汞監(jiān)視系統(tǒng)和方法
【專利說明】汞監(jiān)視系統(tǒng)和方法
[0001]相關(guān)申請的交叉引用
本申請要求保護在2012年9月28日提交的美國臨時申請N0.61/707770的權(quán)益，其公開內(nèi)容明確地以引用的方式全文并入到本文中。
[0002]政府利益的陳述
根據(jù)由美國能源部(DOE)授予的小企業(yè)創(chuàng)新研宄(SBIR)獎，本專利申請在美國政府的資助下做出。美國政府可享有本申請或要求保護的發(fā)明的某些權(quán)利。
【背景技術(shù)】
[0003]汞是危險的污染物，它威脅人類和生態(tài)系統(tǒng)健康并且在地表水和地下水環(huán)境中存在。監(jiān)視水和許多其它環(huán)境基質(zhì)中的汞是有挑戰(zhàn)性的/較難的，這歸因于在收集樣品方面、在運輸和儲存期間維持樣品完整性方面、和隨后實驗室分析方面所涉及的大量工作和費用。這些約束常常使得高頻取樣不可行并且限制了長期監(jiān)視的機會。因為樣品必須在實驗室中分析，實時數(shù)據(jù)的收集較為困難。但汞加載到地表水系統(tǒng)內(nèi)和汞從地表下系統(tǒng)(包括在受污染區(qū)域中的那些地下系統(tǒng))輸出常常是偶發(fā)的/不連貫的(印isodic)，且大部分汞貢獻在暴風雨事件期間出現(xiàn)。在這樣的動態(tài)環(huán)境中，高頻和/或?qū)崟r監(jiān)視將會有助于準確地區(qū)分地下水與地表水流域輸入，以及對于汞水平得到準確的理解。
[0004]雖然自動化取樣器可以允許無人看管的/無人值守的高頻取樣，這些系統(tǒng)在它們的有效性方面受到限制，這是因為需要在開放的容器中儲存樣品直到它們可能由現(xiàn)場工作人員手動地密封，導致大氣污染和樣品交叉污染的高風險。這些系統(tǒng)也并未減少與將樣品運回到實驗室以進行分析相關(guān)聯(lián)的費用、時間或可能的樣品完整性。因為樣品必須由現(xiàn)場工作人員從這些系統(tǒng)收集，則難以在遠離分析設(shè)施的遠程位點部署它們。
[0005]因為污染物羽流的地下水運輸和地下污染物地球化學在長時間尺度發(fā)生，有時候以數(shù)十年或更長，則可能需要長期監(jiān)視以便充分地表征系統(tǒng)或者去除系統(tǒng)污染。上文所提到的基于現(xiàn)場的汞監(jiān)視中所涉及的費用和工作使得難以對地下汞污染執(zhí)行長期研宄。
[0006]因此，需要用于監(jiān)視汞的系統(tǒng)和方法，其能進行高頻取樣，排除了將樣品運回到實驗室以進行分析的需要，并且能無人看管地并且以低成本長期操作/運行。雖然某些便攜式汞分析器在當前可以購買到，它們?nèi)狈τ靡詸z測在大部分系統(tǒng)中的環(huán)境相關(guān)汞濃度的充分敏感性/靈敏度。由于它們的低靈敏度，這些系統(tǒng)尚不適用于長期部署或無人看管地監(jiān)視環(huán)境系統(tǒng)。除了現(xiàn)場可部署的系統(tǒng)之外，存在對于用于監(jiān)視實驗室分析中的汞的有所改進的系統(tǒng)和方法的需要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]提供此
【發(fā)明內(nèi)容】
來以簡化形式引入一系列概念，這些概念將在下文的詳細說明中進一步描述。本
【發(fā)明內(nèi)容】
預期并不確認所要求保護的主題的關(guān)鍵特征，也不意圖用作確定所要求保護主題的范圍的輔助。
