海水中溶存甲烷的測(cè)定裝置及方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明提供一種海水中溶存甲烷的測(cè)定裝置及方法。海水中溶存甲烷的測(cè)定裝置，包括：泵、氣瓶、連續(xù)流動(dòng)平衡萃取器、進(jìn)樣環(huán)和氣體分析儀；連續(xù)流動(dòng)平衡萃取器包括螺旋盤(pán)管和氣泡分離室，氣泡分離室的下部開(kāi)設(shè)有進(jìn)口，氣泡分離室的上部開(kāi)設(shè)有出氣口，氣泡分離室的側(cè)壁上還連接有出液管，螺旋盤(pán)管的上端口與氣泡分離室的進(jìn)口連接，螺旋盤(pán)管的下端口連接有進(jìn)液管和進(jìn)氣管；泵與進(jìn)液管連接，進(jìn)氣管上連接有第一質(zhì)量流量控制器，氣瓶通過(guò)閥門(mén)與第一質(zhì)量流量控制器連接，氣泡分離室的出氣口與進(jìn)樣環(huán)連接，進(jìn)樣環(huán)與氣體分析儀的進(jìn)樣口連接。實(shí)現(xiàn)提高海水中溶存甲烷的測(cè)定裝置的測(cè)量準(zhǔn)確性，并提高分析效率。
【專(zhuān)利說(shuō)明】海水中溶存甲烷的測(cè)定裝置及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種甲烷測(cè)定裝置，尤其涉及一種海水中溶存甲烷的測(cè)定裝置及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]甲烷是大氣中十分重要的微量氣體之一，也是含量?jī)H次于二氧化碳的重要溫室氣體，其吸收紅外輻射的能力是二氧化碳的20多倍，甲烷還可以參與大氣化學(xué)反應(yīng)，影響大氣中其他化學(xué)成分，從而間接影響全球氣候變化。甲烷作為一種可燃和微毒的氣體，也是未來(lái)重要清潔能源之一?；诖?，甲烷成為世界各國(guó)普遍關(guān)注的研究熱點(diǎn)。海洋作為大氣甲烷的重要自然源，每年由海洋向大氣中輸送的甲烷可達(dá)到(11-18) X109kg，占大氣甲烷來(lái)源的2?4%。目前，海水中溶存甲烷已經(jīng)成為國(guó)際海氣界面研究的重要內(nèi)容，而對(duì)海水中尤其是海洋表層或次表層水體中溶存甲烷的準(zhǔn)確測(cè)定則是所有研究的前提和基礎(chǔ)?，F(xiàn)有技術(shù)中，海水中溶存甲烷的測(cè)定方法是利用采水器在站位采集水樣，然后經(jīng)過(guò)前處理提取出溶解氣體，再采用氣相色譜技術(shù)進(jìn)行測(cè)定。常用的前處理方法主要包括頂空平衡法(靜態(tài)頂空法、動(dòng)態(tài)頂空法)、真空脫氣法、吹掃捕集法。這些技術(shù)經(jīng)過(guò)不斷地改進(jìn)和完善，已經(jīng)日趨成熟，但是在樣品采集和保存過(guò)程中造成的污染和逸出難以完全避免，從而導(dǎo)致測(cè)定結(jié)果產(chǎn)生誤差，加之樣品消耗量大、方法重現(xiàn)性差、處理時(shí)間長(zhǎng)、自動(dòng)化程度低等問(wèn)題，導(dǎo)致現(xiàn)有技術(shù)中海水中溶存甲烷的測(cè)定方法準(zhǔn)確性較低且分析效率較低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是:提供一種海水中溶存甲烷的測(cè)定裝置及方法，解決現(xiàn)有技術(shù)中海水中溶存甲烷的測(cè)定方法準(zhǔn)確性較低且分析效率較低的缺陷，實(shí)現(xiàn)提高海水中溶存甲烷的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定的準(zhǔn)確性，并提高分析效率。
[0004]本發(fā)明提供的技術(shù)方案是，一種海水中溶存甲烷的測(cè)定裝置，包括:泵、氣瓶、連續(xù)流動(dòng)平衡萃取器、進(jìn)樣環(huán)和氣體分析儀；所述連續(xù)流動(dòng)平衡萃取器包括螺旋盤(pán)管和氣泡分離室，所述氣泡分離室的下部開(kāi)設(shè)有進(jìn)口，所述氣泡分離室的上部開(kāi)設(shè)有出氣口，所述氣泡分離室的側(cè)壁上還連接有出液管，所述螺旋盤(pán)管的上端口與所述氣泡分離室的進(jìn)口連接，所述螺旋盤(pán)管的下端口連接有進(jìn)液管和進(jìn)氣管；所述泵與所述進(jìn)液管連接，所述進(jìn)氣管上連接有第一質(zhì)量流量控制器，所述氣瓶通過(guò)閥門(mén)與所述第一質(zhì)量流量控制器連接，所述氣泡分離室的出氣口與所述進(jìn)樣環(huán)連接，所述進(jìn)樣環(huán)與所述氣體分析儀的進(jìn)樣口連接。
