本实用新型涉及大气中环境污染物监测技术领域，更具体地说涉及一种一体化采集分析自然大气环境中的颗粒态汞、活性气态汞和元素态汞的装置。
背景技术：
大气汞是一种全球性的重金属污染物，是联合国环境规划署、世界卫生组织、我国环境保护部以及美国环境保护署等机构优先控制的污染物之一。汞具有特殊的物理化学性质，大气作为汞远距离传输的主要通道，在汞的全球生物化学循环过程中有重要作用。汞在大气中的存在形式主要有三种：气态元素汞(GEM，零价态，占大气总汞90％以上)、颗粒态汞(PBM，以二价态为主)和活性气态汞(RGM，以二价态为主，主要包括Hg(OH)2、 HgO、HgCl2、HgBr2等)。元素态汞具有较高的化学惰性和水溶性低的特点，在大气中存在时间可长达数年，能随大气环流迁移数千到数万公里，这也是汞污染具有全球性的主要原因。活性气态汞和颗粒态汞虽然在大气中的停留时间较短，但是沉降后的无机汞会进入地表，经过微生物作用转化为甲基汞，通过食物链威胁到人体健康。因此，准确便捷地监测大气中元素态汞、活性气态汞和颗粒态汞浓度对大气中汞迁移转化的研究具有重要意义。
现有的活性气态汞捕集主要是采用氯化钾作为吸附介质，如氯化钾扩散管(在石英管外管内壁和内管外壁均镀氯化钾)和镀氯化钾玻璃纤维滤膜，但氯化钾扩散管对活性气态汞的捕集效率尚无准确结论，镀氯化钾玻璃纤维滤膜难以重复性使用。现有的大气汞监测仪器主要是Tekran系列仪器，如Tekran1135、1130、2537A，分别采用滤膜法、氯化钾扩散管法和金汞齐法自动采集监测颗粒态汞、活性气态汞和元素态汞。这也是目前应用较多的大气汞的采样分析方法。在实际环境中采样时，Tekran系列仪器体积较大，安装复杂，不利于随身携带，且价格比较昂贵；用滤膜法、氯化钾扩散管法单独采集颗粒态汞和活性气态汞需要热还原-齐化-富集后分析测定，分析过程较复杂，不利于快速测定。
技术实现要素：
本实用新型克服了现有活性气态汞捕集方法的不足，现有的活性气态汞捕集主要是采用氯化钾作为吸附介质，如氯化钾扩散管(在石英管外管内壁和内管外壁均镀氯化钾) 和镀氯化钾玻璃纤维滤膜，但氯化钾扩散管对活性气态汞的捕集效率尚不明确，镀氯化钾玻璃纤维滤膜难以重复性使用。本实用新型提供了一种大气活性气态汞的采集方法，以氯化钾为吸收介质，以填充镀氯化钾的石英颗粒的采样管采集，增大了吸收介质氯化钾与活性气态汞的接触面积，具有更高的采集效率。
本实用新型克服了现有大气汞捕集分析方法的不足，现有的监测方法多使用Tekran 监测系统，体积较大且安装复杂，不利于随身携带，且价格比较昂贵；用滤膜法、氯化钾扩散管法单独采集颗粒态汞和活性气态汞需要热还原-齐化-金管富集后分析测定，分析过程较复杂，不利于快速测定。本实用新型集热还原、齐化和金富集于一体，一次采样后可依次测定元素态汞、活性气态汞和颗粒态汞，分析步骤简便快速易操作，且体积小、价格便宜，便于携带。
本实用新型的目的通过下述技术方案予以实现。
一体化采集测定大气中不同形态汞装置，包括装置主体、颗粒态汞捕集管、活性气态汞捕集管、齐化管、元素态汞捕集管、冷却管以及加热装置，所述装置主体采用中空圆柱形结构，在所述装置主体内由上到下依次设置有颗粒态汞捕集管、活性气态汞捕集管、齐化管和元素态汞捕集管，在所述颗粒态汞捕集管、所述活性气态汞捕集管、所述齐化管和所述元素态汞捕集管相对应的装置主体外侧设置有所述加热装置，所述加热装置包括加热丝和温控箱，所述加热丝设置在所述装置主体外侧，且所述加热丝均与所述温控箱相连，在所述颗粒态汞捕集管和所述活性气态汞捕集管之间、所述活性气态汞捕集管和所述齐化管之间以及所述齐化管和所述元素态汞捕集管之间均设置有冷却管。
