本發(fā)明屬于化學和地質學領域，尤其是涉及一種氣相二氧化碳中碳元素的固化和取樣方法。

背景技術：

二氧化碳在空氣中的濃度約為0.0003～0.0004個大氣壓，即占0.03～0.04％，土壤空氣中的二氧化碳含量比大氣中高得多，可占體積的0.74～9.74％。二氧化碳在空氣中比例很小，但其作用和影響卻很突出，它是溫室氣體，也是植物的生命之源。碳常在各類檢測和研究中作為一種示蹤元素，如何取得有代表性的樣品，是一個重要的問題，特別是對稀薄和比例又小的的空氣中二氧化碳的取樣，未發(fā)現(xiàn)有較為簡便而有效的濃縮和固化取樣方法。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是根據(jù)二氧化碳與氫氧化鈣反應生成碳酸鈣固體沉淀物的特點，將空氣中的稀少的氣相二氧化碳，濃縮并固定在穩(wěn)定的碳酸鈣中，以便于進行進一步的分析、檢測和試驗，可應用于巖溶地區(qū)基礎理論研究和工程應用研究的相關試驗中，也可應用于其他涉及氣相二氧化碳的取樣與檢測領域。

本發(fā)明是這樣實現(xiàn)的：

氫氧化鈣(Ca(OH)₂)溶液中溶解二氧化碳(CO₂)后發(fā)生化學反應，生成碳酸鈣(CaCO₃)沉淀物，化學反應式如下。

Ca(OH)₂+CO₂→CaCO₃↓+H₂O

在空氣中CO₂的濃度約為0.0003～0.0004個大氣壓，即占0.03～0.04％，土壤空氣中的CO₂含量比大氣中高得多，可占體積的0.74～9.74％?？諝庵械腃O₂含量少，但是來源穩(wěn)定。

在10～30℃之間，大氣環(huán)境中的純水CO₂溶解量為0.765～0.415mg/L。根據(jù)碳酸平衡理論，水中CO₂與Ca(OH)₂反應后將從空氣中得到持續(xù)不斷的補充。

在10～30℃之間100g純水中的Ca(OH)₂溶解度為0.176～0.153g，即1.76～1.53g/L。10～30℃的大氣環(huán)境中純水中的CaCO₃溶解度約為0.057g/L。同樣狀態(tài)下的Ca(OH)₂比CaCO₃在水中的溶解能力大得多，可以保證非飽和的Ca(OH)₂溶液產(chǎn)生足夠量的CaCO₃沉淀物，沉淀物中不會同時混雜Ca(OH)₂固體，也不會混入其他雜質。

根據(jù)上述反應原理，可以配置非飽和的去除了CO₂的Ca(OH)₂溶液，置于需要濃縮取樣的空氣環(huán)境中，保留足夠長的時間，空氣中的CO₂會與溶液發(fā)生化學反應，生成CaCO₃沉淀物，搜集沉淀物，即可實現(xiàn)對空氣中CO₂的濃縮固化取樣，在誤差允許范圍內(nèi)，沉淀物的碳元素，只來源于取樣環(huán)境空氣中的CO₂。

因此本發(fā)明的氣相二氧化碳中碳元素的固化和取樣方法具體步驟如下：

步驟1、制備無CO₂的純水；

步驟2、配置不飽和的Ca(OH)₂溶液；

步驟3、將所述不飽和的Ca(OH)₂溶液敞開置于需要取樣的空氣環(huán)境中，保持溶液與空氣充分接觸，使CaCO₃沉淀物析出；

步驟4、將帶CaCO₃沉淀物的Ca(OH)₂溶液進行過濾，搜集CaCO₃沉淀物。

其中，步驟1中制備無CO₂的純水的方法是將蒸餾水注入燒瓶中，煮沸10min，立即用裝有鈉石灰管的膠塞塞緊，冷卻后得到。

步驟2中配置不飽和的Ca(OH)₂溶液的方法是稱取分析純的Ca(OH)₂放入步驟1制得的無CO₂的純水中，封閉搖勻，置于帶膠塞的玻璃瓶中備用。

本發(fā)明具有以下有益效果：本發(fā)明根據(jù)二氧化碳與氫氧化鈣反應生成碳酸鈣固體沉淀物的特點，將空氣中的稀少的二氧化碳，濃縮并固定在碳酸鈣中，以進行進一步的分析、檢測和試驗，可應用于巖溶地區(qū)基礎理論研究和工程應用研究的相關試驗中，也可應用于其他涉及氣相二氧化碳、或產(chǎn)生氣相二氧化碳的取樣與檢測領域。

具體實施方式

下面結合實施例對本發(fā)明作進一步的詳細說明。

實施例1：

碳酸鹽巖地區(qū)的水電站防滲帷幕灌漿廊道中，常見大量的白色析出物，其物質成分主要為CaCO₃，對其來源有多種說法，可能為石灰?guī)r的溶解和再結晶形成。也可能為防滲帷幕中水泥結石中Ca(OH)₂溶解后，通過滲透水流帶出遇空氣中的CO₂后再結晶形成。為此需要追蹤CaCO₃析出物中C的來源，按照上述二氧化碳固定和取樣方法，取得了防滲帷幕灌漿廊道空氣中CO₂的樣本，進行C同位素測試。試驗步驟和方法如下：

1.在實驗室中制備無CO₂的純水，將蒸餾水注入燒瓶中，煮沸10min，立即用裝有鈉石灰管的膠塞塞緊，冷卻。共計制備5瓶各1L的無CO₂的純水。

2.在實驗室配置不飽和的Ca(OH)₂溶液，分別各稱取1.2g分析純的Ca(OH)₂放入1L上述無CO₂的純水中，封閉搖勻，置于帶膠塞的玻璃瓶中備用。共計制備3個1L體積的Ca(OH)₂溶液。

3.將上述3個不飽和的Ca(OH)₂溶液運至某水電站防滲帷幕灌漿廊道中，敞開置于析出物較多的廊道段，保持溶液與空氣充分接觸，至CaCO₃沉淀物充分析出后搜集溶液，密封帶回實驗室。

4.將上述帶CaCO₃沉淀物的Ca(OH)₂溶液在實驗室中進行過濾，搜集CaCO₃沉淀物，送C同位素檢測實驗室進行相關的檢測和研究。

同時測定析出物中的C同位素組成，證明析出物中的C同位素組成與廊道中CO₂中C同位素組成一致，從而證實廊道中析出物來源為水泥結石中Ca(OH)₂的溶解。

當然，以上只是本發(fā)明的具體應用范例，本發(fā)明還有其他的實施方式，凡采用等同替換或等效變換形成的技術方案，均落在本發(fā)明所要求的保護范圍之內(nèi)。