[发明专利]利用表面增强红外吸收效应产生的红外吸收光谱分析水体砷化合物种类的方法

说明书

技术领域

本发明属于水体中砷化合物种类分析方法领域，具体地说是一种应用范围广泛、分析快速简便以及利于环保的利用表面增强红外吸收效应产生的红外吸收光谱与水体中砷化合物种类的方法。

本方法利用表面增强红外吸收效应产生的红外吸收光谱与水体中各种砷化合物本身具有的“红外特征光谱”的光学特性－即各种砷化合物的分子振动频率不同具有不同红外吸收波长进行比对，分析水体中各种砷化合物的种类，同时根据光谱强度计算各种砷化合物的浓度。 

背景技术

砷元素是一种广泛分布于自然界的元素。近年来，由于采煤及其它工业污染,使地下水以及地表水中砷的浓度不断增加，砷污染已经成为一个潜在的公共卫生问题。砷在自然界中以无机和有机的形式存在，无机如砷酸盐(As(V))、亚砷酸盐(As(III)) 。甲基化的有机砷化合物,尤其是一甲基砷化合物(MMA)和二甲基砷化合物(DMA),主要砷化物对大鼠的半致死量LD50(mg/ kg)分别为:亚砷酸盐(As III)14，砷酸盐(As V)20，MMA 700-1800，DMA 700-2600。可以看出，不同形态砷的毒性不同，无机砷的毒性最大，有机砷的毒性较小，因此在水体分析中测定砷的含量时，进行砷的形态分析十分必要，对有机砷和无机砷的不同毒性大小综合评价，比用砷的总量来评价更具科学性。    

传统方法中，分光光度法、原子吸收光谱法、氢化物发生原子荧光光谱法、电感耦合等离子体发射光谱法、电感耦合等离子体质谱法等，大都只测定样品中的总砷量，不能给出有关毒性的确切信息。因此目前常采用区分和定量测定各个砷形态的分析方法和技术，例如色谱分离结合原子光谱测定，最常采用的是阳离子交 换、阴离子交换、反相色谱或是这些技术的组合。其中，阴离子交换色谱可以分离具有阴离子特性的无机的和一甲基及二甲基砷形态化合物。目前还有选择电感耦合等离子质谱和氢化物发生原子荧光光谱法作为色谱的检测系统，因为它可以简便地连接高效液相色谱，测定具有高的灵敏度。但是这种体系的成本和维修费用非常昂贵,难以在常规分析中推广。另外方法都是采用现场取样后到实验室分析的模式，即不能实现现场、实时测量的方式，样品运输过程以及处理过程易引入其他干扰物质，影响分析的准确性。因此这个过程对于痕量级元素分析，不可能保证不会出现二次受污的可能性，而且对于复杂多变的水体环境，例如：元素形态受时空影响大；多数又处于相互关联、相互影响的状态；环境中温度压力变化大，其结果的准确性和可靠性受到质疑，从而不能确切掌握水质现状及其异常变化。

另外分析过程繁杂，条件苛刻、试剂消耗量大、产生二次污染等，对于复杂多变的水体环境，即有机物结构和浓度受时空影响大，多数又处于相互关联、相互影响的状态；水体环境的温度和压力变化大；对于海水高浓度离子，如氯离子，含量相对稳定等因素，其结果的准确性和可信性将受到质疑。

上述方法不同程度存在着以下缺陷：1、必须在实验室中完成，应用不能现场实时，范围受到限制。2、分析持续时间长，至少需要几天时间。3、分析过程繁杂，条件苛刻、能耗大，对实验人员的技术水平要求高。4、必须使用化学试剂，产生二次污染，不利于环保。

发明内容

本发明提供了一种应用范围广泛、分析快速简便以及利于环保的利用表面增强红外吸收效应产生的红外吸收光谱与水体中砷化合物种类的方法。

为了达到解决上述技术问题的目的，本发明采用如下技术方案：

一种利用红外吸收光谱分析水体中各种砷化合物种类的方法，其特征在于本发明的方法步骤如下：

（1）通过水样泵输送被测水样溶液；

（2）水样溶液在水样泵的作用下先后与醋酸和醋酸钠缓冲溶液管路中的醋酸和醋酸钠缓冲溶液以及螯合剂溶液管路中的螯合剂-酒石酸钾混合，水样溶液、醋酸和醋酸钠缓冲溶液以及螯合剂-酒石酸钾的混合比例为1:0.05:1，螯合剂在缓冲溶液提供的pH条件下与砷化合物中一甲基砷化合物选择性形成螯合物，该物质在近红外有特定吸收波长；

（3）与水样中砷化合物中一甲基砷化合物选择性形成螯合物的样品继续在管路中流动，流动800mm-1000mm后与乙二胺四乙酸管路中的乙二胺四乙酸溶液混合，混合比例在1：1-1：2之间，乙二胺四乙酸与砷化合物中二甲基砷化合物形成选择性螯合物，该螯合物在近红外有特定吸收波长；

（4）.混合后的溶液进入红外吸收池，吸收池的窗口材料采用氟化钙，氟化钙表面制备对砷化合物具有红外吸收增强效应的薄膜材料-石墨烯，石墨烯表面涂附聚甲基丙烯酸来消除水对红外的吸收；