專利名稱：基于金汞齊中高頻交流電流變化測(cè)量汞含量的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種測(cè)量大氣中汞含量的方法，尤其是利用金絲與汞形成金 汞齊時(shí)表面電阻變化導(dǎo)致高頻交流電流變化來測(cè)量汞含量的方法。
背景技術(shù)：
汞是唯一在常溫下呈液態(tài)的金屬，有流動(dòng)性；是一種易于揮發(fā)的元素， 具有擴(kuò)散性和較大的脂溶性，汞吸入呼吸道可被肺泡吸收，經(jīng)血液進(jìn)入全身 組織，很容易通過胃腸道被人體吸收，人體各部的皮膚黏膜及表皮都能吸收 汞或汞化合物，能與人體酶發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，從而使這些酶失去重要人體技能 的催化作用。汞是一種累積性毒素，即長(zhǎng)期少量的吸入會(huì)在人體中蓄積起來 慢慢地對(duì)人體造成損害。汞的毒性大小與其存在形態(tài)有關(guān)，+1價(jià)的化合物毒 性較小，+2價(jià)的化合物毒性大，有機(jī)汞的毒性大于無機(jī)汞。大氣中的汞主要 以0價(jià)形態(tài)(汞單質(zhì))存在，約占大氣汞含量的90-99%。由于人類生產(chǎn)、生活活動(dòng)等人為因素，汞在大氣、土壤、水源、食品等 領(lǐng)域廣泛存在，如煤、石油和天然氣在燃燒過程中會(huì)排放出大量的含汞廢氣 和顆粒態(tài)汞塵，氯堿工業(yè)、塑料工業(yè)、電子工業(yè)、混汞工業(yè)、雷汞生產(chǎn)、提 煉金屬汞的工廠、制造汞溫度計(jì)、氣壓計(jì)儀表、日光燈的工廠以及使用含汞 催化劑的工廠等都是汞污染的主要來源。另外，用污水灌溉土壤、污泥施肥 及使用含汞農(nóng)藥等，都能造成人為汞污染。全球每年排放到大氣中的汞約為45000噸，其中有4000噸進(jìn)入了海洋。大氣汞污染所帶來的后果是及其嚴(yán)重 的，其污染特征是以大氣活動(dòng)為主要媒介，使汞污染成為全球性問題。由于汞是一種有毒重金屬，具有較大的遷移性，在生物體和食物鏈中具 有較高富集系數(shù)，使得環(huán)境汞的檢測(cè)具有非常重要的意義。目前，汞的檢測(cè) 主要有冷原子吸收法和原子熒光法兩種測(cè)定方式，無論用哪一種方式檢測(cè)， 需要繁瑣的樣品處理過程，測(cè)量時(shí)需要光電轉(zhuǎn)換過程，基本上不能對(duì)大氣汞 污染進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)。由于汞極易與大多數(shù)金屬如鈉、鋅、鉛、金、銀(鐵除外)形成合金一 一汞齊，因此被譽(yù)為"金屬的溶劑"。由于金的性能特點(diǎn)，如在大氣中具有很 好的穩(wěn)定性，不易氧化，且非常柔軟、易于加工等。常溫環(huán)境中汞容易與單 質(zhì)金形成合金——金汞齊。由于金的電導(dǎo)率為0.024jiQ⑩m，汞的電導(dǎo)率為 0.958^ m，兩著相差40倍，因此，不同汞含量的金滎齊的電阻存在差異。 金汞齊中汞含量變化立即導(dǎo)致其電阻改變，流過其中的電流強(qiáng)度也立刻相應(yīng) 發(fā)生變化。近年來一些研究者利用該原理設(shè)計(jì)了測(cè)量氣態(tài)汞含量的傳感器， 這些傳感裝置一般都采用極薄的金膜吸收汞蒸氣形成金汞齊，再利用 Wheatstone直流電橋進(jìn)行測(cè)量。也有研究者根據(jù)金膜與汞形成金汞齊后的膜 質(zhì)量增大導(dǎo)致膜表面聲波頻率降低的原理提出了一種測(cè)量氣態(tài)汞含量的金膜 感應(yīng)器。這些金膜傳感裝置需要復(fù)雜的鍍膜工藝，信號(hào)響應(yīng)較弱，且在實(shí)際 應(yīng)用中存在吸附平衡時(shí)間過長(zhǎng)，金膜再生時(shí)膜可能從基體上剝離，以及薄膜 結(jié)構(gòu)具有記憶性等缺點(diǎn)，難于實(shí)現(xiàn)大氣汞的實(shí)時(shí)檢測(cè)，不能適應(yīng)快速、在線 檢測(cè)的需要。發(fā)明內(nèi)容4本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)，即環(huán)境汞檢測(cè)的冷原子吸收法、原子熒光法和金 膜傳感器等測(cè)定方式的上述不足，提出一種根據(jù)金絲與汞形成金汞齊時(shí)表面 電阻變化導(dǎo)致高頻交流電流變化來測(cè)量汞含量的方法。