技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及大氣監(jiān)測技術(shù)領(lǐng)域，更具體地說涉及一種大氣活性氣態(tài)汞的被動采樣裝置及其采樣方法。

背景技術(shù)：

汞是毒性最強的重金屬和污染物之一，已經(jīng)被我國政府和聯(lián)合國環(huán)境規(guī)劃署、世界衛(wèi)生組織、歐盟及美國環(huán)境保護署等機構(gòu)列為優(yōu)先控制污染物。由于特殊的物理化學(xué)性質(zhì)，汞是唯一主要以氣相形式存在于大氣中的重金屬元素，并能通過大氣輸送擴散成為全球性污染物。作為環(huán)境中汞傳輸?shù)淖钪饕ǖ?，大氣在全球汞的生物地球化學(xué)循環(huán)中起著極其重要的作用。汞在大氣中的存在形式主要有元素形態(tài)汞(GEM，零價態(tài)，占大氣氣態(tài)總汞90％以上)，活性氣態(tài)汞(RGM，二價態(tài))(如HgCl₂，HgBr₂，HgO，Hg(OH)₂等)和顆粒態(tài)汞(PHg，二價態(tài)為主)。活性氣態(tài)汞和顆粒態(tài)汞盡管在大氣總汞中所占的比例較小，但由于活性氣態(tài)汞具有更高的干沉降和濕沉降速率，因此沉降到地表的汞以活性氣態(tài)汞為主，因而在汞的全球生物地球化學(xué)循環(huán)中也起到重要作用。從某種程度上說，大氣元素汞跟其他形態(tài)汞(活性氣態(tài)汞和顆粒態(tài)汞)之間的相互轉(zhuǎn)化很大程度上決定了汞在自然環(huán)境中的長距離遷移和歸趨過程。因此，監(jiān)測大氣中活性氣態(tài)汞的濃度對于空氣污染的治理和進一步了解大范圍汞的歸趨特征具有重要意義。

常規(guī)的大氣活性氣態(tài)汞主動采樣方式依靠氣泵在短時間內(nèi)采集大量氣體，并用活性炭等吸附介質(zhì)將其中的活性氣態(tài)汞捕集后進行測定。傳統(tǒng)的主動采樣方式依賴電力供應(yīng)作為動力來源，不適用于偏遠地區(qū)的采樣監(jiān)測；監(jiān)測點位覆蓋的范圍有限，不適合大范圍的采樣布設(shè)；對采樣人員要求較高，需要研究人員長期值守操作。被動采樣裝置可以利用自然風(fēng)力或是擴散機理，在監(jiān)測的大氣環(huán)境中放置一段時間后，使大氣中的目標(biāo)污染物被捕集在合適的吸附介質(zhì)上，當(dāng)目標(biāo)污染物收集到一定量后進行分析測定。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明克服了現(xiàn)有技術(shù)中的不足，傳統(tǒng)的主動采樣方式依賴電力供應(yīng)作為動力來源，不適用于偏遠地區(qū)的采樣監(jiān)測，監(jiān)測點位覆蓋的范圍有限，不適合大范圍的采樣布設(shè)，提供了一種大氣活性氣態(tài)汞的被動采樣裝置，本發(fā)明不依賴外界電源，以風(fēng)力作為動力來源，放置在合適的地點后無需人值守，可監(jiān)測長時間尺度內(nèi)的污染物濃度情況，與主動采樣相比，被動采樣技術(shù)在采樣點的布設(shè)方面具有更大的靈活性，可以進行大范圍的樣點布設(shè)和監(jiān)測，相關(guān)成本也更低。

