[发明专利]使用气相臭氧化学发光分析砷浓度的方法和装置

说明书

联邦政府发起的研究或开发的声明

本发明为由the National Science Foundation发起的项目，准予号CHE 0456120，项目名称为A Green Fieldable Analyzer for Arsenic。

技术领域

本公开涉及测量含水样品中的砷。更特别地，本公开涉及用于通过化学发光测量含水样品中的砷的改进方法。

背景技术

砷(以下称为As)是一种遍在性元素。其在地壳中的丰度排在第20位，在海水中的丰度为第14位，在人体中为第12位。因为具有高的毒性，无机As在水中的广泛存在是需要考虑的。无机As以两种氧化态As(III)和As(V)存在(经常称为亚砷酸盐和砷酸盐)，后者通常被认为是更具毒性的形式。以下领域得到许多关注：砷的毒性作用、污染场所的补救、和以痕量水平检测和测量As的方法，特别是具有检测两种氧化态的能力的在野外可展开的形式。

目前得到批准(例如由美国环境保护局，the United StatesEnvironmental Protection Agency批准)的测量砷的方法是以原子光谱测定方法为基础的。尽管这些装置可能是高灵敏度的，但是它们也是体积很大的、昂贵的、并且除了耗材的高成本之外还典型地需要大量的纯的气体，使得它们不适合作为野外装置。

可承受性更大的比色试验试剂盒目前被广泛用于野外的砷测量。这些都是基于100多年前开发的Gutzeit方法的改变。在美国，在2006年2月生效的规章规定10微克/升(μg/L，十亿分率，ppb)As的最大容许水平。在许多其它国家，如the World Health Organization(世界卫生组织)指导的，10微克/升是极限。为了通过Gutzeit方法达到这种检测极限，需要大量的水样，首先用成比例的量的盐酸(HCl)使其为强酸性的。然后加入必须严格不含砷的锌金属粉末(Zn)并且引起所有的As类物质被还原成胂(AsH₃)。在另一种情况中，使用固体硼氢化钠代替Zn。硫化物通常存在于缺氧的天然水中。存在的任何硫化物在酸化时产生硫化氢(H₂S)。还产生大量的氢气(H₂)。硫化氢会主动干扰最终的显色反应，因此首先通过不除去胂的乙酸铅浸渍的芯棒将其除去。胂气体通过溴化汞(HgBr₂)浸渍的滤纸，使其变黄。随着样品中As浓度的增加，胂的浓度增加，并且颜色变为深黄色到棕色。通过视觉比较色标卡或最好通过光度计将颜色强度转化为砷浓度值。

尽管这些方法已经经过多年的改进，但是其灵敏度仅适用于接近规定极限(10ppb)的应用，并且经常不能得到适当处理的有毒的汞和铅化合物的应用是不希望的。已经设计了用于检测释出的胂气体的灵敏的比色方法。例如，这种方法描述在刊登于期刊Analytical Chemistry第77卷第4765-4773页，2005中的Toda，K.；Ohba，T.；Takaki，M.；Karthikeyan，S.；Hirata，S.；Dasgupta，P.K的标题为“ASpeciation-Capable Field Instrument for the Measurement of Arsenite andArsenate in Water”的论文中，并且其被全文并入本文作为参考。然而，仍需要大量的样品、手工的数据处理和复杂的结构。因此，需要开发廉价的和野外可展开式的方法和装置用于水样中砷的灵敏检测。