一種測(cè)定水體中溶解異戊二烯的裝置和方法
【專利摘要】一種測(cè)定水體中溶解異戊二烯的裝置和方法，涉及水體中溶解異戊二烯的檢測(cè)。裝置設(shè)有氮?dú)怃撈?、第一減壓閥、第二減壓閥、質(zhì)量流量控制器、流量計(jì)、六通閥、第一三通閥、第二三通閥、Nafion管、半導(dǎo)體制冷器、吹掃管、捕集管、杜瓦罐、電加熱管、十二通閥、科倫泵、樣品瓶、氣相色譜儀、計(jì)算機(jī)。方法：進(jìn)樣階段；吹掃階段；捕集階段；解析階段；分離和檢測(cè)階段。耗時(shí)短，靈敏度高、自動(dòng)化程度高、操作簡(jiǎn)單，采用杜瓦罐盛裝液氮作為捕集管的低溫來(lái)源，可達(dá)到?100℃以下，可將異戊二烯氣體完全捕集到分子篩上。電加熱管可在0.5min內(nèi)升至100℃以上，將異戊二烯氣體迅速解析進(jìn)入氣相色譜儀?？苽惐每蓪?shí)現(xiàn)異戊二烯濃度的準(zhǔn)確測(cè)定。
【專利說(shuō)明】
一種測(cè)定水體中溶解異戊二烯的裝置和方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及水體中溶解異戊二烯的檢測(cè)，尤其是涉及一種測(cè)定水體中溶解異戊二烯的裝置和方法。
【背景技術(shù)】
[0002]異戊二烯作為非甲烷烴類中含量最豐富的氣體，其在大氣中的反應(yīng)產(chǎn)物是海洋二次有機(jī)氣溶膠的重要組成部分，參與云的形成，并由此調(diào)節(jié)地表太陽(yáng)輻射收支，進(jìn)而影響全球氣候變化。海洋中異戊二烯主要由浮游植物產(chǎn)生，其海洋釋放量約0.1?1.9Tg a—1，開(kāi)展表層海水異戊二烯的觀測(cè)，是評(píng)估其對(duì)海洋二次有機(jī)氣溶膠影響的先決條件。目前檢測(cè)海水中的異戊二烯最常用的方法為氣相色譜法，首先將水樣進(jìn)行預(yù)處理以得到溶解氣體，然后將氣體注入色譜柱，經(jīng)分離后分別用氫火焰離子化檢測(cè)器(FID)檢測(cè)。由于異戊二烯在海水中的濃度極低(pmol L—1量級(jí))，且化學(xué)性質(zhì)活潑，因此提取富集成為準(zhǔn)確測(cè)定的關(guān)鍵。實(shí)現(xiàn)海水異戊二烯測(cè)量的常用手段是利用吹掃捕集法，吹掃捕集法又稱氣體抽提法，指利用高純氣體(N2或He)將海水中溶解的氣體吹出，并收集在吸附劑上，待解吸后予以測(cè)定。雖然早期有研究者采用干冰冷阱，或半導(dǎo)體制冷等技術(shù)，將異戊二烯氣體吸附在分子篩上，但是因溫度不夠低，吸附的部分異戊二烯會(huì)緩慢流失，以及自動(dòng)化程度低，導(dǎo)致觀測(cè)水體中的異戊二烯需消耗大量時(shí)間和人力。
[0003]近期，出現(xiàn)了兩種新型的表層海水異戊二烯船載觀測(cè)方法，分別為:膜平衡器聯(lián)用大氣壓電離源質(zhì)譜法(Zindler et al.2014)及水汽平衡器聯(lián)用質(zhì)子傳遞質(zhì)譜法(Kameyamaet al.2010)。然而，這兩種方法因價(jià)格昂貴、檢測(cè)限高及海水樣品需求量大等缺陷，并未被廣泛使用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提供可靠性高，檢測(cè)限低，節(jié)省人力的一種測(cè)定水體中溶解異戊二烯的裝置和方法。
