[发明专利]用于分析液体样品的元素组成的设备及其使用方法

说明书

描述了一种装置和方法，利用在单一装置中对分析物先进行电化学预浓缩、后进行光谱化学分析的组合方法，分析液体样品的元素组成。本装置包括：两个电极，用于通过电沉积预浓缩分析物离子；直流电源/恒电位仪/恒电流仪；能够产生放电例如如电弧、火花、辉光放电或等离子体的高压电源；能够记录在这种放电期间产生的光谱的光谱仪；以及用于抽送含分析物的溶液的泵。这种装置是自动、可现场部署的并且能够提供在线分析。

本公开涉及一种用于分析液体样品的元素组成的装置，尤其涉及一种如下装置，其利用在电极表面对分析物进行电化学预浓缩，通过高能量放电或等离子体蒸发和激发沉积分析物，并根据其特有的原子发射或质谱信号对该分析物进行光谱化学检测。

背景技术

样品的元素分析在许多科学学科中是关键的，并且通常在环境监测、饮用水监测和食品分析中进行。元素分析通常通过光学原子光谱技术如原子吸收(AA)、电感耦合等离子体原子发射光谱(ICP-OES)、原子荧光光谱(AFS)或者通过电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)进行。这些方法可以提供非常好的检测限，尽管它们需要庞大且昂贵的设备以及在ICP-OES和ICP-MS的情况下使用大量气体如氩气。

Webb等人先前已经描述了基于大气压阴极辉光放电和原子发射信号检测的便携式方法(美国专利第7,929,138B1号)。在该方法中，在阳极和用作阴极的酸化分析物溶液之间产生辉光放电。该方法具有较低的功率要求，不需要气体，但却需要将分析物溶液酸化至pH 1。由于该方法需要使用强酸并产生大量酸化废物，因此在现场应用中是不实际的。

基于金属离子的阳极或阴极电沉积的电化学方法由于金属离子在电极表面上的预浓缩而能提供非常低的检测限(单ppb或更低)，尽管此类方法也容易受到干扰。为避免这些干扰，多元素检测需要使用几种不同的电极材料(March等人)。

已在文献中报道过先电化学预浓缩然后对沉积离子进行光谱化学检测的组合。Badiei等人使用便携式电化学装置在便携式Re灯丝上预浓缩海水中的Cr(III)、Cr(III)+Cr(VI)和Pb，然后使用ICP-OES进行检测。电沉积2至3分钟后获得的检测限为2至20pg/mL，并且证明了在硬自来水中检测到Pb。Mashkouri Najafi等人在电化学电池中的石墨电极上预浓缩Ni、Cr和Pb，然后将石墨电极转移到电弧原子发射光谱仪(ED-AAES)进行分析。在30分钟预浓缩后获得的检测限约为3ppb。Komarek等人通过先在石墨探针上进行电化学预浓缩然后进行电热原子吸收光谱检测到微量的Cu、Cd、Pb、Ni和Cr。Batley和Matousek在流通池中使用管状石涂层炉通过与汞共沉积来预浓缩重金属。然后将该炉子转移到原子吸收光谱仪进行分析。该方法能够在15分钟和10分钟预浓缩后分别检测到0.02ppb的Co和Ni。该方法需要在原子吸收分析之前仔细清洗电极，以消除AA中Na离子的干扰。

在线分析金属离子的能力，例如在饮用水净化厂中，是非常有价值的，原因是这种方式允许实时、全天候监测水质而无需将水样送到实验室。基于电化学检测的在线金属离子监测系统提供低ppb检测限，该系统可在市面上购买。然而，该设备体积大且昂贵，并且多元素监测需要使用多于一种电极材料以及不同的缓冲剂，这显著增加了系统的复杂性。此外，使用的试剂和缓冲剂易受污染。

因此，非常需要一种简单、无试剂和可现场部署的方法，其提供高灵敏度多元素检测，元素干扰和基质效应最小，同时允许在线分析金属离子。

发明内容

根据一个方面，提供了一种用于分析液体样品的元素组成的装置，包括：入口管；用于将液体抽入和抽出装置的抽送系统；连接入口管和出口管的毛细管；在该毛细管内的连接到直流电源/恒电位仪/恒电流仪或恒定或脉冲高压直流或高压交流电源的两个电极；光学光谱仪或质谱仪，能够记录来自两个电极之间的高压放电的发射光谱；镜面，位于毛细管后面或覆盖该毛细管一部分且位于光学光谱仪入口狭缝或连接光学光谱仪的光缆的对面。