CN209486036U - 便携式地电化学提取和检测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种便携式地电化学提取和检测装置。它包括电源、正电极、石墨电极、离子传感器、固体吸附剂、液体载体、容器和数据接收显示设备；电源的两极分别与正电极和石墨电极匹配连接；石墨电极的置于容器内部，且石墨电极的游离端伸出容器的底部；石墨电极与离子传感器相连接；离子传感器的底部设置固体吸附剂，离子传感器将化学信号转变为电信号，通过线路传输至数据接收显示设备；液体载体装填于容器内，且石墨电极、离子传感器底部及固体吸附剂均浸于液体载体内；于液体载体的液面以上的容器内的横截面上设置隔板和过滤部件。本实用新型能对多种矿床进行测试，且能实现当场测样，并能采用太阳能电池板供电更环保。

Description

便携式地电化学提取和检测装置

技术领域

本实用新型涉及一种便携式地电化学提取和检测装置，属于地电化学技术领域。

背景技术

在地球化学矿产勘查中，勘查效果、工作效率及成本是决定勘查方法技术能否得到推广应用的关键。

地电化学方法是利用电场作用，选择性提取近地表介质中的电活动态物质，通过研究电提取元素组合、含量分布及异常特征，进而提供找矿信息的一种勘查方法。野外电化学提取过程中，电活动态物质具有动态补充性，随着地表离子不断地被捕获，矿体电化学溶解产生的金属离子会源源不断地向上迁移，以维持地表土壤层中的离子平衡，而在室内则不具有这种动态性。

地电化学技术作为一种重要的矿产勘查手段，在寻找隐伏矿方面取得显著成效。目前仍存在异常来源质疑、技术改进滞后、应用成果不突出等问题，今后应加强理论研究、完善方法机制、优化仪器装备、提升技术规范、扩大应用领域，才能使地电化学技术在我国长足发展(刘攀峰等，2018)。

目前，现有的地电化学装置仍然有针对性不明确(缺少特定的吸附剂)，测试结果不准确，样品采集完成后仍需带回室内加工，进程缓慢，且很可能花费大量资金处理的样品未达到成矿品位，所需成本较大，且不能落实环保理念，发电装置较落后。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种便携式地电化学提取和检测装置，本实用新型装置通过开孔更换液体载体的方式对多种成矿元素进行提取和检测，能对多种矿床进行测试，通过在载体和电源之间连接一个化学传感器实现当场测样，并能采用太阳能电池板供电更环保。

本实用新型提供的便携式地电化学提取和检测装置，该装置包括电源、正电极、石墨电极、离子传感器、固体吸附剂、液体载体、容器和数据接收显示设备；

所述电源的两极分别与正电极和石墨电极匹配连接；

所述石墨电极的置于所述容器内部，且所述石墨电极的游离端伸出所述容器的底部；所述石墨电极与所述离子传感器相连接；

所述离子传感器的底部设置所述固体吸附剂，所述离子传感器将化学信号转变为电信号，通过线路传输至所述数据接收显示设备；

所述液体载体装填于所述容器内，且所述石墨电极、所述离子传感器底部及所述固体吸附剂均浸于所述液体载体内；

于所述液体载体的液面以上的所述容器内的横截面上设置隔板和过滤部件。

上述的装置中，所述电源与所述石墨电极之间设置一电流表；

所述容器装填有所述液体载体的下部的器壁上设置一开孔，以方便更换所述液体载体，以能检测不同的重金属离子；

所述开孔上设置与之相匹配的盖子。

本实用新型中，进一步可在开孔上设置输出嘴等可以更换液体载体的设置。

上述的装置中，所述石墨电极的游离端伸出所述容器的底部且与之相连接处设置防漏装置，具体地可为防漏垫片。

上述的装置中，所述电源为直流且电压可调节；

所述电源由太阳能电池板提供。

上述的装置中，所述固体吸附剂包括改性沸石、改性吸附重金属离子的二氧化钛/聚丙烯酸杂化凝胶、改性吸附重金属离子的聚苯胺、油茶果壳接枝巯基乙酸和改性吸附重金属离子的玉米秸秆中的至少一种。

