CN204043981U - 一种用于痕量重金属离子监测的电迁移分离浓缩系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种用于痕量重金属离子监测的电迁移分离浓缩系统，包括分离管、浓缩瓶、液流驱动装置、高压直流电源、惰性电极和止水开关；分离管为左侧装有惰性电极的绝缘导管，中部上方扁平，中部下端为支管与浓缩瓶相连，两端分别连接进液管和废液管，进液管上装有液流驱动装置，废液管上装有止水开关；浓缩瓶为瓶口可与分离管中部下端密封相连的绝缘容器，右下侧装有惰性电极，左下端装有浓缩液流出管，浓缩液流出管在瓶内一端装有筛网而瓶外一端装有止水开关，瓶内装有重金属吸附材料，吸附材料上方覆盖隔网；两个惰性电极通过导线与高压直流电源正、负极相连。本实用新型易与其他检测仪器连接，具有浓缩倍数高、自动便捷、环保经济的特点。

Description

一种用于痕量重金属离子监测的电迁移分离浓缩系统

技术领域

本实用新型属于样品前处理领域，涉及一种分离浓缩系统，尤其是一种用于痕量重金属离子监测的电迁移分离浓缩系统。

背景技术

重金属污染直接影响到人类健康与生存环境。水体中的重金属离子含量通常较低，但其危害巨大，重金属离子监测是水质监测的重要内容，发展高效、快速的痕量重金属离子的分析检测方法对于环境监测、应对环境污染突发事件等皆具有重要意义。目前，痕量重金属的监测主要依靠原子发射、原子吸收光谱法和电感耦合等离子体质谱法等仪器分析方法，这些方法需要使用价格昂贵的仪器，检测成本高，且在进行地质、生物、环保、农业和工业等样品中的痕量和超痕量金属分析时，要直接测定痕量元素还是有困难的。

分离浓缩技术的采用，可使分析检出限、精密度和准确度获得有效改善，是重金金属分析中的重要环节，因此对于样品中的痕量重金属离子检测，一般需要进行样品预富集，使浓缩液中重金属离子的浓度达到该类分析方法检测灵敏度的要求。目前的重金属离子预富集方法主要有萃取法、沉淀法、离子交换法等，但这些方法或富集倍数低、或能源消耗大、或操作繁杂、且难以实现自动化，因此存在一定的局限性。

实用新型内容

针对以上现状，本实用新型旨在提供一种自动、简便、高倍率的痕量重金属离子电迁移分离浓缩系统，使痕量重金属监测中的预处理过程更加高效、便捷、环保。

为了实现上述目的，本实用新型的解决方案是：

一种用于痕量重金属离子监测的电迁移分离浓缩系统，包括分离管、浓缩瓶、液流驱动装置、高压直流电源、惰性电极和止水开关；分离管为左侧装有惰性电极的绝缘导管，分离管中部上方扁平，分离管中部下端为支管与浓缩瓶相连，分离管两端分别连接进液管和废液管，进液管上装有液流驱动装置，废液管上装有止水开关；浓缩瓶为瓶口可与分离管中部下端密封相连的绝缘容器，浓缩瓶右下侧装有惰性电极，浓缩瓶左下端装有浓缩液流出管，浓缩液流出管在瓶内一端装有筛网而瓶外一端装有止水开关，浓缩瓶内装有重金属吸附材料，吸附材料上方覆盖一用以固定吸附材料的隔网；两个惰性电极通过导线与高压直流电源正、负极相连。