本發(fā)明的技術(shù)方案基于金汞齊中高頻交流電流變化的測(cè)量汞含量的方 法，其特征在于在設(shè)定的時(shí)間和溫度條件下， 一定流速的含汞大氣通過含 有金絲的汞探測(cè)器時(shí)，汞首先在金絲表面形成金汞齊，導(dǎo)致金絲的表面電阻 發(fā)生變化，利用高頻交流電流的"趨膚"特性，采用交流電橋檢測(cè)高頻電流 的變化；根據(jù)高頻電流的變化可得到大氣汞含量。更進(jìn)一步的特征是U)汞探測(cè)器由圓柱形金絲和石英管構(gòu)成，要求金 絲純度高于99.99°/。。 (2)電橋中電流信號(hào)為高頻電流，頻率為65MHz。 (3) 金絲的再生方法是電流通過金絲發(fā)熱至60(rC 80(TC，汞從金絲中解吸后得到 純金絲，以便重復(fù)使用。本發(fā)明的測(cè)量汞含量方法，相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，具有如下特點(diǎn)1、 測(cè)量用的汞探測(cè)器是利用金汞齊中電阻變化導(dǎo)致電流變化的原理來測(cè) 定大氣中汞含量，省略了冷原子吸收法和原子熒光法中的光電轉(zhuǎn)換過程，選 擇性好，抗干擾能力強(qiáng)。2、 由于大氣中汞濃度的變化與電流信號(hào)的變化能即時(shí)響應(yīng)，且微電流信 號(hào)的變化很容易實(shí)現(xiàn)放大和顯示，因此，本方法容易實(shí)現(xiàn)大氣汞污染的個(gè)體 檢測(cè)和實(shí)時(shí)檢測(cè)，以適應(yīng)快速、在線檢測(cè)的需要。3、 高頻電流在圓柱形導(dǎo)體中的具有趨表面性(集膚效應(yīng))，輸出信號(hào)反 映了金絲表層電阻的變化，相當(dāng)于反映了一個(gè)圓柱形薄膜電阻的變化，能得 到更強(qiáng)的輸出信號(hào)，同時(shí)也有利于縮短吸附時(shí)間。4、 與金膜探測(cè)器相比，不需要復(fù)雜的鍍膜工藝。由于再生時(shí)不存在膜與基體脫落問題，可選擇較高的再生溫度，縮短再生時(shí)間。沒有膜結(jié)構(gòu)的記憶 性。


下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說明； 附圖是本發(fā)明檢測(cè)裝置的一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖。
具體實(shí)施方式
由于金的導(dǎo)電性能好，其電阻率小，加上環(huán)境中氣態(tài)汞的濃度一般都很 低，所以形成汞齊后電阻的變化將比較小，采用直流電橋測(cè)量時(shí)，其輸出信 號(hào)的變化弱。本方法采用以下兩種措施來增強(qiáng)輸出信號(hào)的變化(1)將高頻 交流電信號(hào)加在金絲的兩端，通過金絲的電流為交流電信號(hào)。因?yàn)榻涣麟娫?導(dǎo)體中具有"趨膚"特性，而金與汞在形成汞齊的過程中是先表面后內(nèi)部， 其表面電阻大于內(nèi)部電阻，因此金汞齊的表面電阻的變化將更加顯著。交流電的頻率越高，其趨膚深度越淺，設(shè)趨膚深度為0.001mm，則交流電的頻率 約為60MHz 70MHz。 (2)輸出信號(hào)可以通過前置放大器將信號(hào)放大。 下面以金絲為例，提供一種具體的測(cè)量方式.-1、 用石英管和純金絲(金絲直徑0.2mm，純度高于99.99%)制作汞探 測(cè)器。將汞探測(cè)器按圖所示組成交流電橋，將高頻交流電信號(hào)加在金絲的兩 端。信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生高頻交流電信號(hào)加在金絲的兩端。2、 測(cè)量前儀器的標(biāo)定2.1、 儀器調(diào)零。2.2、 在一定溫度條件下，用定量準(zhǔn)確的取樣器取一定體積的汞飽和蒸氣，注入滎探測(cè)器內(nèi)，連接交流電橋，調(diào)節(jié)信號(hào)發(fā)生器的頻率為65MHz，觀測(cè)輸 出電流信號(hào)，直到最大時(shí)停止測(cè)量，得到輸出信號(hào)隨吸附時(shí)間的變化曲線， 以確定最佳吸附時(shí)間。通過改變汞飽和蒸氣體積，可得到不同汞含量的金汞 齊的電導(dǎo)率數(shù)據(jù)。