[0005]進(jìn)一步的，所述海水中溶存甲烷的測(cè)定裝置包括兩個(gè)所述連續(xù)流動(dòng)平衡萃取器和切換閥，每個(gè)所述連續(xù)流動(dòng)平衡萃取器中的所述氣泡分離室分別通過(guò)所述切換閥與所述進(jìn)樣環(huán)連接，每個(gè)所述連續(xù)流動(dòng)平衡萃取器中的所述進(jìn)氣管分別連接有所述第一質(zhì)量流量控制器，每個(gè)所述連續(xù)流動(dòng)平衡萃取器中的所述進(jìn)液管分別與所述泵連接。
[0006]進(jìn)一步的，所述切換閥和所述進(jìn)樣環(huán)之間還設(shè)置有金屬過(guò)濾器。
[0007]進(jìn)一步的，所述泵包括連接在一起的第一蠕動(dòng)泵和第二蠕動(dòng)泵，所述第二蠕動(dòng)泵的流量小于所述第一蠕動(dòng)泵的流量，所述第二蠕動(dòng)泵與所述進(jìn)液管連接。
[0008]進(jìn)一步的，所述第一蠕動(dòng)泵通過(guò)連接管與所述第二蠕動(dòng)泵連接，所述連接管上設(shè)置有溢流閥。
[0009]進(jìn)一步的，所述進(jìn)樣環(huán)與所述氣瓶之間還設(shè)置有第二質(zhì)量流量控制器。
[0010]本發(fā)明還提供一種海水中溶存甲烷的測(cè)定方法，采用上述海水中溶存甲烷的測(cè)定裝置，具體方法包括:
步驟1、通過(guò)泵向螺旋盤(pán)管中注入待檢測(cè)海水，與此同時(shí)，氣瓶中的惰性氣體通過(guò)第一質(zhì)量流量控制器注入到螺旋盤(pán)管中，以在螺旋盤(pán)管中形成多個(gè)均勻交替排布的海水片段和氣體片段，同時(shí)完成甲烷氣體在氣液兩相中的分配平衡；
步驟2、螺旋盤(pán)管中的海水片段和氣體片段進(jìn)入到氣泡分離室中，多余的海水從出液管排出，而氣體在氣泡分離室中聚集；
步驟3、氣泡分離室中的氣體由進(jìn)樣環(huán)輸送至氣體分析儀中進(jìn)行檢測(cè)分析。
[0011]進(jìn)一步的，所述螺旋盤(pán)管浸沒(méi)在水浴中，水浴的溫度為25°C ±2°C。
[0012]本發(fā)明提供的海水中溶存甲烷的測(cè)定裝置及方法，通過(guò)采用螺旋盤(pán)管用于提取出海水中的甲烷，并且，惰性氣體通過(guò)第一質(zhì)量流量控制器注入到螺旋盤(pán)管中，可以形成多個(gè)均勻交替排布的海水片段和氣體片段，海水片段和氣體片段通過(guò)螺旋盤(pán)管向氣泡分離室輸送過(guò)程中能夠達(dá)到相分配平衡，以有效地將海水中含有的甲烷提取到氣體片段中，再通過(guò)氣泡分離室將海水排出留下氣體,氣泡分離室中的氣體通過(guò)進(jìn)樣環(huán)定量注入到氣體分析儀中進(jìn)行分析，從而可以更加快速準(zhǔn)確地分析出海水中甲烷的含量，實(shí)現(xiàn)提高了海水中溶存甲烷的測(cè)定裝置的測(cè)量準(zhǔn)確性，并提高分析效率。基于此測(cè)定裝置，建立了海水中溶存甲烷的快速測(cè)定方法，實(shí)現(xiàn)海水中溶存甲烷的現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0013]為了更清楚地說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作一簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見(jiàn)地，下面描述中的附圖是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)性的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0014]圖1為本發(fā)明海水中溶存甲烷的測(cè)定裝置實(shí)施例的原理圖；