所述分离管为玻璃、塑料或其他形状可塑的不导电材质制成。

所述分离管的中部下端支管与浓缩瓶的瓶口之间设置密封装置，如螺纹口旋接或密封圈套接等。

所述浓缩瓶内置的吸附材料为重金属离子吸附颗粒物，如活性炭等。

所述浓缩瓶左下端的浓缩液流出管上设置的筛网为可拆卸、不导电的网状物或筛板，吸附材料上方覆盖的隔网为可拆卸、不导电隔网。

所述液流驱动装置为蠕动泵或恒流泵等驱动装置。

所述惰性电极为石墨电极或铂电极等惰性电极。

所述止水开关为三通结构或其他更为简易的止水器件。

采用上述结构后，本实用新型使用时，在浓缩瓶中加入一定量的吸附材料后盖上隔网，将分离管的中部下端与浓缩瓶的瓶口连接，分离管进液管上安装液流驱动装置；关闭浓缩瓶左下端浓缩液流出管上的止水开关，打开分离管废液管上的止水开关，开通液流驱动装置，待溶液充满浓缩瓶与分离管，浓缩瓶右下侧的惰性电极与高压直流电源负极连接，分离管左侧的惰性电极与高压直流电源正极连接，启动高压直流电源；溶液中的痕量重金属离子在流经分离管中部下端时在电场的驱动下被捕获至浓缩瓶中，并吸附在吸附材料上，以此实现痕量重金属离子的分离浓缩；反应完全后，关闭分离管废液管上的止水开关，打开浓缩瓶浓缩液流出管上的止水开关，切换电源正、负极，使浓缩瓶右下侧的惰性电极连接高压直流电源正极，分离管左侧的惰性电极连接高压直流电源负极，将分离管进液管放入淋洗液（去离子水）中，启动液流驱动装置，吸附材料上的重金属离子在电场作用下释放出来，并随着洗脱液经浓缩瓶左下端的浓缩液流出管流出，收集流出液，即为重金属离子浓缩液；关闭高压直流电源，分别打开两个止水开关，液流驱动装置导入淋洗液对系统进行清洗。

本实用新型综合利用电驱动、流路死体积以及吸附材料的吸附特性，设计了结构新颖的痕量重金属离子捕获浓缩系统，实现痕量重金属离子的分离浓缩。该系统操作快速简便，实验时只需在适当时间切换止水开关，切换输入溶液和电源正、负极，即可完成痕量重金属离子的自动浓缩，排除了实验个体操作所造成的误差；浓缩倍数可根据实际样品与实验需求，通过调整样品溶液的体积，即可实现需要的浓缩倍数；实验过程涉及溶液仅为样品溶液和去离子水，无需使用其他溶剂与试剂，环保又经济；该系统精巧便携，便于与其他检测仪器连接，实现重金属离子的在线浓缩与检测。总之，本实用新型具有自动便捷、高效、环保的特点。

附图说明

图1是本实用新型的整体示意图。

标号说明

去离子水1，样品溶液2，废液管3，液流驱动装置4，进液管5，分离管6，支管7，瓶口8，惰性电极9，浓缩瓶10，吸附材料11，隔网12，筛网13，浓缩液流出管14，止水开关15，收集瓶16，废液瓶17，高压直流电源18，止水开关19，惰性电极20，扁平区域21。

具体实施方式

以下结合附图及具体实施例对本实用新型做进一步详细叙述。

如图1所示，本实用新型揭示的一种用于痕量重金属离子监测的电迁移分离浓缩系统，包括分离管6、浓缩瓶10、液流驱动装置4、高压直流电源18、两个惰性电极9和20、两个止水开关15和19。

分离管6为左侧装有惰性电极20的绝缘导管。分离管6为玻璃、塑料或其他形状可塑的不导电材质制成。分离管6制作时，具体可选择内径为1cm的厚质三通玻璃管，分离管6中部上方在高温条件下压成扁平，并在扁平区域21右侧取一小孔，用以安装惰性电极20，密封胶密封。分离管6中部下端为支管7可与浓缩瓶10相连（直接套接）。分离管6两端高温拉细，使其易于分别连接进液管5和废液管3。进液管5上装有液流驱动装置4，废液管3上装有止水开关19。

浓缩瓶10为瓶口8可与分离管6中部下端支管7密封相连的绝缘容器。分离管6的中部下端支管7与浓缩瓶10的瓶口8之间设置密封装置，如螺纹口旋接或密封圈套接等。浓缩瓶10制作时，选择一个容积约为10mL的厚壁塑料瓶，瓶口8内侧刻一个圆槽，槽内装有密封圈，使瓶口8与支管7相连时密封。浓缩瓶10右下侧钻一小孔用以安装惰性电极9，密封备用。浓缩瓶10左下端开设一孔用于安装浓缩液流出管14（一段硬质导管和一段硅胶管组成），浓缩液流出管14在瓶内一端装有筛网13而瓶外一端装有止水开关15，筛网13为可拆卸、不导电的网状物或筛板。浓缩瓶10内装有重金属吸附材料11（至瓶口8下沿），吸附材料11为重金属离子吸附颗粒物，如活性炭等，吸附材料11上方覆盖一用以固定吸附材料11的隔网12，同时起过滤水中悬浮物作用，隔网12为可拆卸、不导电隔网，该吸附材料11可以适时更换。

两个惰性电极9和20通过导线与高压直流电源18正、负极相连。

止水开关15和19为三通结构或其他更为简易的止水器件，用于控制液流的流出方向。高压直流电源18电压可控。惰性电极9和20为石墨电极或铂电极等惰性电极。液流驱动装置14为蠕动泵或恒流泵等驱动装置。所用容器均为不导电容器。