所述颗粒态汞捕集管的长度为8-12mm，内径为8-12mm，外径为12-16mm，所述颗粒态汞捕集管包括承托砂芯、固定砂芯和滤膜，在所述滤膜的上方设置有所述固定砂芯，在所述滤膜的下方设置有所述承托砂芯，所述承托砂芯和所述固定砂芯的直径为 8-12mm，厚度为1-2mm，采用含0.1-0.5mm孔洞的石英滤网，所述滤膜采用滤径为 0.40-0.50μm，直径为8-12mm的玻璃纤维滤膜，用于采集大气中颗粒态汞，固定砂芯用于固定滤膜，防止滤膜位置发生变动影响颗粒态汞采集效率，固定砂芯一端能够打开，便于更换失效或捕集效率降低的滤膜，滤膜更换频率约15天至1个月。
所述活性气态汞捕集管长度为28-32mm，内径为8-12mm，外径为12-16mm，所述活性气态汞捕集管包括承托砂芯、固定砂芯和镀氯化钾石英颗粒，在所述镀氯化钾石英颗粒的上方设置有所述固定砂芯，在所述镀氯化钾石英颗粒的下方设置有所述承托砂芯，所述承托砂芯和所述固定砂芯的直径为8-12mm，厚度为1-2mm，采用含0.1-0.5mm孔洞的石英滤网，所述镀氯化钾石英颗粒采用浸泡在2-3mol/L氯化钾溶液中15-25min后取出风干的2-3mm的不规则磨砂石英颗粒，用于捕集大气中的活性气态汞，固定砂芯一端能够打开，便于更换失效或捕集效率降低的镀氯化钾的石英颗粒。
所述齐化管长度为28-32mm，内径为8-12mm，外径为12-16mm，所述齐化管包括承托砂芯、固定砂芯和石英颗粒，在所述石英颗粒的上方设置有所述固定砂芯，在所述石英颗粒的下方设置有所述承托砂芯，所述承托砂芯和所述固定砂芯的直径为 8-12mm，厚度为1-2mm，采用含0.1-0.5mm孔洞的石英滤网，所述石英颗粒采用直径为 2-3mm的不规则石英颗粒，更换频率约15天至1个月。
所述元素态汞捕集管长度为18-22mm，内径为8-12mm，外径为12-16mm，所述元素态汞捕集管包括承托砂芯、固定砂芯和镀金石英颗粒，在所述镀金石英颗粒的上方设置有所述固定砂芯，在所述镀金石英颗粒的下方设置有所述承托砂芯，所述承托砂芯和所述固定砂芯的直径为8-12mm，厚度为1-2mm，采用含0.1-0.5mm孔洞的石英滤网，所述镀金石英颗粒采用直径为0.8-1.2mm的表面镀金的球状石英颗粒，用于捕集大气中元素态汞，固定砂芯一端可打开，便于更换失效或捕集效率降低的镀金石英珠。
所述颗粒态汞捕集管和所述活性气态汞捕集管之间的冷却管长度为28-32mm，内径为8-12mm，外径为12-16mm，目的是为避免活性气态汞加热还原时温度过高，滤膜上捕集的颗粒态汞受热还原，影响活性气态汞测定。
所述活性气态汞捕集管和所述齐化管之间的冷却管长度为28-32mm，内径为 8-12mm，外径为12-16mm，目的是避免由活性气态汞捕集管与齐化管设置的加热温度不同而引起的测定误差。
所述齐化管和所述元素态汞捕集管之间的冷却管长度为28-32mm，内径为8-12mm，外径为12-16mm，目的是为保证活性气态汞或颗粒态汞经齐化管热还原为元素态汞，经冷却管足够冷却后被元素态捕集管富集。
所述颗粒态汞捕集管外的加热丝的温度为450-550℃。
所述活性气态汞捕集管外的加热丝的温度为450-550℃。
所述齐化管外的加热丝的温度为550-650℃。
所述元素态汞捕集管外的加热丝的温度为400-500℃。
利用一体化采集测定大气中不同形态汞装置进行被动采样的方法，按照下述步骤进行：
