一种水中气体收集及定量装置和方法

1.本发明涉及气体分离和测量技术领域，特别涉及一种水中气体收集及定量装置和方法。


背景技术：

2.目前水体中气体收集及定量化技术多采用顶空技术即气体萃取技术，是一种简单可靠的测定水体中溶解气体成分的分析方法，包括静态顶空法和动态顶空法。
3.静态顶空法是在一个密闭的容器中，其中的样品与样品上方的气体达到平衡，直接抽取上方气体进行测定的技术。目前已有的静态顶空法的装置较为简单，通常用有硅胶隔垫片盖的玻璃瓶作为密闭系统，内装样品，摇床或振荡器摇晃一段时间，待瓶内气体平衡后取顶空的气体，但存在一些问题，如：1、气体取样量少，不能满足某些痕量气体取样的要求；2、不能很好的将水中溶解气体充分的分离，并很难将气体平衡后顶空的气体彻底取出进行气体量测量；如测定水体中溶解性温室气体的碳氮同位素，目前尚未有静态顶空装置满足测样样品量的要求。
4.动态顶空法与静态顶空法的不同之处在于其上部的气体是连续流动的，流动气体将水体中溶解气体顶空出来，用收集装置收集后测试。动态顶空的缺点在于1、需要特定的吹扫气体，一般用惰性气体，如氩气、氮气，需要的气体量较多，难以收集、储存、运输，且成本较高；2、吹扫气体需要用到特定的仪器，如氮吹仪，这些设备复杂，不便于野外取样操作；3、在取样过程无法准确定量吹扫气体和溶解气体的量，造成无法定量化水体中的溶解气体。