本發(fā)明克服了現(xiàn)有技術(shù)中的不足，還提供了一種大氣活性氣態(tài)汞的被動采樣方法。

本發(fā)明的目的通過下述技術(shù)方案予以實現(xiàn)。

一種大氣活性氣態(tài)汞的被動采樣裝置，包括風(fēng)向標(biāo)、前端進氣管、進氣管連接口、后端進氣管、轉(zhuǎn)動軸以及活性氣態(tài)汞捕集管，所述風(fēng)向標(biāo)通過固定架分別與所述前端進氣管以及所述后端進氣管相連，所述前端進氣管以及所述后端進氣管通過所述進氣管連接口相連，所述前端進氣管的入口處設(shè)置有凹形槽，所述后端進氣管采用L形中空的圓柱形結(jié)構(gòu)，所述后端進氣管的垂直端口通過所述轉(zhuǎn)動軸與所述活性氣態(tài)汞捕集管上端相連，所述活性氣態(tài)汞捕集管包括捕集管外管、捕集管內(nèi)管、固定架以及遮雨蓋，所述捕集管外管與所述轉(zhuǎn)動軸相連，所述捕集管外管通過內(nèi)外管黏合點與所述捕集管內(nèi)管相連，且捕集管外管與捕集管內(nèi)管同軸設(shè)置；所述捕集管外管外側(cè)均勻的設(shè)置有所述固定架，所述遮雨蓋設(shè)置在所述捕集管外管下端，在所述遮雨蓋上設(shè)置有通孔，所述捕集管外管的內(nèi)側(cè)以及所述捕集管內(nèi)管的外側(cè)采用磨砂結(jié)構(gòu)。

所述風(fēng)向標(biāo)包括箭首、箭身以及箭尾，所述箭首采用三角形結(jié)構(gòu)，所述箭首的高為10-30mm，所述箭身采用矩形結(jié)構(gòu)，所述箭身的長度為150-250mm，所述箭身的寬度為15-25mm，所述箭尾采用梯形結(jié)構(gòu)，所述箭尾的高度為20-40mm，優(yōu)選的，所述箭首的高為20mm，所述箭身的長度為200mm，所述箭身的寬度為20mm，所述箭尾的高度為30mm。

所述固定架采用不銹鋼矩形結(jié)構(gòu)，所述固定架的高度為5-25mm，優(yōu)選的，所述固定架的高度為15mm。

所述前端進氣管采用中空的圓柱形結(jié)構(gòu)，所述前端進氣管的長度為40-60mm，所述前端進氣管的內(nèi)徑為10-30mm，所述前端進氣管的管壁厚度為1-3mm，所述凹形槽的水平長度為15-35mm，所述凹形槽的高度為5-25mm，所述前端進氣管的尾部設(shè)置有第一外螺紋，所述進氣管連接口包括連接口前端、玻璃砂板以及連接口后端，所述連接口前端采用中空的圓柱形結(jié)構(gòu)，所述連接口前端的長度為15-25mm，所述連接口前端的內(nèi)徑為10-30mm，所述連接口前端的內(nèi)側(cè)設(shè)置有第一內(nèi)螺紋，所述連接口前端通過所述第一內(nèi)螺紋與所述第一外螺紋與所述前端進氣管相連，所述玻璃砂板采用直徑為0.05-0.35mm的玻璃顆粒在高溫下粘接成墊片狀，所述玻璃砂板的厚度為3-8mm，所述玻璃砂板的直徑為10-30mm，所述玻璃砂板鑲嵌在所述進氣管連接口的后半部，所述連接口后端采用中空的圓柱形結(jié)構(gòu)，所述連接口后端的長度為15-25mm，所述連接口后端的內(nèi)徑為10-30mm，所述連接口后端的內(nèi)側(cè)設(shè)置有第二內(nèi)螺紋，所述后端進氣管的水平端口外側(cè)設(shè)置有第二外螺紋，所述連接口后端通過所述第二內(nèi)螺紋與所述第二外螺紋與所述后端進氣管相連，所述后端進氣管的垂直端口外側(cè)設(shè)置有第三外螺紋，所述后端進氣管水平部分的長度為40-60mm，所述后端進氣管垂直部分長度為50-70mm，所述后端進氣管的內(nèi)徑為15-25mm，所述后端進氣管的管壁厚度為1-3mm，優(yōu)選的，所述前端進氣管的長度為50mm，所述前端進氣管的內(nèi)徑為20mm，所述前端進氣管的管壁厚度為2mm，所述凹形槽的水平長度為25mm，所述凹形槽的高度為15mm，所述連接口前端的長度為20mm，所述連接口前端的內(nèi)徑為20mm，所述玻璃砂板采用直徑為0.2mm的玻璃顆粒在高溫下粘接成墊片狀，所述玻璃砂板的厚度為5mm，所述玻璃砂板的直徑為20mm，所述連接口后端的長度為20mm，所述連接口后端的內(nèi)徑為20mm，所述后端進氣管水平部分的長度為50mm，所述后端進氣管垂直部分長度為60mm，所述后端進氣管的內(nèi)徑為20mm，所述后端進氣管的管壁厚度為2mm。

