[发明专利]一种测定水体中溶解甲烷的装置和方法

说明书

技术领域

本发明涉及水体中溶解甲烷的检测，尤其是涉及一种测定水体中溶解甲烷的装置和方法。

背景技术

甲烷是大气中最重要的有机痕量气体，其温室效应是同等量二氧化碳的20倍，在大气化学中起到重要作用。大气中甲烷浓度正以每年1％的速度增加，显示了其源和汇的不平衡。海洋是大气中甲烷的净源，世界许多大洋及近岸海域中甲烷的分布特征，引起很多科学家的关注。目前最常用的方法为气相色谱法，首先将水样进行预处理以得到溶解气体，然后将气体注入色谱柱,经分离后分别用氢火焰离子化检测器(FID)检测。根据原理不同,分析海水中溶解甲烷气体时常用的前处理方法可以分为三大类:顶空平衡法、真空脱气法和吹扫捕集法。

顶空平衡法：在一个密闭体系中，待测组分根据亨利定律在液相与顶空气相之间达到热力学平衡，通过测定气相中的组分含量而计算出待测水样中该组分含量(McAuliffe,1963)。但是该方法需要的平衡时间太长，而且灵敏度较低,一般不适于低浓度海水样品中的甲烷测定。

真空脱气法：真空脱气法是指将水样引入一个已被抽真空的密闭容器中，置于恒温超声水浴中，帮助溶解气体从液相中脱出，进而引入检测器的测定方法(Schmitt,1991；Lammers,1994)。但是该方法对不同甲烷浓度的海水样品具有不同的脱气效率，难以通过标准样对待测样品校正。

吹扫捕集法：又称气体抽提法，利用高纯气体(N₂或He)将海水中溶解的气体吹出，并收集在吸附剂上，待解吸后予以测定，该方法首先由Swinnerton等(1962)提出。虽然早期有研究者采用干冰冷阱,或半导体制冷等技术，将甲烷气体吸附在分子筛上，但是因温度不够低，吸附的部分甲烷会缓慢流失，导致检测结果的不准确。

发明内容

本发明的目的在于提供可靠性高，检测限低，节省人力的一种测定水体中溶解甲烷的装置和方法。

所述测定水体中溶解甲烷的装置设有氮气钢瓶、第1减压阀、质量流量控制器、第2减压阀、流量计、六通阀、第1三通阀、第2三通阀、Nafion管、半导体制冷器、吹扫管、捕集管、杜瓦罐、电加热管、十二通阀、科伦泵、样品瓶、气相色谱仪；

所述氮气钢瓶分别连接第1减压阀、第2减压阀、质量流量控制器，第1减压阀出口连接流量计入口，流量计出口连接Nafion管后排空；质量流量控制器的出口连接六通阀入口，六通阀的一个出口连接第1三通阀，第1三通阀的一个出口连接吹扫管，吹扫管的出口连接第2三通阀入口，第2三通阀的一个出口连接Nafion管入口，Nafion管的出口经六通阀后连接半导体制冷器，半导体制冷器出口连接捕集管，电加热管包裹在捕集管外围并位于杜瓦罐内，捕集管出口连接气相色谱仪；第2减压阀的出口连接第1三通阀；样品瓶通过科伦泵连接十二通阀，十二通阀的一个出口连接吹扫管。

所述氮气钢瓶可采用高纯氮气钢瓶。

所述样品瓶可设10个，10个样品瓶与十二通阀入口相连。

氮气钢瓶分为三路，第1路经减压阀连接流量计，流量计出口连接Nafion管入口，并从Nafion管的出口排空；第2路连接质量流量控制器入口，质量流量控制器出口连接六通阀入口，六通阀出口连接第1三通阀入口，第1三通阀出口连接吹扫管入口，吹扫管出口连接第2三通阀入口，第2三通阀入口连接Nafion管入口，Nafion管的出口连接六通阀另一入口，六通阀出口连接半导体制冷器入口，半导体制冷器出口连接捕集管入口，捕集管位于盛装液氮的杜瓦罐内，外围包裹电加热套，捕集管出口连接气相色谱仪；第三路经减压阀连接三通阀入口，三通阀出口连接吹扫管；所述捕集管可以在机械臂的带动下，通过升降实现进入和离开杜瓦罐的动作。

所述测定水体中溶解甲烷的方法，包括以下步骤：

1)进样阶段：将甲烷样品瓶的出口连接科伦泵，科伦泵的进样量根据该批水样中甲烷浓度的范围来确定，一般大洋水体中甲烷浓度低可以增加进样量，近岸水体中甲烷浓度高只需少量进样，科伦泵出口连接十二通阀，然后通过十二通阀的出口进入吹扫管，完成进样阶段；