一種測定水體中溶解氧化亞氮的裝置和方法
【專利摘要】一種測定水體中溶解氧化亞氮的裝置和方法，涉及水體中溶解氧化亞氮的檢測。裝置設(shè)有氮氣鋼瓶、第1減壓閥、第2減壓閥、質(zhì)量流量控制器、流量計、六通閥、第1三通閥、第2三通閥、Nafion管、半導(dǎo)體制冷器、吹掃管、捕集管、杜瓦罐、電加熱管、十二通閥、科倫泵、樣品瓶、氣相色譜儀、計算機。方法：進樣階段；吹掃階段；捕集階段；解析階段；分離和檢測階段。耗時短，靈敏度高、自動化程度高、操作簡單，采用杜瓦罐盛裝液氮作為捕集管的低溫來源，可達到?100℃以下，可將氧化亞氮氣體完全捕集到分子篩上。電加熱管可在0.5min內(nèi)升至100℃以上，將氧化亞氮氣體迅速解析進入氣相色譜儀?？苽惐每蓪崿F(xiàn)氧化亞氮濃度準(zhǔn)確測定。
【專利說明】
一種測定水體中溶解氧化亞氮的裝置和方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及水體中溶解氧化亞氮的檢測，尤其是涉及一種測定水體中溶解氧化亞氮的裝置和方法。
【背景技術(shù)】
[0002]氧化亞氮氣體對全球氣候和大氣化學(xué)過程均有重要影響。等物質(zhì)量氧化亞氮的溫室效應(yīng)是二氧化碳的200?300倍。同時，其光化學(xué)產(chǎn)物NO在平流層中可與O3反應(yīng)，破壞大氣臭氧層(Crutzen，1970)。大氣中氧化亞氮濃度正以每年0.25%左右的速度增長，大氣氧化亞氮分壓每增加5ppb，相應(yīng)輻射強迫增加11 %。海洋是大氣中氧化亞氮的凈源，世界許多大洋及近岸海域中氧化亞氮的分布特征，引起很多科學(xué)家的關(guān)注。目前最常用的方法為氣相色譜法，首先將水樣進行預(yù)處理以得到溶解氣體，然后將氣體注入色譜柱，經(jīng)分離后分別用電子捕獲檢測器(ECD)檢測。根據(jù)原理不同，分析海水中溶解氧化亞氮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。
[0003]頂空平衡法:在一個密閉體系中，待測組分根據(jù)亨利定律在液相與頂空氣相之間達到熱力學(xué)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)。但是該方法需要的平衡時間太長，而且靈敏度較低，一般不適于低濃度海水樣品中的氧化亞氮測定。
[0004]真空脫氣法: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，進而引入檢測器的測定方法(Schmitt，1991;Lammers，1994)。但是該方法對不同氧化亞氮濃度的海水樣品具有不同的脫氣效率，難以通過標(biāo)準(zhǔn)樣對待測樣品校正。
[0005]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(dǎo)體制冷等技術(shù)，將氧化亞氮氣體吸附在分子篩上，但是因溫度不夠低，吸附的部分氧化亞氮會緩慢流失，導(dǎo)致檢測結(jié)果的不準(zhǔn)確。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于提供可靠性高，檢測限低，節(jié)省人力的一種測定水體中溶解氧化亞氮的裝置和方法
[0007]所述測定水體中溶解氧化亞氮的裝置設(shè)有氮氣鋼瓶、第I減壓閥、第2減壓閥、質(zhì)量流量控制器、流量計、六通閥、第I三通閥、第2三通閥、Naf 1n管、半導(dǎo)體制冷器、吹掃管、捕集管、杜瓦罐、電加熱管、十二通閥、科倫栗、樣品瓶、氣相色譜儀、計算機；
