CN112997076A - 铅（0）的消化和铅（ii）的后续比色检测 - Google Patents

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Abstract

实施例提供了一种测量含水样品中铅(0)的浓度的方法，包括：向反应容器引入含水样品；向反应容器中的含水样品添加醋酸铜(II)材料；通过向反应容器中的含水样品引入有机硫化合物来螯合未反应的铜(II)材料；向反应容器中的含水样品添加比色指示剂；以及通过测量由含水样品内的铅(II)与比色指示剂反应而引起的含水样品的比色变化，来测量含水样品中的铅(II)的浓度。描述并要求保护其他方面。

Description

铅(0)的消化和铅(II)的后续比色检测
技术领域
本申请总体上涉及水质测试，并且更具体地，涉及含水样品中的铅(0)的消化和测量。
背景技术
铅的测量对于确保水质很重要。铅是一种有毒金属，即使在很低的水平下也可能对人类和动物有害。持续不断的铅暴露可能会导致动物体内铅含量的累积，从而随着时间而对动物造成物理伤害。胎儿、婴儿和幼儿受铅的身体损害和行为损害的影响最大，这是由于即使极低剂量的铅也会累积在年纪较小者的身体中。铅暴露可能会导致永久性的身心发育异常。铅可能会损害中枢神经系统和周围神经系统。可能会出现认知、行为和身体上的缺陷，例如，学习障碍、发育不良、听力损伤、血液病、恍惚、昏迷、肾功能丧失和脑损伤。正确检测和减轻铅含量对于水处理、天然水体、食品制造、医药品和制造过程至关重要。
发明内容
总而言之，一个实施例提供了一种用于测量含水样品中的铅(0)的浓度的方法，包括：向反应容器引入含水样品；向反应容器中的含水样品添加醋酸铜(II)材料；通过向反应容器中的含水样品引入有机硫化合物来螯合未反应的铜(II)材料；向反应容器中的含水样品添加比色指示剂；以及通过测量由含水样品内的铅(II)与比色指示剂反应而引起的含水样品的比色变化，来测量含水样品中的铅(II)的浓度。
另一个实施例提供了一种用于测量含水样品中的铅(0)的浓度的设备，包括：处理器；存储器设备，存储指令，所述指令能够由所述处理器执行以：向反应容器引入含水样品；向所述反应容器中的所述含水样品添加醋酸铜(II)材料；通过向反应容器中的含水样品引入有机硫化合物来螯合未反应的铜(II)材料；向所述反应容器中的所述含水样品添加比色指示剂；以及通过测量由含水样品内的铅(II)与比色指示剂反应而引起的含水样品的比色变化，来测量含水样品中的铅(II)的浓度。
再一实施例提供了一种用于消化含水溶液中的铅(0)的方法，包括：向反应容器引入含水样品；向反应容器中的含水样品添加醋酸铜(II)材料；通过向反应容器中的含水样品引入硫脲来螯合未反应的铜(II)材料；向所述反应容器中的所述含水样品添加包括二甲苯酚橙四钠盐的比色指示剂；以及通过测量由含水样品内的铅(II)与比色指示剂反应而引起的含水样品的比色变化，来测量含水样品中的铅(II)的浓度。
前述内容是概述，并因此可以包含细节的简化、概括和省略；因此，本领域技术人员将理解的是，该概述仅是示例性的，而绝非旨在进行任何限制。
为了更好地理解实施例及其其他和另外的特征和优点，结合附图来参考以下描述。本发明的范围将在所附权利要求中指出。
附图说明
图1示出了计算机电路的示例。
图2示出了示例铅消化和测量系统的流程图。
图3示出了铅(0)消化和随后的铅(II)检测的示例的化学方程式。
具体实施方式
将容易理解的是，除了所描述的示例实施例之外，如本文的附图中总体上描述和示出的，实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，如附图中所示，对示例实施例的以下更详细的描述并非旨在限制所要求保护的实施例的范围，而只是示例实施例的代表。
贯穿本说明书，对“一个实施例”或“实施例”(或者，类似物)的引用意味着结合该实施例所描述的特定的特征、结构或特性被包括在至少一个实施例中。因此，贯穿本说明书在各处出现的短语“在一个实施例中”或“在实施例中”等不一定都指代同一实施例。
