[發明專利]利用LIBS進行液體樣品中鉻元素價態分析的測量方法

在審

• 申請號: 201910055077.1
• 申請日: 2019-01-21
• 公開（公告）號: CN110836886A
• 公開（公告）日: 2020-02-25
• 發明（設計）人: 鄭培超;李倩雨;王金梅;趙懷東
• 申請（專利權）人: 重慶郵電大學
• 主分類號: G01N21/71
• 分類號: G01N21/71;G01N1/28
• 代理公司: 天津創智天誠知識產權代理事務所(普通合伙) 12214
• 代理人: 周慶路

本發明公開了一種利用LIBS進行液體樣品中鉻元素價態分析的測量方法，包含以下步驟：(1)將兩支玻璃管串聯放置并分別裝入螯合樹脂和陰離子交換樹脂；(2)將含有三價鉻及六價鉻元素的待測溶液在蠕動泵的帶動下以一定流速通過玻璃管；(3)為使吸附更加均勻，在一半體積的待測溶液通入玻璃管后暫停蠕動泵，將玻璃管對應反向安放于蠕動泵管路中；(4)繼續通入待測溶液，直至待測溶液全部通入玻璃管；(5)從兩支玻璃管中取出鰲合樹脂和陰離子交換樹脂并分別烘干；(6)取出干燥的鰲合樹脂或陰離子交換樹脂分別研磨壓片，(7)采用激光誘導擊穿光譜技術來實現水體重金屬的痕量分析。

技術領域

本發明屬于原子發射光譜檢測技術領域，具體涉及一種利用LIBS進行液體樣品中鉻元素價態分析的測量方法。

背景技術

近年來，隨著現代工業技術的迅速發展，水中重金屬污染日益嚴重。作為主要污染物，鉻主要通過金屬電鍍，冶金合金化，采礦等方式排放到自然環境中。毒理學研究表明，包括鉻在內的金屬的毒性程度取決于元素的化學形態。通常，Cr(III)和Cr(VI)是最穩定的鉻氧化態。Cr(III)被認為是人體內生物體正常運作的必需微量元素，而較低劑量的Cr(III)以補充形式用于治療糖尿病，并且已知可增強胰島素的作用，這是一種激素關鍵對體內碳水化合物，脂肪和蛋白質的代謝和儲存。然而，Cr(VI)被認為是有毒和致癌的，因為它能夠氧化其他物種及其對肺，肝和腎的不利影響。Cr(VI)已知在水中高度溶解并且可以以比Cr(III)快10,000倍的速度滲透皮膚，它的毒性也相較Cr(III)高出500倍，因為它對生物體具有致癌和致畸作用。因此，有必要開發一種有效的分離和測定水溶液中Cr(III)及Cr(VI)的方法。

激光誘導擊穿光譜(laser-induced breakdown spectroscopy，LIBS)是一種基于原子發射光譜的檢測物質成分與含量的分析技術，利用高能量密度激光脈沖，擊穿樣品誘導產生高溫等離子體，通過測量等離子體在冷卻時相應元素所發射的原子或者離子光譜譜線進行元素成分定性和定量分析。由于LIBS技術具有無需取樣及進行樣品制備、對樣品沒有破壞性、能對各種類型的樣品進行元素成分檢測和能快速實時在線檢測多元素等優點，被廣泛應用于材料分析、環境監測、工業生產控制和考古學等領域。與此同時，LIBS可適用于包括固體、液體、氣體環境中的成分檢測。

然而，當LIBS技術用于測定液體樣品時，由于液體濺射、液面波動及激光淬滅等復雜因素的影響，會產生光譜信號強度低、穩定性差及等離子體快速淬滅等問題，從而影響待測元素的檢測靈敏度。為了克服這些問題，有研究人員提出將分析物從液相轉移到固相的方法，即用一些特殊的固相基質吸收液體樣品，從而使液體樣品中的重金屬元素吸附于固相基質，然后蒸發樣品溶劑，從而完成從液體到固體的基質轉化。經過這樣的處理，可以通過LIBS直接分析固體基質來實現液體樣品中重金屬元素的測定，該方法已廣泛用于LIBS相關研究。為實現液體樣品中鉻的檢測，林慶宇等人提出利用多孔靜電紡絲纖維作為固相載體，將待測溶液中的鉻元素富集于多孔靜電紡絲纖維后采用LIBS技術進行檢測，所得Cr元素的檢出限為1.8mg/L，但這種多孔靜電紡絲纖維為實驗室自制，使用的儀器很貴，這增加了操作成本；牛廣輝等人提出將濃硫酸加入放有適量蔗糖的燒杯中形成碳柱，將待測溶液與碳粉混合以使得待測溶液所含的重金屬元素被碳粉吸附，對碳粉經過一系列處理后壓片以進行LIBS檢測，所得Cr元素的檢出限為0.46mg/L，使用該方法需要復雜的制備程序，增加了時間成本；王寅等人用石墨塊富集后分析了溶液中鉻，得到鉻的檢測限為0.52mg/L，吳青峰等人以蒙脫石為吸附基底，對溶液中的鉻元素富集后進行LIBS測量，檢出限為0.33mg/L，這些方法基質本身包含的元素較為復雜，很容易干擾被分析物的光譜，從而影響到實驗結果。這些方法在樣品處理及檢測過程中除了上述不足之處外，還有一個問題，那就是這些方法只能實現鉻元素的檢測，但無法實現混合溶液中三價鉻和六價鉻的分別檢測，即無法進行鉻元素的價態測量。

發明內容