圖2為本發(fā)明海水中溶存甲烷的測(cè)定裝置實(shí)施例中連續(xù)流動(dòng)平衡萃取器的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0015]為使本發(fā)明實(shí)施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有作出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
[0016]如圖1-圖2所示，本實(shí)施例海水中溶存甲烷的測(cè)定裝置，包括:泵1、連續(xù)流動(dòng)平衡萃取器2、進(jìn)樣環(huán)3、氣瓶4和氣體分析儀5 ;連續(xù)流動(dòng)平衡萃取器2包括螺旋盤(pán)管21和氣泡分離室22，氣泡分離室22的下部開(kāi)設(shè)有進(jìn)口，氣泡分離室22的上部開(kāi)設(shè)有出氣口，氣泡分離室22的側(cè)壁上還連接有出液管221，螺旋盤(pán)管21的上端口與氣泡分離室22的進(jìn)口連接，螺旋盤(pán)管21的下端口連接有進(jìn)液管211和進(jìn)氣管212 ;泵I與進(jìn)液管211連接，進(jìn)氣管212上連接有第一質(zhì)量流量控制器61，氣瓶4通過(guò)閥門(mén)41與第一質(zhì)量流量控制器61連接，氣泡分離室22的出氣口與進(jìn)樣環(huán)3連接，進(jìn)樣環(huán)3與氣體分析儀5的進(jìn)樣口連接。
[0017]具體而言，本實(shí)施例海水中溶存甲烷的測(cè)定裝置通過(guò)泵I向螺旋盤(pán)管21中注入待檢測(cè)的海水，與此同時(shí)，氣瓶4中的惰性氣體通過(guò)第一質(zhì)量流量控制器61調(diào)整流速定量地注入到螺旋盤(pán)管21中，從而在螺旋盤(pán)管21中形成均勻交替排布的海水片段和氣體片段。海水和惰性氣體通過(guò)螺旋盤(pán)管21向氣泡分離室22流動(dòng)的過(guò)程中，海水中的甲烷在氣液兩相中達(dá)到分配平衡。而海水和惰性氣體流動(dòng)到氣泡分離室22中后,平衡后的海水將從出液管221中排出，而氣泡分離室22的上部將聚集待測(cè)的氣體，氣泡分離室22的氣體通過(guò)進(jìn)樣環(huán)3送入到氣體分析儀5中進(jìn)行檢測(cè)，便可以快速準(zhǔn)確地檢測(cè)出平衡后甲烷的含量，進(jìn)而計(jì)算出海水中溶存甲烷的含量。而進(jìn)氣管212位于螺旋盤(pán)管21與進(jìn)液管211之間，以確保進(jìn)氣管212排出的惰性氣體能夠?qū)⑦M(jìn)液管211輸入的海水間隔開(kāi)。優(yōu)選的，本實(shí)施例海水中溶存甲烷的測(cè)定裝置包括兩個(gè)連續(xù)流動(dòng)平衡萃取器2和切換閥20，每個(gè)連續(xù)流動(dòng)平衡萃取器2中的氣泡分離室22分別通過(guò)切換閥20與進(jìn)樣環(huán)3連接，每個(gè)連續(xù)流動(dòng)平衡萃取器2中的進(jìn)氣管212分別連接有第一質(zhì)量流量控制器61，每個(gè)連續(xù)流動(dòng)平衡萃取器2中的進(jìn)液管211分別與泵I連接。通過(guò)切換閥20可以切換不同的連續(xù)流動(dòng)平衡萃取器2參與工作，從而順序完成不同樣品或者標(biāo)準(zhǔn)品中的氣體提取。其中，本實(shí)施例海水中溶存甲烷的測(cè)定裝置可以還包括計(jì)算機(jī)51和電源52，電源52用于供給切換閥20電能，而計(jì)算機(jī)51用于控制切換閥20和氣體分析儀5的運(yùn)行。
[0018]優(yōu)選的，切換閥20和進(jìn)樣環(huán)3之間還設(shè)置有金屬過(guò)濾器7，通過(guò)金屬過(guò)濾器7有效地對(duì)待測(cè)的氣體進(jìn)行過(guò)濾，以濾掉氣體中含有的水汽和膠體等。而為了精確的控制待測(cè)海水的流量，泵I包括連接在一起的第一蠕動(dòng)泵11和第二蠕動(dòng)泵12，第二蠕動(dòng)泵12的流量小于第一蠕動(dòng)泵11的流量，第二蠕動(dòng)泵12與進(jìn)液管211連接。具體的，第一蠕動(dòng)泵11將足夠的海水輸送到第二蠕動(dòng)泵12中，并通過(guò)第二蠕動(dòng)泵12精確調(diào)整海水樣品的流速，其中，第一蠕動(dòng)泵11采樣速率為500-600mL/min，第二蠕動(dòng)泵12采樣速率為15_25mL/min。而第一蠕動(dòng)泵11可以通過(guò)連接管13與第二蠕動(dòng)泵12連接，連接管13上設(shè)置有溢流閥131。
