[发明专利]低价态无机硫的分析装置

说明书

发明领域

本发明涉及一种定量分析低价态无机硫(reduced inorganic sulfur)的装置。

背景技术

硫在自然环境中以多种价态形式存在，通常可分为有机硫和无机硫。每种形态硫的存在都有其环境方面的重要意义。例如，有机硫和无机硫燃烧都会产生二氧化硫，而二氧化硫则是一种温室气体，且是酸雨的来源。另一个重要的环境问题是，一类叫做低价态无机硫的无机硫材料有产生酸的倾向。当含有这些化合物的材料被开采、挖掘或排放时，它们会暴露在大气的氧中，从而产生酸。

术语“低价态无机硫”是指能够进行氧化反应的硫的形态，包括矿物二硫化物(如黄铁矿和黄铜矿)、单硫化物(如闪锌矿、方铅矿和靛铜矿)、多硫化物(如磁黄铁矿和斑铜矿)、非化学计量的金属硫化物(如greigite)、其它的硫化物如辉铜矿、亚硫酸盐(亚硫酸的盐)和元素硫。在本说明书和权利要求书中，术语“低价态硫”应当理解为包括所有的能被氧化的无机硫化合物。

自然存在的其它无机硫化合物还包括硫酸盐矿物，如石膏，其含有氧化态的、硫酸盐形式的硫。这些材料通常不是环境中酸的来源。

当含有硫化物的材料被开采或挖掘时，就会发生低价态无机硫的氧化问题，其结果是形成酸性的硫酸盐土壤和酸性的矿物排放。酸性矿物排放是指矿物如黄铁矿在水的存在下被氧化时所产生的酸水，它是采矿业所面临的一个主要环境问题。酸性硫酸盐土壤中低价态无机硫的氧化问题是一个全球性的环境问题，它影响了世界上一千二百万公顷的农业耕地，使得水栖地(aquatic habitat)品质下降，并腐蚀混凝土和钢铁底座。因而，测量各种材料中的低价态无机硫的含量，对于环境管理非常重要，如测量泥沙(sediments)、土壤、矿物废料(mineral spoil)、淤泥(sludge)、石油、矿石(mineral ores)、化石燃料和水中的低价态无机硫的含量。

测量材料中硫含量的方法有多种。燃烧后接着测量放出的硫的氧化物，可以测量总的硫含量(即包括无机硫和有机硫)。这样的方法通常用于测量煤中的硫含量。煤的燃烧是二氧化硫污染的主要来源。然而，燃烧法无法区分有机硫、低价态无机硫或无机硫酸盐，相应地也就无法准确地定量测定样品中低价态无机硫的量。

分析低价态无机硫最常用的方法是过氧化物氧化法，即：把硫氧化成硫酸盐。然后，用常规的湿法化学定量分析法分析过氧化物氧化所放出的硫酸盐的量。尽管该方法是被认可的方法，但本发明的发明者却令人惊异地和意想不到地观察到：有机硫和硫酸盐矿物如石膏会对该方法产生严重的干扰。在测量低价态无机硫含量较低的泥沙(sediments)时，这种干扰特别重要。对低价态无机硫含量的错误评估，会导致采用昂贵的和/或不适当的有害环境的管理措施。

其它分析低价态无机硫的方法不如过氧化物氧化法准确，它们包括：

(a)测量总的硫含量和溶解硫(soluble sulfur)的含量，从这两个值

   的差值来估算低价态无机硫的含量。这种差值测量的缺点是误

   差会被累积；

(b)样品的显微测试；

(c)通过测定样品中黄铁矿(FeS₂)铁的量进行间接测定。然而，非

   黄铁矿形式的低价态无机硫却不能被测定出来。

因而，本发明的目的就是提供一种能够选择性地、准确地测定样品中低价态无机硫含量的方法和设备。

发明的公开

一方面，本发明提供了一种测定样品中低价态无机硫含量的设备，该设备包括反应室、将还原剂引入反应室中的装置、测定还原剂与样品反应所放出的硫化氢数量的装置以及检测硫化氢的释放是否降低或停止的检测器，所述的还原剂可以选择性地将样品中的低价态无机硫转化成硫化氢。

本发明的设备具有一反应室，该反应室使得待测样品为还原剂所处理，样品中的低价态无机硫被选择性地转化为H₂S。所述的还原剂应该不与有机硫或硫酸盐材料反应而生成H₂S。优选的还原剂包括二价铬盐、二价锡盐和一价汞盐。