技术实现要素：

5.为解决上述问题，本发明提供了一种水中气体收集及定量装置，包括分离瓶、气液分离器、气体单向阀、流量计、蠕动泵、密封瓶和真空泵；所述分离瓶和密封瓶均密封设置，所述分离瓶内设有橡皮球胆，所述分离瓶上连接有用于采集水样的第一管路和用于对所述橡皮球胆充气和放气的第二管路；所述气液分离瓶内设有防水透气膜，将所述气液分离瓶内的空间划分为用于存储液体的部分和用于分离气体的部分；从所述气液分离瓶内分离出的气体流经所述气体单向阀和流量计，通过所述流量计对通气量进行统计；密封瓶设置在所述气体单向阀和流量计之后，与所述真空泵通过三通阀相连通，三通阀的另一出口处连接有一注射器，所述注射器用于采集气体；所述蠕动泵连接所述分离瓶和所述气液分离器，用于形成装置内水体的密闭循环。
6.进一步地，所述分离瓶上的所述第一管路包括第一橡胶管，所述第二管路包括第二橡胶管，所述第一橡胶管和第二橡胶管上均设置有开关部件，所述开关部件优选为弹簧夹或开关阀，用于打开或关闭所述管路。
7.进一步地，所述气体单向阀和所述流量计相连接，且两者的位置可以互换。
8.本发明提供了一种水中气体收集及定量方法，采用所述水中气体收集及定量装
置，在引入待测水样之前，用所述真空泵对装置抽真空；当水样充满所述分离瓶后，开启所述蠕动泵进行水体密闭循环，水体中的气体在所述密封瓶的负压的作用下被抽提，水体中的气体通过所述气液分离瓶内的防水透气膜而实现气液分离；根据所述真空泵上的压强表的数值调节所述三通阀的开闭，通过所述注射器进行气体采集。
9.进一步地，在进行水体中的气体抽提时，同时打开连通所述橡皮球胆的第二橡胶管上的弹簧夹或开关阀，使大气进入所述橡皮球胆，由于所述分离瓶中的气体被抽提形成的负压使得所述橡皮球胆充气而保持瓶内大气压平衡,确保所述分离瓶内没有负压空间造成气体残留。
10.进一步地，当采集气体量满足实验室需求时，打开所述真空泵，加快所述蠕动泵的转速，当所述流量计的计数不再变化时，记下流量计的通量，通过此通量与所述分离瓶及其连接管路中的水体的体积的比值，量化水体中的气体含量；当采集气体量尚未满足实验室需求，而所述流量计的计数不再变化时，记下流量计的通量，通过此通量与所述分离瓶及其连接管路中的水体的体积的比值，量化水体中的气体含量，然后排空所述分离瓶及其连接管路中的水体，重复进行上述气体抽提操作步骤直至收集气体量满足实验室要求。
11.进一步地，所述第一橡胶管一端固定安装有过滤筒，所述过滤筒外壁开设有槽口，所述槽口槽壁一侧固定安装有第二卡板，所述槽口两端均固定安装有滑动环，所述滑动环延伸至过滤筒内部，两个所述滑动环之间滑动安装有安装框，所述安装框呈弧形，且所述安装框内壁滑动安装有若干安装环。
12.进一步地，所述过滤筒顶端固定安装有上连接口，所述过滤筒底端固定安装有下连接口。
13.进一步地，所述安装框位于所述过滤筒内部，所述安装框一侧固定连接有第一卡板，所述第一卡板与所述第二卡板相卡接，所述安装框另一侧固定连接有密封条，所述密封条与所述过滤筒内壁相贴合。
14.进一步地，所述安装框内壁固定安装有混合筒，所述混合筒位于若干所述安装环之间，所述混合筒内壁底端固定安装有螺旋风扇，所述输液口，所述输液口延伸至所述混合筒内壁，所述输液口内壁固定安装有药剂输液管，所述药剂输液管延伸至所述混合筒内壁。
15.本发明的有益效果：
16.1、本发明利用蠕动泵形成的水体密闭式循环，依靠真空抽提作用能够确保水体中的气体被抽提得更加彻底；利用防水透气膜的气液分离原理制成的气液分离瓶可以实现真空抽提气体；气体单向阀和流量计的紧邻串联能准确量化气体量。本发明的装置可以在野外直接接入抽水进水口管路，实现不同水体中气体的快速收集，保障了现场测试，避免了环境改变造成的不确定性；由于利用真空抽提原理，对挥发性、半挥发性和非挥发性气体均可进行收集，对可溶于水和不可溶于水的气体均可进行收集，应用更为广泛。
17.2、本发明滤网通过卡接的方式卡在两个安装环之间，安装环与安装框的连接处设置有若干凸出的小颗粒，增大安装环与安装框之间的摩擦，在水体通过过滤筒内部的过滤腔时，内部安装的滤网可对水体中的杂质进行过滤，实现了防止水体中的杂质进入第一橡胶管堵塞第一橡胶管影响水体的取样，需要更换滤网的时候，转动安装框，将安装环转动至外部，可进行更换滤网，可以更加方便的查看滤网的情况和对滤网进行更换。
附图说明
18.附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
19.图1为本发明实施例中的水中气体收集及定量装置示意图；
20.图2为本发明过滤筒图；
21.图3为本发明安装框和安装环图；
22.图4为本发明滑动环安装图。
具体实施方式
23.以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
