[发明专利]一种同时分析海水中溶解态气体H2/O2/N2/CH4顶空气相色谱系统和方法

说明书

一种用于同时分析海水中溶解态气体H₂/O₂/N₂/CH₄的顶空气相色谱分析系统及方法。系统包括顶空注射器、进样阀、切换阀、预分离色谱柱、阻尼管、分析色谱柱、脉冲氦离化检测器(PDHID)和热导检测器(TCD)；预分离色谱柱两端分别连接进样阀和切换阀，阻尼管两端分别连接切换阀和脉冲氦离子化检测器，分析色谱柱两端分别连接切换阀和热导检测器。海水中溶解态气体组分经注射器顶空后注入进样阀定量环中，通过气相色谱系统脉冲氦离子化检测器检测H₂、CH₄浓度，通过热导检测器检测O₂、N₂浓度。本发明结构简单，但可以同时测定海水中浓度相差10⁵倍的溶解态H₂/CH₄和O₂/N₂，避免采用多种方法、多次进样分别测试各气体浓度，既节省大量时间，也节省样品量。

技术领域

本发明属于气相色谱分析技术领域，涉及同时分析海水中溶解态气体H₂/O₂/N₂/CH₄顶空气相色谱系统和方法。

背景技术

海水中溶解有多种气体组分，如H₂、O₂、N₂、CH₄等，这些气体组分是海洋中碳、氮、硫等元素循环的重要组成部分，也是海洋中众多微生物(细菌和古菌)所需的能量和物质来源。其中H₂和CH₄还是寻找海底矿产资源(如天然气水合物和热液硫化物等)重要的示踪气体，CH₄还是一种重要的温室效应气体，并参与海洋中广泛存在的产甲烷作用和甲烷氧化过程；溶解氧为海洋调查的必备参数之一，因为溶解氧的分布特征可以提供众多的海洋学信息，如微生物的光合作用/呼吸作用、有机质的矿化、水体的混合及水团的运动和交换等；近几年随着氮循环研究的深入，对反硝化、硝化及氨氧化等过程也引起了广泛重视，要求能准确测定海水中氮气浓度。因此对海水中H₂、O₂、N₂、CH₄等气体的测试和分析，不仅有助于了解全球海洋环境和气候的变化，还可以为寻找海底矿产资源提供有价值的信息和线索。目前国内外的大学、研究所等科研机构以及海洋局、环保局、监测站等部门，均要求在海上能现场测定海水中溶解态H₂、CH₄、O₂、N₂浓度。

由于以上四种气体(H₂、O₂、N₂、CH₄)之间物理/化学性质差异较大，且在海水中的浓度相差超过10⁵倍，其中H₂和CH₄浓度一般为纳摩尔/升级(nmol/L)，而O₂和N₂的浓度则高达几百微摩尔/升级(μmol/L)，因此很难利用一种方法实现对这四种气体的同时测试。目前国内外主要利用多种方法分别对上述气体进行分析，如H₂和CH₄采用气相色谱法或传感器法，O₂采用水化学法-碘量滴定法或溶解氧传感器，N₂采用气相色谱法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种同时分析海水中溶解态气体H₂/O₂/N₂/CH₄顶空气相色谱系统和方法。