[0019]更進(jìn)一步的，進(jìn)樣環(huán)3與氣瓶4之間還設(shè)置有第二質(zhì)量流量控制器62。具體的，氣瓶4可以通過(guò)第二質(zhì)量流量控制器62經(jīng)由進(jìn)樣環(huán)3向氣體分析儀5中注入惰性氣體提供載氣和清洗管路，同樣地，通過(guò)將含有純甲烷的氣瓶連接在第二質(zhì)量流量控制器62，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)氣體分析儀5進(jìn)行校準(zhǔn)和質(zhì)量控制。
[0020]本發(fā)明還提供一種海水中溶存甲烷的測(cè)定方法，采用上述海水中溶存甲烷的測(cè)定裝置，具體方法包括:
步驟1、通過(guò)泵向螺旋盤(pán)管中注入待檢測(cè)海水，與此同時(shí)，氣瓶中的惰性氣體通過(guò)第一質(zhì)量流量控制器注入到螺旋盤(pán)管中，以在螺旋盤(pán)管中形成多個(gè)均勻交替排布的海水片段和氣體片段，同時(shí)完成甲烷氣體在氣液兩相中的分配平衡。其中，螺旋盤(pán)管浸沒(méi)在水浴中，水浴的溫度為25°C ±2°C。
[0021]步驟2、螺旋盤(pán)管中的海水片段和氣體片段進(jìn)入到氣泡分離室中，多余的海水從出液管排出，而氣體在氣泡分離室中聚集； 步驟3、氣泡分離室中的氣體由進(jìn)樣環(huán)輸送至氣體分析儀中進(jìn)行檢測(cè)分析。優(yōu)選的，氣泡分離室中的氣體先經(jīng)過(guò)金屬過(guò)濾器純化后，再由進(jìn)樣環(huán)輸送至氣體分析儀中進(jìn)行檢測(cè)分析，以通過(guò)金屬過(guò)濾器有效地對(duì)待測(cè)的氣體進(jìn)行過(guò)濾，以濾掉氣體中含有的水汽和膠體等。
[0022]而對(duì)于采用兩個(gè)連續(xù)流動(dòng)平衡萃取器的海水中溶存甲烷的測(cè)定裝置，通過(guò)切換閥可以切換不同的連續(xù)流動(dòng)平衡萃取器將待檢測(cè)的氣體輸送到氣體分析儀中進(jìn)行監(jiān)測(cè)分析。
[0023]本發(fā)明提供的海水中溶存甲烷的測(cè)定裝置及方法，通過(guò)采用螺旋盤(pán)管用于提取出海水中的甲烷，并且，惰性氣體通過(guò)第一質(zhì)量流量控制器注入到螺旋盤(pán)管中，可以形成多個(gè)均勻交替排布的海水片段和氣體片段，海水片段和氣體片段通過(guò)螺旋盤(pán)管向氣泡分離室輸送過(guò)程中能夠達(dá)到相分配平衡，，再通過(guò)氣泡分離室將海水排出留下氣體，氣泡分離室中的氣體通過(guò)進(jìn)樣環(huán)定量注入到氣體分析儀中進(jìn)行分析，從而可以更加快速準(zhǔn)確的分析出海水中甲烷的含量，實(shí)現(xiàn)提高了海水中溶存甲烷的測(cè)定裝置的測(cè)量準(zhǔn)確性，并提高分析效率。基于此測(cè)定裝置，建立了海水中溶存甲烷的快速測(cè)定方法，實(shí)現(xiàn)海水中溶存甲烷的現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)。
[0024]最后應(yīng)說(shuō)明的是:以上實(shí)施例僅用以說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對(duì)其限制；盡管參照前述實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說(shuō)明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解:其依然可以對(duì)前述各實(shí)施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對(duì)其中部分技術(shù)特征進(jìn)行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明各實(shí)施例技術(shù)方案的精神和范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種海水