[发明专利]基于金汞齐中高频交流电流变化测量汞含量的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种测量大气中汞含量的方法，尤其是利用金丝与汞形成金 汞齐时表面电阻变化导致高频交流电流变化来测量汞含量的方法。

背景技术

汞是唯一在常温下呈液态的金属，有流动性；是一种易于挥发的元素， 具有扩散性和较大的脂溶性，汞吸入呼吸道可被肺泡吸收，经血液进入全身 组织，很容易通过胃肠道被人体吸收，人体各部的皮肤黏膜及表皮都能吸收 汞或汞化合物，能与人体酶发生化学反应，从而使这些酶失去重要人体技能 的催化作用。汞是一种累积性毒素，即长期少量的吸入会在人体中蓄积起来 慢慢地对人体造成损害。汞的毒性大小与其存在形态有关，+1价的化合物毒 性较小，+2价的化合物毒性大，有机汞的毒性大于无机汞。大气中的汞主要 以0价形态(汞单质)存在，约占大气汞含量的90-99％。

由于人类生产、生活活动等人为因素，汞在大气、土壤、水源、食品等 领域广泛存在，如煤、石油和天然气在燃烧过程中会排放出大量的含汞废气 和颗粒态汞尘，氯碱工业、塑料工业、电子工业、混汞工业、雷汞生产、提 炼金属汞的工厂、制造汞温度计、气压计仪表、日光灯的工厂以及使用含汞 催化剂的工厂等都是汞污染的主要来源。另外，用污水灌溉土壤、污泥施肥 及使用含汞农药等，都能造成人为汞污染。全球每年排放到大气中的汞约为 45000吨，其中有4000吨进入了海洋。大气汞污染所带来的后果是及其严重 的，其污染特征是以大气活动为主要媒介，使汞污染成为全球性问题。

由于汞是一种有毒重金属，具有较大的迁移性，在生物体和食物链中具 有较高富集系数，使得环境汞的检测具有非常重要的意义。目前，汞的检测 主要有冷原子吸收法和原子荧光法两种测定方式，无论用哪一种方式检测， 需要繁琐的样品处理过程，测量时需要光电转换过程，基本上不能对大气汞 污染进行实时检测。

由于汞极易与大多数金属如钠、锌、铅、金、银(铁除外)形成合金— —汞齐，因此被誉为“金属的溶剂”。由于金的性能特点，如在大气中具有很 好的稳定性，不易氧化，且非常柔软、易于加工等。常温环境中汞容易与单 质金形成合金——金汞齐。由于金的电导率为汞的电导率为 两着相差40倍，因此，不同汞含量的金汞齐的电阻存在差异。 金汞齐中汞含量变化立即导致其电阻改变，流过其中的电流强度也立刻相应 发生变化。近年来一些研究者利用该原理设计了测量气态汞含量的传感器， 这些传感装置一般都采用极薄的金膜吸收汞蒸气形成金汞齐，再利用 Wheatstone直流电桥进行测量。也有研究者根据金膜与汞形成金汞齐后的膜 质量增大导致膜表面声波频率降低的原理提出了一种测量气态汞含量的金膜 感应器。这些金膜传感装置需要复杂的镀膜工艺，信号响应较弱，且在实际 应用中存在吸附平衡时间过长，金膜再生时膜可能从基体上剥离，以及薄膜 结构具有记忆性等缺点，难于实现大气汞的实时检测，不能适应快速、在线 检测的需要。

发明内容

本发明针对现有技术，即环境汞检测的冷原子吸收法、原子荧光法和金 膜传感器等测定方式的上述不足，提出一种根据金丝与汞形成金汞齐时表面 电阻变化导致高频交流电流变化来测量汞含量的方法。

本发明的技术方案：基于金汞齐中高频交流电流变化的测量汞含量的方 法，其特征在于：在设定的时间和温度条件下，一定流速的含汞大气通过含 有金丝的汞探测器时，汞首先在金丝表面形成金汞齐，导致金丝的表面电阻 发生变化，利用高频交流电流的“趋肤”特性，采用交流电桥检测高频电流 的变化；根据高频电流的变化可得到大气汞含量。

更进一步的特征是：(1)汞探测器由圆柱形金丝和石英管构成，要求金 丝纯度高于99.99％。(2)电桥中电流信号为高频电流，频率为65MHz。(3) 金丝的再生方法是电流通过金丝发热至600℃～800℃，汞从金丝中解吸后得到 纯金丝，以便重复使用。

本发明的测量汞含量方法，相对于现有技术，具有如下特点：

1、测量用的汞探测器是利用金汞齐中电阻变化导致电流变化的原理来测 定大气中汞含量，省略了冷原子吸收法和原子荧光法中的光电转换过程，选 择性好，抗干扰能力强。

2、由于大气中汞浓度的变化与电流信号的变化能即时响应，且微电流信 号的变化很容易实现放大和显示，因此，本方法容易实现大气汞污染的个体 检测和实时检测，以适应快速、在线检测的需要。