[0008]根據(jù)本公開的一實施例，本發(fā)明提供一種用于檢測液體樣品中的總汞量的汞監(jiān)視系統(tǒng)。該系統(tǒng)大體上包括:樣品入口，其用于接納液體樣品；以及，加熱腔室，其與樣品入口成直接流體連通。加熱腔室被配置成在單次加熱循環(huán)中用于蒸發(fā)全部液體樣品以進行檢測，加熱腔室包括流體儲集器，流體儲集器用于在蒸發(fā)之前接收并且容納全部液體樣品，當容納了樣品時，在液體樣品上方的頂部空間允許氣體流流入到加熱腔室內(nèi)。該系統(tǒng)還包括氧化腔室，其用于氧化所蒸發(fā)的樣品；用于捕集元素汞的汞齊化器/混汞器(mercuryamalgamator);以及，未檢測器。
[0009]根據(jù)本公開的另一實施例，本發(fā)明提供一種用于檢測液體樣品中的總汞量的汞監(jiān)視系統(tǒng)。該系統(tǒng)大體上包括:樣品入口，其用于接納液體樣品；以及加熱腔室，其與樣品入口成直接流體連通。加熱腔室被配置成用于在單次加熱循環(huán)中蒸發(fā)全部液體樣品以進行檢測，加熱腔室包括用于接納液體樣品的管道存水彎(plumbing trap)，其中管道存水彎包括了在第一高度處的入口管線；在低于第一高度的第二高度處的流體儲集器；以及在高于第二高度的第三高度處的出口管線。該系統(tǒng)還包括氧化腔室，其用于氧化所蒸發(fā)的樣品；用于捕集元素汞的混汞器；以及汞檢測器。
[0010]根據(jù)本公開的另一實施例，本發(fā)明提供一種用于檢測液體樣品中的總汞量的汞監(jiān)視系統(tǒng)。該系統(tǒng)大體上包括:樣品入口，其用于接納液體樣品；以及加熱腔室，其與樣品入口成直接流體連通。加熱腔室被配置成用于在單次加熱循環(huán)中蒸發(fā)全部液體樣品以進行檢測，加熱腔室包括流體儲集器，流體儲集器用于在蒸發(fā)之前接收并且容納全部液體樣品，當容納了樣品時，在所述液體樣品上方的頂部空間允許氣體流流到加熱腔室內(nèi)。該系統(tǒng)還包括用于氧化所蒸發(fā)樣品的氧化腔室和用于捕集元素汞的混汞器。
[0011]根據(jù)本公開的另一實施例，本發(fā)明提供一種檢測液體樣品中的總汞量的方法。該方法大體上包括:在入口管線中收集液體樣品；將全部液體樣品從入口管線直接地轉(zhuǎn)移到樣品分解腔室；在所述樣品分解腔室中容納液體樣品，以當容納了液體樣品時允許氣體流從氣體源流入到加熱腔室內(nèi)。該方法還包括:加熱液體樣品以蒸發(fā)液體，通過催化氧化腔室轉(zhuǎn)移所蒸發(fā)的樣品以移除燃燒產(chǎn)物；以及捕集已揮發(fā)的汞。
[0012]根據(jù)本文所描述的系統(tǒng)或方法中的任一個，還包括:從氣體源遞送到加熱腔室的氣體流。
[0013]根據(jù)本文所描述的系統(tǒng)或方法中的任一個，樣品入口可以是樣品注射系統(tǒng)。
[0014]根據(jù)本文所描述的系統(tǒng)或方法中的任一個，樣品入口可以被配置成用以接納固定體積樣品。
[0015]根據(jù)本文所描述的系統(tǒng)或方法中的任一個，固定體積樣品可以具有選自包括下列的組中的體積:在約1.5mL至約1Ml的范圍，和在約1.5mL至約20mL的范圍。
[0016]根據(jù)本文所描述的系統(tǒng)或方法中的任一個，流體儲集器可包括用于接納液體樣品的管道存水彎。
[0017]根據(jù)本文所描述的系統(tǒng)或方法中的任一個，管道存水彎可以包括在第一高度處的入口管線；在低于第一高度的第二高度處的流體儲集器；以及在高于第二高度的第三高度處的出口管線。
[0018]根據(jù)本文所描述的系統(tǒng)或方法中的任一個，加熱腔室可以被配置成用以在蒸發(fā)液體樣品之前容納全部液體樣品。
[0019]根據(jù)本文所描述的系統(tǒng)或方法中的任一個，該系統(tǒng)還可包括用于控制從樣品入口到加熱腔室的樣品遞送的閥。
[0020]根據(jù)本文所描述的系統(tǒng)或方法中的任一個，加熱腔室可能并不接收包含于船形容器(boat)中的樣品。
[0021]根據(jù)本文所描述的系統(tǒng)或方法中的任一個，加熱循環(huán)可包括第一樣品接收溫度和第二樣品蒸發(fā)溫度。
