[发明专利]一种同时测定水体中甲烷、氧化亚氮的装置和方法

说明书

一种同时测定水体中甲烷、氧化亚氮的装置和方法，涉及水体中甲烷、氧化亚氮检测。装置设高纯氮气钢瓶、质量流量控制器、三通阀、阻尼管、六通阀、鼓泡池、定量环、标准气、色谱柱、十通阀、捕集管、杜瓦罐、电加热套、FID检测器、ECD检测器、气相色谱仪；氮气将水样吹送至鼓泡池，对鼓泡池中的水样鼓泡，将水样中的溶解气体吹出进入捕集管中，捕集管中的分子筛材料在低温条件下对溶解气体捕集，电加热套对捕集管加热，溶解气体解析进入气相色谱仪，色谱柱对溶解气体进行气体分离并通过六通阀的切换，将待测甲烷和氧化亚氮分别送至FID检测器和ECD检测器定量检测，实现两种气体一次进样、同时检测，节约时间和人工，减少采样成本。

技术领域

本发明涉及水体中甲烷、氧化亚氮的检测，尤其是涉及一种同时测定水体中溶解甲烷和氧化亚氮的检测装置和方法。

背景技术

温室气体排放引起的全球气候变暖是当今国际社会普遍关注的环境性问题，甲烷和氧化亚氮是大气中仅次于二氧化碳的重要温室气体，两种温室气体的共同作用对预期全球变暖贡献约为20％，此外，它们还以不同方式参与对流层和平流层大气化学过程，进而影响大气环境。河流、河口和海洋等水体系是大气中甲烷和氧化亚氮的重要自然排放源，因此海洋对大气甲烷和氧化亚氮的影响一直是国际上层海洋与低层大气研究计划(SOLAS)单列的重要研究内容。

20世纪60年代以来，国内外科学家已陆续基于气相色谱法实现了海水中溶解态甲烷和氧化亚氮浓度的分析测定，由于气相色谱仪无法直接测定水样，需要借助一些预处理方法，将水样中溶解态甲烷和氧化亚氮转入气相中，再导入气相色谱仪完成定量测定。根据原理不同，分析海水中溶解甲烷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。

顶空平衡法是在一个密闭体系中，待测组分根据道尔顿气体分压和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)。该方法操作简便，对陆架区和河口及海湾等高浓度溶解态甲烷和氧化亚氮的测定灵敏度较好，但是该方法对于甲烷气体需要的平衡时间较长，一般不适于大洋、极地等外海低浓度海水样品中的测定。

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，待达到扩散平衡后进而引入检测器的测定方法(Schmitt,1991；Lammers,1994)。但是该方法对不同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，将甲烷气体吸附在分子筛上，但是因温度不够低，吸附的部分甲烷会缓慢流失，导致检测结果的不准确。该方法广泛应用于对水体中溶解态甲烷和氧化亚氮的观测研究，尤其适用于甲烷和氧化亚氮浓度较低的远海大洋区，而对河口海湾等海域，测定样品时需做减量处理，以免捕集阱吸附的目标组分量过高，导致色谱柱饱和。

随着研究的深入和科学技术的进步，基于膜进样法和光腔衰荡学原理研发出新型原位实时甲烷或氧化亚氮测定系统，实现表层海水中甲烷或氧化亚氮的走航式连续观测，但仅限于表层海水中甲烷或氧化亚氮单要素观测，且稳定性仍需不断改进，所以气相色谱法仍为国内外开展海洋溶解态甲烷和氧化亚氮观测研究的主流方法。海洋领域所用气相色谱系统仍为单独配备氢火焰离子化检测器(简称FID)或微电子捕获检测器(简称ECD)，仅适用于单一要素的定量分析，数据获取效率低。若同时开展溶解态甲烷和氧化亚氮研究，除需要配备两套气相色谱系统外，还需付出水样采集，保存与运输及实验室分析测定等加倍的工作负担和成本。

发明内容

本发明的目的在于基于吹扫捕集的原理联用双通道气相色谱仪，降低对水体样品检测限，具有较高稳定性，减少进样量、节约人力成本的一种同时测定水体中甲烷、氧化亚氮的装置。