一种基于零价铁粉来制备LIBS液体测试样品的方法及其应用技术

本发明专利技术属于原子发射光谱检测相关技术领域，并公开了一种基于零价铁粉来制备LIBS液体测试样品的方法及其应用，该方法中主要包括：(a)将待测液体与零价铁粉充分混合，并使得其包含的重金属离子被零价铁粉还原置换成金属单质后富集吸附在零价铁粉的表面，以及被直接吸附沉积在零价铁粉的表面；(b)对零价铁粉执行过滤和干燥处理，并将获得的产物平铺承载在载体上，由此获得所需的测试样品。通过本发明专利技术，不仅可很好地解决现有LIBS检测液体时容易存在的液体溅射、液面波动或激光淬灭等缺陷，而且与现有方案相比在富集效果、操作效率，检测灵敏度和精度等方面可获得进一步提高，因而尤其适用于工业污水之类液体的重金属元素痕量分析等应用场合。

Method for preparing LIBS liquid test sample based on zero valent iron powder and application thereof

The invention belongs to the technical field of related atomic emission detection, and discloses a method for preparing LIBS liquid samples and its application based on zero valent iron. This method mainly includes: (a) of the tested liquid is fully mixed with zero valent iron powder, and the surface of the heavy metal ions contained by zero valent iron powder reduction replacement to metal elements after adsorption in zero valent iron powder, and the surface is directly adsorbed on zero valent iron powder; (b) of zero valent iron powder to perform filtering and drying, and the tile products bearing on the carrier, the test samples required by this. The invention can not only liquid level fluctuation or sputtering, laser quenching and other defects are a good solution to the existing LIBS detection liquid, and compared with the existing scheme in the enrichment effect, operation efficiency, detection sensitivity and accuracy, can be further improved, heavy metal trace analysis it is particularly suitable for applications industrial wastewater such as liquid.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于原子发射光谱检测相关
，更具体地，涉及一种基于零价铁粉来制备LIBS液体测试样品的方法及其应用。
技术介绍
激光诱导击穿光谱技术(Laser-InducedBreakdownSpectroscopy，简称LIBS)是光谱分析领域的一种新兴技术，其通过超短脉冲激光聚焦至测试样品的表面形成等离子体、并对等离子体发射光谱进行分析以确定样品的物质的成分及元素含量。由于其具备实时、快速、对样品的破坏性小，可实现多元素同时检测等多项优势，而被广泛用于固体、液体、气体等几乎涵盖所有元素的成分分析应用场合。实践中发现，当LIBS技术用于测定液体样品时，容易受到液面波动、溅射、激光淬灭等复杂因素的影响，并产生待测元素的谱线强度弱、谱线强度波动大和等离子体寿命短等问题，最终导致LIBS在液体检测领域受到较大的局限性。针对该热点技术问题，目前已经存在一些解决方案：例如，Cremers等首次提出了将双脉冲技术应用至液体LIBS中的方案，其能够有效增强收集到的光谱信号，但需要搭建复杂光路，成本高且增加对操作人员的要求，因而仍处于实验室研究阶段；又如，CN200910210856.0等披露了利用超声波雾化的手段，将液体样品雾化成空气中大量密集的小液滴再执行LIBS检测的方案，相应可提高信号光谱的检测限，但不足之处在于小液滴会起到透镜的作用对激光复合进行聚焦，从而影响测量的准确性；此外，CN201410776178.5和CN201510401969.5等分别披露了将大气压介质阻挡放电等离子体射流技术引入LIBS、以及增设静电辅助单元来获取更高强度的LIBS光谱信号的多类解决手段，但同样存在设备复杂、测试成本高和效率偏低等问题。为此，现有技术中还提出了将待测液体转换为固体形式后进行测量的思路，以便在降低设备成本和保证仪器安全的情况下，充分发挥LIBS分析固体样品的优势，并将其应用于液体检测领域。