所述玻璃砂板通過聚乙烯材質(zhì)的塑料接口固定在所述進氣管連接口的后半部上。所述玻璃砂板能夠分離大氣中的顆粒物，使得分離后的氣相進入活性氣態(tài)汞捕集管。所述玻璃砂板可以分離不同粒徑的大氣顆粒物，例如總懸浮顆粒物(TSP)、PM₁₀(空氣動力學(xué)當(dāng)量質(zhì)量中位徑等于10μm的懸浮顆粒物)、PM_2.5(空氣動力學(xué)當(dāng)量質(zhì)量中位徑等于2.5μm的懸浮顆粒物)等。

所述轉(zhuǎn)動軸采用中空的圓柱形結(jié)構(gòu)，所述轉(zhuǎn)動軸頂端內(nèi)側(cè)設(shè)置有第三內(nèi)螺紋，所述轉(zhuǎn)動軸通過所述第三內(nèi)螺紋以及所述第三外螺紋與所述后端進氣管相連，所述轉(zhuǎn)動軸下端外側(cè)設(shè)置有第四外螺紋，所述轉(zhuǎn)動軸的內(nèi)徑為15-25mm，所述轉(zhuǎn)動軸的外徑為20-30mm，優(yōu)選的，所述轉(zhuǎn)動軸的內(nèi)徑為20mm，所述轉(zhuǎn)動軸的外徑為25mm。

所述捕集管外管采用中空的圓柱形結(jié)構(gòu)，所述捕集管外管頂端內(nèi)側(cè)設(shè)置有第四外螺紋，所述捕集管外管通過所述第四外螺紋以及所述第四內(nèi)螺紋與所述轉(zhuǎn)動軸相連，所述捕集管外管的長度為150-250mm，所述捕集管外管的內(nèi)徑為20-30mm，所述捕集管內(nèi)管采用圓柱形結(jié)構(gòu)，所述捕集管內(nèi)管的長度為150-200mm，所述捕集管內(nèi)管的外徑為15-25mm，所述捕集管內(nèi)管與所述捕集管外管之間的距離為1.5-3.5mm，優(yōu)選的，所述捕集管外管的長度為200mm，所述捕集管外管的內(nèi)徑為25mm，所述捕集管內(nèi)管的長度為2.5mm。

一種利用大氣活性氣態(tài)汞的被動采樣裝置進行的被動采樣方法，按照下述步驟進行：

步驟1，按照比例將氯化鉀固體溶解到蒸餾水中，得到0.1-0.3mol/L的氯化鉀溶液；

步驟2，用所述步驟1中得到的氯化鉀溶液，潤洗所述捕集管外管內(nèi)側(cè)以及所述捕集管內(nèi)管外側(cè)3-5次，得到經(jīng)過潤洗的所述活性氣態(tài)汞捕集管；

步驟3，將所述步驟2中得到的經(jīng)過潤洗的所述活性氣態(tài)汞捕集管與所述風(fēng)向標(biāo)、所述前端進氣管、所述進氣管連接口、所述后端進氣管以及所述轉(zhuǎn)動軸相連后，放置于待檢測的位置即可；

步驟4，所述步驟3中所得的被動采樣裝置在野外放置一段時間之后，需使用所述步驟1中得到的0.1-0.3mol/L的氯化鉀溶液對所述活性氣態(tài)汞捕集管再次進行潤洗。

