專利名稱：靜態(tài)式紫外光化學(xué)誘導(dǎo)鋨氧化的方法及反應(yīng)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明提供的靜態(tài)式紫外光化學(xué)誘導(dǎo)鋨氧化的方法及反應(yīng)裝置屬于分析化學(xué)的痕量分析技術(shù)領(lǐng)域，涉及到分析化學(xué)分離純化方法技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
鋨(Os)位于元素周期表中第六周期，第VIII副族，原子序數(shù)76，原子量190. 2， 電子構(gòu)型5d66s2。自然界中，鋨有7種同位素=184Os (0.0177 %) ,186Os (1. 593 % )、 1870s(l. 513% ) ,188Os (13. 29% ) ,189Os (16. 22% ) ,190Os (26. 38% )禾口 192Os (40. 98% ) 由于鋨同位素示蹤和定年具有較高的靈敏度，能提供其它同位素?zé)o法給出的重要信息，在海洋環(huán)境和湖泊中應(yīng)用具有獨(dú)特的優(yōu)越性，因此鋨同位素在海洋環(huán)境和湖泊中的的研究和應(yīng)用引起了人們的廣泛關(guān)注。水體樣品中Os分離純化的主要方法是溴法、蒸餾法、卡洛斯管法(Carius tube method)以及高溫高壓反應(yīng)釜法(HPA-S)。溴法是將同位素稀釋劑、液溴、CrO3等加入樣品中，混合加熱，氧化生成的OsO4被萃取于液溴中。最后液溴中的Os被反萃到HBr中。蒸餾法主要原理是在加熱條件下，利用氧化劑將Os氧化成易揮發(fā)的OsO4,利用純凈的氣體將其帶離反應(yīng)體系用吸收劑吸收。這兩種方法都將氧化和萃取合并為一個(gè)步驟，而卡洛斯管首先在密閉的卡洛斯管中利用CrO3等氧化劑在高溫下(180°C )將樣品以及稀釋劑中的Os氧化，生成的OsO4通過蒸餾萃取至HBr中。HPA-S法基本原理與Carious管溶樣法相似，采用強(qiáng)氧化性酸溶解樣品，不同的是壓力可以高達(dá)1.3Xl(fpa，在高溫(320°C)下使樣品在短時(shí)間內(nèi)溶解。由于自然水體樣品中Os的含量很低，因而在處理時(shí)要求非常低的流程空白值。但是現(xiàn)有方法中都要使用大量的氧化試劑，這就可能引起較高的空白，因此，在采用上述幾種方法進(jìn)行Os的分離純化時(shí)，所使用的試劑、器皿等都要進(jìn)行反復(fù)的純化或清洗。因此開發(fā)新型的Os氧化方法以減少或避免化學(xué)試劑的使用是本領(lǐng)域的研究發(fā)展方向。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種靜態(tài)式紫外光化學(xué)誘導(dǎo)鋨氧化的方法及反應(yīng)裝置，該方法利用紫外光化學(xué)高級(jí)氧化技術(shù)實(shí)現(xiàn)鋨由低價(jià)向高價(jià)的轉(zhuǎn)換生成四氧化鋨。通過這種氧化方法得到的四氧化鋨溶液可直接用電感耦合等離子體-原子發(fā)射光譜(ICP-0EQ或電感耦合等離子體-質(zhì)譜(ICP-MQ進(jìn)行測定得出鋨的信號(hào)；也可以將溶液中的四氧化鋨利用萃取或蒸餾進(jìn)行進(jìn)一步純化后利用ICP-MS或熱電離質(zhì)譜(N-TIMQ進(jìn)行測定得出鋨的信號(hào)。本發(fā)明方法中未使用任何化學(xué)試劑，減少了試劑損耗和污染的危險(xiǎn)。