步骤1，将装置与大气采样泵相连，打开颗粒态汞捕集管的温控箱、活性气态汞捕集管的温控箱、齐化管的温控箱和元素态汞捕集管的温控箱控制加热温度为40-60℃，避免空气中的水蒸气对采集效率及后续分析测定产生影响，调节采样泵流量，设置采样时间，采样时，气流经过滤膜，颗粒态汞被捕集，之后活性气态汞被镀氯化钾石英颗粒捕集，元素态汞被镀金石英颗粒捕集，这样便可采集一定量的颗粒态汞、活性气态汞和元素态汞；
步骤2，将装置与元素汞检测仪器连接，打开元素态汞捕集管的温控箱，加热一段时间后关闭元素态汞捕集管的温控箱，保证元素汞完全进入检测器，记录检测结果，即为采集的大气中元素态汞的含量；
步骤3，将元素态汞捕集管冷却后，以保证镀金石英珠可以有效吸收活性气态汞热还原后产生的元素态汞，打开齐化管的温控箱，在齐化管的温控箱显示的加热一段时间后打开活性气态汞捕集管的温控箱，加热一段时间后打开元素态汞捕集管的温控箱，加热一段时间后关闭元素态汞捕集管的温控箱，记录检测结果，即为采集的大气中活性气态汞的含量；
步骤4，元素态汞捕集管冷却后，打开颗粒态汞捕集管的温控箱，加热一段时间后关闭颗粒态汞捕集管的温控箱，活性气态汞捕集管的温控箱和齐化管的温控箱，打开元素态汞捕集管的温控箱，加热一段时间后关闭元素态汞捕集管的温控箱，记录检测结果，即为采集的大气中颗粒态汞的含量。
在步骤2中，打开元素态汞捕集管的温控箱，控制加热温度为400-500℃，加热2-5min 后关闭元素态汞捕集管的温控箱。
在步骤3中，将元素态汞捕集管冷却3-8min后，打开齐化管的温控箱，在齐化管的温控箱显示的加热温度达到550-650℃后打开活性气态汞捕集管的温控箱，控制加热温度为450-550℃，加热2-5min后打开元素态汞捕集管的温控箱，控制加热温度为400-500 ℃，加热2-5min后关闭元素态汞捕集管的温控箱。
在步骤4中，元素态汞捕集管冷却3-8min后，打开颗粒态汞捕集管的温控箱，控制加热温度为450-550℃，此时活性气态汞捕集管温度为450-550℃，齐化管温度为550-650 ℃，加热2-5min后关闭颗粒态汞捕集管的温控箱，活性气态汞捕集管的温控箱和齐化管的温控箱，打开元素态汞捕集管的温控箱，控制加热温度为400-500℃，加热2-5min后关闭元素态汞捕集管的温控箱。
本实用新型的有益效果为：本装置的各部分连接紧密，管的各部分接口为磨砂接口，并用高温润滑脂密封。采集大气中不同形态汞时，由滤膜捕集大气中的颗粒态汞，活性气态汞和元素态汞可通过滤膜，之后活性气态汞被镀氯化钾的石英颗粒捕集，元素态汞被镀金石英珠捕集，完成大气不同形态汞的采集。分析不同形态汞时，将装置与元素汞检测仪器如Tekran2500连接，通过对装置不同部位的加热控制，可以依次测定元素态汞、活性气态汞和颗粒态汞。
附图说明
图1是本实用新型的结构示意图；
图中1为颗粒态汞捕集管，2为活性气态汞捕集管，3为齐化管，4为元素态汞捕集管，5为冷却管，6为加热丝，7、8、9、10均为温控箱，11为承托砂芯、12为固定砂芯， 13为滤膜，14为镀氯化钾石英颗粒，15为石英颗粒，16为镀金石英颗粒，17为装置主体。
具体实施方式
下面通过具体的实施例对本实用新型的技术方案作进一步的说明。
如图1所示，其中，1为颗粒态汞捕集管，2为活性气态汞捕集管，3为齐化管，4 为元素态汞捕集管，5为冷却管，6为加热丝，7、8、9、10均为温控箱，11为承托砂芯、 12为固定砂芯，13为滤膜，14为镀氯化钾石英颗粒，15为石英颗粒，16为镀金石英颗粒，17为装置主体。
实施例1
