[發明專利]一種常壓下測定水中甲烷和二氧化碳的系統和方法

在審

• 申請號: 202010066734.5
• 申請日: 2020-01-20
• 公開（公告）號: CN111141692A
• 公開（公告）日: 2020-05-12
• 發明（設計）人: 張力夫;曲康;呂萬軍;吳祥恩;魯麗;李天華
• 申請（專利權）人: 中國地質大學（武漢）
• 主分類號: G01N21/31
• 分類號: G01N21/31
• 代理公司: 武漢知產時代知識產權代理有限公司 42238
• 代理人: 郝明琴

本發明公開了一種常壓下測定水中甲烷和二氧化碳的系統和方法。一種常壓下測定水中甲烷和二氧化碳的系統，包括水氣分離裝置、CRDS分析裝置、載氣裝置和標定裝置；水氣分離裝置用于分離待測水樣中的氣體；水氣分離裝置通過第一管路與CRDS分析裝置連通；標定裝置通過第二管路與CRDS分析裝置連通，用于標定CRDS分析裝置；載氣裝置通過第三管路與水氣分離裝置連通，載氣裝置通過第四管路與CRDS分析裝置連通。一種常壓下測定水中甲烷和二氧化碳的系統和方法，具有耗時短、靈敏度高、操作簡單、檢測準確率和精確性高，且受外界干擾較小，可廣泛應用于野外和實驗室觀測，對觀測甲烷和二氧化碳的分布以及其通量的計算具有重要意義。

技術領域

本發明涉及氣體檢測技術領域，尤其涉及一種常壓下測定水中甲烷和二氧化碳的系統和方法。

背景技術

大氣中溫室氣體甲烷(CH₄)和二氧化碳(CO₂)的濃度已經增加到過去80萬年來無法相比的水平。盡管大氣中CH₄的濃度比CO₂低約200倍，但在每分子基礎上CH₄在100年時間范圍內對地球變暖的效力是二氧化碳的23倍(Wuebbles,D.J et al.,2002)。自20世紀50年代以來，評估溫室氣體(如CH₄和CO₂)對大氣、海洋、湖泊、海冰和冰川的影響一直是氣候研究的首要任務。然而，水生系統中溶解CH₄的本地和全球量化以及海洋、湖沼和河流系統中大氣總排放量非常復雜，且存在很大的不確定性。因此，對水體中甲烷和二氧化碳的高精度檢測是獲得水體甲烷和二氧化碳通量變化的主要手段。

現有技術中，同時在水系統中測得溶解的CH₄和CO₂數據是基于噴霧室法。然而，這些方法僅適用于長期測量，因為噴霧室方法基于水和分析頂空之間的氣體平衡，導致測量時間為幾分鐘到幾小時。目前，國內對于水下溶解CH₄和CO₂的探測分析主要包括原位激光拉曼光譜儀和基于減壓和膜脫氣的色譜儀，前者可以用于多種氣體的檢測，但不適用于痕量氣體檢測；后者利用多孔氧化物結合色譜柱分離，用于溶解烴類氣體檢測，測試過程復雜。

發明內容

本發明的目的在于，針對現有的上述不足，提出一種操作簡便、可靠性高、測試精度高的常壓下測定水中甲烷和二氧化碳的系統和方法。

本發明的目的可以通過以下技術方案來實現：

一種常壓下測定水中甲烷和二氧化碳的系統，包括水氣分離裝置、CRDS分析裝置、載氣裝置和標定裝置；所述水氣分離裝置用于分離待測水樣中的氣體；所述水氣分離裝置通過第一管路與所述CRDS分析裝置連通；所述標定裝置通過第二管路與所述CRDS分析裝置連通；所述載氣裝置通過第三管路與所述水氣分離裝置連通，所述載氣裝置通過第四管路與所述CRDS分析裝置連通。

優選的，所述水氣分離裝置包括水氣分離器和氣體干燥器；所述氣體干燥器的進氣端通過管路與所述水氣分離器的出氣端連通，其出氣端通過所述第一管路與所述CRDS分析裝置連通，所述第一管路上設有打開或關閉其的第一閥門。

優選的，所述水氣分離裝置還包括水泵，所述水泵通過進水管路與所述水氣分離器的進水端連通，所述進水管路上依次設有過濾器、限流閥、流量檢測器、壓力傳感器和溫度傳感器，且所述限流閥位于所述過濾器與所述水氣分離器之間的管路段上。

優選的，所述載氣裝置包括載氣瓶，所述載氣瓶通過所述第三管路與所述水氣分離器的進氣端連通，所述載氣瓶通過所述第四管路與所述CRDS分析裝置連通，所述第三管路上設有打開或關閉其的第三閥門，所述第四管路上設有打開或關閉其的第四閥門。

優選的，所述標定裝置包括標氣瓶、氮氣瓶和配氣機構，所述標氣瓶和氮氣瓶分別通過管路與所述配氣機構連通，所述配氣機構的出氣端通過所述第二管路與所述CRDS分析裝置連通，所述第二管路上設有打開或關閉其的第二閥門。