此外，在一个或多个实施例中，可以以任何合适的方式组合所描述的特征、结构或特性。在以下描述中，提供了许多具体细节以给出对实施例的透彻理解。然而，相关领域的技术人员将认识到，可以在没有一个或多个具体细节的情况下，或者在具有其他的方法、组件、材料等的情况下，实践各种实施例。在其他实例中，未详细示出或描述公知的结构、材料或操作。以下描述仅旨在通过示例的方式，并且仅说明了某些示例实施例。
铅暴露仍然是世界范围内的环境与健康问题。幼儿、婴儿和胎儿最易受铅的攻击。人口中的最年轻成员最易受到伤害，这是因为与成年人相比，较低的暴露水平可能会造成身体和行为上的影响。儿童暴露于铅已经与中枢神经系统和周围神经系统损害、学习障碍、身材矮小、听力受损、智商低下、活动过度和血细胞的形成和功能受损有关。铅可能会随时间在体内积累，并且可能存储在包括骨骼在内的组织中。在怀孕期间，铅可能会转移到胎儿，这是由于铅可以穿过胎盘屏障。这可能会导致胎儿生长的减缓以及早产。美国环境保护署和其他国家/地区的相关部门已设定了可接受的铅暴露水平。然而，为了获知暴露是否在可接受的范围内，必须测量存在于物质中的铅的量。一种铅摄入的常见方法是通过饮用水。然而，其他来源(诸如，油漆、灰尘、土壤和食物)也可能包含铅。
铅可能通过多种来源存在于水中。例如，铅可以自然产生或由工业垃圾等引入。另一主要因素可能是服务管线基础设施，诸如铅管。高酸度或低矿物质含量的水可以以更快的速率腐蚀铅管。而且，置于铅容器或导管中的水也可能包含铅。可能影响来自供应基础设施的铅量的因素包括水的化学性质、矿物质水平、管道的铅含量、管道的磨损、铅管中的水的时间等。无论铅的来源如何，铅的正确测量和检测对于社区、市政当局、设施等都是至关重要的。
然而，测量铅的传统方法可能具有一些局限性。使用氨柠檬酸盐氰化物还原溶液可以分析饮用水中的铅。随后可以在氯仿中利用双硫腙进行萃取。然后，可以对最终溶液进行光度分析。然而，该方法可能对于检测水中的低铅含量并不可靠。附加地，使用测量铅所必需的溶剂和氰化物可能会带来处置问题。因此，该方法不是很有用，除了在实验室环境中，在实验室环境中，可以将试剂量保持在最低水平，并且可以捕获测试试剂以进适当处置。
另一种铅检测方法可以使用特殊的离子交换树脂。该方法可能需要仔细控制流速，以使流体溶液通过材料，以便将金属保留在树脂上。这样的材料可以具有很小的粒度。另外，流速可能非常慢，使分析非常耗时。而且，所需的洗脱步骤可能涉及使用强酸或特定流速来分离金属。因此，离子交换树脂可能具有一些限制。
因此，本文中所描述的系统和方法提供了一种用于测量含水样品中的铅的浓度的技术。具体地，本文中所描述的系统和方法可以将铅(0)消化成铅(II)。可以使用醋酸铜(II)来消化铅(0)。在实施例中，可以通过比色法来测量铅。可以使用指示剂来进行比色测量。该指示剂可以对铅(II)敏感。本文中所描述的系统和方法可以使用比色技术来测量铅(II)的浓度。可以通过能够测量吸光率的自动机器或通过视觉手段来执行比色测量。因此，所描述的技术提供了一种不需要难以处置的有害材料的测量铅的方法，并且还提供了一种可以在典型的测量系统中进行测量的方法。
通过参考附图将最好地理解所说明的示例实施例。以下描述仅旨在通过示例的方式，并且仅说明某些示例实施例。
虽然关于根据本文中所描述的各种实施例中的任一实施例的用于铅测量的仪器，各种其他的电路、电路系统或组件可以用在信息处理设备中，但是在图1中示出了示例。例如，图1中所描述的设备电路可以用于将测量传送到另一设备，或者可以用作用于接收测量的设备。设备电路100可以包括在例如特定计算平台(例如，移动计算、桌面计算等)中找到的芯片设计上的测量系统。将软件与处理器组合在单个芯片101中。如在本领域公知的，处理器包括内部算术单元、寄存器、高速缓冲存储器、总线、I/O端口等。内部总线等取决于不同的供应商，但是基本上所有外围设备(102)都可以附接到单个芯片101。电路100将处理器、存储器控制和I/O控制器集线器全部组合到单个芯片101中。而且，该类型的系统100通常不使用SATA或PCI或LPC。例如，常见的接口包括SDIO和I2C。
存在电源管理芯片103(例如，电池管理单元BMU)，该电源管理芯片管理例如经由可再充电电池104供应的电力，该可再充电电池可以通过与电源(未示出)的连接来再充电。在至少一种设计中，单个芯片(诸如，101)用于提供类似BIOS的功能和DRAM存储器。
