[发明专利]一种可实现海水中H2、CH4等气体原位测试的水下气相色谱系统及其操作方法

说明书

技术领域

本发明属于气相色谱分析技术领域，具体涉及一种可实现海水中H₂、CH₄等气体原位测试的水下气相色谱系统及其操作方法。

背景技术

海底热液活动会喷出大量的CH₄、H₂、CO₂等气体，天然气水合物的扰动分解也会释放出大量的CH₄等烃类气体，从而导致海水中这些示踪性气体出现异常高含量分布。通过快速探测和追踪这些示踪性气体的异常分布特征，可为寻找和合理评价海底热液硫化物和天然气水合物等资源提供快速而有效的科学依据。同时，海洋中CH₄、H₂和CO₂等气体还是生物重要的能量来源，其含量等变化特征是追索海洋物理、化学和生物过程变化的有效示踪剂，是研究海洋生物地球化学循环及全球气候环境演变过程的重要信息载体。

从当前深海气体的测试方法看，多采用船载系统采样后再进行分析的方法，目前能够在深海高压环境下进行气体原位探测的装置很少，较为成熟的是一些传感器技术，而作为气体测试的重要手段-气相色谱技术目前尚未实现水下原位探测。

本发明将气相色谱技术应用于海底，使用膜分离技术分离提取海水中的气体组分，采用高灵敏度的PDHID检测器，实现海水中H₂、CH₄等溶解性气体的原位检测。

发明内容

本发明的目的在于提供一种水下溶解性气体的原位测试系统及其操作方法，将气相色谱技术应用于水下，使用膜分离技术分离提取海水中的气体组分，采用PDHID检测器在水下原位准确检测海水中H₂、CH₄等气体的含量。测试系统使用外界电源供电，可与水下遥控机器人ROV或载人潜水器HOV配套作业，还可根据需要与海底观测网对接，实现长期原位观测。

本发明提出的一种可实现海水中H₂、CH₄等气体原位测试的水下气相色谱系统，包括海水自动进样及气体膜提取单元、多组分气体自动检测和自校正单元以及废气回收单元，其中：多组分气体自动检测和自校正单元、废气回收单元均封装于高压密封仪器舱中，海水自动进样及气体膜提取单元安装于仪器舱端盖上；

海水自动进样及气体膜提取单元由进水过滤器1、膜进样装置、水泵3、出水过滤器4组成，膜进样装置内设有海水样品仓2和气体仓6，海水样品仓2和气体仓6之间设置半透膜5，所述半透膜5为透气不透水的膜，通过耐压封装，可自动将海水样品仓2中的气体分离提取到气体仓6中；进水过滤器1通过管道连接海水样品仓2，海水样品仓2通过管道和水泵3连接出水过滤器4；

多组分气体自动检测和自校正单元包括进样模块、色谱柱和柱箱24a、脉冲氦离子化检测器24b、减压阀15、标气瓶16、气体净化器17和载气瓶18，其中：进样模块由第一电磁阀7、防漏阀8、漏水检测传感器9、注射泵19、两位六通膜阀10、定量环12和多流路选择膜阀13组成；气体仓6通过管道和防漏阀8连接漏水检测传感器9，漏水检测传感器9通过管道连接两位六通膜阀10的3口，两位六通膜阀10的2口通过管道连接多流路选择膜阀13的Ｃ口，两位六通膜阀10的１口通过管道连接色谱柱和柱箱24a，两位六通膜阀10的４口通过管道连接气体净化器17，气体净化器17通过管道和阀门连接载气瓶18；两位六通膜阀10依次通过第二电磁阀11、减压阀15和管道连接标气瓶16；多流路选择膜阀13的4口通过管道和减压阀15和管道连接标气瓶16；多流路选择膜阀13的2口通过管道连接注射泵19，多流路选择膜阀13的３口通过管道连接气体净化器17，多流路选择膜阀13的Ｐ口通过管道连接两位六通膜阀10，定量环12位于两位六通膜阀10上;脉冲氦离子化检测器24b连接第四电磁阀14b；

废气回收单元由废气泵20a、压力传感器20b、第一两位二通阀21a、第二两位二通阀21b、单向阀22和废气瓶23组成，压力传感器20b连接废气泵20a，废气泵20a的出气口分为两路，一路通过管道连接第一两位二通阀21a，另一路通过管道连接第二两位二通阀21b，第二两位二通阀21b通过单向阀22和管道连接废气瓶23。