而且本發(fā)明提供的反應(yīng)器主要由反應(yīng)石英管和紫外燈構(gòu)成，非常簡單，容易實(shí)現(xiàn)。實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)方案為靜態(tài)式紫外光化學(xué)誘導(dǎo)鋨氧化的方法，該方法是將含有鋨的待測溶液樣品放置于樣品反應(yīng)石英管中，通過用紫外光照射樣品，誘導(dǎo)樣品中的鋨氧化產(chǎn)生四氧化鋨，形成四氧化鋨溶液。通過電感耦合等離子體-原子發(fā)射光譜或電感耦合等離子體-質(zhì)譜直接測定四氧化鋨溶液得出鋨的信號(hào)；或者對四氧化鋨溶液中的四氧化鋨進(jìn)行純化后再利用電感耦合等離子體-質(zhì)譜或熱電離質(zhì)譜對四氧化鋨進(jìn)行測定得出鋨的信號(hào)。所述對四氧化鋨溶液中的四氧化鋨進(jìn)行純化的方法為萃取或蒸餾。上述所用紫外光的波長范圍為185nm-400nm，反應(yīng)時(shí)間為lh_30h，反應(yīng)溫度為 10-300°C。含有鋨的待測溶液樣品是將鋨標(biāo)準(zhǔn)溶液用水、鹽酸、硝酸、硫酸或磷酸配制而成，待測溶液樣品中鋨的濃度為O.Olng/mL-lOyg/mL，導(dǎo)入樣品反應(yīng)石英管中的樣品為20-80ml。樣品溶液中添加無機(jī)離子以增強(qiáng)鋨的氧化效率，所述無機(jī)離子為狗2+、Fe3\ S2O82-或Cr6+，無機(jī)離子與樣品溶液的質(zhì)量體積比范圍為0. 1 μ g/mL-1000 μ g/mL。本發(fā)明還提供了基于紫外光化學(xué)氧化誘導(dǎo)鋨氧化的檢測方法的反應(yīng)裝置，該裝置至少包括具有圓柱形腔體的反應(yīng)器和位于反應(yīng)器圓柱形腔體中部的反應(yīng)石英管，反應(yīng)石英管外圍環(huán)繞有2-8個(gè)紫外燈。所述紫外燈為低壓、中壓或高壓汞燈，或者金屬鹵素?zé)?；反?yīng)石英管為卡洛斯管式，石英管是普通石英管或合成石英管，長度為10-50cm，外直徑為10-30mm，壁厚為l_3mm。 且紫外燈的外部及反應(yīng)器的內(nèi)側(cè)設(shè)有鋁箔保護(hù)紙。由上述技術(shù)方案可知，本發(fā)明提供的靜態(tài)式紫外光化學(xué)誘導(dǎo)鋨氧化的方法是利用紫外光高級(jí)氧化技術(shù)實(shí)現(xiàn)待測溶液樣品中鋨的氧化，即利用不同強(qiáng)度的紫外光對待測溶液樣品進(jìn)行照射，產(chǎn)生的自由基或其它活性中間體可以與樣品中的鋨反應(yīng)，生成高價(jià)態(tài)的鋨的氧化物。產(chǎn)生的四氧化鋨溶液能通過電感耦合等離子體-原子發(fā)射光譜(ICP-0EQ或電感耦合等離子體-質(zhì)譜(ICP-MQ直接進(jìn)行測定；也可以將溶液中的四氧化鋨利用萃取或蒸餾進(jìn)行進(jìn)一步純化利用ICP-MS或熱電離質(zhì)譜(N-TIMQ進(jìn)行測定。本發(fā)明利用紫外光氧化技術(shù)實(shí)現(xiàn)鋨的氧化，同時(shí)實(shí)現(xiàn)Os的分離純化可以避免氧化試劑的使用和采用復(fù)雜繁瑣的分離富集步驟，這樣避免樣品受到污染，從而可以大大降低流程空白，實(shí)現(xiàn)低濃度Os的測定及同位素分析。實(shí)驗(yàn)靈敏度較高和改善了方法檢出限，使鋨的檢出限可以達(dá)到亞PPb或 PPt級(jí)水平。