本实用新型中，所述固体吸附剂为本领域中常见的吸附剂，所述改性沸石、改性沸石、改性吸附重金属离子的二氧化钛/聚丙烯酸杂化凝胶、改性吸附重金属离子的聚苯胺、油茶果壳接枝巯基乙酸和改性吸附重金属离子的玉米秸秆中的至少一种均按照本领域公知的方法进行改性。具体地，改性沸石为钠型改性沸石，其按照如下方法制得：取天然沸石，加入盐酸，搅拌充分后过滤洗净，加入NaOH溶液，搅拌充分后过滤，加入NaCl溶液，加热，搅拌充分后过滤洗净，然后烘干水分，再在马弗炉中煅烧，即得钠型改性沸石。

上述的装置中，所述固体吸附剂的粒度为50～200目，具体可为50目、100目、160目、50～100目、100～160目或80～150目。

上述的装置中，所述液体载体为pH值为1～9的水溶液，具体可为1～7，具体可根据勘测不同的金属离子需要更换不同的pH值的水溶液。

上述的装置中，所述数据接收显示设备为微型计算机树莓派及液晶板；

所述数据接收显示设备由所述电源供电。

上述的装置中，所述离子传感器为流动载体电极；

所述过滤部件为滤纸。

本实用新型所述便携式地电化学提取和检测装置应用于勘查找矿领域中。

本实用新型中，所述便携式地电化学提取和检测装置能勘测金属离子，具体可为Cu²⁺、Zn²⁺、Co²⁺等，从而能进行勘查找矿。

本实用新型所述便携式地电化学提取和检测装置的使用方法及原理如下：

将所述便携式地电化学提取和检测装置置于待测的土壤中，土壤中具活动态的离子、粘土矿物颗粒或各种带电荷的元素团聚物迁移至石墨电极接收；然后这些物质进入所述特定液体载体中，被离子传感器底部的固体吸附剂吸附，吸附的离子发出的化学信号通过离子传感器转变为电信号，传导至所述数据接收显示设备中显示离子浓度数据，观察其浓集系数是否达到成矿品位，如果达到，则送回进行精密数据分析；若未达到，继续进行下个样品的检测。

本实用新型具有以下优点：

(1)该装置是在野外现场进行独立供电，提取含矿信息。与老式地电化学方法相比，大大地提高了勘查效率。

(2)在野外矿区进行大比例尺工作时，摒弃传统发电机供电装置，采用清洁无污染能源太阳能电池板，切合绿色环保理念。

(3)该装置通过开孔更换特定溶液的方式进行多种成矿元素(例如Cu²⁺、Zn²⁺、Co²⁺等金属离子)的提取和测样，测量范围不仅局限于对某一种金属离子的浓度的检测，也可通过更换不同吸附剂来实现测样的普适性，使结果更准确。

(4)加入离子传感器将化学信号转变为电信号，再通过连接微型计算机树莓派及液晶板，更直观反应元素含量，可以实现当场读取测量结果的突破。

(5)本实用新型装置便携、使用简便，易于推广使用。

附图说明

图1是本实用新型的便携式地电化学提取和检测装置的结构示意图。

图2是图1中离子传感器的工作原理图。

图1-2中各个标记如下：

1电流表；2正电极；3离子传感器；31电极杆；32参比电极；33隔离管；34液体离子交换剂；35内充液；36试液；37有机溶剂薄膜(含有离子交换剂)；5隔板+滤纸；6改性沸石(固体吸附剂)；7石墨电极；8液体载体；9防漏装置；10开孔；11电源；12数据接收显示设备；13容器。

具体实施方式

下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法。

下述实施例中所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。

下面结合附图对本实用新型进行进一步说明，但本实用新型并不局限于以下实施例。

下述实施例中，改性沸石按照如下方法制得：取100g天然沸石，加入一定量盐酸，搅拌充分后过滤洗净，加入一定量NaOH溶液，搅拌充分后过滤，加入一定量NaCl溶液，加热至60℃，搅拌充分后过滤洗净，于110℃下烘干水分，再在马弗炉400℃煅烧4h，即得钠型改性沸石。