例如，EP2682742A1公开了一种将带有羟基官能团的基团或化合物固定于带有氨基的固体基质上，并对待测液体中的金属离子进行富集后继续执行LIBS测定的方案，相应可达到对Ag离子约5.395μg/L的检测限，但该方式的采样量至少需要在数百毫升以上，且需要将对金属离子有络合作用的基团通过有机反应修饰到固体基质上，处理过程复杂繁琐；又如，CN201410693107.9公开了一种将选自2,4,6-三巯基-1,3,5三嗪三钠盐、二硫代氨基甲酸钠或硫化钠的沉淀剂加入到液体样品中执行沉淀富集，然后通过孔径小于等于0.2μm的微孔滤膜过滤后执行LIBS测量的方案，其虽然能够大大减少采样量且获得较低的检测限，但实际测试过程中发现仍存在难以获得所需的滤膜及引入过多化学试剂等缺陷；此外，CN201110207663.7公开了一种提高激光诱导击穿光谱检测水体金属污染物探测灵敏度的方法，其中首先将待测液体样品雾化处理，接着将雾化后的液体样品附着在如固体石墨之类的固体承载物上形成液体薄膜，最后采用LIBS技术完成探测；该方案虽然能够以物理方式方便地将对液体的测量转变为对固体承载物的分析，但为了确保吸附效果和最终的探测灵敏度，不可避免仍需要对待测液体执行雾化处理，相应不仅会增加设备的复杂性，而且石墨对雾化液滴的吸附深度和均匀性容易对测量的准确性产生不利影响。
技术实现思路
针对现有技术的以上不足或改进需求，本专利技术提供了一种基于零价铁粉来制备LIBS液体测试样品的方法及其应用，其中通过综合考虑LIBS液体样品检测工艺自身的特点和各种局限，针对性选择零价铁粉来执行将待测液体转换为固态以获得所需测试样品的处理过程，并对其作用机理及多项关键工艺参数做出进一步的研究设计，相应能够同时充分利用零价铁粉的强还原性、强吸附性等特性来将待测液体中的离子还原成金属单质并实现吸附，由此不仅可很好地解决现有LIBS检测液体时容易存在的液体溅射、液面波动或激光淬灭等缺陷，而且与各类将待测液体转换为固体形式后再进行LIBS测量的现有方案相比在富集效果、检测灵敏度和精度等方面可获得进一步提高，因而尤其适用于譬如工业污水之类液体的重金属元素痕量分析等应用场合。为实现上述目的，按照本专利技术的一个方面，提供了一种基于零价铁粉来制备LIBS液体测试样品的方法，其特征在于，该方法中包括下列步骤：(a)将待测液体与零价铁粉充分混合，并使得待测液体中所包含的重金属离子被零价铁粉还原置换成金属单质后富集吸附在零价铁粉的表面，以及被直接吸附沉积在零价铁粉的表面(b)对通过步骤(a)处理后的零价铁粉执行过滤和干燥处理，并将获得的产物平铺承载在载体上，由此获得所需的LIBS液体测试样品。通过以上构思，不仅可以高效率、便于质量控制的方式将待测液体转换为固态以便充分发挥LIBS技术分析固体样品的优势，更重要的是它同时利用了零价铁粉(Zero-valentiron，简称ZVI，Fe0)自身所具备的强还原性、吸附性好等特性，与单纯的物理吸附方式相比不需要超声雾化之类的辅助手段且可获得更高的吸附效果和检测精度，同样与采用络合物或沉淀剂等方式相比操作更为简便、处理效率显著提高，而且在无需较大采样量的情况下即可获得很低的检测限；另一方面，所制得的样品还可利用铁的谱线来作为内标线降低由于激光脉冲引起的波动，并利用金属的等离子体温度高的特点来实现对水体重金属的痕量检测。按照本专利技术的另一方面，还提供了一种优化设计后的基于零价铁粉来制备LIBS液体测试样品的方法，其特征在于，该方法中包括下列步骤：(1)在放置有滤纸的过滤系统中，称取适量的零价铁粉并将其分布在所述滤纸上；(2)将一定体积的待测液体滴加至所述零价铁粉的表面并执行过滤，在此过程中，待测液体中所包含的重金属离子被零价铁粉还原置换成金属单质后富集吸附在零价铁粉的表面，并同时被直接被吸附沉积在零价铁粉的表面；(3)将过滤处理后的所述零价铁粉从过滤系统中取出，并将其放置在温度控制为80℃～100℃的干燥板上执行干燥处理；接着，利用铁质刀具将所述零价铁粉吸附且均匀平铺在载体上，由此制得所需的LIBS液体测试样品，其中该载体由粘附在硅片表面上的双面胶制成。通过以上优化设计，除了可同时利用零价铁粉自身所具备的强还原性、吸附性好等特性来更高质量地执行将液体转换为固态的机理之外，整体制备体系结构简单、便于操作且效率非常高，尤其是对于后期分离操作而言，不仅利用了铁粉自身磁性来执行快速分离和均匀铺设的操作，而且双面胶材质的载体价格低廉易于快速制备，相应在大大降低样品制作成本的同时，测试表明还能够将待测固体物质可靠地予以保持，并且便于执行后续的多元素检测分析等操作。作为本专利技术的进一步优选方案，所述待测液体的取样量优选为0.1mL～2mL，并且其pH值被控制在1.0～5.5的范围内。作为本专利技术的进一步优选方案，所述零价铁粉与待测液体之间的滴加比例优选被设定为：0.05g：1mL～1g：5mL。作为本专利技术的进一步优选方案，所述零价铁粉的平均颗粒度优选被设定为纳米尺寸，并且优选采用浓盐酸执行预处理以去除表面的氧化膜。作为本专利技术的进一步优选方案，所述干燥处理的温度优选被设定为95℃～100℃。按照本专利技术的又一方面，还提供了上述液体测试样品在采用激光诱导击穿光谱技术来实现水体重金属痕量本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于零价铁粉来制备LIBS液体测试样品的方法，其特征在于，该方法中包括下列步骤：(a)将待测液体与零价铁粉充分混合，并使得待测液体中所包含的重金属离子被零价铁粉还原置换成金属单质后富集吸附在零价铁粉的表面，以及被直接吸附沉积在零价铁粉的表面；(b)对通过步骤(a)处理后的零价铁粉执行过滤和干燥处理，并将获得的产物平铺固定承载在载体上，由此获得所需的LIBS液体测试样品。