[0022]根據(jù)本文所描述的系統(tǒng)或方法中的任一個，加熱循環(huán)還包括第三樣品分解溫度。
[0023]根據(jù)本文所描述的系統(tǒng)或方法中的任一個，加熱腔室的內(nèi)表面對于汞吸附可以是基本上惰性的。
[0024]根據(jù)本文所描述的系統(tǒng)或方法中的任一個，氧化腔室可包括絕緣護套。
[0025]根據(jù)本文所描述的系統(tǒng)或方法中的任一個，絕緣護套可以是真空絕緣體。
[0026]根據(jù)本文所描述的系統(tǒng)或方法中的任一個，絕緣護套可以被配置成用以包圍氧化腔室。
[0027]根據(jù)本文所描述的系統(tǒng)或方法中的任一個，絕緣護套可以包括在界面處鄰接的第一部分和第二部分。
[0028]根據(jù)本文所描述的系統(tǒng)或方法中的任一個，該系統(tǒng)可能不使用試劑來進行樣品分解。
[0029]根據(jù)本文所描述的系統(tǒng)或方法中的任一個，還包括:內(nèi)部校準系統(tǒng)。
[0030]根據(jù)本文所描述的系統(tǒng)或方法中的任一個，汞檢測器可以是CVAFS檢測器。
[0031]根據(jù)本文所描述的系統(tǒng)或方法中的任一個，混汞器可以金汞齊富集捕集器(goldamalgamat1n trap)。
[0032]根據(jù)本文所描述的系統(tǒng)或方法中的任一個，還包括:用于水蒸氣移除的干燥器。
[0033]根據(jù)本文所描述的系統(tǒng)或方法中的任一個，還包括:分解在樣品中的任何非揮發(fā)性組分。
[0034]根據(jù)本文所描述的系統(tǒng)或方法中的任一個，還包括:分解在樣品中的任何非揮發(fā)性組分。
【附圖說明】
[0035]本公開的前述方面和許多附屬優(yōu)點將變得更加顯而易見，因為通過參考以下詳細描述，這些方面和優(yōu)點將變得更好理解，以下詳細描述結(jié)合附圖來理解，在附圖中:
圖1為根據(jù)本公開的一實施例用于測量液體中的總汞的系統(tǒng)的示意圖；
圖2為根據(jù)本公開的另一實施例用于測量液體中的總汞的系統(tǒng)的示意圖；
圖3為圖2的系統(tǒng)的更詳細示意圖；
圖4至圖7為朝向用于催化氧化腔室的絕緣護套的各個視圖。
[0036]圖8為用于圖1或圖2的系統(tǒng)的軟件控制程序的示意圖。
【具體實施方式】
[0037]在下文中結(jié)合附圖來敘述詳細說明，其中相似附圖標記表示相似元件，詳細說明預期是所公開的主題的各種實施例的描述并且并不意圖表示僅有的實施例。在本公開中所描述的每個實施例只是作為示例或說明而提供并且不應(yīng)被理解為相比于其它實施例是優(yōu)選的或有利的。本文提供的說明性示例并非意圖是詳盡的或者限制了本公開為所公開的精確形式。同樣，本文所描述的任何步驟可以是與其它步驟或步驟的組合可互換的，以便實現(xiàn)相同或基本上相似結(jié)果。
[0038]在下文的描述中，陳述了許多具體細節(jié)以便提供對本公開的示例性實施例的透徹理解。然而，對于本領(lǐng)域技術(shù)人員將顯然的是，可以在無某些或全部具體細節(jié)的情況下來實踐本公開的許多實施例。在某些情形下，尚未詳細描述熟知的過程步驟從而不會不必要地混淆本公開的各種方面。另外，將意識到本公開的實施例可以采用本文所描述的特征的任何組合。
[0039]根據(jù)本公開的實施例提供了用于監(jiān)視汞的系統(tǒng)和方法。參考圖1，在本公開的一實施例中，用于測量液體樣品諸如水或水性介質(zhì)中的總汞的系統(tǒng)20，通過樣品收集、熱分解、燃燒產(chǎn)物的氧化、由汞齊富集捕集器預先濃縮汞類物質(zhì)、以及檢測來進行。這種系統(tǒng)20允許進行無人看管的、無試劑的分析并且不需要任何樣品預先消化。此外，該系統(tǒng)20可以能夠在本地儲存數(shù)據(jù)或者經(jīng)由