[实用新型]基于可控校正环境大气水同位素梯度及其垂直分馏过程测量的装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及大气学和水同位素学现场监测领域，尤其是一种便携式大气水δ¹⁸O和δD同位素比率、梯度及其垂直分馏过程测试的装置。

背景技术

由于稳定同位素的特殊存在方式和其物理化学变化过程，H₂¹⁸O、HD¹⁶O和H₂¹⁶O已经成为地球大气圈、水圈、冰冻圈、生物圈等几个圈层中水循环的最佳示踪剂，是涉及到大气学、水文学和气候学等多种学科的重要研究工具。由于目前采样和分析技术的限制，对于大气水汽氢氧稳定同位素比率的研究，大都局限于粗空间和时间分辨率的条件。而对于海洋-大气边界层上的同位素分馏过程，也都集中于理论实验和物理过程的模拟。因此，研制一种测量的装置，通过模拟野外自然移动条件下水汽稳定同位素比率、梯度，实现水汽中δ¹⁸O和δD梯度和分馏过程的观测，从而实现实时、实地、大范围、便携、低能耗等条件下，对大气水汽δ¹⁸O和δD同位素的测量与评价有十分重要的科学意义。

发明内容

为科学评价大气水汽δ¹⁸O和δD同位素比率梯度和通量的观测精度并获取高质量数据，本实用新型的目的旨在提供一种基于可控校正环境大气水同位素梯度及其垂直分馏过程测量的装置。

本实用新型的目的可通过以下技术方案来实现：

一种基于可控校正环境大气水同位素梯度及其垂直分馏过程测量的装置，包括干空气产生装置、标准水汽分馏装置、大气水汽梯度进样装置、水汽分析装置、环境条件监测控制装置、气象数据采集装置和数据采集和控制系统，其特征在于：

a.干空气产生装置中，利用气泵产生压缩空气，经过铜管使空气的温度平衡至环境温度，而后进入可再生干燥器后产生干燥空气，再进入除水分子筛进一步干燥，通过过滤片后，再通过流量控制器使气流平稳输出；

b.标准水汽分馏装置中，在气液分馏瓶中分别注入了特定氢氧稳定同位素比值的液态水；由脉冲控制阀开合控制，干燥空气产生装置产生的无水干空气通过四通接口后进入特定气液分馏瓶，自底部产生气泡并达到饱和状态，产生饱和水汽；而后经四通接口进入水汽平衡监测瓶内达到稳定状态；并在此处监测水汽湿度以控制其饱和状态；此处产生的的气体可作为标定水汽，进入水汽分析装置分；

c.大气水汽梯度进样装置，外界大气由大气水汽样品进气口进入，过过滤片、而后进入气体缓冲瓶达到稳定状态，进入水汽分析装置进行分析，进气口选择由脉冲控制阀控制；

d.水汽分析装置，由气泵驱动，水汽样品/水汽标准由脉冲控制阀选择，通过流量控制器以进一步控制气体流速，进入水汽δ¹⁸O和δD同位素分析仪进行分析；

e.环境条件监测装置，由控制芯片接收温湿度计和环境温度自动调节系统的监测数据，并根据需要向流量控制器发送命令以控制气体流速，向环境温度自动调节系统发送命令进而调节热电偶以调节环境温度；控制芯片同时也控制脉冲控制阀的开关。环境温度自动控制系统调节除进气部分过滤片、大气水汽样品进气口、气体缓冲瓶之外的所有装置的温度；

f.气象数据采集系统，由控制芯片接收温湿度计的大气监测数据，并传输至笔记本电脑中；

g.数据采集和控制系统，在笔记本电脑内安装分析仪器数据接收软件Picarro Trace Gas Analyzer.vi以实时记录水汽δ¹⁸O和δD同位素分析仪的测量数据；安装或NI Labview控制软件以控制芯片的运行，并通过控制芯片实时记录由温湿度计和环境温度自动调节系统测量的环境数据，以及温湿度计记录的实验地点大气温湿度数据。

本实用新型的优点：

1、干燥空气制造系统可产生水汽浓度约为5ppm的干空气；首创了一种水汽δ¹⁸O和δD标准产生及校正方法，控制并同时记录实验条件，能精确控制标准气体的误差；自动控制五路进气和三路标准气，可使用线性拟合校正法控制分析精度，精度极高；各部分体积均非常小，可集成在一个便携箱内，便于野外测量，根据需要可随运输工具测量。

2、所有气体管路都利用特氟龙材料制作连接。其对H₂¹⁸O、HD¹⁶O和H₂¹⁶O均无吸附或交换作用，可保证同位素比率的准确。