实施例1、

如图1所示，为本实用新型便携式地电化学提取和检测装置的结构示意图。该装置包括电源11(为直流且电压可调节，可由太阳能电池板提供)、正电极2、石墨电极7、离子传感器3(其最外层为电极杆31，起导电作用)、固体吸附剂6、液体载体8、容器13和数据接收显示设备12。

电源的两极分别与正电极2和石墨电极7匹配连接；

石墨电极7的置于容器13内部，且石墨电极7的游离端伸出容器13的底部；石墨电极7与离子传感器3相连接；

离子传感器3的底部设置固体吸附剂6，离子传感器6将化学信号转变为电信号，通过线路传输至数据接收显示设备12；

液体载体8装填于容器13内，且石墨电极7、离子传感器3底部及固体吸附剂6均浸于液体载体内；

于液体载体8的液面以上的容器13内的横截面上设置隔板和过滤部件(具体可为滤纸5)。

进一步地，电源11与石墨电极7之间设置一电流表1；

容器13装填有液体载体8的下部的器壁上设置一开孔10，为方便更换不同液体载体，以能检测不同的重金属离子；开孔10上设置与之相匹配的盖子。进一步可在开孔上设置输出嘴等可以更换液体载体的设置。

进一步地，石墨电极7的游离端伸出容器13的底部且与之相连接处设置防漏装置9，具体地可为防漏垫片。

进一步地，固体吸附剂6包括改性沸石、改性吸附重金属离子的二氧化钛/聚丙烯酸杂化凝胶、改性吸附重金属离子的聚苯胺、油茶果壳接枝巯基乙酸和改性吸附重金属离子的玉米秸秆中的至少一种。

本实用新型中，固体吸附剂6为本领域中常见的吸附剂，所述改性沸石、改性沸石、改性吸附重金属离子的二氧化钛/聚丙烯酸杂化凝胶、改性吸附重金属离子的聚苯胺、油茶果壳接枝巯基乙酸和改性吸附重金属离子的玉米秸秆中的至少一种均按照本领域公知的方法进行改性。

进一步地，固体吸附剂6的粒度为50～200目，优选50目、100目、160目、50～100目、100～160目或80～150目。

进一步地，液体载体8可为pH值为1～9的水溶液，优选1～7，具体可根据勘测不同的金属离子需要更换不同的pH值的水溶液。

进一步地，数据接收显示设备12为微型计算机树莓派及液晶板；

数据接收显示设备12由电源11供电；

离子传感器3为流动载体电极。

如图2所示，本实用新型便携式地电化学提取和检测装置中离子传感器为流动载体电极，离子传感器3最外层为电极杆31，其内有参比电极32设置于隔离管33中，由某种液体离子交换剂34的有机溶剂薄膜37构成，某些特殊的有机溶剂可与某些金属阳离子起选择性反应，改性沸石6吸附的离子通过有机溶剂薄膜37，有机溶剂薄膜37将试液36和内充液35分开，液体离子交换剂34与被测离子结合，通过膜相在膜的相界面上产生膜电位，实现了化学信号转化为电信号。

本实用新型便携式地电化学提取和检测装置的使用方法如下：使用前，先从开孔10中注入蒸馏水，将仪器倒转，检查是否漏液；若封闭性良好，则从开孔10中注入特定水溶液，并通过更换不同条件的水溶液实现不同金属离子的提取。

如图1中所示，正电极2与太阳能电池板(即电源11)、电流表1、石墨电极7通过导线相连构成一个闭合回路，采用直流电，并且电压可调，太阳能电池板可起到充电的作用，通过形成的外电场作用将土壤中具活动态的离子、粘土矿物颗粒或各种带电荷的元素团聚物迁移到接收电极—石墨电极7上，石墨电极7处于pH值为1～9的水溶液8环境中，迁移到石墨电极上的这些物质进入到pH值为1～9的水溶液中被离子传感器3底部的沸石6所吸附。由于改性沸石对不同离子的选择吸附效果显著，其吸附的金属离子发出的化学信号通过上部的离子传感器3转变为电信号，通过导线传到与地表层上部的树莓派中，最终在液晶板中显示浓度数据，观察其浓集系数是否达到成矿品位，如果达到，则送回进行精密数据分析；若未达到，继续进行下个样品的检测。

