利用被动采样装置进行大气活性气态汞的采样方法与流程

技术领域

本发明涉及大气监测技术领域，更具体地说涉及一种大气活性气态汞的被动采样装置及其采样方法。

背景技术：

汞是毒性最强的重金属和污染物之一，已经被我国政府和联合国环境规划署、世界卫生组织、欧盟及美国环境保护署等机构列为优先控制污染物。由于特殊的物理化学性质，汞是唯一主要以气相形式存在于大气中的重金属元素，并能通过大气输送扩散成为全球性污染物。作为环境中汞传输的最主要通道，大气在全球汞的生物地球化学循环中起着极其重要的作用。汞在大气中的存在形式主要有元素形态汞(GEM，零价态，占大气气态总汞90％以上)，活性气态汞(RGM，二价态)(如HgCl₂，HgBr₂，HgO，Hg(OH)₂等)和颗粒态汞(PHg，二价态为主)。活性气态汞和颗粒态汞尽管在大气总汞中所占的比例较小，但由于活性气态汞具有更高的干沉降和湿沉降速率，因此沉降到地表的汞以活性气态汞为主，因而在汞的全球生物地球化学循环中也起到重要作用。从某种程度上说，大气元素汞跟其他形态汞(活性气态汞和颗粒态汞)之间的相互转化很大程度上决定了汞在自然环境中的长距离迁移和归趋过程。因此，监测大气中活性气态汞的浓度对于空气污染的治理和进一步了解大范围汞的归趋特征具有重要意义。

常规的大气活性气态汞主动采样方式依靠气泵在短时间内采集大量气体，并用活性炭等吸附介质将其中的活性气态汞捕集后进行测定。传统的主动采样方式依赖电力供应作为动力来源，不适用于偏远地区的采样监测；监测点位覆盖的范围有限，不适合大范围的采样布设；对采样人员要求较高，需要研究人员长期值守操作。被动采样装置可以利用自然风力或是扩散机理，在监测的大气环境中放置一段时间后，使大气中的目标污染物被捕集在合适的吸附介质上，当目标污染物收集到一定量后进行分析测定。

技术实现要素：

本发明克服了现有技术中的不足，传统的主动采样方式依赖电力供应作为动力来源，不适用于偏远地区的采样监测，监测点位覆盖的范围有限，不适合大范围的采样布设，提供了一种大气活性气态汞的被动采样装置，本发明不依赖外界电源，以风力作为动力来源，放置在合适的地点后无需人值守，可监测长时间尺度内的污染物浓度情况，与主动采样相比，被动采样技术在采样点的布设方面具有更大的灵活性，可以进行大范围的样点布设和监测，相关成本也更低。

本发明克服了现有技术中的不足，还提供了一种大气活性气态汞的被动采样方法。

本发明的目的通过下述技术方案予以实现。

一种大气活性气态汞的被动采样装置，包括风向标、前端进气管、进气管连接口、后端进气管、转动轴以及活性气态汞捕集管，所述风向标通过固定架分别与所述前端进气管以及所述后端进气管相连，所述前端进气管以及所述后端进气管通过所述进气管连接口相连，所述前端进气管的入口处设置有凹形槽，所述后端进气管采用L形中空的圆柱形结构，所述后端进气管的垂直端口通过所述转动轴与所述活性气态汞捕集管上端相连，所述活性气态汞捕集管包括捕集管外管、捕集管内管、固定架以及遮雨盖，所述捕集管外管与所述转动轴相连，所述捕集管外管通过内外管黏合点与所述捕集管内管相连，且捕集管外管与捕集管内管同轴设置；所述捕集管外管外侧均匀的设置有所述固定架，所述遮雨盖设置在所述捕集管外管下端，在所述遮雨盖上设置有通孔，所述捕集管外管的内侧以及所述捕集管内管的外侧采用磨砂结构。

所述风向标包括箭首、箭身以及箭尾，所述箭首采用三角形结构，所述箭首的高为10-30mm，所述箭身采用矩形结构，所述箭身的长度为150-250mm，所述箭身的宽度为15-25mm，所述箭尾采用梯形结构，所述箭尾的高度为20-40mm，优选的，所述箭首的高为20mm，所述箭身的长度为200mm，所述箭身的宽度为20mm，所述箭尾的高度为30mm。