一体化采集测定大气中不同形态汞装置，包括装置主体、颗粒态汞捕集管、活性气态汞捕集管、齐化管、元素态汞捕集管、冷却管以及加热装置，装置主体采用中空圆柱形结构，在装置主体内由上到下依次设置有颗粒态汞捕集管、活性气态汞捕集管、齐化管和元素态汞捕集管，在颗粒态汞捕集管、活性气态汞捕集管、齐化管和元素态汞捕集管相对应的装置主体外侧设置有加热装置，加热装置包括加热丝和温控箱，加热丝设置在装置主体外侧，且加热丝均与温控箱相连，在颗粒态汞捕集管和活性气态汞捕集管之间、活性气态汞捕集管和齐化管之间以及齐化管和元素态汞捕集管之间均设置有冷却管。
颗粒态汞捕集管的长度为8-12mm，内径为8-12mm，外径为12-16mm，颗粒态汞捕集管包括承托砂芯、固定砂芯和滤膜，在滤膜的上方设置有固定砂芯，在滤膜的下方设置有承托砂芯，承托砂芯和固定砂芯的直径为8-12mm，厚度为1-2mm，采用含0.1-0.5mm 孔洞的石英滤网，滤膜采用滤径为0.40-0.50μm，直径为8-12mm的玻璃纤维滤膜，用于采集大气中颗粒态汞，固定砂芯用于固定滤膜，防止滤膜位置发生变动影响颗粒态汞采集效率，固定砂芯一端能够打开，便于更换失效或捕集效率降低的滤膜，滤膜更换频率约15天至1个月。
活性气态汞捕集管长度为28-32mm，内径为8-12mm，外径为12-16mm，活性气态汞捕集管包括承托砂芯、固定砂芯和镀氯化钾石英颗粒，在镀氯化钾石英颗粒的上方设置有固定砂芯，在镀氯化钾石英颗粒的下方设置有承托砂芯，承托砂芯和固定砂芯的直径为8-12mm，厚度为1-2mm，采用含0.1-0.5mm孔洞的石英滤网，镀氯化钾石英颗粒采用浸泡在2-3mol/L氯化钾溶液中15-25min后取出风干的2-3mm的不规则磨砂石英颗粒，用于捕集大气中的活性气态汞，固定砂芯一端能够打开，便于更换失效或捕集效率降低的镀氯化钾的石英颗粒。
齐化管长度为28-32mm，内径为8-12mm，外径为12-16mm，齐化管包括承托砂芯、固定砂芯和石英颗粒，在石英颗粒的上方设置有固定砂芯，在石英颗粒的下方设置有承托砂芯，承托砂芯和固定砂芯的直径为8-12mm，厚度为1-2mm，采用含 0.1-0.5mm孔洞的石英滤网，石英颗粒采用直径为2-3mm的不规则石英颗粒，更换频率约15天至1个月。
元素态汞捕集管长度为18-22mm，内径为8-12mm，外径为12-16mm，元素态汞捕集管包括承托砂芯、固定砂芯和镀金石英颗粒，在镀金石英颗粒的上方设置有固定砂芯，在镀金石英颗粒的下方设置有承托砂芯，承托砂芯和固定砂芯的直径为8-12mm，厚度为 1-2mm，采用含0.1-0.5mm孔洞的石英滤网，镀金石英颗粒采用直径为0.8-1.2mm的表面镀金的球状石英颗粒，用于捕集大气中元素态汞，固定砂芯一端可打开，便于更换失效或捕集效率降低的镀金石英珠。
颗粒态汞捕集管和活性气态汞捕集管之间的冷却管长度为28-32mm，内径为 8-12mm，外径为12-16mm，目的是为避免活性气态汞加热还原时温度过高，滤膜上捕集的颗粒态汞受热还原，影响活性气态汞测定。
活性气态汞捕集管和齐化管之间的冷却管长度为28-32mm，内径为8-12mm，外径为12-16mm，目的是避免由活性气态汞捕集管与齐化管设置的加热温度不同而引起的测定误差。
齐化管和元素态汞捕集管之间的冷却管长度为28-32mm，内径为8-12mm，外径为 12-16mm，目的是为保证活性气态汞或颗粒态汞经齐化管热还原为元素态汞，经冷却管足够冷却后被元素态捕集管富集。
颗粒态汞捕集管外的加热丝的温度为450-550℃。