本發(fā)明提供的用于測定痕量鋨的靜態(tài)式紫外光化學(xué)誘導(dǎo)鋨氧化的方法與其他方法相比，主要有以下特點(diǎn)或優(yōu)點(diǎn)第一，由于紫外光本身具有消解和氧化作用，因此本發(fā)明不使用任何氧化還原試齊U，這樣會(huì)減少了樣品中鋨的損失以及在處理過程中帶來的額外污染；第二，能使后續(xù)分析實(shí)驗(yàn)中的進(jìn)樣效率得到大大提高，靈敏度也相應(yīng)大大提高，靈敏度比傳統(tǒng)霧化進(jìn)樣可以提高1-2個(gè)數(shù)量級(jí)；第三，方法和裝置都很簡單，容易實(shí)現(xiàn)。


圖1為本發(fā)明提供的反應(yīng)裝置的示意圖。圖2為2ng/mL鋨的普通霧化進(jìn)樣和紫外光照射后進(jìn)樣的相對信號(hào)強(qiáng)度圖(1為 2ng/mL傳統(tǒng)霧化進(jìn)樣，2為紫外燈照射后液體直接進(jìn)樣(定值為100))。圖中1.圓柱形反應(yīng)腔體；2.紫外燈；3.反應(yīng)石英管。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明提供的技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)說明。如圖1所示，本發(fā)明提供的用于靜態(tài)式紫外光化學(xué)誘導(dǎo)鋨氧化的反應(yīng)裝置至少包括圓柱形反應(yīng)腔體1和位于反應(yīng)腔體中部的反應(yīng)石英管3，反應(yīng)石英管3外圍環(huán)繞有2-8個(gè)紫外燈2，本發(fā)明提供的裝置中與現(xiàn)有技術(shù)最大的區(qū)別就在于紫外光的使用。反應(yīng)石英管為卡洛斯管式，石英管可以是普通石英管或合成石英管，長度為10-50cm，外直徑為10-30mm， 壁厚為l-3mm，紫外燈可以為低壓、中壓或高壓汞燈，或者金屬鹵素?zé)舻?，紫外燈?shù)量可以為 2-8個(gè)，所用紫外光的波長范圍為185nm-400nm，反應(yīng)時(shí)間為lh_30h，反應(yīng)溫度為10_300°C， 紫外燈的外部及反應(yīng)器的內(nèi)側(cè)設(shè)有鋁箔保護(hù)紙，反應(yīng)腔體1、反應(yīng)石英管3、紫外燈2和鋁箔保護(hù)紙共同構(gòu)成紫外光反應(yīng)裝置。下面通過具體實(shí)施例對本發(fā)明提供的靜態(tài)式紫外光化學(xué)誘導(dǎo)鋨氧化的方法作進(jìn)一步的說明，但本發(fā)明的保護(hù)內(nèi)容不局限于以下實(shí)施例。實(shí)施例一將加標(biāo)溶解后的礦石樣品鋨溶液用鹽酸配制，并加入濃度為0. 5 μ g/mL的無機(jī)離子&082_(可以將&082_換成狗2+、Fe3+或Cr6+)形成鋨濃度為0. Ing/mL的待測溶液樣品，將樣品導(dǎo)入上述紫外光反應(yīng)器(圖1)的卡洛斯管式的樣品反應(yīng)石英管中，石英管選取普通石英管，長度選取為35cm，外徑為15mm，壁厚為2mm，導(dǎo)入其內(nèi)的樣品體積為45ml。反應(yīng)管周圍放置高強(qiáng)度紫外燈6個(gè)，所述紫外燈為低壓汞燈，紫外燈所用的波長為2Mnm，反應(yīng)溫度為50°C，紫外燈的外部及反應(yīng)器的內(nèi)側(cè)覆蓋鋁箔保護(hù)紙，反應(yīng)管和紫外燈都安裝在一個(gè)圓柱形反應(yīng)腔體中。