所述固定架采用不锈钢矩形结构，所述固定架的高度为5-25mm，优选的，所述固定架的高度为15mm。

所述前端进气管采用中空的圆柱形结构，所述前端进气管的长度为40-60mm，所述前端进气管的内径为10-30mm，所述前端进气管的管壁厚度为1-3mm，所述凹形槽的水平长度为15-35mm，所述凹形槽的高度为5-25mm，所述前端进气管的尾部设置有第一外螺纹，所述进气管连接口包括连接口前端、玻璃砂板以及连接口后端，所述连接口前端采用中空的圆柱形结构，所述连接口前端的长度为15-25mm，所述连接口前端的内径为10-30mm，所述连接口前端的内侧设置有第一内螺纹，所述连接口前端通过所述第一内螺纹与所述第一外螺纹与所述前端进气管相连，所述玻璃砂板采用直径为0.05-0.35mm的玻璃颗粒在高温下粘接成垫片状，所述玻璃砂板的厚度为3-8mm，所述玻璃砂板的直径为10-30mm，所述玻璃砂板镶嵌在所述进气管连接口的后半部，所述连接口后端采用中空的圆柱形结构，所述连接口后端的长度为15-25mm，所述连接口后端的内径为10-30mm，所述连接口后端的内侧设置有第二内螺纹，所述后端进气管的水平端口外侧设置有第二外螺纹，所述连接口后端通过所述第二内螺纹与所述第二外螺纹与所述后端进气管相连，所述后端进气管的垂直端口外侧设置有第三外螺纹，所述后端进气管水平部分的长度为40-60mm，所述后端进气管垂直部分长度为50-70mm，所述后端进气管的内径为15-25mm，所述后端进气管的管壁厚度为1-3mm，优选的，所述前端进气管的长度为50mm，所述前端进气管的内径为20mm，所述前端进气管的管壁厚度为2mm，所述凹形槽的水平长度为25mm，所述凹形槽的高度为15mm，所述连接口前端的长度为20mm，所述连接口前端的内径为20mm，所述玻璃砂板采用直径为0.2mm的玻璃颗粒在高温下粘接成垫片状，所述玻璃砂板的厚度为5mm，所述玻璃砂板的直径为20mm，所述连接口后端的长度为20mm，所述连接口后端的内径为20mm，所述后端进气管水平部分的长度为50mm，所述后端进气管垂直部分长度为60mm，所述后端进气管的内径为20mm，所述后端进气管的管壁厚度为2mm。

所述玻璃砂板通过聚乙烯材质的塑料接口固定在所述进气管连接口的后半部上。所述玻璃砂板能够分离大气中的颗粒物，使得分离后的气相进入活性气态汞捕集管。所述玻璃砂板可以分离不同粒径的大气颗粒物，例如总悬浮颗粒物(TSP)、PM₁₀(空气动力学当量质量中位径等于10μm的悬浮颗粒物)、PM_2.5(空气动力学当量质量中位径等于2.5μm的悬浮颗粒物)等。

所述转动轴采用中空的圆柱形结构，所述转动轴顶端内侧设置有第三内螺纹，所述转动轴通过所述第三内螺纹以及所述第三外螺纹与所述后端进气管相连，所述转动轴下端外侧设置有第四外螺纹，所述转动轴的内径为15-25mm，所述转动轴的外径为20-30mm，优选的，所述转动轴的内径为20mm，所述转动轴的外径为25mm。

所述捕集管外管采用中空的圆柱形结构，所述捕集管外管顶端内侧设置有第四外螺纹，所述捕集管外管通过所述第四外螺纹以及所述第四内螺纹与所述转动轴相连，所述捕集管外管的长度为150-250mm，所述捕集管外管的内径为20-30mm，所述捕集管内管采用圆柱形结构，所述捕集管内管的长度为150-200mm，所述捕集管内管的外径为15-25mm，所述捕集管内管与所述捕集管外管之间的距离为1.5-3.5mm，优选的，所述捕集管外管的长度为200mm，所述捕集管外管的内径为25mm，所述捕集管内管的长度为2.5mm。

一种利用大气活性气态汞的被动采样装置进行的被动采样方法，按照下述步骤进行：

步骤1，按照比例将氯化钾固体溶解到蒸馏水中，得到0.1-0.3mol/L的氯化钾溶液；

步骤2，用所述步骤1中得到的氯化钾溶液，润洗所述捕集管外管内侧以及所述捕集管内管外侧3-5次，得到经过润洗的所述活性气态汞捕集管；

步骤3，将所述步骤2中得到的经过润洗的所述活性气态汞捕集管与所述风向标、所述前端进气管、所述进气管连接口、所述后端进气管以及所述转动轴相连后，放置于待检测的位置即可；

