[發(fā)明專利]一種短期大量采集大氣氣態(tài)汞的采樣裝置和采樣方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201811411538.6
• 申請日: 2018-11-24
• 公開（公告）號: CN109506992B
• 公開（公告）日: 2021-06-29
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 孫若愚;單冰
• 申請（專利權(quán)）人: 天津大學(xué)
• 主分類號: G01N1/24
• 分類號: G01N1/24
• 代理公司: 天津市北洋有限責(zé)任專利代理事務(wù)所 12201
• 代理人: 王麗英

本發(fā)明公開了一種短期大量采集大氣氣態(tài)汞的采樣裝置和采樣方法，采樣裝置包括過濾大氣顆粒物的濾膜盒；與濾膜盒出口連接的大氣氣態(tài)汞采樣單元，該采樣單元由六根鍍金石英砂管和兩個改造的錐形漏斗組成；與大氣氣態(tài)汞采樣單元出口端連接的瞬時流量計；與流量計出口端連接的真空泵；與真空泵出口連接的容積式流量計。該采集裝置能夠在數(shù)小時內(nèi)采集足夠量的大氣氣態(tài)汞用于同位素分析；采樣裝置中的設(shè)備易拆裝、易操作、采樣簡單易行、精確度高。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及大氣成分采樣技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及較短時間內(nèi)大量采集大氣汞的采樣裝置和采樣方法。

背景技術(shù)

汞是一種具有生物毒性的重金屬元素，能以劇毒甲基汞的形式在生物體內(nèi)進行累積和傳遞，進而危害人類的健康。同時，汞也是唯一一種在大氣中以金屬單質(zhì)態(tài)穩(wěn)定存在的元素，能夠在全球范圍內(nèi)的進行循環(huán)和沉降。人為汞排放近年來不斷增加，達到2000t/a，從而造成當(dāng)今大氣汞的背景值較工業(yè)革命前高出3倍以上。

根據(jù)汞在大氣中存在的物理化學(xué)狀態(tài)不同，大氣汞被人為分為大氣零價汞(Hg⁰)、大氣二價汞(Hg^II)和大氣顆粒態(tài)汞(Hg^P)，前二者也統(tǒng)稱為大氣氣體汞。大氣汞主要以零價汞的形態(tài)存在，一般占大氣汞的90％以上；大氣二價汞和顆粒態(tài)在大氣汞中的比例一般小于10％。大氣零價汞不溶于水，在大氣中的滯留時間達0.5-1.5年之久，從而造成全球的傳輸。大氣二價汞和顆粒態(tài)一般在數(shù)周內(nèi)隨大氣濕沉降和干沉降進入地表。認(rèn)清大氣汞之間的轉(zhuǎn)化和循環(huán)是制定汞排放標(biāo)準(zhǔn)的重要依據(jù)，一直以來都是國際上研究的熱點和難點。

汞是迄今唯一具有“三維”同位素示蹤體系的重金屬。大氣汞同位素不但具有常見的質(zhì)量分餾，還具有較為少見奇數(shù)同位素的非質(zhì)量分餾以及極其罕見的偶數(shù)同位素的非質(zhì)量分餾。由于特定的大氣物理化學(xué)過程使得汞同位素沿著不同的軌跡進行質(zhì)量和非質(zhì)量分餾，因而通過測定大氣汞的同位素組成，可以推演出大氣汞的形態(tài)轉(zhuǎn)化與循環(huán)過程。

高精度汞同位素測試需要足夠量的大氣汞樣品(一般大于10ng)。傳統(tǒng)的鍍金石英砂富集法采集大氣氣態(tài)汞只使用一根鍍金石英砂管，為保證采樣效率，采樣氣流量通常被限制在2L/min以內(nèi)，因而在低汞背景的大氣中難以短時間內(nèi)收集足夠量的汞用于高分辨率、高精度的汞同位素測試。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于此，本申請的目的在于提供一種短期內(nèi)大量采集大氣氣態(tài)汞的采樣裝置和采樣方法。該裝置能夠在12小時內(nèi)采集到大于10ng的大氣氣態(tài)汞。

本申請?zhí)峁┮环N短期大量采集大氣氣態(tài)汞的采樣裝置，包括:

過濾大氣顆粒物用的濾膜盒；

大氣氣態(tài)汞采樣單元，所述大氣氣態(tài)汞采樣單元包括第一錐形漏斗，所述第一錐形漏斗的細(xì)管端與濾膜盒的出氣口連通，第二錐形漏斗與第一錐形漏斗同軸線左右相對間隔設(shè)置，所述第二錐形漏斗的細(xì)管通過第一連接管道與瞬時流量計的進口端相連；所述的第一錐形漏斗的廣口端和第二錐形漏斗的廣口端均采用密閉板封閉設(shè)置，在所述的第一錐形漏斗的密閉板和第二錐形漏斗的密閉板之間沿圓周方向均勻安裝有多個采樣管，每根采樣管的兩端分別與密閉板上的中空管連通設(shè)置，采樣管收集大氣氣態(tài)汞，在采樣管外部包裹有硅膠加熱片，在每根采樣管內(nèi)部充填有1-1.5g鍍金石英砂，充填物兩端塞有石英棉；

真空泵，所述的真空泵與瞬時流量計出口端通過第二連接管道連接；

容積式流量計，所述的容積式流量計與真空泵出口通過第三連接管道連接。

本發(fā)明的一種短期大量采集大氣汞的采樣方法，包括以下步驟：

(1)將濾膜盒載有的石英纖維濾膜置于馬弗爐中于550℃加熱6h以上；

(2)將濾膜盒進氣端置于周圍大氣中，開啟硅膠加熱片控制器加熱吸收管，啟動真空泵，大氣通過濾膜盒中載有的石英纖維濾膜過濾掉其中的顆粒物；