24.如图1所示，本实施例中的水中气体收集及定量装置包括分离瓶5、气液分离器6、气体单向阀8、流量计9、蠕动泵10、密封瓶11和真空泵14。分离瓶5的瓶口设有密封塞，用于密封瓶体。密封塞上开有两个孔，分别插入两根连通管，两根连通管的位于分离瓶5外的一端上分别连接有两根橡胶管101、102。在两根橡胶管上分别设有两个弹簧夹2、3，可替代地，还可以设置开关阀，用于关闭/打开橡胶管101、102内的通路。连接有橡胶管102的连通管的位于分离瓶5内的一端连接有橡皮球胆4，橡皮球胆4可随着橡胶管102内气体的流入和流出进行膨胀和收缩。
25.所述气液分离瓶6内设有防水透气膜7，即eptfe膜或膨体聚四氟乙烯微孔薄膜，防水透气膜7将气液分离瓶6内的空间划分为用于存储液体的部分和用于分离气体的部分。气液分离瓶6存储液体的部分连接分离瓶5，分离出气体的一部分连接气体单向阀8和流量计9。密封瓶11的一侧通过连接管道与流量计9相连通，另一侧连接有真空泵14。在密封瓶11和真空泵14之间的连接管道上还设有三通阀12，三通阀12的进口与密闭瓶11相连通，第一出口与真空泵14相连通，第二出口上连接有注射器13，注射器13用于采集气体。
26.蠕动泵10通过连接管路分别连通橡胶管101和气液分离瓶6，从而在分离瓶5和气液分离瓶6之间形成水体的密闭循环。
27.在取样和分离水体内的气体前，检查并确保分离瓶5和密封瓶11均为密封的。打开弹簧夹3，用真空泵抽尽橡皮球胆4中的空气，然后关闭弹簧夹3。关闭弹簧夹2，将三通阀12的连接注射器13的第二出口关闭，打开真空泵14对装置抽真空，然后关闭真空泵14。
28.将橡皮管101插入待取水源中(橡皮管101中预先充满待取水样，以防空气进入真空状态的分离瓶5中)，打开弹簧夹2将待测水样引入分离瓶5及其连接的管路中，同时开始气体流量计9的读数计数。当分离瓶5内充满待测水样时，关闭弹簧夹2。打开蠕动泵10进行装置内的水体密闭循环。依靠密封瓶11的真空负压，进行水体中的气体抽提，同时打开弹簧夹3，使大气进入橡皮球胆4。此时，由于分离瓶5中的气体被抽提形成的负压使得橡皮球胆4充气而保持瓶内大气压平衡,确保瓶内没有负压空间造成气体残留。
29.观察真空泵14上的压强表，如果压强升高非常趋缓，则将三通阀12在注射器13和真空泵14端的两个出口交替打开或关闭，进行注射器13内气体的往复采集。当采集气体量满足实验室需求时，则可打开真空泵14，加快蠕动泵10的转速，当流量计9的计数不再变化时(即水体中气体被真空抽尽)，记下流量计的通量，通过此通量与分离瓶5及其连接管路中
的水体的体积的比值，量化水体中的气体含量。当采集气体量尚未满足实验室需求，而流量计9的计数不再变化时，记下流量计9的通量，通过此通量与分离瓶5及其连接管路中的水体的体积的比值，量化水体中的气体含量，然后排空分离瓶5及其连接管路中的水体，重复进行上述气体抽提操作步骤直至收集气体量满足实验室要求。
30.本发明的分离瓶5和密闭瓶11及其进出口位置在不同的实施例中可以不同形式出现。在能够实现本发明目的前提下，本发明的气液分离器6可以采用多种形状，并且防水透气膜7和出水口的位置可以采用不同的方案。在本发明的其他实施例中，气体单向阀8和流量计9的位置可以互换。
31.在一些实施例中，参阅图2、图3、图4，第一橡胶管101与上连接口16连接，下连接口17连接抽水进水口管路，过滤筒15内部形成可供水体流通的过滤腔，安装框18内壁安装的安装环21两个为一组，两个安装环21之间可安装滤网，滤网通过卡接的方式卡在两个安装环21之间，安装环21与安装框18的连接处设置有若干凸出的小颗粒，增大安装环21与安装框18之间的摩擦，在水体通过过滤筒15内部的过滤腔时，内部安装的滤网可对水体中的杂质进行过滤，实现了防止水体中的杂质进入第一橡胶管101堵塞第一橡胶管101影响水体的取样。
32.本实例中，滤网可选用尼龙滤网和棉质纤维滤纸，方便携带，对杂质的过滤效果好。
33.需要更换滤网的时候，转动安装框18，将安装环21转动至外部，可进行更换滤网，第一卡板19与所述第二卡板23可在安装框18转动的时候对安装框18进行限位，密封条20紧贴过滤筒内壁，对安装框18和过滤筒15接触的地方进行过滤，同时可以起到对安装框18的固定作用。
34.在一些实施例中，参阅图2、图3，药剂输液管25一端外置连接有药剂输送装置，药剂输送装置内部根据需要中和水中的气体设置有相应的中和药剂，例如需要中和水中的碱性气体，可以使用盐酸溶液药剂进行中和，气体中和溶液通过药剂输液管25输入混合筒26，输液口24内部设置有阀门，阀门与药剂输液管25相连接，螺旋风扇26内部电机带动螺旋风扇26转动，使气体中和溶液与水充分混合，可以更加充分的排出水中不需要的液体，使测试需要收集的气体收集的更加纯粹，可以提高检测精准度。
35.显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。