系统100通常包括用于连接到各种网络的WWAN收发器105和WLAN收发器106中的一个或多个收发器，诸如电信网络和无线因特网设备，例如接入点。另外，通常包括设备102，例如，发送和接收天线、振荡器、RF放大器、PLL等。系统100包括用于数据输入和显示/渲染的输入/输出设备107(例如，位于远离单束系统的计算位置，该计算位置容易被用户访问)。系统100通常还包括各种存储器设备，例如闪存108和SDRAM 109。
根据前述内容可以理解的是，一个或多个系统或设备的电子组件可以包括但不限于：至少一个处理单元、存储器、以及将包括存储器在内的各种组件耦接到处理单元的通信总线或通信手段。系统或设备可以包括或具有对各种设备可读介质的访问权限。系统存储器可以包括易失性和/或非易失性存储器形式的设备可读存储介质，诸如只读存储器(ROM)和/或随机存取存储器(RAM)。通过示例的方式而非限制，系统存储器还可以包括操作系统、应用程序、其他程序模块和程序数据。所公开的系统可以在用于执行含水样品的铅测量的实施例中使用。
现在参考图2，实施例可以将样品中的铅(0)消化为铅(II)形式，从而允许测量样品中的铅。可以使用比色指示剂来测量铅(II)。可以使用醋酸铜(II)材料来促进将铅(0)消化为铅(II)。在实施例中，可以螯合未反应的铜(II)。可以使用有机硫化合物来执行螯合。在实施例中，可以使用比色指示剂来测量铅(II)。可以使用实验室装置或视觉方法来执行比色测量。
在201，在实施例中，可以向容器中引入样品。样品可能含有铅。铅可以是固体或含水形式。例如，铅可以是实心线、颗粒、悬浮液等。附加地或备选地，铅可以在含水样品中呈液体形式或细碎粒状的悬浮形式。在实施例中，可以向反应容器添加铅样品。铅样品的引入可以是自动的或手动的。例如，可以以任何方式向容器中泵送、等分、吸移或引入用于测试的样品。用于测试的铅可以来自任何数量的来源，例如，铅可以来自城市用水、工业废水、天然水道、制造过程等。方法和系统可以具有多于一个的反应容器。例如，可以向第一容器中引入铅样品，并且实施例的后续步骤可以在另外的一个或多个容器中发生。
含水样品可以包括来自天然水体、容纳槽、处理槽、管道等的样品。含铅的样品可以处于连续流动、液体体积静置、或者其任意组合。在一个实施例中，可以向容器引入含铅样品，例如，测量设备的测试腔室。向测量设备中引入含铅样品可以包括由用户手动地或使用机械手段(例如，重力流、泵、压力、流体流动等)来向测试腔室中放置或引入含铅样品。例如，可以使用泵来向测量腔室或测试腔室引入用于铅测试的水样品。在实施例中，阀门等可以控制含水溶液流入或流出一个或多个腔室(如果存在)。附加地或备选地，测量设备可以存在于或引入到一定体积的含铅样品内(中)。然后，将测量设备暴露于可以执行测量的一定体积的含水样品。系统可以是流通系统，其中，含铅样品和/或试剂被自动混合和测量。一旦样品与测量系统接触，系统就可以使用比色技术来测量样品中的铅。在实施例中，测量设备可以包括一个或多个腔室，在该一个或多个腔室中，可以执行一个或多个方法步骤。
在202，在实施例中，铅可以被氧化。具体地，铅(0)样品可以被氧化为铅(II)。可以使用手动或自动地向反应容器中引入的醋酸铜(II)材料来促进铅氧化，例如，使用关于向反应容器中引入含水样品的上述方法之一。铜材料可以是铜(II)阳离子。在实施例中，铅可以置换醋酸铜(II)中的铜(II)，以在溶液中生成铅(II)。如本文中更详细描述的，可以比色测量铅(II)。在图3中说明Lead(0)消化的示例实施例。在实施例中，可以监测和控制消化的pH，以促进铅(0)消化。
在203，在实施例中，系统可以从溶液中螯合未反应的铜(II)材料，以防止与比色指示剂的干扰。因此，在实施例中，可以添加铜(II)清除剂，以螯合任何未反应的铜(II)材料。在实施例中，可以通过例如硫脲的有机硫化合物来执行螯合。例如，可以使用硫脲来螯合未反应的铜(II)。可以向容器自动或手动地添加诸如有机硫化合物的螯合剂。可以在与该方法中的其他步骤相同的容器中执行，或者在不同的容器中执行螯合步骤。例如，为了正确控制pH和/或从液体中分离出固体，可以在不同的容器或相同的容器中执行步骤。管道、阀门、筛网、过滤器等的系统可以促进铅(0)的消化和铅(II)的测量。