中溶存甲烷的測(cè)定裝置，其特征在于，包括:泵、氣瓶、連續(xù)流動(dòng)平衡萃取器、進(jìn)樣環(huán)和氣體分析儀；所述連續(xù)流動(dòng)平衡萃取器包括螺旋盤(pán)管和氣泡分離室，所述氣泡分離室的下部開(kāi)設(shè)有進(jìn)口，所述氣泡分離室的上部開(kāi)設(shè)有出氣口，所述氣泡分離室的側(cè)壁上還連接有出液管，所述螺旋盤(pán)管的上端口與所述氣泡分離室的進(jìn)口連接，所述螺旋盤(pán)管的下端口連接有進(jìn)液管和進(jìn)氣管；所述泵與所述進(jìn)液管連接，所述進(jìn)氣管上連接有第一質(zhì)量流量控制器，所述氣瓶通過(guò)閥門(mén)與所述第一質(zhì)量流量控制器連接，所述氣泡分離室的出氣口與所述進(jìn)樣環(huán)連接，所述進(jìn)樣環(huán)與所述氣體分析儀的進(jìn)樣口連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的海水中溶存甲烷的測(cè)定裝置，其特征在于，所述海水中溶存甲烷的測(cè)定裝置包括兩個(gè)所述連續(xù)流動(dòng)平衡萃取器和切換閥，每個(gè)所述連續(xù)流動(dòng)平衡萃取器中的所述氣泡分離室分別通過(guò)所述切換閥與所述進(jìn)樣環(huán)連接，每個(gè)所述連續(xù)流動(dòng)平衡萃取器中的所述進(jìn)氣管分別連接有所述第一質(zhì)量流量控制器，每個(gè)所述連續(xù)流動(dòng)平衡萃取器中的所述進(jìn)液管分別與所述泵連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的海水中溶存甲烷的測(cè)定裝置，其特征在于，所述切換閥和所述進(jìn)樣環(huán)之間還設(shè)置有金屬過(guò)濾器。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的海水中溶存甲烷的測(cè)定裝置，其特征在于，所述泵包括連接在一起的第一蠕動(dòng)泵和第二蠕動(dòng)泵，所述第二蠕動(dòng)泵的流量小于所述第一蠕動(dòng)泵的流量，所述第二蠕動(dòng)泵與所述進(jìn)液管連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的海水中溶存甲烷的測(cè)定裝置，其特征在于，所述第一蠕動(dòng)泵通過(guò)連接管與所述第二蠕動(dòng)泵連接，所述連接管上設(shè)置有溢流閥。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的海水中溶存甲烷的測(cè)定裝置，其特征在于，所述進(jìn)樣環(huán)與所述氣瓶之間還設(shè)置有第二質(zhì)量流量控制器。
7.—種海水中溶存甲烷的測(cè)定方法，其特征在于，采用如權(quán)利要求1-6任一所述的海水中溶存甲烷的測(cè)定裝置，具體方法包括: 步驟1、通過(guò)泵向螺旋盤(pán)管中注入待檢測(cè)海水，與此同時(shí)，氣瓶中的惰性氣體通過(guò)第一質(zhì)量流量控制器注入到螺旋盤(pán)管中，以在螺旋盤(pán)管中形成多個(gè)均勻交替排布的海水片段和氣體片段，同時(shí)完成甲烷氣體在氣液兩相中的分配平衡； 步驟2、螺旋盤(pán)管中的海水片段和氣體片段進(jìn)入到氣泡分離室中，多余的海水從出液管排出，而氣體在氣泡分離室中聚集； 步驟3、氣泡分離室中的氣體由進(jìn)樣環(huán)輸送至氣體分析儀中進(jìn)行檢測(cè)分析。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的海水中溶存甲烷的測(cè)定方法，其特征在于，所述螺旋盤(pán)管浸沒(méi)在水浴中，水浴的溫度為25°C ±2°C。
【文檔編號(hào)】G01N33/18GK103529186SQ201310514325
【公開(kāi)日】2014年1月22日 申請(qǐng)日期:2013年10月28日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月28日
【發(fā)明者】張婷, 吳丙偉, 吳寧, 王茜, 馬然, 褚東志, 楊小滿(mǎn), 石小梅, 程巖 申請(qǐng)人:山東省科學(xué)院海洋儀器儀表研究所