[發(fā)明專利]一種可實(shí)現(xiàn)海水中H2、CH4等氣體原位測(cè)試的水下氣相色譜系統(tǒng)及其操作方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201610095995.3
• 申請(qǐng)日: 2016-02-22
• 公開（公告）號(hào): CN105588897A
• 公開（公告）日: 2016-05-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 楊群慧;季福武;王虎;米智楠;周懷陽(yáng);金璐;韋婧
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 同濟(jì)大學(xué)
• 主分類號(hào): G01N30/02
• 分類號(hào): G01N30/02
• 代理公司: 上海正旦專利代理有限公司 31200
• 代理人: 張磊

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于氣相色譜分析技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種可實(shí)現(xiàn)海水中H₂、CH₄等氣體原位測(cè)試的水下氣相色譜系統(tǒng)及其操作方法。

背景技術(shù)

海底熱液活動(dòng)會(huì)噴出大量的CH₄、H₂、CO₂等氣體，天然氣水合物的擾動(dòng)分解也會(huì)釋放出大量的CH₄等烴類氣體，從而導(dǎo)致海水中這些示蹤性氣體出現(xiàn)異常高含量分布。通過快速探測(cè)和追蹤這些示蹤性氣體的異常分布特征，可為尋找和合理評(píng)價(jià)海底熱液硫化物和天然氣水合物等資源提供快速而有效的科學(xué)依據(jù)。同時(shí)，海洋中CH₄、H₂和CO₂等氣體還是生物重要的能量來源，其含量等變化特征是追索海洋物理、化學(xué)和生物過程變化的有效示蹤劑，是研究海洋生物地球化學(xué)循環(huán)及全球氣候環(huán)境演變過程的重要信息載體。

從當(dāng)前深海氣體的測(cè)試方法看，多采用船載系統(tǒng)采樣后再進(jìn)行分析的方法，目前能夠在深海高壓環(huán)境下進(jìn)行氣體原位探測(cè)的裝置很少，較為成熟的是一些傳感器技術(shù)，而作為氣體測(cè)試的重要手段-氣相色譜技術(shù)目前尚未實(shí)現(xiàn)水下原位探測(cè)。

本發(fā)明將氣相色譜技術(shù)應(yīng)用于海底，使用膜分離技術(shù)分離提取海水中的氣體組分，采用高靈敏度的PDHID檢測(cè)器，實(shí)現(xiàn)海水中H₂、CH₄等溶解性氣體的原位檢測(cè)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種水下溶解性氣體的原位測(cè)試系統(tǒng)及其操作方法，將氣相色譜技術(shù)應(yīng)用于水下，使用膜分離技術(shù)分離提取海水中的氣體組分，采用PDHID檢測(cè)器在水下原位準(zhǔn)確檢測(cè)海水中H₂、CH₄等氣體的含量。測(cè)試系統(tǒng)使用外界電源供電，可與水下遙控機(jī)器人ROV或載人潛水器HOV配套作業(yè)，還可根據(jù)需要與海底觀測(cè)網(wǎng)對(duì)接，實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)期原位觀測(cè)。

本發(fā)明提出的一種可實(shí)現(xiàn)海水中H₂、CH₄等氣體原位測(cè)試的水下氣相色譜系統(tǒng)，包括海水自動(dòng)進(jìn)樣及氣體膜提取單元、多組分氣體自動(dòng)檢測(cè)和自校正單元以及廢氣回收單元，其中：多組分氣體自動(dòng)檢測(cè)和自校正單元、廢氣回收單元均封裝于高壓密封儀器艙中，海水自動(dòng)進(jìn)樣及氣體膜提取單元安裝于儀器艙端蓋上；

海水自動(dòng)進(jìn)樣及氣體膜提取單元由進(jìn)水過濾器1、膜進(jìn)樣裝置、水泵3、出水過濾器4組成，膜進(jìn)樣裝置內(nèi)設(shè)有海水樣品倉(cāng)2和氣體倉(cāng)6，海水樣品倉(cāng)2和氣體倉(cāng)6之間設(shè)置半透膜5，所述半透膜5為透氣不透水的膜，通過耐壓封裝，可自動(dòng)將海水樣品倉(cāng)2中的氣體分離提取到氣體倉(cāng)6中；進(jìn)水過濾器1通過管道連接海水樣品倉(cāng)2，海水樣品倉(cāng)2通過管道和水泵3連接出水過濾器4；

多組分氣體自動(dòng)檢測(cè)和自校正單元包括進(jìn)樣模塊、色譜柱和柱箱24a、脈沖氦離子化檢測(cè)器24b、減壓閥15、標(biāo)氣瓶16、氣體凈化器17和載氣瓶18，其中：進(jìn)樣模塊由第一電磁閥7、防漏閥8、漏水檢測(cè)傳感器9、注射泵19、兩位六通膜閥10、定量環(huán)12和多流路選擇膜閥13組成；氣體倉(cāng)6通過管道和防漏閥8連接漏水檢測(cè)傳感器9，漏水檢測(cè)傳感器9通過管道連接兩位六通膜閥10的3口，兩位六通膜閥10的2口通過管道連接多流路選擇膜閥13的Ｃ口，兩位六通膜閥10的１口通過管道連接色譜柱和柱箱24a，兩位六通膜閥10的４口通過管道連接氣體凈化器17，氣體凈化器17通過管道和閥門連接載氣瓶18；兩位六通膜閥10依次通過第二電磁閥11、減壓閥15和管道連接標(biāo)氣瓶16；多流路選擇膜閥13的4口通過管道和減壓閥15和管道連接標(biāo)氣瓶16；多流路選擇膜閥13的2口通過管道連接注射泵19，多流路選擇膜閥13的３口通過管道連接氣體凈化器17，多流路選擇膜閥13的Ｐ口通過管道連接兩位六通膜閥10，定量環(huán)12位于兩位六通膜閥10上;脈沖氦離子化檢測(cè)器24b連接第四電磁閥14b；

廢氣回收單元由廢氣泵20a、壓力傳感器20b、第一兩位二通閥21a、第二兩位二通閥21b、單向閥22和廢氣瓶23組成，壓力傳感器20b連接廢氣泵20a，廢氣泵20a的出氣口分為兩路，一路通過管道連接第一兩位二通閥21a，另一路通過管道連接第二兩位二通閥21b，第二兩位二通閥21b通過單向閥22和管道連接廢氣瓶23。