所述步驟1中的氯化鉀溶液的濃度為0.2mol/L。

所述步驟2中潤洗所述捕集管外管內(nèi)側(cè)以及所述捕集管內(nèi)管外側(cè)的次數(shù)為4次。

所述步驟4中的再次潤洗所述活性氣態(tài)汞捕集管的時間間隔為10-30天，再次潤洗所采用的氯化鉀溶液的濃度為0.2mol/L。

本發(fā)明的有益效果為：本發(fā)明各部分的設(shè)計和組合巧妙地應(yīng)用了自然界的風(fēng)力作為采樣器的動力來源，利用捕集管中氯化鉀對氣相中活性氣態(tài)汞的吸附性，采用風(fēng)向標(biāo)定位，利用任何水平方向的空氣流動，使分離顆粒物之后的大氣活性氣態(tài)汞吸附在捕集管上，可全天候放置于野外進行樣品采集，本發(fā)明以活性氣態(tài)汞的日均采集量為數(shù)據(jù)表達形式，根據(jù)氣象數(shù)據(jù)計算采集的空氣體積，從而根據(jù)日均采集量數(shù)據(jù)計算環(huán)境空氣中活性氣態(tài)汞的濃度水平；用濃度為0.2mol/L的氯化鉀溶液潤洗之后的捕集管，捕集效率超過95％，基本上可以完成對氣相中活性氣態(tài)汞的捕集。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明中進氣管連接口的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是本發(fā)明中活性氣態(tài)汞捕集管的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中：1為風(fēng)向標(biāo)，2為固定架，3為前端進氣管，4為凹形槽，5為進氣管連接口，6為連接口前端，7為玻璃砂板，8為連接口后端，9為后端進氣管，10為轉(zhuǎn)動軸，11為活性氣態(tài)汞捕集管，12為內(nèi)外管黏合點，13為捕集管外管，14為捕集管內(nèi)管，15為固定架，16為遮雨蓋。

具體實施方式

下面通過具體的實施例對本發(fā)明的技術(shù)方案作進一步的說明。

如圖1至圖3所示，圖中：1為風(fēng)向標(biāo)，2為固定架，3為前端進氣管，4為凹形槽，5為進氣管連接口，6為連接口前端，7為玻璃砂板，8為連接口后端，9為后端進氣管，10為轉(zhuǎn)動軸，11為活性氣態(tài)汞捕集管，12為內(nèi)外管黏合點，13為捕集管外管，14為捕集管內(nèi)管，15為固定架，16為遮雨蓋。

實施例1

一種大氣活性氣態(tài)汞的被動采樣裝置，包括風(fēng)向標(biāo)、前端進氣管、進氣管連接口、后端進氣管、轉(zhuǎn)動軸以及活性氣態(tài)汞捕集管，風(fēng)向標(biāo)通過固定架分別與前端進氣管以及后端進氣管相連，前端進氣管以及后端進氣管通過進氣管連接口相連，前端進氣管的入口處設(shè)置有凹形槽，后端進氣管采用L形中空的圓柱形結(jié)構(gòu)，后端進氣管的垂直端口通過轉(zhuǎn)動軸與活性氣態(tài)汞捕集管上端相連，活性氣態(tài)汞捕集管包括捕集管外管、捕集管內(nèi)管、固定架以及遮雨蓋，捕集管外管與轉(zhuǎn)動軸相連，捕集管外管通過內(nèi)外管黏合點與捕集管內(nèi)管相連，且捕集管外管與捕集管內(nèi)管同軸設(shè)置；捕集管外管外側(cè)均勻的設(shè)置有固定架，遮雨蓋設(shè)置在捕集管外管下端，在所述遮雨蓋上設(shè)置有通孔，捕集管外管的內(nèi)側(cè)以及捕集管內(nèi)管的外側(cè)采用磨砂結(jié)構(gòu)。

風(fēng)向標(biāo)包括箭首、箭身以及箭尾，箭首采用三角形結(jié)構(gòu)，箭首的高為10-30mm，箭身采用矩形結(jié)構(gòu)，箭身的長度為150-250mm，箭身的寬度為15-250mm，箭尾采用梯形結(jié)構(gòu)，箭尾的高度為20-40mm。