2.3、 改變溫度，按2.2步驟操作，可得到溫度對(duì)最佳吸附時(shí)間的影響。2.4、 在一定流量下，讓不同濃度的汞蒸氣通過汞探測(cè)器，觀測(cè)在最佳吸 附時(shí)間時(shí)的輸出信號(hào)，得到輸出信號(hào)隨氣態(tài)汞濃度變化的標(biāo)準(zhǔn)曲線。根據(jù)此 定量關(guān)系可實(shí)現(xiàn)大氣環(huán)境中氣態(tài)汞含量的檢測(cè)。3、 大氣中汞含量的檢測(cè)將汞探測(cè)器與大氣采樣器連接，在一定流速和流量下，大氣中的汞與金 絲形成金汞齊，觀測(cè)在最佳吸附時(shí)間時(shí)的輸出信號(hào)，根據(jù)步驟2的標(biāo)定結(jié)果 可得到大氣中的汞含量。4、 測(cè)量完成后，將汞探測(cè)器接上電源，通入電流使金絲發(fā)熱，并向汞探 測(cè)器內(nèi)吹入空氣流，使金汞齊在60(TC 80(TC下分解，金汞齊中的汞揮發(fā)而去 除，得到純金絲后，能在下一次測(cè)量中使用，即可進(jìn)行下一次測(cè)量。
權(quán)利要求
1、基于金汞齊中高頻交流電流變化測(cè)量汞含量的方法，其特征在于在設(shè)定的時(shí)間和溫度條件下，一定流速的含汞大氣通過含有金絲的汞探測(cè)器，汞首先在金絲表面形成金汞齊，導(dǎo)致金絲的表面電阻發(fā)生變化，將高頻交流電信號(hào)加在金絲的兩端，采用交流電橋檢測(cè)高頻電流的變化，根據(jù)該高頻電流的變化可得到大氣中汞含量。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于金汞齊中高頻交流電流變化測(cè)量滎含量的 方法，其特征在于汞探測(cè)器由圓柱形金絲和石英管構(gòu)成，金絲純度高于99.99%。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于金汞齊中高頻交流電流變化測(cè)量滎含量的 方法，其特征在于金絲直徑為0.2mm。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1至3任一所述的基于金汞齊中高頻交流電流變化測(cè)量 汞含量的方法，其特征在于電橋中電流信號(hào)為高頻電流，頻率為60MHz 70應(yīng)z。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1至3任一所述的基于金汞齊中高頻交流電流變化測(cè)量 汞含量的方法，其特征在于測(cè)量完畢后，用電流通過金汞齊加熱至600°C~800 °C，汞從金絲中解吸后得到純金絲，能在下一次測(cè)量中使用。
6、 根據(jù)權(quán)利要求4的基于金汞齊中高頻交流電流變化測(cè)量汞含量的方法， 其特征在于測(cè)量完畢后，用電流通過金汞齊加熱至60(TC 80(rC，汞從金絲 中解吸后得到純金絲，能在下一次測(cè)量中使用。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于金汞齊中高頻交流電流變化的測(cè)量汞含量的方法，其特征在于在設(shè)定的時(shí)間和溫度條件下，一定流速的含汞大氣通過含有金絲的汞探測(cè)器時(shí)，汞首先在金絲表面形成金汞齊，導(dǎo)致金絲的表面電阻發(fā)生變化，利用高頻交流電流的“趨膚”特性，采用交流電橋檢測(cè)高頻電流的變化；根據(jù)高頻電流的變化可得到大氣汞含量。本發(fā)明的測(cè)量汞含量方法，測(cè)量用的汞探測(cè)器是利用金汞齊中電阻變化導(dǎo)致電流變化的原理來測(cè)定大氣中汞含量，省略了冷原子吸收法和原子熒光法中的光電轉(zhuǎn)換過程，選擇性好，抗干擾能力強(qiáng)；容易實(shí)現(xiàn)大氣汞污染的個(gè)體檢測(cè)和實(shí)時(shí)檢測(cè)，以適應(yīng)快速、在線檢測(cè)的需要；與金膜探測(cè)器相比，不需要復(fù)雜的鍍膜工藝。
文檔編號(hào)G01N27/12GK101403719SQ20081023302
公開日2009年4月8日 申請(qǐng)日期2008年11月11日 優(yōu)先權(quán)日2008年11月11日
發(fā)明者軍 李, 楊明波, 桑雪梅, 敏 王, 石孝洪, 聶喻梅, 趙瑋霖, 鄭光平 申請(qǐng)人:重慶工學(xué)院