[發明專利]一種低功耗小體積長期值守深海痕量氣體原位測量儀

有效

• 申請號: 202011140080.2
• 申請日: 2020-10-22
• 公開（公告）號: CN112362613B
• 公開（公告）日: 2021-10-29
• 發明（設計）人: 許占堂;周雯;楊躍忠;李彩;曹文熙;謝栢成;鄧霖
• 申請（專利權）人: 中國科學院南海海洋研究所
• 主分類號: G01N21/39
• 分類號: G01N21/39;G01N21/01;B01D53/18;B01D53/26
• 代理公司: 廣州科粵專利商標代理有限公司 44001
• 代理人: 周友元;劉明星

本發明公開了一種低功耗小體積長期值守深海痕量氣體原位測量儀，包括外掛單元，可拆離地設置在主體倉外部，用于提取海水中溶解的痕量氣體供主體倉檢測，并將主體倉檢測后產生的廢氣擴散至脫氣后的海水中；主體倉，其內部設置有進氣泵、干燥單元、氣體檢測單元和排氣泵，外掛單元的氣體出口經進氣泵、干燥單元后與氣體檢測單元的氣體入口相連，氣體檢測單元的氣體出口經排氣泵與外掛單元的氣體入口相連。本發明的外掛單元，水氣分離與廢氣擴散排除可無干擾同步進行，且主體倉和外掛單元互相獨立工作，減少人為誤操作和多次開關倉體影響氣密性導致進水的可能性，且無需開倉換氣維護，實現長期檢測。

技術領域

本發明涉及深海氣體檢測技術領域，具體涉及一種低功耗小體積長期值守深海痕量氣體原位測量儀。

背景技術

在當今能源缺乏的情況下，天然氣水合物和油氣資源探測技術的發展已經上升到國家戰略的高度。粗略估算我國海域及陸域水合物遠景資源量約有800億噸油當量，是我國常規天然氣資源量的2倍。在正常沉積的海洋底層水中溶存甲烷濃度較低，其值為0.5-2nmolL^-1，但在有天然氣水合物、油氣藏和洋脊熱液系統以及富有機質的厭氧沉積物海域，由于沉積物下部產生大量甲烷，通過滲漏或擴散進入底層水，與周圍海水不斷混合形成“浮力羽流”(buoyant plume)。浮力羽流上升到離海底一定高度并與周圍海水達到密度平衡后呈水平方向擴散傳播，形成水平面積較大、較易探測到的“甲烷羽流”(methane plume)。羽流中甲烷氣體的濃度與周圍海水相比明顯較高，擴散作用使海水中氣體濃度異常分布具有一定的區域性。通過探測甲烷羽流的存在、追蹤甲烷羽流的擴散途徑，可以為勘查天然氣水合物和油氣資源有利區提供一種間接的證據。

海水中溶存甲烷的研究依賴于其測量技術的發展。現場采樣-實驗室氣相色譜分析的測量手段，目前仍是海水中溶存甲烷濃度的主要測量手段，但是該分析方法存在著非原位測量的弊端，如所采樣品代表性差、樣品在采集和預處理過程中難免玷污和在保存、運輸樣品過程中溶存甲烷的難免損失和無法得到長時間序列的數據等。因此，高精度、低功耗的長期原位測量技術，才是今后海水中溶解甲烷測量技術的發展趨勢。目前海水中溶存甲烷的原位測量技術主要沿著以下兩種思路開展，其一，將海水中溶解的甲烷氣體通過一定的技術手段分離出來，利用氣敏傳感器或者紅外光吸收法對這些甲烷氣體進行濃度檢測；其二，將原位傳感器對準含有甲烷氣體的海水進行直接檢測，例如消逝波原理和拉曼光譜儀測量法。然而，我國大部分海域背景海水甲烷濃度較低(一般都處于nmol/L的量級，深海甚至低于1nmol/L)，現有儀器的靈敏度和精度較低，以德國GKSS研究中心和Franatech公司共同研制生產的商業化溶解甲烷傳感器(METS)為例，檢測精度只有10nmol/L，只能進行較高濃度甲烷的測量，無法滿足背景海水甲烷異常監測的需求。