[0005]所述測(cè)定水體中溶解異戊二烯的裝置設(shè)有氮?dú)怃撈俊⒌谝粶p壓閥、第二減壓閥、質(zhì)量流量控制器、流量計(jì)、六通閥、第一三通閥、第二三通閥、Naf i on管、半導(dǎo)體制冷器、吹掃管、捕集管、杜瓦罐、電加熱管、十二通閥、科倫栗、樣品瓶、氣相色譜儀、計(jì)算機(jī)；
[0006]所述樣品瓶與十二通閥入口相連，十二通閥出口接科倫栗的入口，科倫栗的出口接吹掃管；氮?dú)怃撈糠譃槿?，第一路?jīng)第一減壓閥連接流量計(jì)入口，流量計(jì)出口連接Naf 1n管入口，并從Naf 1n管的出口排空；第二路連接質(zhì)量流量控制器入口，質(zhì)量流量控制器出口連接六通閥入口，六通閥出口連接第一三通閥入口，第一三通閥出口連接吹掃管入口，吹掃管出口連接第二三通閥入口，第二三通閥出口連接Naf 1n管入口，Naf1n管的出口連接六通閥另一入口，六通閥出口連接半導(dǎo)體制冷器入口，半導(dǎo)體制冷器出口連接捕集管入口，捕集管位于盛裝液氮的杜瓦罐內(nèi)，電加熱套包裹在捕集管外圍，捕集管出口連接氣相色譜儀;第三路經(jīng)第二減壓閥連接第二三通閥入口，第二三通閥出口連接吹掃管;所述捕集管在機(jī)械臂的帶動(dòng)下，通過(guò)升降實(shí)現(xiàn)進(jìn)入和離開(kāi)杜瓦罐的動(dòng)作。
[0007]所述氮?dú)怃撈靠刹捎酶呒兊獨(dú)怃撈俊?br>[0008]所述樣品瓶可設(shè)10個(gè)，10個(gè)樣品瓶與十二通閥入口相連。
[0009]所述測(cè)定水體中溶解異戊二烯的方法，包括以下步驟:
[0010]I)進(jìn)樣階段:將異戊二烯樣品瓶連接科倫栗，科倫栗的進(jìn)樣量根據(jù)該批水樣中異戊二烯濃度的范圍來(lái)確定，一般大洋水體中異戊二烯濃度低可以增加進(jìn)樣量，近岸水體中異戊二烯濃度高只需少量進(jìn)樣，科倫栗出口連接十二通閥，然后通過(guò)十二通閥的出口進(jìn)入吹掃管，完成進(jìn)樣階段；
[0011]2)吹掃階段:氮?dú)馔ㄟ^(guò)質(zhì)量流量控制器的出口連接六通閥，六通閥的一個(gè)出口連接第一三通閥，第一三通閥的一個(gè)出口連接吹掃管，對(duì)待測(cè)水樣進(jìn)行鼓泡，將水樣中的溶解氣體全部吹掃出吹掃管，吹掃管的出口連接第二三通閥，第二三通閥的一個(gè)出口連接Naf 1n管，Naf 1n管的出口經(jīng)六通閥后連接半導(dǎo)體制冷器，氣路中的氣體經(jīng)過(guò)Naf 1n管和半導(dǎo)體制冷器可以去除其中絕大部分的水汽，避免在氣相色譜中累積，影響異戊二烯的測(cè)定。吹掃過(guò)程持續(xù)4?5min即可將其中溶解氣體完全吹掃脫離原來(lái)水樣，完成吹掃階段；
[0012]3)捕集階段:氣路由半導(dǎo)體制冷器出口連接捕集管，此時(shí)捕集管由機(jī)械臂控制下降，沒(méi)在杜瓦罐液氮氛圍中達(dá)到-100°C的環(huán)境中，異戊二烯和其他氣體分子被捕集管內(nèi)的分子篩吸附捕集，持續(xù)約Imin，完成捕集階段；
[0013]4)解析階段:捕集管由機(jī)械臂控制抬高離開(kāi)杜瓦罐，對(duì)電加熱管通電加熱，將捕集管內(nèi)吸附的異戊二烯分子解析進(jìn)入氣相色譜儀，完成解析階段；
[0014]5)分離和檢測(cè)階段:將捕集管內(nèi)吸附的異戊二烯分子解析進(jìn)入氣相色譜儀后進(jìn)行分離和檢測(cè)。
[0015]在氣相色譜分析的階段，可以再次開(kāi)始進(jìn)樣、吹掃和捕集的動(dòng)作，由此開(kāi)始每個(gè)步驟的循環(huán)操作以節(jié)省時(shí)間。