[0008]所述樣品瓶與十二通閥入口相連，十二通閥出口接科倫栗的入口，科倫栗的出口接吹掃管;氮氣鋼瓶分為三路，第I路經(jīng)第I減壓閥連接流量計，流量計出口連接Naf 1n管入口，并從Naf1n管的出口排空；第2路連接質(zhì)量流量控制器入口，質(zhì)量流量控制器出口連接六通閥入口，六通閥出口連接第I三通閥入口，第I三通閥出口連接吹掃管入口，吹掃管出口連接第2三通閥入口，第2三通閥出口連接Naf 1n管入口，Naf 1n管的出口連接六通閥另一入口，六通閥出口連接半導(dǎo)體制冷器入口，半導(dǎo)體制冷器出口連接捕集管入口，捕集管位于盛裝液氮的杜瓦罐內(nèi)，電加熱套包裹在捕集管外圍，捕集管出口連接氣相色譜儀;第三路經(jīng)第2減壓閥連接第2三通閥入口，第2三通閥出口連接吹掃管;所述捕集管可以在機械臂的帶動下，通過升降實現(xiàn)進入和離開杜瓦罐的動作。
[0009]所述樣品瓶可采用10個，10個樣品瓶與十二通閥入口相連。
[0010]所述測定水體中溶解氧化亞氮的方法，包括以下步驟:
[0011 ] I)進樣階段:將氧化亞氮水樣瓶連接科倫栗，科倫栗的進樣量根據(jù)該批水樣中氧化亞氮濃度的范圍來確定，一般大洋水體中氧化亞氮濃度低可以增加進樣量，近岸水體中氧化亞氮濃度高只需少量進樣，科倫栗出口連接十二通閥，然后通過十二通閥的出口進入吹掃管，完成進樣階段；
[0012]2)吹掃階段:高純氮氣通過質(zhì)量流量控制器的出口連接六通閥，六通閥的一個出口連接第I三通閥，第I三通閥的一個出口連接吹掃管，對待測水樣進行鼓泡，將水樣中的溶解氣體全部吹掃出吹掃管，吹掃管的出口連接第2三通閥，第2三通閥的一個出口連接Naf 1n管，Naf 1n管的出口經(jīng)六通閥后連接半導(dǎo)體制冷器，氣路中的氣體經(jīng)過Naf 1n管和半導(dǎo)體制冷器可以去除其中絕大部分的水汽，避免在氣相色譜中累積，影響氧化亞氮的測定。吹掃過程持續(xù)4?5min即可將其中溶解氣體完全吹掃脫離原來水樣，完成吹掃階段；
[0013]3)捕集階段:氣路由半導(dǎo)體制冷器出口連接捕集管，此時捕集管由機械臂控制下降，沒在杜瓦罐液氮氛圍中達到-100°C的環(huán)境中，氧化亞氮和其他氣體分子被捕集管內(nèi)的分子篩吸附捕集，持續(xù)約Imin，完成捕集階段；
[0014]4)解析階段:捕集管由機械臂控制抬高離開杜瓦罐，對電加熱管通電加熱，將捕集管內(nèi)吸附的氧化亞氮分子解析進入氣相色譜儀，完成解析階段；
[0015]5)分離和檢測階段:將捕集管內(nèi)吸附的氧化亞氮分子解析進入氣相色譜儀后進行分離和檢測。
[0016]在氣相色譜分析的階段，可以再次開始進樣、吹掃和捕集的動作，由此開始每個步驟的循環(huán)操作以節(jié)省時間。
[0017]在整個預(yù)處理和分析階段，高純氮氣通過第I減壓閥和流量計進入Naf1n管后排空，為Naf1n管提供反向氣流，實現(xiàn)對氣路干燥、去除水汽的作用。
[0018]吹掃步驟完成后，將吹掃管內(nèi)的舊水樣通過科倫栗反向抽出，通過十二通閥的排水管排空廢棄。高純氮氣通過第I減壓閥和第I三通閥為吹掃管提供補償空氣。
[0019]本發(fā)明采用杜瓦罐盛裝液氮(-196Γ)作為低溫來源的裝置，使氧化亞氮在該溫度下全部被分析篩捕集，捕集完成后采用電加熱套迅速升溫，將氧化亞氮脫附解析進入氣相色譜儀分析的裝置和方法，提高該方法的可靠性，降低該方法的檢測限，節(jié)省人力。
[0020]本發(fā)明的有益效果如下:與其他檢測水體中氧化亞氮的裝置和方法相比，本發(fā)明采用的吹掃捕集法具有耗時短，靈敏度高、自動化程度高、操作簡單的特點，本發(fā)明采用杜瓦罐盛裝液氮作為捕集管的低溫來源，可以達到-100°C以下，可以將氧化亞氮氣體完全捕集到分子篩上。電加熱管可以在0.5min內(nèi)升至100°C以上，將氧化亞氮氣體迅速解析進入氣相色譜儀?？苽惱蹙哂卸窟M液的特點，可以根據(jù)水樣中氧化亞氮濃度的高低，更改水樣進樣的體積，以實現(xiàn)氧化亞氮濃度的準(zhǔn)確測定。操作者僅需將制備好的樣品(每次10個)連接至進樣口，通過定制軟件操控，即可開始樣品的自動化分析，節(jié)約勞動力且數(shù)據(jù)平行性有保障，具有明顯的優(yōu)勢。
