓶1中装有甲苯溶液，在颗粒相吸附装置2中间隔设有三个玻璃纤维滤膜12，在PUF装置3中设有三个聚氨酯泡沫13，在连接套6与带刻度硅胶管7连接的通道上设有控制阀门。

利用上述采样装置进行水体中二噁英采集的具体方法为：

（1）设定蠕动泵4参数，控制水体的流速和采样水体的体积；

预先设定蠕动泵4的流速和体积一方面可以精确控制水体采集的体积、另一方面也是为了后续吸附装置能充分吸收水体中的二噁英。

（2）将带刻度硅胶管7伸至要求的水样采集深度位置进行采样；

带刻度硅胶管7接在滤网8之后，根据受检水体的要求，满足水样的采集深度；

使用带刻度硅胶管7是考虑到在水样采集过程中会对水样的采集深度有要求，如果硅胶管上带有刻度就可以准确地控制采集水体的深度，对该水体的检测更符合和满足检测的要求。

（3）打开控制阀门，闭合两孔甲苯容量瓶1上的外接通孔，打开蠕动泵4，采集点的水体首先通过滤网8滤掉大体积的杂物；

水体经过滤网8的目的是为了将水面的漂浮物，体积较大的杂物分离开来，提高水体采集精度，以防堵塞后面的装置。

使用连接套6连通第二硅胶管9与带刻度硅胶管7，可以保证整个装置的气密性。

甲苯溶液的流通是为了将玻璃纤维滤膜12和聚氨酯泡沫13中的二噁英萃取出来；两孔甲苯容量瓶1一方面可以盛装甲苯溶液，另一方面可通过开关瓶盖的两孔，利用压强来控制甲苯溶液进入颗粒相吸附装置2，实现自动萃取。

（4）初级过滤后的水体在蠕动泵4的作用下依次通过颗粒相吸附装置2和PUF装置3，颗粒相吸附装置2中的玻璃纤维滤膜12吸附水体中带有二噁英的颗粒相，PUF装置3的聚氨酯泡沫13用于收集水体中溶解相的二噁英；

水体中的二噁英主要以悬浮颗粒相和溶解相存在，玻璃纤维滤膜12是固相和悬浮颗粒相二噁英的吸附材料，可对悬浮颗粒相的二噁英有较好的吸附效果，而聚氨酯泡沫又对溶解相的二噁英有较好的吸附作用，经过两道吸附后最终将分离后的水体通过蠕动泵4排入环境中。在吸附材料中，树脂的吸附能力也是非常不错的，本实施方式中没有采用树脂的原因是防止树脂会对装置造成堵塞，而且对后面的萃取，前处理过程造成影响，造成二噁英流失。

（5）达到采集水体的设置体积后，蠕动泵4停止工作，关闭控制阀门，打开两孔甲苯容量瓶1上连接外界的孔，重新设定蠕动泵4参数，控制甲苯溶液的流速和采样体积，在装置末端利用棕色瓶收集甲苯，打开蠕动泵4，甲苯容液依次通过颗粒相吸附装置2和PUF装置3进行二噁英的冲洗，达到预设体积后，蠕动泵4停止工作；

（6）水样采集结束后，封装装有甲苯溶液的棕色瓶，即为最终的采集样本，贴上水样标签。

现有技术中，水体中二噁英采集装置上的蠕动泵的安装位置通常为靠近采集水体的位置（即装置前端），本实施方式中考虑到吸附材料透空率都比较小，为防止在采集过程发生堵塞造成采样不连续，所以将蠕动泵4放置在最后，将蠕动泵4安装在PUF装置3之后，一来可以控制采集水体的流速和体积、二来也可和两孔甲苯容量瓶1一起配合用于控制甲苯溶液的体积和流速。

实施例

采样前准备：将滤网8，带刻度的硅胶管7，第一硅胶管5、第二硅胶管9、颗粒相吸附装置2，第三硅胶管10、PUF装置3和第四硅胶管11依次放入装有甲苯、乙醇、去离子水、甲苯的大烧杯中，在超声仪中各清洗30分钟。超声结束放入通风橱，干燥之后用锡箔纸包裹起来以备用。玻璃纤维滤膜12和聚氨酯泡沫13放入装有甲苯的大烧杯超声8个小时，超声结束放置在通风橱，干燥之后使用锡箔纸包裹以备用。