[0016]在整個(gè)預(yù)處理和分析階段，高純氮?dú)馔ㄟ^(guò)第一減壓閥和流量計(jì)進(jìn)入Naf1n管后排空，為Naf1n管提供反向氣流，實(shí)現(xiàn)對(duì)氣路干燥、去除水汽的作用。
[0017]吹掃步驟完成后，將吹掃管內(nèi)的舊水樣通過(guò)科倫栗反向抽出，通過(guò)十二通閥的排水管排空廢棄。高純氮?dú)馔ㄟ^(guò)第二減壓閥和第一三通閥為吹掃管提供補(bǔ)償空氣。
[0018]本發(fā)明采用杜瓦罐盛裝液氮(-196Γ)作為低溫來(lái)源的裝置，使異戊二烯在該溫度下全部被分析篩捕集，捕集完成后采用電加熱套迅速升溫，將異戊二烯脫附解析進(jìn)入氣相色譜儀分析的裝置和方法，提高本發(fā)明的可靠性，降低該方法的檢測(cè)限，節(jié)省人力。
[0019]本發(fā)明的有益效果如下:與其他檢測(cè)水體中異戊二烯的裝置和方法相比，本發(fā)明采用的吹掃捕集法具有耗時(shí)短，靈敏度高、自動(dòng)化程度高、操作簡(jiǎn)單的特點(diǎn)，本發(fā)明采用杜瓦罐盛裝液氮作為捕集管的低溫來(lái)源，可以達(dá)到-100°C以下，可以將異戊二烯氣體完全捕集到分子篩上。電加熱管可以在0.5min內(nèi)升至100°C以上，將異戊二烯氣體迅速解析進(jìn)入氣相色譜儀?？苽惱蹙哂卸窟M(jìn)液的特點(diǎn)，可以根據(jù)水樣中異戊二烯濃度的高低，更改水樣進(jìn)樣的體積，以實(shí)現(xiàn)異戊二烯濃度的準(zhǔn)確測(cè)定。操作者僅需將制備好的樣品(每次10個(gè))連接至進(jìn)樣口，通過(guò)定制軟件操控，即可開(kāi)始樣品的自動(dòng)化分析，節(jié)約勞動(dòng)力且數(shù)據(jù)平行性有保障，具有明顯的優(yōu)勢(shì)。
【附圖說(shuō)明】
[0020]圖1為本發(fā)明所述測(cè)定水體中溶解異戊二烯的裝置實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0021]以下結(jié)合附圖和實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明做詳細(xì)的操作說(shuō)明。
[0022]參見(jiàn)圖1，本發(fā)明所述測(cè)定水體中溶解異戊二烯的裝置實(shí)施例設(shè)有氮?dú)怃撈?、第一減壓閥2、第二減壓閥4、質(zhì)量流量控制器3、流量計(jì)5、六通閥6、第一三通閥7、第二三通閥
8、Naf 1n管9、半導(dǎo)體制冷器10、吹掃管11、捕集管12、杜瓦罐13、電加熱管14、十二通閥15、科倫栗16、樣品瓶17、氣相色譜儀18;
[0023]所述氮?dú)怃撈縄分別連接減壓閥第一減壓閥2、第二減壓閥4、質(zhì)量流量控制器3，第一減壓閥2出口連接流量計(jì)5入口，連接流量計(jì)5出口連接Naf 1n管9后排空；質(zhì)量流量控制器3的出口連接六通閥6入口，六通閥6的一個(gè)出口連接第一三通閥7，第一三通閥7的一個(gè)出口連接吹掃管11，吹掃管11的出口連接第二三通閥8，第二三通閥8的一個(gè)出口連接Naf 1n管9，Naf1n管9的出口經(jīng)六通閥6后連接半導(dǎo)體制冷器10，半導(dǎo)體制冷器10出口連接捕集管12，電加熱管14包裹在捕集管12外圍，并位于杜瓦罐13內(nèi)，捕集管12出口連接氣相色譜儀18 ；第二減壓閥4的出口連接第一三通閥7;樣品瓶17通過(guò)科倫栗16連接十二通閥15，其中一個(gè)出口連接吹掃管11。在圖1中，粗箭頭是液體流路;細(xì)箭頭是氣體流路。
