[發明專利]一種同時測定水體中甲烷、氧化亞氮的裝置和方法

在審

• 申請號: 202110048588.8
• 申請日: 2021-01-14
• 公開（公告）號: CN112881551A
• 公開（公告）日: 2021-06-01
• 發明（設計）人: 李玉紅;詹力揚;葉旺旺
• 申請（專利權）人: 自然資源部第三海洋研究所
• 主分類號: G01N30/02
• 分類號: G01N30/02;G01N30/24;G01N33/00
• 代理公司: 廈門南強之路專利事務所(普通合伙) 35200
• 代理人: 馬應森

一種同時測定水體中甲烷、氧化亞氮的裝置和方法，涉及水體中甲烷、氧化亞氮檢測。裝置設高純氮氣鋼瓶、質量流量控制器、三通閥、阻尼管、六通閥、鼓泡池、定量環、標準氣、色譜柱、十通閥、捕集管、杜瓦罐、電加熱套、FID檢測器、ECD檢測器、氣相色譜儀；氮氣將水樣吹送至鼓泡池，對鼓泡池中的水樣鼓泡，將水樣中的溶解氣體吹出進入捕集管中，捕集管中的分子篩材料在低溫條件下對溶解氣體捕集，電加熱套對捕集管加熱，溶解氣體解析進入氣相色譜儀，色譜柱對溶解氣體進行氣體分離并通過六通閥的切換，將待測甲烷和氧化亞氮分別送至FID檢測器和ECD檢測器定量檢測，實現兩種氣體一次進樣、同時檢測，節約時間和人工，減少采樣成本。

技術領域

本發明涉及水體中甲烷、氧化亞氮的檢測，尤其是涉及一種同時測定水體中溶解甲烷和氧化亞氮的檢測裝置和方法。

背景技術

溫室氣體排放引起的全球氣候變暖是當今國際社會普遍關注的環境性問題，甲烷和氧化亞氮是大氣中僅次于二氧化碳的重要溫室氣體，兩種溫室氣體的共同作用對預期全球變暖貢獻約為20％，此外，它們還以不同方式參與對流層和平流層大氣化學過程，進而影響大氣環境。河流、河口和海洋等水體系是大氣中甲烷和氧化亞氮的重要自然排放源，因此海洋對大氣甲烷和氧化亞氮的影響一直是國際上層海洋與低層大氣研究計劃(SOLAS)單列的重要研究內容。

20世紀60年代以來，國內外科學家已陸續基于氣相色譜法實現了海水中溶解態甲烷和氧化亞氮濃度的分析測定，由于氣相色譜儀無法直接測定水樣，需要借助一些預處理方法，將水樣中溶解態甲烷和氧化亞氮轉入氣相中，再導入氣相色譜儀完成定量測定。根據原理不同，分析海水中溶解甲烷氣體時常用的前處理方法可以分為三大類：頂空平衡法、真空脫氣法和吹掃捕集法。

頂空平衡法是在一個密閉體系中，待測組分根據道爾頓氣體分壓和亨利定律在液相與頂空氣相之間達到熱力學平衡，通過測定氣相中的組分含量而計算出待測水樣中該組分含量(McAuliffe,1963)。該方法操作簡便，對陸架區和河口及海灣等高濃度溶解態甲烷和氧化亞氮的測定靈敏度較好，但是該方法對于甲烷氣體需要的平衡時間較長，一般不適于大洋、極地等外海低濃度海水樣品中的測定。

真空脫氣法是指將水樣引入一個已被抽真空的密閉容器中，置于恒溫超聲水浴中，幫助溶解氣體從液相中脫出，待達到擴散平衡后進而引入檢測器的測定方法(Schmitt,1991；Lammers,1994)。但是該方法對不同濃度的海水樣品具有不同的脫氣效率，難以通過標準樣對待測樣品校正。

吹掃捕集法又稱氣體抽提法，利用高純氣體(N₂或He)將海水中溶解的氣體吹出，并收集在吸附劑上，待解吸后予以測定，該方法首先由Swinnerton等(1962)提出。雖然早期有研究者采用干冰冷阱，或半導體制冷等技術，將甲烷氣體吸附在分子篩上，但是因溫度不夠低，吸附的部分甲烷會緩慢流失，導致檢測結果的不準確。該方法廣泛應用于對水體中溶解態甲烷和氧化亞氮的觀測研究，尤其適用于甲烷和氧化亞氮濃度較低的遠海大洋區，而對河口海灣等海域，測定樣品時需做減量處理，以免捕集阱吸附的目標組分量過高，導致色譜柱飽和。

隨著研究的深入和科學技術的進步，基于膜進樣法和光腔衰蕩學原理研發出新型原位實時甲烷或氧化亞氮測定系統，實現表層海水中甲烷或氧化亞氮的走航式連續觀測，但僅限于表層海水中甲烷或氧化亞氮單要素觀測，且穩定性仍需不斷改進，所以氣相色譜法仍為國內外開展海洋溶解態甲烷和氧化亞氮觀測研究的主流方法。海洋領域所用氣相色譜系統仍為單獨配備氫火焰離子化檢測器(簡稱FID)或微電子捕獲檢測器(簡稱ECD)，僅適用于單一要素的定量分析，數據獲取效率低。若同時開展溶解態甲烷和氧化亞氮研究，除需要配備兩套氣相色譜系統外，還需付出水樣采集，保存與運輸及實驗室分析測定等加倍的工作負擔和成本。

發明內容

本發明的目的在于基于吹掃捕集的原理聯用雙通道氣相色譜儀，降低對水體樣品檢測限，具有較高穩定性，減少進樣量、節約人力成本的一種同時測定水體中甲烷、氧化亞氮的裝置。