采样时根据检测水体的深度要求控制带刻度硅胶管7伸入水体的长度，将玻璃纤维滤膜12放置在颗粒相吸附装置2中，聚氨酯泡沫13放置在PUF装置3中，同时在玻璃纤维滤膜12和聚氨酯泡沫13中加入采样内标，将甲苯容量瓶换上两孔瓶盖，按照附图1进行各部件间的连接，设置蠕动泵4的流速，采水体积。

装置连接好以后，检查装置的气密性，在确定装置不存在气密性的问题后，关闭两孔甲苯容量瓶1上连接外界的孔，然后打开蠕动泵4，水体经过滤网8，带刻度硅胶管7、第二硅胶管9后匀速通过玻璃纤维滤膜12和聚氨酯泡沫13，当达到采集水体的设置体积之后蠕动泵4停止工作。

关闭控制阀门，打开两孔甲苯容量瓶1上连接外界的孔，重新设定参数后再次打开蠕动泵4，甲苯溶液经过玻璃纤维滤膜12和聚氨酯泡沫13以收集二噁英，在达到甲苯溶液的体积后，蠕动泵4停止工作，与此同时使用棕色瓶收集甲苯。

采样结束以后，拆卸各个部位，将玻璃纤维滤膜12和聚氨酯泡沫13分别放置在塑封袋并分别编号，将收集的甲苯溶液一起封装保存，然后将装置的各个部位用清水冲洗干净，擦干装箱。

根据美国的EPA1613，样品的采样内标的平均回收率满足规定的70%-130%。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征及优点。但是以上所述仅为本发明的具体实施例，本发明的技术特征并不局限于此，任何本领域的技术人员在不脱离本发明的技术方案下得出的其他实施方式均应涵盖在本发明的专利范围之中。

Claims (4)

1.一种带有自动萃取功能的水中二噁英采样装置，其特征在于，包括两孔甲苯容量瓶、颗粒相吸附装置、PUF装置和蠕动泵，两孔甲苯容量瓶通过第一硅胶管与三通的连接套连接，连接套通过带刻度硅胶管与滤网连接并通过第二硅胶管与颗粒相吸附装置连接，颗粒相吸附装置通过第三硅胶管与PUF装置连接，PUF装置通过第四硅胶管与蠕动泵连接，在两孔甲苯容量瓶中装有甲苯溶液，在颗粒相吸附装置中设有玻璃纤维滤膜，在PUF装置中设有聚氨酯泡沫。

2.如权利要求1所述的一种带有自动萃取功能的水中二噁英采样装置，其特征在于，在颗粒相吸附装置中间隔设有三个玻璃纤维滤膜，在PUF装置中设有三个聚氨酯泡沫。

3.如权利要求2所述的一种带有自动萃取功能的水中二噁英采样装置，其特征在于，在连接套与带刻度硅胶管连接的通道上设有控制阀门。

4.如权利要求1-3中任一项所述的一种带有自动萃取功能的水中二噁英采样装置的采样方法，其特征在于，具体包括如下步骤：

（1）设定蠕动泵参数，控制水体的流速和采样水体的体积；

（2）将带刻度硅胶管伸至要求的水样采集深度位置进行采样；

（3）打开控制阀门，闭合两孔甲苯容量瓶上的外接通孔，打开蠕动泵，采集点的水体首先通过滤网滤掉大体积的杂物；

（4）初级过滤后的水体在蠕动泵的作用下依次通过颗粒相吸附装置和PUF装置，颗粒相吸附装置中的玻璃纤维滤膜吸附水体中带有二噁英的颗粒相，PUF装置中的聚氨酯泡沫用于收集水体中溶解相的二噁英；

（5）达到采集水体的设置体积后，蠕动泵停止工作，关闭控制阀门，打开两孔甲苯容量瓶上连接外界的孔，重新设定蠕动泵参数，控制甲苯溶液的流速和采样体积，在装置末端利用棕色瓶收集甲苯，打开蠕动泵，甲苯容液依次通过颗粒相吸附装置和PUF装置进行二噁英的冲洗，达到预设体积后，蠕动泵停止工作；

（6）水样采集结束后，封装装有甲苯溶液的棕色瓶，即为最终的采集样本，贴上水样标签。

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