[0024]以下給出所述測(cè)定水體中溶解異戊二烯的方法:
[0025]首先是進(jìn)樣階段:將異戊二烯樣品瓶17連接科倫栗16，科倫栗16的進(jìn)樣量根據(jù)該批水樣中異戊二烯濃度的范圍來(lái)確定，一般大洋水體中異戊二烯濃度低可以增加進(jìn)樣量，近岸水體中異戊二烯濃度高只需少量進(jìn)樣，科倫栗16出口連接十二通閥15，然后通過(guò)十二通閥15的出口進(jìn)入吹掃管U。進(jìn)樣完成后，進(jìn)入吹掃階段:高純氮?dú)馔ㄟ^(guò)質(zhì)量流量控制器3的出口連接六通閥6，六通閥6的一個(gè)出口連接第一三通閥7，第一三通閥7的一個(gè)出口連接吹掃管11，對(duì)待測(cè)水樣進(jìn)行鼓泡，將水樣中的溶解氣體全部吹掃出吹掃管11，吹掃管11的出口連接第二三通閥8，第二三通閥8的一個(gè)出口連接Naf 1n管9，Naf 1n管9的出口經(jīng)六通閥6后連接半導(dǎo)體制冷器10，氣路中的氣體經(jīng)過(guò)Naf1n管9和半導(dǎo)體制冷器10可以去除其中絕大部分的水汽，避免在氣相色譜中累積，影響異戊二烯的測(cè)定。吹掃過(guò)程持續(xù)4?5min即可將其中溶解氣體完全吹掃脫離原來(lái)水樣。吹掃完成后，進(jìn)入捕集階段:氣路由半導(dǎo)體制冷器10出口連接捕集管12，此時(shí)捕集管12由機(jī)械臂控制下降，沒(méi)在杜瓦罐13液氮氛圍中達(dá)到-100°C的環(huán)境中，異戊二烯和其他氣體分子被捕集管12內(nèi)的分子篩吸附捕集，持續(xù)約lmin。捕集完成后，進(jìn)入解析階段:捕集管12由機(jī)械臂控制抬高離開(kāi)杜瓦罐13，對(duì)電加熱管14通電加熱，將捕集管12內(nèi)吸附的異戊二烯分子解析進(jìn)入氣相色譜儀18進(jìn)行分離和檢測(cè)。在氣相色譜分析的階段，可以再次開(kāi)始進(jìn)樣、吹掃和捕集的動(dòng)作，由此開(kāi)始每個(gè)步驟的循環(huán)操作以節(jié)省時(shí)間。
[0026]在整個(gè)預(yù)處理和分析階段，高純氮?dú)馔ㄟ^(guò)第一減壓閥2和流量計(jì)5進(jìn)入Naf1n管9后排空，為Naf1n管9提供反向氣流，實(shí)現(xiàn)對(duì)氣路干燥、去除水汽的作用。
[0027]吹掃步驟完成后，將吹掃管11內(nèi)的舊水樣通過(guò)科倫栗16反向抽出，通過(guò)十二通閥15的排水管排空廢棄。高純氮?dú)馔ㄟ^(guò)第二減壓閥3和第一三通閥7為吹掃管11提供補(bǔ)償空氣。
[0028]以上操作步驟順序均通過(guò)定制軟件對(duì)閥的切換來(lái)實(shí)現(xiàn)，并由此循環(huán)，實(shí)現(xiàn)連續(xù)測(cè)定。每隔一定數(shù)量的樣品中間插入三個(gè)標(biāo)準(zhǔn)水樣，以消除氣相色譜儀器的漂移，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的校正。該方法對(duì)于大面調(diào)查海洋中異戊二烯的濃度和海洋環(huán)境的監(jiān)測(cè)，具有快速、準(zhǔn)確率高、節(jié)省人力的優(yōu)勢(shì)，其科研、社會(huì)意義值得其推廣應(yīng)用。