[发明专利]一种短期大量采集大气气态汞的采样装置和采样方法

说明书

本发明公开了一种短期大量采集大气气态汞的采样装置和采样方法，采样装置包括过滤大气颗粒物的滤膜盒；与滤膜盒出口连接的大气气态汞采样单元，该采样单元由六根镀金石英砂管和两个改造的锥形漏斗组成；与大气气态汞采样单元出口端连接的瞬时流量计；与流量计出口端连接的真空泵；与真空泵出口连接的容积式流量计。该采集装置能够在数小时内采集足够量的大气气态汞用于同位素分析；采样装置中的设备易拆装、易操作、采样简单易行、精确度高。

技术领域

本发明涉及大气成分采样技术领域，尤其涉及较短时间内大量采集大气汞的采样装置和采样方法。

背景技术

汞是一种具有生物毒性的重金属元素，能以剧毒甲基汞的形式在生物体内进行累积和传递，进而危害人类的健康。同时，汞也是唯一一种在大气中以金属单质态稳定存在的元素，能够在全球范围内的进行循环和沉降。人为汞排放近年来不断增加，达到2000t/a，从而造成当今大气汞的背景值较工业革命前高出3倍以上。

根据汞在大气中存在的物理化学状态不同，大气汞被人为分为大气零价汞(Hg⁰)、大气二价汞(Hg^II)和大气颗粒态汞(Hg^P)，前二者也统称为大气气体汞。大气汞主要以零价汞的形态存在，一般占大气汞的90％以上；大气二价汞和颗粒态在大气汞中的比例一般小于10％。大气零价汞不溶于水，在大气中的滞留时间达0.5-1.5年之久，从而造成全球的传输。大气二价汞和颗粒态一般在数周内随大气湿沉降和干沉降进入地表。认清大气汞之间的转化和循环是制定汞排放标准的重要依据，一直以来都是国际上研究的热点和难点。

汞是迄今唯一具有“三维”同位素示踪体系的重金属。大气汞同位素不但具有常见的质量分馏，还具有较为少见奇数同位素的非质量分馏以及极其罕见的偶数同位素的非质量分馏。由于特定的大气物理化学过程使得汞同位素沿着不同的轨迹进行质量和非质量分馏，因而通过测定大气汞的同位素组成，可以推演出大气汞的形态转化与循环过程。

高精度汞同位素测试需要足够量的大气汞样品(一般大于10ng)。传统的镀金石英砂富集法采集大气气态汞只使用一根镀金石英砂管，为保证采样效率，采样气流量通常被限制在2L/min以内，因而在低汞背景的大气中难以短时间内收集足够量的汞用于高分辨率、高精度的汞同位素测试。

发明内容

有鉴于此，本申请的目的在于提供一种短期内大量采集大气气态汞的采样装置和采样方法。该装置能够在12小时内采集到大于10ng的大气气态汞。

本申请提供一种短期大量采集大气气态汞的采样装置，包括:

过滤大气颗粒物用的滤膜盒；

大气气态汞采样单元，所述大气气态汞采样单元包括第一锥形漏斗，所述第一锥形漏斗的细管端与滤膜盒的出气口连通，第二锥形漏斗与第一锥形漏斗同轴线左右相对间隔设置，所述第二锥形漏斗的细管通过第一连接管道与瞬时流量计的进口端相连；所述的第一锥形漏斗的广口端和第二锥形漏斗的广口端均采用密闭板封闭设置，在所述的第一锥形漏斗的密闭板和第二锥形漏斗的密闭板之间沿圆周方向均匀安装有多个采样管，每根采样管的两端分别与密闭板上的中空管连通设置，采样管收集大气气态汞，在采样管外部包裹有硅胶加热片，在每根采样管内部充填有1-1.5g镀金石英砂，充填物两端塞有石英棉；

真空泵，所述的真空泵与瞬时流量计出口端通过第二连接管道连接；

容积式流量计，所述的容积式流量计与真空泵出口通过第三连接管道连接。

本发明的一种短期大量采集大气汞的采样方法，包括以下步骤：

(1)将滤膜盒载有的石英纤维滤膜置于马弗炉中于550℃加热6h以上；

(2)将滤膜盒进气端置于周围大气中，开启硅胶加热片控制器加热吸收管，启动真空泵，大气通过滤膜盒中载有的石英纤维滤膜过滤掉其中的颗粒物；