本实用新型使用时，以0.1ppb浓度的硫酸铜溶液为待浓缩溶液500mL，在浓缩瓶10中加入一定量的活性炭（吸附材料11）至瓶口8下沿，盖上隔网12，关闭浓缩瓶10浓缩液流出管14上的止水开关15，将分离管6的支管7与浓缩瓶10的瓶口8连接，分离管6的进液管5安装液流驱动装置4（蠕动泵），打开分离管6废液管3上的止水开关19；进液管5放入去离子水1中，开通液流驱动装置4，调整流速为10mL /min，待水充满浓缩瓶10与分离管6；浓缩瓶10的惰性电极9与高压直流电源18负极连接，分离管6的惰性电极20与高压直流电源18正极连接，启动高压直流电源18，控制电压为400V；进液管5放入样品溶液2中，此时样品溶液2中的痕量重金属离子在液流驱动装置4的驱动下经过分离管6，至扁平区域21和支管7之间（分离界面），在电场的驱动下被捕获至浓缩瓶10中，并吸附在吸附材料11上，活性炭的导电性增强了金属离子在其表面的吸附，达到分离浓缩重金属离子的作用；分离废液经废液管3流进废液瓶17；样品溶液2全部流经分离管6后，暂停液流驱动装置4，关闭分离管6废液管3上的止水开关19，打开浓缩瓶10浓缩液流出管14的止水开关15，切换电源正、负极，使浓缩瓶10的惰性电极9连接高压直流电源18正极，分离管6左侧的惰性电极20连接高压直流电源18负极，将进液管5放入去离子水1中，启动液流驱动装置4，吸附材料11上的重金属离子在电场作用下释放出来，并从浓缩液流出管14流出至收集瓶16，收集流出液5mL，即为重金属离子浓缩液，此时可以直观地发现溶液颜色明显加深，该浓缩液可直接用于进一步的分析（浓缩液流出管14能够与其他仪器连接，轻松实现重金属离子的在线检测）；关闭高压直流电源18，打开止水开关15和19，液流驱动装置4泵入去离子水1对系统进行清洗。

本实用新型对痕量重金属的浓缩倍数与样品溶液体积有关，可根据实际需求调整样品溶液体积实现浓缩倍数的变化，以满足后续分析仪器需求。

Claims (8)

1.一种用于痕量重金属离子监测的电迁移分离浓缩系统，其特征在于：包括分离管、浓缩瓶、液流驱动装置、高压直流电源、惰性电极和止水开关；分离管为左侧装有惰性电极的绝缘导管，分离管中部上方扁平，分离管中部下端为支管与浓缩瓶相连，分离管两端分别连接进液管和废液管，进液管上装有液流驱动装置，废液管上装有止水开关；浓缩瓶为瓶口可与分离管中部下端密封相连的绝缘容器，浓缩瓶右下侧装有惰性电极，浓缩瓶左下端装有浓缩液流出管，浓缩液流出管在瓶内一端装有筛网而瓶外一端装有止水开关，浓缩瓶内装有重金属吸附材料，吸附材料上方覆盖一隔网；两个惰性电极通过导线与高压直流电源正、负极相连。

2.如权利要求1所述的一种用于痕量重金属离子监测的电迁移分离浓缩系统，其特征在于：分离管为玻璃、塑料或其他形状可塑的不导电材质制成。

3.如权利要求1所述的一种用于痕量重金属离子监测的电迁移分离浓缩系统，其特征在于：分离管的中部下端支管与浓缩瓶的瓶口之间设置密封装置。

4.如权利要求1所述的一种用于痕量重金属离子监测的电迁移分离浓缩系统，其特征在于：浓缩瓶内置的吸附材料为重金属离子吸附颗粒物。

5.如权利要求1所述的一种用于痕量重金属离子监测的电迁移分离浓缩系统，其特征在于：浓缩瓶左下端的浓缩液流出管上设置的筛网为可拆卸、不导电的网状物或筛板，吸附材料上方覆盖的隔网为可拆卸、不导电隔网。

6.如权利要求1所述的一种用于痕量重金属离子监测的电迁移分离浓缩系统，其特征在于：液流驱动装置为蠕动泵或恒流泵。

7.如权利要求1所述的一种用于痕量重金属离子监测的电迁移分离浓缩系统，其特征在于：惰性电极为石墨电极或铂电极。

8.如权利要求1所述的一种用于痕量重金属离子监测的电迁移分离浓缩系统，其特征在于：止水开关为三通结构。