[實用新型]一種單一汞同位素大氣發生系統

有效

• 申請號: 201420155252.7
• 申請日: 2014-04-02
• 公開（公告）號: CN203899575U
• 公開（公告）日: 2014-10-29
• 發明（設計）人: 馮新斌;顏子云;王衡
• 申請（專利權）人: 中國科學院地球化學研究所
• 主分類號: B01J7/00
• 分類號: B01J7/00;G01N33/48;G01N33/24;G01N33/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本實用新型屬于穩定汞同位素添加技術領域，涉及一種單一汞同位素大氣發生系統，具體地說涉及一種高效穩定的單一汞同位素大氣發生系統及應用。

背景技術

汞是大氣中唯一以氣態單質進行長距離傳輸的重金屬元素，且具有很強的生物毒性，因此被認為是一種全球性的污染物(Feng?et?al.，2010；Lindberg?et?al.，2007；Selin，2009)。汞以痕量水平廣泛存在于地球各圈層，大氣中汞的主要來源包括人為源排放及自然源釋放(Streets?et?al.，2005；Streets?et?al.，2009)。其中自然源的年釋放量占了全球總排放量的三分之二，與人為排放量相比，目前對自然過程排放量的估算具有更大的不確定性。在對自然源的研究中，以植被覆蓋廣袤的背景區的源匯問題引起了廣泛的研究和討論。在GEOS-Chem及以蒸騰作用為基礎的通量模型中，植被被認為是大氣汞的源，植物能通過根系吸收土壤水中的汞，進而通過傳輸釋放到大氣中。然而，越來越多的實驗研究表明土壤水中的汞不易傳輸到植物葉片，葉片中的汞大多來自大氣，因此植被在生態系統中很有可能是大氣汞的匯。若能通過巧妙的試驗設計，定量探討植物葉片對汞的吸收與排放(包括葉片吸收汞的再釋放過程)，將給這一科學問題的解決、汞的全球模型更新乃至汞生物地球化學循環過程的認識帶來新的思路。

汞穩定同位素示蹤研究為這一難題的解決提供了新的手段。在天然環境中Hg有七種穩定同位素，¹⁹⁶Hg(0.15％)、¹⁹⁸Hg(9.97％)、¹⁹⁹Hg(16.87％)、²⁰⁰Hg(23.10％)、²⁰¹Hg(13.18％)、²⁰²Hg(29.86％)、²⁰⁴Hg(6.87％)(de?Laeter?et?al.，2003)。而這七種同位素及其化合物在化學性質、生物學性質方面并無差異，只在核物理性質方面存在顯著的差異。因此，可以利用某一種同位素及其化合物作為示蹤劑，探討汞在環境中的行為及其歸趨(Hintelmann?et?al.，1995；Hintelmann?et?al.，2002；Harris?et?al.，2007)。利用汞同位素添加示蹤技術，指示植物葉片中汞的來源與環境行為，逐漸成為近年來研究大氣-植被-土壤界面汞遷移轉化規律的強有力手段。但在背景大氣中，大氣汞屬于痕量氣體，其濃度在1-3ng?m^-3(Schroeder＆Munthe，1998)。這為模擬實驗室相似的低汞同位素微環境帶來了挑戰。在模擬試驗中，獲得持續、穩定、低濃度且低成本的單一汞同位素源是該系統的關鍵因素。Rutter?et?al.(2011)在嚴格控制溫度、濕度和光照條件的密閉實驗室內放置植物和土壤，注入穩定濃度的¹⁹⁸Hg⁰蒸氣，探究汞在植物葉片上的干沉降量與環境因子的相互關系，進而推演汞在大氣-植被界面的遷移轉化規律。該方法能夠提供較好的植物生理生長條件，但其成本高且很難達到產生穩定單一大氣汞同位素的要求。如：在恒定溫度10℃～30℃條件下，汞的揮發濃度為5.552～29.504ng?ml^-1，因此利用揮發法產生的同位素汞源，效率低、穩定性得不到保證、且不能精準地調節汞蒸氣濃度的變化，房間“壁效應”會吸附大量的汞，造成重復試驗的背景值過高，大量的汞蒸氣持續的排出，費時費力且易造成二次污染。

綜上所述，建立一種能產生低濃度、穩定性強、可控性高、且利用效率高的同位素汞蒸氣(^xxxHg⁰)發生系統是該試驗的關鍵。

實用新型內容

為了克服現有技術中存在的缺陷，本實用新型提供一種單一汞同位素大氣發生系統，設計滿足上述要求的汞蒸氣發生系統，及基于該發生器的植物交換裝置、大氣同位素汞的在線檢測裝置，該系統不僅具有低成本，可以連續產生低濃度、穩定性強、可控性高、利用效率高的同位素汞蒸氣(^xxxHg⁰)特性，還兼有輕便靈巧、安裝便捷、可移動性強和適用范圍廣等特點。

其技術方案如下：

一種單一汞同位素大氣發生系統，由汞蒸氣發生器、大氣汞與植物交換系統、大氣汞同位素濃度在線檢測系統三部分組成；