含有鋨的樣品在石英管中經(jīng)過紫外燈照射8小時(shí)后通過蠕動(dòng)泵引入到電感耦合等離子體-原子發(fā)射光譜(ICP-0EQ進(jìn)行檢測分析，即可得出鋨的信號(hào)。實(shí)施例二將添加鋨同位素稀釋劑的湖泊中鋨用硝酸配制，形成鋨濃度為2 μ g/mL的待測溶液樣品，將樣品導(dǎo)入上述紫外光反應(yīng)器(圖1)的卡洛斯管式的樣品反應(yīng)石英管中，該石英管選取合成石英管，其長度為50cm，外徑為25mm，壁厚為3mm，導(dǎo)入其內(nèi)的樣品體積為70ml。 反應(yīng)石英管周圍放置高壓汞燈4個(gè)，高壓汞燈的波長為185nm，反應(yīng)溫度為250°C，紫外燈的外部及反應(yīng)器的內(nèi)側(cè)是鋁箔保護(hù)紙，反應(yīng)管和紫外燈都安裝在一個(gè)圓柱形腔體中。含有鋨的樣品經(jīng)過紫外燈照射M小時(shí)后采用蒸餾方法對鋨溶液進(jìn)行純化。即將石英試劑瓶置于 115°C電熱板上加熱，通入高純氮?dú)?，氣流速度每?-3個(gè)氣泡，使得蒸餾出的OsO4被HBr吸收，然后利用熱電離質(zhì)譜(N-TIMS)進(jìn)行測定分析，即可得出鋨的信號(hào)。實(shí)施例三將加標(biāo)海水樣品中鋨用高純水配制，并加入濃度為100 μ g/mL的無機(jī)離子1 3+(可以將狗3+-換成狗2+、S2O82-或Cr6+)形成鋨濃度為lOng/mL的待測溶液樣品，將樣品導(dǎo)入上述紫外光反應(yīng)器(圖1)的卡洛斯管式的樣品反應(yīng)石英管中，石英管選取合成石英管，長度選取為25cm，外徑為10mm，壁厚為1mm，導(dǎo)入其內(nèi)的樣品體積為30ml。反應(yīng)管周圍放置高強(qiáng)度紫外燈8個(gè)，所述紫外燈為金屬鹵素?zé)簦贤鉄羲玫牟ㄩL為2Mnm，反應(yīng)溫度為150°C， 紫外燈的外部及反應(yīng)器的內(nèi)側(cè)覆蓋鋁箔保護(hù)紙，反應(yīng)管和紫外燈都安裝在一個(gè)圓柱形反應(yīng)腔體中。含有鋨的樣品在石英管中經(jīng)過紫外燈照射12小時(shí)后通過蠕動(dòng)泵引入到電感耦合等離子體-質(zhì)譜(ICP-MS)進(jìn)行檢測分析，即可得出鋨的信號(hào)。通過圖2可以發(fā)現(xiàn)，2ng/mL鋨的普通原液霧化進(jìn)樣的相對信號(hào)強(qiáng)度明顯比用本發(fā)明方法中紫外燈照射后進(jìn)樣的相對信號(hào)強(qiáng)度低很多。
權(quán)利要求
1.一種靜態(tài)式紫外光化學(xué)誘導(dǎo)鋨氧化的方法，其特征在于將含有鋨的待測溶液樣品導(dǎo)入樣品反應(yīng)石英管中，通過用紫外光照射樣品，誘導(dǎo)樣品中的鋨氧化產(chǎn)生四氧化鋨，形成四氧化鋨溶液。
2.如權(quán)利要求1所述的靜態(tài)式紫外光化學(xué)誘導(dǎo)鋨氧化的方法，其特征在于通過電感耦合等離子體-原子發(fā)射光譜或電感耦合等離子體-質(zhì)譜直接測定四氧化鋨溶液得出鋨的信號(hào)；或者對四氧化鋨溶液中的四氧化鋨進(jìn)行純化后再利用電感耦合等離子體-質(zhì)譜或熱電離質(zhì)譜對四氧化鋨進(jìn)行測定得出鋨的信號(hào)。
3.如權(quán)利要求2所述的靜態(tài)式紫外光化學(xué)誘導(dǎo)鋨氧化的方法，其特征在于對四氧化鋨溶液中的四氧化鋨進(jìn)行純化的方法為萃取或蒸餾。