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種測(cè)定水體中溶解異戊二烯的裝置，其特征在于設(shè)有氮?dú)怃撈?、第一減壓閥、第二減壓閥、質(zhì)量流量控制器、流量計(jì)、六通閥、第一三通閥、第二三通閥、Naf 1n管、半導(dǎo)體制冷器、吹掃管、捕集管、杜瓦罐、電加熱管、十二通閥、科倫栗、樣品瓶、氣相色譜儀、計(jì)算機(jī)； 所述樣品瓶與十二通閥入口相連，十二通閥出口接科倫栗的入口，科倫栗的出口接吹掃管;氮?dú)怃撈糠譃槿?，第一路?jīng)第一減壓閥連接流量計(jì)入口，流量計(jì)出口連接Naf 1n管入口，并從Naf 1n管的出口排空;第二路連接質(zhì)量流量控制器入口，質(zhì)量流量控制器出口連接六通閥入口，六通閥出口連接第一三通閥入口，第一三通閥出口連接吹掃管入口，吹掃管出口連接第二三通閥入口，第二三通閥出口連接Naf 1n管入口，Naf1n管的出口連接六通閥另一入口，六通閥出口連接半導(dǎo)體制冷器入口，半導(dǎo)體制冷器出口連接捕集管入口，捕集管位于盛裝液氮的杜瓦罐內(nèi)，電加熱套包裹在捕集管外圍，捕集管出口連接氣相色譜儀;第三路經(jīng)第二減壓閥連接第二三通閥入口，第二三通閥出口連接吹掃管;所述捕集管在機(jī)械臂的帶動(dòng)下，通過(guò)升降實(shí)現(xiàn)進(jìn)入和離開(kāi)杜瓦罐的動(dòng)作。2.如權(quán)利要求1所述一種測(cè)定水體中溶解異戊二烯的裝置，其特征在于所述樣品瓶設(shè)1個(gè)，1個(gè)樣品瓶與十二通閥入口相連。3.—種測(cè)定水體中溶解異戊二烯的方法，其特征在于包括以下步驟: 1)進(jìn)樣階段:將異戊二烯樣品瓶連接科倫栗，科倫栗出口連接十二通閥，然后通過(guò)十二通閥的出口進(jìn)入吹掃管，完成進(jìn)樣階段； 2)吹掃階段:氮?dú)馔ㄟ^(guò)質(zhì)量流量控制器的出口連接六通閥，六通閥的一個(gè)出口連接第一三通閥，第一三通閥的一個(gè)出口連接吹掃管，對(duì)待測(cè)水樣進(jìn)行鼓泡，將水樣中的溶解氣體全部吹掃出吹掃管，吹掃管的出口連接第二三通閥，第二三通閥的一個(gè)出口連接Naf 1n管，Naf i on管的出口經(jīng)六通閥后連接半導(dǎo)體制冷器，氣路中的氣體經(jīng)過(guò)Naf 1n管和半導(dǎo)體制冷器去除其中絕大部分的水汽;吹掃過(guò)程持續(xù)4?5min，將其中溶解氣體完全吹掃脫離原來(lái)水樣，完成吹掃階段； 3)捕集階段:氣路由半導(dǎo)體制冷器出口連接捕集管，此時(shí)捕集管由機(jī)械臂控制下降，沒(méi)在杜瓦罐液氮氛圍中達(dá)到-100°C的環(huán)境中，異戊二烯和其他氣體分子被捕集管內(nèi)的分子篩吸附捕集，持續(xù)約Imin，完成捕集階段； 4)解析階段:捕集管由機(jī)械臂控制抬高離開(kāi)杜瓦罐，對(duì)電加熱管通電加熱，將捕集管內(nèi)吸附的異戊二烯分子解析進(jìn)入氣相色譜儀，完成解析階段； 5)分離和檢測(cè)階段:將捕集管內(nèi)吸附的異戊二烯分子解析進(jìn)入氣相色譜儀后進(jìn)行分離和檢測(cè)。
【文檔編號(hào)】G01N30/02GK105954416SQ201610317644
【公開(kāi)日】2016年9月21日
【申請(qǐng)日】2016年5月13日
【發(fā)明人】李玉紅, 詹力揚(yáng), 張麋鳴, 陳立奇
【申請(qǐng)人】國(guó)家海洋局第三海洋研究所