在204，在实施例中，方法和系统可以使用比色指示剂。比色指示剂可以对铅(II)敏感，因此可以与溶液中的铅(II)反应，以在溶液中产生比色变化。比色指示剂可以是水溶性的。比色指示剂可以是二甲酚橙四钠盐。指示剂可以给出铅(II)浓度的视觉指示，该视觉指示可以经由使用实验室装置进行的吸光率测量来确定。例如可以使用分光光度计来光度确定从指示剂与样品中的铅(II)得到的颜色或吸光率。
可以以多种方式确定铅(II)的浓度。例如，已知浓度的铅(II)与指示剂的比较可以用于创建已知铅(II)浓度的校准曲线。作为另一示例，可以使用一组已知浓度的铅(II)样品来确定包含铅(II)的样品的吸光率，以生成校准曲线。
在205，系统可以确定在溶液内是否出现了比色变化。具体地，由于溶液中的铅(II)浓度的存在，在溶液中可能会出现比色变化。例如，低浓度的铅(II)可能会产生黄色溶液，而更高浓度的铅(II)可能会产生粉色溶液。颜色是说明性的，并且可以基于所使用的指示剂而有所不同。预期和公开了其他指示剂和颜色。附加地或备选地，方法和系统可以使用吸光率测量设备来测量铅(II)指示剂络合物的吸光率。例如，在样品中，随着铅(II)的浓度增加，增量(delta)吸光率可以增加。可以利用标准实验室设备(诸如，分光光度计)执行比色测量。
还可以基于在已知条件下的预测吸光率来进行该确定。预测可以基于变量，诸如温度、pH、浊度、螯合、清除等。例如，可以利用校准曲线对系统进行编程。与预测曲线的偏差可能会使结果的可靠性降低，并且导致系统停止测量或发送警报。作为另一示例，系统可以接收指示测量铅(II)浓度的许多测量周期超出容许极限的信息。例如，这样的测量可以指示该过程中的步骤可能是次优的。这样的步骤可以包括铅消化、螯合、清除、指示剂浓度、pH、温度等。在207，在实施例中，如果无法确定铅(II)的浓度，则系统可以继续测量铅(II)，获得另一样品，尝试将铅(0)消化为铅(II)，添加铜螯合剂等。附加地或备选地，系统可以输出警报、记录事件等。
在206，在实施例中，如果确定、检测或识别了比色变化，则系统可以提供铅(II)浓度的测量。然后，可以将该测量与含水样品内的铅的浓度相关，从而提供含水样品内的铅的测量。测量系统可以例如使用无线通信连接、有线通信连接、通过另一设备等连接到通信网络。通过该通信网络，系统可以警告用户或网络。无论是否确定了铅(II)测量，该警告都可能出现。警告可以是音频、视频、数据、将数据存储到存储器设备、通过连接或无线系统发送输出、打印输出等的形式。该系统可以记录信息，诸如测量值、测量位置、校正措施、地理位置、时间、日期、测量周期数等。警告或日志可以是自动的，这意味着系统可以自动输出是否需要校正。系统还可以具有相关联的警报、限制或预定阈值。例如，如果铅(II)浓度达到阈值。警报或日志可以实时分析，存储以供以后使用，或者其任意组合。
如本领域技术人员将理解的，各个方面可以被具体实施为系统、方法或设备程序产品。因此，各方面可以采取完全硬件实施例或包括软件的实施例的形式，该软件在本文中通常都可以被称为“电路”、“模块”或“系统”。此外，各个方面可以采取在一个或多个设备可读介质中体现的设备程序产品的形式，该一个或多个设备可读介质具有与其一起体现的设备可读程序代码。
应注意的是，可以使用存储在诸如非信号存储设备的设备可读存储介质上的指令来实现本文中所描述的各种功能，其中，指令由处理器执行。在本文的上下文中，存储设备不是信号，并且“非暂时性”包括除信号介质以外的所有介质。
可以以一种或多种编程语言的任意组合编写用于执行操作的程序代码。程序代码可以完全在单个设备上执行，部分在单个设备上执行，作为独立软件包执行，部分在单个设备上执行，以及部分在另一设备上执行，或者完全在该另一设备上执行。在一些情况下，设备可以通过任何类型的连接或网络(包括局域网(LAN)或广域网(WAN))连接，或者可以通过其他设备(例如，通过使用因特网服务提供商的因特网)，通过无线连接(例如，近场通信)或通过硬线连接(例如，通过USB连接)进行连接。
在本文中参考附图来描述示例实施例，这些附图示出了根据各种示例实施例的示例方法、设备和产品。将理解的是，可以至少部分地通过程序指令来实现动作和功能。可以将这些程序指令提供给设备的处理器，例如，诸如图1中所示的手持式测量设备，或者其他可编程数据处理设备以生产机器，使得经由设备的处理器执行的指令实现所指定的功能/动作。