步骤4，所述步骤3中所得的被动采样装置在野外放置一段时间之后，需使用所述步骤1中得到的0.1-0.3mol/L的氯化钾溶液对所述活性气态汞捕集管再次进行润洗。

所述步骤1中的氯化钾溶液的浓度为0.2mol/L。

所述步骤2中润洗所述捕集管外管内侧以及所述捕集管内管外侧的次数为4次。

所述步骤4中的再次润洗所述活性气态汞捕集管的时间间隔为10-30天，再次润洗所采用的氯化钾溶液的浓度为0.2mol/L。

本发明的有益效果为：本发明各部分的设计和组合巧妙地应用了自然界的风力作为采样器的动力来源，利用捕集管中氯化钾对气相中活性气态汞的吸附性，采用风向标定位，利用任何水平方向的空气流动，使分离颗粒物之后的大气活性气态汞吸附在捕集管上，可全天候放置于野外进行样品采集，本发明以活性气态汞的日均采集量为数据表达形式，根据气象数据计算采集的空气体积，从而根据日均采集量数据计算环境空气中活性气态汞的浓度水平；用浓度为0.2mol/L的氯化钾溶液润洗之后的捕集管，捕集效率超过95％，基本上可以完成对气相中活性气态汞的捕集。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明中进气管连接口的结构示意图；

图3是本发明中活性气态汞捕集管的结构示意图。

图中：1为风向标，2为固定架，3为前端进气管，4为凹形槽，5为进气管连接口，6为连接口前端，7为玻璃砂板，8为连接口后端，9为后端进气管，10为转动轴，11为活性气态汞捕集管，12为内外管黏合点，13为捕集管外管，14为捕集管内管，15为固定架，16为遮雨盖。

具体实施方式

下面通过具体的实施例对本发明的技术方案作进一步的说明。

如图1至图3所示，图中：1为风向标，2为固定架，3为前端进气管，4为凹形槽，5为进气管连接口，6为连接口前端，7为玻璃砂板，8为连接口后端，9为后端进气管，10为转动轴，11为活性气态汞捕集管，12为内外管黏合点，13为捕集管外管，14为捕集管内管，15为固定架，16为遮雨盖。

实施例1

一种大气活性气态汞的被动采样装置，包括风向标、前端进气管、进气管连接口、后端进气管、转动轴以及活性气态汞捕集管，风向标通过固定架分别与前端进气管以及后端进气管相连，前端进气管以及后端进气管通过进气管连接口相连，前端进气管的入口处设置有凹形槽，后端进气管采用L形中空的圆柱形结构，后端进气管的垂直端口通过转动轴与活性气态汞捕集管上端相连，活性气态汞捕集管包括捕集管外管、捕集管内管、固定架以及遮雨盖，捕集管外管与转动轴相连，捕集管外管通过内外管黏合点与捕集管内管相连，且捕集管外管与捕集管内管同轴设置；捕集管外管外侧均匀的设置有固定架，遮雨盖设置在捕集管外管下端，在所述遮雨盖上设置有通孔，捕集管外管的内侧以及捕集管内管的外侧采用磨砂结构。

风向标包括箭首、箭身以及箭尾，箭首采用三角形结构，箭首的高为10-30mm，箭身采用矩形结构，箭身的长度为150-250mm，箭身的宽度为15-250mm，箭尾采用梯形结构，箭尾的高度为20-40mm。

箭首的高为20mm，箭身的长度为200mm，箭身的宽度为20mm，箭尾的高度为30mm。

固定架采用不锈钢矩形结构，固定架的高度为5-25mm。

固定架的高度为15mm。

前端进气管采用中空的圆柱形结构，前端进气管的长度为40-60mm，前端进气管的内径为10-30mm，前端进气管的管壁厚度为1-3mm，凹形槽的水平长度为15-35mm，凹形槽的高度为5-25mm，前端进气管的尾部设置有第一外螺纹，进气管连接口包括连接口前端、玻璃砂板以及连接口后端，连接口前端采用中空的圆柱形结构，连接口前端的长度为15-25mm，连接口前端的内径为10-30mm，连接口前端的内侧设置有第一内螺纹，连接口前端通过第一内螺纹与第一外螺纹与前端进气管相连，所述玻璃砂板采用直径为0.05-0.35mm的玻璃颗粒在高温下粘接成垫片状，玻璃砂板的厚度为3-8mm，玻璃砂板的直径为10-30mm，玻璃砂板镶嵌在进气管连接口的后半部，连接口后端采用中空的圆柱形结构，连接口后端的长度为15-25mm，连接口后端的内径为10-30mm，连接口后端的内侧设置有第二内螺纹，后端进气管的水平端口外侧设置有第二外螺纹，连接口后端通过第二内螺纹与第二外螺纹与后端进气管相连，后端进气管的垂直端口外侧设置有第三外螺纹，后端进气管水平部分的长度为40-60mm，后端进气管垂直部分长度为50-70mm，后端进气管的内径为15-25mm，后端进气管的管壁厚度为1-3mm。