【附圖說明】
[0021]圖1為本發(fā)明所述測定水體中溶解氧化亞氮的裝置實施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0022]以下結(jié)合附圖和實施例，對本發(fā)明做詳細(xì)的說明。
[0023]參見圖1，本發(fā)明所述測定水體中溶解氧化亞氮的裝置實施例設(shè)有高純氮氣鋼瓶
1、第I減壓閥2、第2減壓閥4、質(zhì)量流量控制器3、流量計5、六通閥6、第I三通閥7、第2三通閥
8、Naf 1n管9、半導(dǎo)體制冷器10、吹掃管11、捕集管12、杜瓦罐13、電加熱管14、十二通閥15、科倫栗16、樣品瓶17、氣相色譜儀18;
[0024]所述高純氮氣鋼瓶I分別連接第I減壓閥2、第2減壓閥4、質(zhì)量流量控制器3，第I減壓閥2出口連接流量計5入口，流量計5出口連接Naf1n管9后排空；質(zhì)量流量控制器3的出口連接六通閥6，六通閥6的一個出口連接第I三通閥7，第I三通閥7的一個出口連接吹掃管11，吹掃管11的出口連接第2三通閥8，第2三通閥8的一個出口連接Naf 1n管9，Naf 1n管9的出口經(jīng)六通閥6后連接半導(dǎo)體制冷器1，半導(dǎo)體制冷器1出口連接捕集管12，捕集管12外圍包裹電加熱管14，并位于杜瓦罐13內(nèi)，捕集管12出口連接氣相色譜儀18;第2減壓閥4的出口連接經(jīng)一三通閥7;樣品瓶17通過科倫栗16連接十二通閥15，其中一個出口連接吹掃管11。在圖1中，粗箭頭是液體流路;細(xì)箭頭是氣體流路。
[0025]以下給出所述測定水體中溶解氧化亞氮的方法:
[0026]首先是進樣階段:將氧化亞氮水樣瓶17連接科倫栗16，科倫栗16的進樣量根據(jù)該批水樣中氧化亞氮濃度的范圍來確定，一般大洋水體中氧化亞氮濃度低可以增加進樣量，近岸水體中氧化亞氮濃度高只需少量進樣，科倫栗出口連接十二通閥15，然后通過十二通閥15的出口進入吹掃管U。進樣完成后，進入吹掃階段:高純氮氣通過質(zhì)量流量控制器3的出口連接六通閥6，六通閥6的一個出口連接第I三通閥7，第I三通閥7的一個出口連接吹掃管11，對待測水樣進行鼓泡，將水樣中的溶解氣體全部吹掃出吹掃管11，吹掃管11的出口連接第2三通閥8，第2三通閥8的一個出口連接Naf 1n管9，Naf 1n管9的出口經(jīng)六通閥6后連接半導(dǎo)體制冷器10，氣路中的氣體經(jīng)過Naf1n管9和半導(dǎo)體制冷器10可以去除其中絕大部分的水汽，避免在氣相色譜中累積，影響氧化亞氮的測定。吹掃過程持續(xù)4?5min即可將其中溶解氣體完全吹掃脫離原來水樣。吹掃完成后，進入捕集階段:氣路由半導(dǎo)體制冷器10出口連接捕集管12，此時捕集管12由機械臂控制下降，沒在杜瓦罐13液氮氛圍中達到-100°C的環(huán)境中，氧化亞氮和其他氣體分子被捕集管12內(nèi)的分子篩吸附捕集，持續(xù)約lmin。捕集完成后，進入解析階段:捕集管12由機械臂控制抬高離開杜瓦罐13，對電加熱管14通電加熱，將捕集管12內(nèi)吸附的氧化亞氮分子解析進入氣相色譜儀18進行分離和檢測。在氣相色譜分析的階段，可以再次開始進樣、吹掃和捕集的動作，由此開始每個步驟的循環(huán)操作以節(jié)省時間。
[0027]在整個預(yù)處理和分析階段，高純氮氣通過第I減壓閥2和流量計5進入Naf 1n管9后排空，為Naf1n管9提供反向氣流，實現(xiàn)對氣路干燥、去除水汽的作用。