本实用新型便携式地电化学提取和检测装置的固体吸附剂为改性后的沸石进行Cu²⁺、Zn²⁺吸附试验(其方法为本领域公知的方法)，Cu²⁺、Zn²⁺标准液浓度为40g/ml、40g/ml，其测定的结果如表1、表2、表3中所示，为离子吸附率与吸附时间、溶液PH值和沸石粒度之间的关系结果。表1表明当吸附时间为5h，沸石对粒子去除率达到最大；表2表明随着PH升高，沸石对锌离子吸附量逐渐增加，最高可达99.8％；表3表明随着沸石粒度越小，吸附金属离子能力增加，一般50～160目可使吸附效果最佳。在不同的条件下沸石对于不同离子的吸附率不同，为此可通过改变装置的条件来控制沸石对于离子的吸附率，进而通过化学传感器所输出的电信号来计算出石墨电极所吸收的不同金属元素的大致浓度。

表1离子吸附率随吸附时间变化关系

表2离子吸附率随PH值变化关系

表3离子吸附率随沸石粒度变化关系

除改性沸石外，还有许多其他类型的金属离子吸附剂，如改性的二氧化钛/聚丙烯酸杂化凝胶，能够快速吸附重金属离子，吸附量很高；改性聚苯胺对重金属离子的强络合性；改性后的油茶果壳接枝巯基乙酸吸附方法；改性玉米秸秆对铜离子的吸附等等。类似的上述吸附剂都可以应用于本装置。

按照上述的使用方法，本实用新型便携式地电化学提取和检测装置对上述吸附实验的Cu²⁺、Zn²⁺标准液浓度为40g/ml、40g/ml进行测定，测定结果通过微型计算机树莓派及液晶板显示读取，3次测定的平均浓度别为39.92g/ml、39.91g/ml，且3次测定的剩余平均浓度别约为0.08g/ml、0.01g/ml，与标准浓度的偏差不超过0.02％，0.01％，说明本实用新型装置测定重金属离子的浓度结果准确。

Claims (9)

1.一种便携式地电化学提取和检测装置，其特征在于：该装置包括电源、正电极、石墨电极、离子传感器、固体吸附剂、液体载体、容器和数据接收显示设备；

所述电源的两极分别与正电极和石墨电极匹配连接；

所述石墨电极置于所述容器内部，且所述石墨电极的游离端伸出所述容器的底部；所述石墨电极与所述离子传感器相连接；

所述离子传感器的底部设置所述固体吸附剂，所述离子传感器将化学信号转变为电信号，通过线路传输至所述数据接收显示设备；

所述液体载体装填于所述容器内，且所述石墨电极、所述离子传感器底部及所述固体吸附剂均浸于所述液体载体内；

于所述液体载体的液面以上的所述容器内的横截面上设置隔板和过滤部件。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述电源与所述石墨电极之间设置一电流表；

所述容器装填有所述液体载体的下部的器壁上设置一开孔；

所述开孔上设置与之相匹配的盖子。

3.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于：所述石墨电极的游离端伸出所述容器的底部且与之相连接处设置防漏装置。

4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述电源为直流且电压可调节；

所述电源由太阳能电池板提供。

5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述固体吸附剂包括改性沸石、改性吸附重金属离子的二氧化钛/聚丙烯酸杂化凝胶、改性吸附重金属离子的聚苯胺、油茶果壳接枝巯基乙酸和改性吸附重金属离子的玉米秸秆中的至少一种。

6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于：所述固体吸附剂的粒度为50～200目。

7.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述液体载体为pH值为1～9的水溶液。

8.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述数据接收显示设备为微型计算机树莓派及液晶板；

所述数据接收显示设备由所述电源供电。

9.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述离子传感器为流动载体电极；

所述过滤部件为滤纸。