前端进气管的长度为50mm，前端进气管的内径为20mm，前端进气管的管壁厚度为2mm，凹形槽的水平长度为25mm，凹形槽的高度为15mm，连接口前端的长度为20mm，连接口前端的内径为20mm，玻璃砂板采用直径为0.2mm的玻璃颗粒在高温下粘接成垫片状，玻璃砂板的厚度为5mm，玻璃砂板的直径为20mm，连接口后端的长度为20mm，连接口后端的内径为20mm，后端进气管水平部分的长度为50mm，后端进气管垂直部分长度为60mm，后端进气管的内径为20mm，后端进气管的管壁厚度为2mm。

转动轴采用中空的圆柱形结构，转动轴顶端内侧设置有第三内螺纹，转动轴通过第三内螺纹以及第三外螺纹与后端进气管相连，转动轴下端外侧设置有第四外螺纹，转动轴的内径为15-25mm，转动轴的外径为20-30mm。

转动轴的内径为20mm，转动轴的外径为25mm。

捕集管外管采用中空的圆柱形结构，捕集管外管顶端内侧设置有第四外螺纹，捕集管外管通过第四外螺纹以及第四内螺纹与转动轴相连，捕集管外管的长度为150-250mm，捕集管外管的内径为20-30mm，捕集管内管采用圆柱形结构，捕集管内管的长度为150-200mm，捕集管内管的外径为15-25mm，捕集管内管与捕集管外管之间的距离为1.5-3.5mm。

捕集管外管的长度为200mm，捕集管外管的内径为25mm，捕集管内管的长度为2.5mm。

本实施例各部分的设计和组合巧妙地应用了自然界的风力作为采样器的动力来源，利用捕集管中氯化钾对气相中活性气态汞的吸附性，采用风向标定位，利用任何水平方向的空气流动，使分离颗粒物之后的大气活性气态汞吸附在捕集管上，可全天候放置于野外进行样品采集，本实施例以活性气态汞的日均采集量为数据表达形式，根据气象数据计算采集的空气体积，从而根据日均采集量数据计算环境空气中活性气态汞的浓度水平。

实施例2

一种大气活性气态汞的被动采样方法，按照下述步骤进行：

步骤1，配制得到0.1mol/L的氯化钾溶液；

步骤2，用步骤1中得到的氯化钾溶液，润洗捕集管外管内侧以及捕集管内管外侧5次，得到经过润洗的活性气态汞捕集管；

步骤3，将步骤2中得到的经过润洗的活性气态汞捕集管与风向标、前端进气管、进气管连接口、后端进气管以及转动轴相连后，放置于待检测的位置即可；

步骤4，步骤3中所得的被动采样装置在野外放置10天之后，需使用步骤1中得到的0.1mol/L的氯化钾溶液对所述活性气态汞捕集管再次进行润洗。

实施例3

一种大气活性气态汞的被动采样方法，按照下述步骤进行：

步骤1，配制得到0.3mol/L的氯化钾溶液；

步骤2，用步骤1中得到的氯化钾溶液，润洗捕集管外管内侧以及捕集管内管外侧3次，得到经过润洗的活性气态汞捕集管；

步骤3，将步骤2中得到的经过润洗的活性气态汞捕集管与风向标、前端进气管、进气管连接口、后端进气管以及转动轴相连后，放置于待检测的位置即可；

步骤4，步骤3中所得的被动采样装置在野外放置30天之后，需使用步骤1中得到的0.3mol/L的氯化钾溶液对所述活性气态汞捕集管再次进行润洗。

实施例4

一种大气活性气态汞的被动采样方法，按照下述步骤进行：

步骤1，配制得到0.2mol/L的氯化钾溶液；

步骤2，用步骤1中得到的氯化钾溶液，润洗捕集管外管内侧以及捕集管内管外侧4次，得到经过润洗的活性气态汞捕集管；

步骤3，将步骤2中得到的经过润洗的活性气态汞捕集管与风向标、前端进气管、进气管连接口、后端进气管以及转动轴相连后，放置于待检测的位置即可；

步骤4，步骤3中所得的被动采样装置在野外放置20天之后，需使用步骤1中得到的0.2mol/L的氯化钾溶液对所述活性气态汞捕集管再次进行润洗。

在本实施例中，需要配制浓度为0.2mol/L的氯化钾溶液，润洗捕集管外管内侧和内管外侧的磨砂处，实现捕集管对氯化钾的附着。进气管收集的空气通过转动轴进入活性气态汞捕集管之后，流经内管与外管之间的通道，通过与磨砂处附着的氯化钾吸附的方式被捕集。实验结果表明，用浓度为0.2mol/L的氯化钾溶液润洗之后的捕集管，捕集效率超过95％，基本上可以完成对气相中活性气态汞的捕集。捕集的活性气态汞绝对量取决于进气管的进样体积和外界实际环境浓度。

以上对本发明做了示例性的描述，应该说明的是，在不脱离本发明的核心的情况下，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发明的保护范围。