4.如權(quán)利要求1所述的靜態(tài)式紫外光化學(xué)誘導(dǎo)鋨氧化的方法，其特征在于含有鋨的待測溶液樣品是將鋨標(biāo)準(zhǔn)溶液用水、鹽酸、硝酸、硫酸或磷酸配制而成，待測溶液樣品中鋨的濃度為0. Olng/mL-lO μ g/mL,導(dǎo)入樣品反應(yīng)石英管中的樣品為20_80ml。
5.如權(quán)利要求1所述的靜態(tài)式紫外光化學(xué)誘導(dǎo)鋨氧化的方法，其特征在于樣品溶液中添加增強(qiáng)鋨的氧化效率的無機(jī)離子，所述無機(jī)離子為!^e2+Je3+J2O82-或Cr6+，無機(jī)離子與樣品溶液的質(zhì)量體積比范圍為0. 1 μ g/mL-1000 μ g/mL。
6.如權(quán)利要求1所述的靜態(tài)式紫外光化學(xué)誘導(dǎo)鋨氧化的方法，其特征在于所用紫外光的波長范圍為185nm-400nm，反應(yīng)時(shí)間為lh_30h，反應(yīng)溫度為10-300°C。
7.一種用于權(quán)利要求1所述靜態(tài)式紫外光化學(xué)誘導(dǎo)鋨氧化的方法的反應(yīng)裝置，其特征在于至少包括圓柱形反應(yīng)腔體和位于反應(yīng)腔體中部的反應(yīng)石英管，反應(yīng)石英管外圍環(huán)繞有2-8個(gè)紫外燈。
8.如權(quán)利要求7所述的反應(yīng)裝置，其特征在于紫外燈為低壓、中壓或高壓汞燈，或者金屬鹵素?zé)簟?br> 9.如權(quán)利要求7所述的反應(yīng)裝置，其特征在于反應(yīng)石英管為卡洛斯管式，石英管是普通石英管或合成石英管，長度為10-50cm，外直徑為10-30mm，壁厚為l_3mm。
10.如權(quán)利要求7或8所述的反應(yīng)器，其特征在于紫外燈的外部及反應(yīng)器的內(nèi)側(cè)設(shè)有鋁箔保護(hù)紙。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種靜態(tài)式紫外光化學(xué)誘導(dǎo)鋨氧化的方法和反應(yīng)裝置。該方法是將含有鋨的待測溶液樣品導(dǎo)入樣品反應(yīng)石英管中，通過用紫外光照射樣品，誘導(dǎo)樣品中的鋨氧化產(chǎn)生四氧化鋨，形成四氧化鋨溶液。通過該方法得到的四氧化鋨溶液可以直接用ICP-OES或ICP-MS測定得出鋨的信號(hào)；或者用萃取或蒸餾的方法對溶液中的四氧化鋨進(jìn)行純化后再利用ICP-MS或N-TIMS對四氧化鋨進(jìn)行測定得出鋨的信號(hào)。本發(fā)明提供的反應(yīng)裝置至少包括圓柱形反應(yīng)腔體和位于反應(yīng)腔體中部的反應(yīng)石英管，反應(yīng)石英管外圍環(huán)繞有2-8個(gè)紫外燈。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是方法比較簡單，不需要任何氧化還原試劑，減少了樣品中鋨的損失及其預(yù)處理過程中所帶來的污染；靈敏度相對更高，比傳統(tǒng)霧化進(jìn)樣更有效地引入樣品，檢出限較低。
文檔編號(hào)G01N21/73GK102519765SQ20111042031
公開日2012年6月27日 申請日期2011年12月14日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月14日
發(fā)明者朱振利, 胡圣虹, 鄭洪濤, 黃春迎 申請人:中國地質(zhì)大學(xué)(武漢)