注意，本文中所提供的值应当被解释为包括如通过使用术语“约”所指示的等效值。该等效值对于本领域普通技术人员将是显而易见的，但是至少包括通过对最后一位有效数进行普通舍入而获得的值。
已经出于说明和描述的目的呈现了本公开，但是并不旨在是穷举的或限制性的。对于本领域普通技术人员而言，许多修改和变化将是显而易见的。选择和描述示例实施例以便解释原理和实际应用，并且使本领域其他普通技术人员能够理解具有各种修改的各种实施例的公开内容，这些修改适合于预期的特定用途。
因此，尽管已参考附图描述了说明性示例实施例，但是应当理解的是，该描述不是限制性的，并且在不脱离本公开的范围或精神的情况下，本领域技术人员可以在其中进行各种其他的更改和修改。

Claims (20)

1.一种用于测量含水样品中的铅(0)的浓度的方法，包括：
向反应容器引入含水样品；
向反应容器中的含水样品添加醋酸铜(II)材料；
通过向所述反应容器中的所述含水样品引入有机硫化合物来螯合未反应的铜(II)材料；
向所述反应容器中的所述含水样品添加比色指示剂；以及
通过测量由所述含水样品内的铅(II)与所述比色指示剂反应而引起的所述含水样品的比色变化，来测量所述含水样品中的铅(II)的浓度。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述含水样品被维持在预定pH值。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述含水样品内的铅与所述醋酸铜(II)材料反应以生成铅(II)。
4.根据权利要求3所述的方法，其中，测量铅的浓度包括测量所生成的铅(II)。
5.根据权利要求3所述的方法，其中，所述测量包括：基于铅(II)浓度测量波长处的吸光率。
6.根据权利要求5所述的方法，其中，所述测量还包括基于所述铅(II)浓度来计算吸光率的变化。
7.根据权利要求1所述的方法，其中，所述醋酸铜(II)材料是铜阳离子。
8.根据权利要求1所述的方法，其中，所述有机硫化合物是硫脲。
9.根据权利要求1所述的方法，其中，所述指示剂是二甲酚橙四钠盐。
10.根据权利要求1所述的方法，其中，所述指示剂是水溶性物质。
11.一种用于测量含水样品中的铅(0)的浓度的设备，包括：
处理器；
存储器设备，存储指令，所述指令能够由所述处理器执行以：
向反应容器引入含水样品；
向所述反应容器中的所述含水样品添加醋酸铜(II)材料；
通过向所述反应容器中的所述含水样品引入有机硫化合物来螯合未反应的铜(II)材料；
向所述反应容器中的所述含水样品添加比色指示剂；以及
通过测量由所述含水样品内的铅(II)与所述比色指示剂反应而引起的所述含水样品的比色变化，来测量所述含水样品中的铅(II)的浓度。
12.根据权利要求11所述的设备，其中，所述含水样品被维持在预定pH值。
13.根据权利要求11所述的设备，其中，所述含水样品内的铅与所述铜(II)材料反应以生成铅(II)。
14.根据权利要求13所述的设备，其中，测量铅的浓度包括测量所生成的铅(II)。
15.根据权利要求13所述的设备，其中，所述测量包括基于铅(II)浓度来测量波长处的吸光率。
16.根据权利要求15所述的设备，其中，所述测量还包括基于所述铅(II)浓度来计算吸光率的变化。
17.根据权利要求11所述的设备，其中，所述铜(II)材料是铜阳离子。
18.根据权利要求11所述的设备，其中，所述有机硫化合物是硫脲。
19.根据权利要求11所述的设备，其中，所述指示剂是二甲酚橙四钠盐。
20.一种用于消化含水溶液中的铅(0)的方法，包括：
向反应容器引入含水样品；
向反应容器中的含水样品添加醋酸铜(II)材料；
通过向所述反应容器中的所述含水样品引入硫脲来螯合未反应的铜(II)材料；
向所述反应容器中的所述含水样品添加包括二甲苯酚橙四钠盐的比色指示剂；以及
通过测量由所述含水样品内的铅(II)与所述比色指示剂反应而引起的所述含水样品的比色变化，来测量所述含水样品中的铅(II)的浓度。
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