[实用新型]一种单一汞同位素大气发生系统

说明书

技术领域

本实用新型属于稳定汞同位素添加技术领域，涉及一种单一汞同位素大气发生系统，具体地说涉及一种高效稳定的单一汞同位素大气发生系统及应用。

背景技术

汞是大气中唯一以气态单质进行长距离传输的重金属元素，且具有很强的生物毒性，因此被认为是一种全球性的污染物(Feng et al.，2010；Lindberg et al.，2007；Selin，2009)。汞以痕量水平广泛存在于地球各圈层，大气中汞的主要来源包括人为源排放及自然源释放(Streets et al.，2005；Streets et al.，2009)。其中自然源的年释放量占了全球总排放量的三分之二，与人为排放量相比，目前对自然过程排放量的估算具有更大的不确定性。在对自然源的研究中，以植被覆盖广袤的背景区的源汇问题引起了广泛的研究和讨论。在GEOS-Chem及以蒸腾作用为基础的通量模型中，植被被认为是大气汞的源，植物能通过根系吸收土壤水中的汞，进而通过传输释放到大气中。然而，越来越多的实验研究表明土壤水中的汞不易传输到植物叶片，叶片中的汞大多来自大气，因此植被在生态系统中很有可能是大气汞的汇。若能通过巧妙的试验设计，定量探讨植物叶片对汞的吸收与排放(包括叶片吸收汞的再释放过程)，将给这一科学问题的解决、汞的全球模型更新乃至汞生物地球化学循环过程的认识带来新的思路。

汞稳定同位素示踪研究为这一难题的解决提供了新的手段。在天然环境中Hg有七种稳定同位素，¹⁹⁶Hg(0.15％)、¹⁹⁸Hg(9.97％)、¹⁹⁹Hg(16.87％)、²⁰⁰Hg(23.10％)、²⁰¹Hg(13.18％)、²⁰²Hg(29.86％)、²⁰⁴Hg(6.87％)(de Laeter et al.，2003)。而这七种同位素及其化合物在化学性质、生物学性质方面并无差异，只在核物理性质方面存在显著的差异。因此，可以利用某一种同位素及其化合物作为示踪剂，探讨汞在环境中的行为及其归趋(Hintelmann et al.，1995；Hintelmann et al.，2002；Harris et al.，2007)。利用汞同位素添加示踪技术，指示植物叶片中汞的来源与环境行为，逐渐成为近年来研究大气-植被-土壤界面汞迁移转化规律的强有力手段。但在背景大气中，大气汞属于痕量气体，其浓度在1-3ng m^-3(Schroeder＆Munthe，1998)。这为模拟实验室相似的低汞同位素微环境带来了挑战。在模拟试验中，获得持续、稳定、低浓度且低成本的单一汞同位素源是该系统的关键因素。Rutter et al.(2011)在严格控制温度、湿度和光照条件的密闭实验室内放置植物和土壤，注入稳定浓度的¹⁹⁸Hg⁰蒸气，探究汞在植物叶片上的干沉降量与环境因子的相互关系，进而推演汞在大气-植被界面的迁移转化规律。该方法能够提供较好的植物生理生长条件，但其成本高且很难达到产生稳定单一大气汞同位素的要求。如：在恒定温度10℃～30℃条件下，汞的挥发浓度为5.552～29.504ng ml^-1，因此利用挥发法产生的同位素汞源，效率低、稳定性得不到保证、且不能精准地调节汞蒸气浓度的变化，房间“壁效应”会吸附大量的汞，造成重复试验的背景值过高，大量的汞蒸气持续的排出，费时费力且易造成二次污染。

综上所述，建立一种能产生低浓度、稳定性强、可控性高、且利用效率高的同位素汞蒸气(^xxxHg⁰)发生系统是该试验的关键。

实用新型内容

为了克服现有技术中存在的缺陷，本实用新型提供一种单一汞同位素大气发生系统，设计满足上述要求的汞蒸气发生系统，及基于该发生器的植物交换装置、大气同位素汞的在线检测装置，该系统不仅具有低成本，可以连续产生低浓度、稳定性强、可控性高、利用效率高的同位素汞蒸气(^xxxHg⁰)特性，还兼有轻便灵巧、安装便捷、可移动性强和适用范围广等特点。

其技术方案如下：

一种单一汞同位素大气发生系统，由汞蒸气发生器、大气汞与植物交换系统、大气汞同位素浓度在线检测系统三部分组成；