箭首的高為20mm，箭身的長度為200mm，箭身的寬度為20mm，箭尾的高度為30mm。

固定架采用不銹鋼矩形結(jié)構(gòu)，固定架的高度為5-25mm。

固定架的高度為15mm。

前端進氣管采用中空的圓柱形結(jié)構(gòu)，前端進氣管的長度為40-60mm，前端進氣管的內(nèi)徑為10-30mm，前端進氣管的管壁厚度為1-3mm，凹形槽的水平長度為15-35mm，凹形槽的高度為5-25mm，前端進氣管的尾部設(shè)置有第一外螺紋，進氣管連接口包括連接口前端、玻璃砂板以及連接口后端，連接口前端采用中空的圓柱形結(jié)構(gòu)，連接口前端的長度為15-25mm，連接口前端的內(nèi)徑為10-30mm，連接口前端的內(nèi)側(cè)設(shè)置有第一內(nèi)螺紋，連接口前端通過第一內(nèi)螺紋與第一外螺紋與前端進氣管相連，所述玻璃砂板采用直徑為0.05-0.35mm的玻璃顆粒在高溫下粘接成墊片狀，玻璃砂板的厚度為3-8mm，玻璃砂板的直徑為10-30mm，玻璃砂板鑲嵌在進氣管連接口的后半部，連接口后端采用中空的圓柱形結(jié)構(gòu)，連接口后端的長度為15-25mm，連接口后端的內(nèi)徑為10-30mm，連接口后端的內(nèi)側(cè)設(shè)置有第二內(nèi)螺紋，后端進氣管的水平端口外側(cè)設(shè)置有第二外螺紋，連接口后端通過第二內(nèi)螺紋與第二外螺紋與后端進氣管相連，后端進氣管的垂直端口外側(cè)設(shè)置有第三外螺紋，后端進氣管水平部分的長度為40-60mm，后端進氣管垂直部分長度為50-70mm，后端進氣管的內(nèi)徑為15-25mm，后端進氣管的管壁厚度為1-3mm。

前端進氣管的長度為50mm，前端進氣管的內(nèi)徑為20mm，前端進氣管的管壁厚度為2mm，凹形槽的水平長度為25mm，凹形槽的高度為15mm，連接口前端的長度為20mm，連接口前端的內(nèi)徑為20mm，玻璃砂板采用直徑為0.2mm的玻璃顆粒在高溫下粘接成墊片狀，玻璃砂板的厚度為5mm，玻璃砂板的直徑為20mm，連接口后端的長度為20mm，連接口后端的內(nèi)徑為20mm，后端進氣管水平部分的長度為50mm，后端進氣管垂直部分長度為60mm，后端進氣管的內(nèi)徑為20mm，后端進氣管的管壁厚度為2mm。

轉(zhuǎn)動軸采用中空的圓柱形結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)動軸頂端內(nèi)側(cè)設(shè)置有第三內(nèi)螺紋，轉(zhuǎn)動軸通過第三內(nèi)螺紋以及第三外螺紋與后端進氣管相連，轉(zhuǎn)動軸下端外側(cè)設(shè)置有第四外螺紋，轉(zhuǎn)動軸的內(nèi)徑為15-25mm，轉(zhuǎn)動軸的外徑為20-30mm。

轉(zhuǎn)動軸的內(nèi)徑為20mm，轉(zhuǎn)動軸的外徑為25mm。

捕集管外管采用中空的圓柱形結(jié)構(gòu)，捕集管外管頂端內(nèi)側(cè)設(shè)置有第四外螺紋，捕集管外管通過第四外螺紋以及第四內(nèi)螺紋與轉(zhuǎn)動軸相連，捕集管外管的長度為150-250mm，捕集管外管的內(nèi)徑為20-30mm，捕集管內(nèi)管采用圓柱形結(jié)構(gòu)，捕集管內(nèi)管的長度為150-200mm，捕集管內(nèi)管的外徑為15-25mm，捕集管內(nèi)管與捕集管外管之間的距離為1.5-3.5mm。

捕集管外管的長度為200mm，捕集管外管的內(nèi)徑為25mm，捕集管內(nèi)管的長度為2.5mm。

本實施例各部分的設(shè)計和組合巧妙地應(yīng)用了自然界的風(fēng)力作為采樣器的動力來源，利用捕集管中氯化鉀對氣相中活性氣態(tài)汞的吸附性，采用風(fēng)向標(biāo)定位，利用任何水平方向的空氣流動，使分離顆粒物之后的大氣活性氣態(tài)汞吸附在捕集管上，可全天候放置于野外進行樣品采集，本實施例以活性氣態(tài)汞的日均采集量為數(shù)據(jù)表達形式，根據(jù)氣象數(shù)據(jù)計算采集的空氣體積，從而根據(jù)日均采集量數(shù)據(jù)計算環(huán)境空氣中活性氣態(tài)汞的濃度水平。