【技术特征摘要】
1.一种基于零价铁粉来制备LIBS液体测试样品的方法，其特征在于，该方法中包括下列步骤：(a)将待测液体与零价铁粉充分混合，并使得待测液体中所包含的重金属离子被零价铁粉还原置换成金属单质后富集吸附在零价铁粉的表面，以及被直接吸附沉积在零价铁粉的表面；(b)对通过步骤(a)处理后的零价铁粉执行过滤和干燥处理，并将获得的产物平铺固定承载在载体上，由此获得所需的LIBS液体测试样品。2.一种基于零价铁粉来制备LIBS液体测试样品的方法，其特征在于，该方法中包括下列步骤：(1)在放置有滤纸的过滤系统中，称取适量的零价铁粉并将其分布在所述滤纸上；(2)将一定体积的待测液体滴加至所述零价铁粉的表面并执行过滤，在此过程中，待测液体中所包含的重金属离子被零价铁粉还原置换成金属单质后富集吸附在零价铁粉的表面，同时还被直接吸附沉积在零价铁粉的表面；(3)将过滤处理后的所述零价铁粉从过滤系统中取出，并将...

【专利技术属性】
技术研发人员：李祥友，杨新艳，郭连波，李嘉铭，易荣兴，郝中骐，李秋实，曾晓雁，陆永枫，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42