活性气态汞捕集管外的加热丝的温度为450-550℃。
齐化管外的加热丝的温度为550-650℃。
元素态汞捕集管外的加热丝的温度为400-500℃。
大气中不同形态汞的采集：将装置与大气采样泵相连，打开温控箱7、温控箱8、温控箱9和温控箱10，控制加热温度均为50℃，避免空气中的水蒸气对采集效率及后续分析测定产生影响。调节采样泵流量，设置采样时间，采样时，气流经过滤膜，颗粒态汞被捕集，之后活性气态汞被镀氯化钾石英颗粒捕集，元素态汞被镀金石英颗粒捕集，这样便可采集一定量的颗粒态汞、活性气态汞和元素态汞。
大气中不同形态汞的分析测定：将装置与元素汞检测仪器如Tekran2500连接，打开温控箱10，控制加热温度为450℃，加热三分钟后关闭温控箱10，保证元素汞完全进入检测器，记录检测结果，即为采集的大气中元素态汞的含量。元素态汞捕集管4冷却五分钟，以保证镀金石英珠可以有效吸收之后活性气态汞热还原后产生的元素态汞。打开温控箱9，控制加热温度为600℃，在温控箱显示的加热温度达到600℃后打开温控箱8，控制加热温度为500℃，加热三分钟后打开温控箱10，控制加热温度为450℃，加热三分钟后关闭温控箱10，记录检测结果，即为采集的大气中活性气态汞的含量。元素态汞捕集管4冷却五分钟，打开温控箱7，控制加热温度为500℃，此时活性气态汞捕集管温度为500℃，齐化管温度为600℃，加热三分钟后关闭温控箱7，温控箱8和温控箱9，打开温控箱10，控制加热温度为450℃，加热三分钟后关闭温控箱10，记录检测结果，即为采集的大气中颗粒态汞的含量。
实施例2
环境中三种形态汞的在线监测系统为Tekran2537B，1130h和1135大气汞形态分析系统(美国Tekran公司)。将一体化采样装置与大气采样泵相连，设置温控箱7、8、9、 10温度为50℃，调整采样流量为1L/min，将实用新型的采样装置置于室外环境中采集空气4小时。采样结束后将一体化被动采样装置与实验室内Tekran2500检测器连接，打开温控箱10，控制加热温度为450℃，加热三分钟后关闭温控箱10，保证元素汞完全进入检测器，记录检测结果，测得本次实施中4小时捕集1.248ng元素态汞，即大气中元素态汞的浓度为5.2ng/m3。将元素态汞捕集管4冷却五分钟，以保证镀金石英珠可以有效吸收活性气态汞热还原后产生的元素态汞。打开温控箱9，在温控箱显示的加热温度达到 600℃后打开温控箱8，控制加热温度为500℃，加热三分钟后打开温控箱10，控制加热温度为450℃，加热三分钟后关闭温控箱10，记录检测结果，测得本次实施中4小时捕集57.6pg活性气态汞，即大气中活性气态汞浓度为240pg/m3。将元素态汞捕集管4冷却五分钟，打开温控箱7，控制加热温度为500℃，此时活性气态汞捕集管温度为500℃，齐化管温度为600℃，加热三分钟后关闭温控箱7，温控箱8和温控箱9，打开温控箱10，控制加热温度为450℃，加热三分钟后关闭温控箱10，记录检测结果，测得本次实施中 4小时捕集163.2pg颗粒态汞，即大气中颗粒态汞浓度为680pg/m3。Tekran同步监测4 小时实际环境中的元素态汞、活性气态汞和颗粒态汞的平均浓度依次为5.4ng/m3、210 pg/m3、725pg/m3。本实用新型实施分析结果与普遍采用的Tekran系统测定结果偏差小于15％，本实用新型方法可行。
以上对本实用新型做了示例性的描述，应该说明的是，在不脱离本实用新型的核心的情况下，任何简单的变形、修改或者其他本领域技术人员能够不花费创造性劳动的等同替换均落入本实用新型的保护范围。