實施例2

一種大氣活性氣態(tài)汞的被動采樣方法，按照下述步驟進行：

步驟1，配制得到0.1mol/L的氯化鉀溶液；

步驟2，用步驟1中得到的氯化鉀溶液，潤洗捕集管外管內(nèi)側(cè)以及捕集管內(nèi)管外側(cè)5次，得到經(jīng)過潤洗的活性氣態(tài)汞捕集管；

步驟3，將步驟2中得到的經(jīng)過潤洗的活性氣態(tài)汞捕集管與風(fēng)向標(biāo)、前端進氣管、進氣管連接口、后端進氣管以及轉(zhuǎn)動軸相連后，放置于待檢測的位置即可；

步驟4，步驟3中所得的被動采樣裝置在野外放置10天之后，需使用步驟1中得到的0.1mol/L的氯化鉀溶液對所述活性氣態(tài)汞捕集管再次進行潤洗。

實施例3

一種大氣活性氣態(tài)汞的被動采樣方法，按照下述步驟進行：

步驟1，配制得到0.3mol/L的氯化鉀溶液；

步驟2，用步驟1中得到的氯化鉀溶液，潤洗捕集管外管內(nèi)側(cè)以及捕集管內(nèi)管外側(cè)3次，得到經(jīng)過潤洗的活性氣態(tài)汞捕集管；

步驟3，將步驟2中得到的經(jīng)過潤洗的活性氣態(tài)汞捕集管與風(fēng)向標(biāo)、前端進氣管、進氣管連接口、后端進氣管以及轉(zhuǎn)動軸相連后，放置于待檢測的位置即可；

步驟4，步驟3中所得的被動采樣裝置在野外放置30天之后，需使用步驟1中得到的0.3mol/L的氯化鉀溶液對所述活性氣態(tài)汞捕集管再次進行潤洗。

實施例4

一種大氣活性氣態(tài)汞的被動采樣方法，按照下述步驟進行：

步驟1，配制得到0.2mol/L的氯化鉀溶液；

步驟2，用步驟1中得到的氯化鉀溶液，潤洗捕集管外管內(nèi)側(cè)以及捕集管內(nèi)管外側(cè)4次，得到經(jīng)過潤洗的活性氣態(tài)汞捕集管；

步驟3，將步驟2中得到的經(jīng)過潤洗的活性氣態(tài)汞捕集管與風(fēng)向標(biāo)、前端進氣管、進氣管連接口、后端進氣管以及轉(zhuǎn)動軸相連后，放置于待檢測的位置即可；

步驟4，步驟3中所得的被動采樣裝置在野外放置20天之后，需使用步驟1中得到的0.2mol/L的氯化鉀溶液對所述活性氣態(tài)汞捕集管再次進行潤洗。

在本實施例中，需要配制濃度為0.2mol/L的氯化鉀溶液，潤洗捕集管外管內(nèi)側(cè)和內(nèi)管外側(cè)的磨砂處，實現(xiàn)捕集管對氯化鉀的附著。進氣管收集的空氣通過轉(zhuǎn)動軸進入活性氣態(tài)汞捕集管之后，流經(jīng)內(nèi)管與外管之間的通道，通過與磨砂處附著的氯化鉀吸附的方式被捕集。實驗結(jié)果表明，用濃度為0.2mol/L的氯化鉀溶液潤洗之后的捕集管，捕集效率超過95％，基本上可以完成對氣相中活性氣態(tài)汞的捕集。捕集的活性氣態(tài)汞絕對量取決于進氣管的進樣體積和外界實際環(huán)境濃度。

以上對本發(fā)明做了示例性的描述，應(yīng)該說明的是，在不脫離本發(fā)明的核心的情況下，任何簡單的變形、修改或者其他本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠不花費創(chuàng)造性勞動的等同替換均落入本發(fā)明的保護范圍。