[0028]吹掃步驟完成后，將吹掃管11內(nèi)的舊水樣通過科倫栗16反向抽出，通過十二通閥15的排水管排空廢棄。高純氮氣通過第I減壓閥3和第I三通閥7為吹掃管11提供補償空氣。
[0029]以上操作步驟順序均通過定制軟件對閥的切換來實現(xiàn)，并由此循環(huán)，實現(xiàn)連續(xù)測定。每隔一定數(shù)量的樣品中間插入三個標(biāo)準(zhǔn)水樣，以消除氣相色譜儀器的漂移，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的校正。該方法對于大面調(diào)查海洋中氧化亞氮的濃度和海洋環(huán)境的監(jiān)測，具有快速、準(zhǔn)確率高、節(jié)省人力的優(yōu)勢，其科研、社會意義值得其推廣應(yīng)用。
【主權(quán)項】
1.一種測定水體中溶解氧化亞氮的裝置，其特征在于設(shè)有氮氣鋼瓶、第I減壓閥、第2減壓閥、質(zhì)量流量控制器、流量計、六通閥、第I三通閥、第2三通閥、Naf 1n管、半導(dǎo)體制冷器、吹掃管、捕集管、杜瓦罐、電加熱管、十二通閥、科倫栗、樣品瓶、氣相色譜儀、計算機； 所述樣品瓶與十二通閥入口相連，十二通閥出口接科倫栗的入口，科倫栗的出口接吹掃管；氮氣鋼瓶分為三路，第I路經(jīng)第I減壓閥連接流量計，流量計出口連接Naf1n管入口，并從Naf 1n管的出口排空;第2路連接質(zhì)量流量控制器入口，質(zhì)量流量控制器出口連接六通閥入口，六通閥出口連接第I三通閥入口，第I三通閥出口連接吹掃管入口，吹掃管出口連接第2三通閥入口，第2三通閥出口連接Naf 1n管入口，Naf 1n管的出口連接六通閥另一入口，六通閥出口連接半導(dǎo)體制冷器入口，半導(dǎo)體制冷器出口連接捕集管入口，捕集管位于盛裝液氮的杜瓦罐內(nèi)，電加熱套包裹在捕集管外圍，捕集管出口連接氣相色譜儀;第三路經(jīng)第2減壓閥連接第2三通閥入口，第2三通閥出口連接吹掃管;所述捕集管在機械臂的帶動下，通過升降實現(xiàn)進入和離開杜瓦罐的動作。2.—種測定水體中溶解氧化亞氮的裝置，其特征在于所述樣品瓶采用10個，10個樣品瓶與十二通閥入口相連。3.—種測定水體中溶解氧化亞氮的方法，其特征在于包括以下步驟: 1)進樣階段:將氧化亞氮水樣瓶連接科倫栗，科倫栗出口連接十二通閥，然后通過十二通閥的出口進入吹掃管，完成進樣階段； 2)吹掃階段:高純氮氣通過質(zhì)量流量控制器的出口連接六通閥，六通閥的一個出口連接第I三通閥，第I三通閥的一個出口連接吹掃管，對待測水樣進行鼓泡，將水樣中的溶解氣體全部吹掃出吹掃管，吹掃管的出口連接第2三通閥，第2三通閥的一個出口連接Naf 1n管，Naf i on管的出口經(jīng)六通閥后連接半導(dǎo)體制冷器，氣路中的氣體經(jīng)過Naf 1n管和半導(dǎo)體制冷器去除其中絕大部分的水汽;吹掃過程持續(xù)4?5min，將其中溶解氣體完全吹掃脫離原來水樣，完成吹掃階段； 3)捕集階段:氣路由半導(dǎo)體制冷器出口連接捕集管，捕集管由機械臂控制下降，沒在杜瓦罐液氮氛圍中達到-100°C的環(huán)境中，氧化亞氮和其他氣體分子被捕集管內(nèi)的分子篩吸附捕集，持續(xù)約Imin，完成捕集階段； 4)解析階段:捕集管由機械臂控制抬高離開杜瓦罐，對電加熱管通電加熱，將捕集管內(nèi)吸附的氧化亞氮分子解析進入氣相色譜儀，完成解析階段； 5)分離和檢測階段:將捕集管內(nèi)吸附的氧化亞氮分子解析進入氣相色譜儀后進行分離和檢測。
【文檔編號】G01N30/06GK105954415SQ201610317268
【公開日】2016年9月21日
【申請日】2016年5月13日
【發(fā)明人】李玉紅, 詹力揚, 陳立奇
【申請人】國家海洋局第三海洋研究所