[发明专利]一种测定水体中溶解氧化亚氮的装置和方法

说明书

技术领域

本发明涉及水体中溶解氧化亚氮的检测，尤其是涉及一种测定水体中溶解氧化亚氮的装置和方法。

背景技术

氧化亚氮气体对全球气候和大气化学过程均有重要影响。等物质量氧化亚氮的温室效应是二氧化碳的200～300倍。同时，其光化学产物NO在平流层中可与O₃反应，破坏大气臭氧层(Crutzen,1970)。大气中氧化亚氮浓度正以每年0.25％左右的速度增长，大气氧化亚氮分压每增加5ppb，相应辐射强迫增加11％。海洋是大气中氧化亚氮的净源，世界许多大洋及近岸海域中氧化亚氮的分布特征，引起很多科学家的关注。目前最常用的方法为气相色谱法，首先将水样进行预处理以得到溶解气体，然后将气体注入色谱柱,经分离后分别用电子捕获检测器(ECD)检测。根据原理不同,分析海水中溶解氧化亚氮气体时常用的前处理方法可以分为三大类：顶空平衡法、真空脱气法和吹扫捕集法。

顶空平衡法：在一个密闭体系中，待测组分根据亨利定律在液相与顶空气相之间达到热力学平衡，通过测定气相中的组分含量而计算出待测水样中该组分含量(McAuliffe,1963)。但是该方法需要的平衡时间太长，而且灵敏度较低,一般不适于低浓度海水样品中的氧化亚氮测定。

真空脱气法：真空脱气法是指将水样引入一个已被抽真空的密闭容器中，置于恒温超声水浴中，帮助溶解气体从液相中脱出，进而引入检测器的测定方法(Schmitt,1991；Lammers,1994)。但是该方法对不同氧化亚氮浓度的海水样品具有不同的脱气效率，难以通过标准样对待测样品校正。

吹扫捕集法：又称气体抽提法，利用高纯气体(N₂或He)将海水中溶解的气体吹出，并收集在吸附剂上，待解吸后予以测定，该方法首先由Swinnerton等(1962)提出。虽然早期有研究者采用干冰冷阱,或半导体制冷等技术，将氧化亚氮气体吸附在分子筛上，但是因温度不够低，吸附的部分氧化亚氮会缓慢流失，导致检测结果的不准确。

发明内容

本发明的目的在于提供可靠性高，检测限低，节省人力的一种测定水体中溶解氧化亚氮的装置和方法

所述测定水体中溶解氧化亚氮的装置设有氮气钢瓶、第1减压阀、第2减压阀、质量流量控制器、流量计、六通阀、第1三通阀、第2三通阀、Nafion管、半导体制冷器、吹扫管、捕集管、杜瓦罐、电加热管、十二通阀、科伦泵、样品瓶、气相色谱仪、计算机；

所述样品瓶与十二通阀入口相连，十二通阀出口接科伦泵的入口，科伦泵的出口接吹扫管；氮气钢瓶分为三路，第1路经第1减压阀连接流量计，流量计出口连接Nafion管入口，并从Nafion管的出口排空；第2路连接质量流量控制器入口，质量流量控制器出口连接六通阀入口，六通阀出口连接第1三通阀入口，第1三通阀出口连接吹扫管入口，吹扫管出口连接第2三通阀入口，第2三通阀出口连接Nafion管入口，Nafion管的出口连接六通阀另一入口，六通阀出口连接半导体制冷器入口，半导体制冷器出口连接捕集管入口，捕集管位于盛装液氮的杜瓦罐内，电加热套包裹在捕集管外围，捕集管出口连接气相色谱仪；第三路经第2减压阀连接第2三通阀入口，第2三通阀出口连接吹扫管；所述捕集管可以在机械臂的带动下，通过升降实现进入和离开杜瓦罐的动作。

所述样品瓶可采用10个，10个样品瓶与十二通阀入口相连。

所述测定水体中溶解氧化亚氮的方法，包括以下步骤：

1)进样阶段：将氧化亚氮水样瓶连接科伦泵，科伦泵的进样量根据该批水样中氧化亚氮浓度的范围来确定，一般大洋水体中氧化亚氮浓度低可以增加进样量，近岸水体中氧化亚氮浓度高只需少量进样，科伦泵出口连接十二通阀，然后通过十二通阀的出口进入吹扫管，完成进样阶段；

2)吹扫阶段：高纯氮气通过质量流量控制器的出口连接六通阀，六通阀的一个出口连接第1三通阀，第1三通阀的一个出口连接吹扫管，对待测水样进行鼓泡，将水样中的溶解气体全部吹扫出吹扫管，吹扫管的出口连接第2三通阀，第2三通阀的一个出口连接Nafion管，Nafion管的出口经六通阀后连接半导体制冷器，气路中的气体经过Nafion管和半导体制冷器可以去除其中绝大部分的水汽，避免在气相色谱中累积，影响氧化亚氮的测定。吹扫过程持续4～5min即可将其中溶解气体完全吹扫脱离原来水样，完成吹扫阶段；