等气体原位测试的水下气相色谱系统及其操作方法_2

文档序号:9825322阅读:来源:国知局
该流程发生在流路清洗结束后,通过对标准气体进行测试比对来实现自校正,具体步骤与标定气体流程一致。
[0015]⑥待机:测试流程结束后,第二电磁阀11、第三电磁阀14a和第四电磁阀14b断开,两位六通膜阀10切换为3 口和2 口与定量环12相通,打开第一电磁阀7,注射栗19复位。最后,关闭第一电磁阀7,系统进入待机状态,等待下一个循环。
[0016]本发明的有益效果在于将气相色谱技术应用于水下,能够在水下对深海中的多种溶解性气体进行准确的原位检测。以3倍信噪比作为系统的检测限,甲烷的检测限为2.2 7nmo I /L,氢气的检测限为0.17 nmo I /L。
【附图说明】
[0017]图1是本发明的系统原理不意图。
[0018]图2是本发明中两位六通膜阀和多流路选择膜阀的工作原理图和气体流路图。
[0019]图3是实施例中I3DHID色谱图。
[0020]图中标号:I为进水过滤器,2为海水样品仓,3为水栗,4为出水过滤器,5为半透膜,6为气体仓,7为第一电磁阀,8为防漏阀,9为漏水检测传感器,10为两位六通膜阀,11为第二电磁阀,12为定量环,13为多流路选择膜阀,14a和14b分别为第三、第四电磁阀,15为减压阀,16为标气瓶,17为气体净化器,18为载气瓶,19为注射栗,20a为废气栗,20b为压力传感器,21a和21b分别为第一、第二两位二通阀,22为单向阀,23为废气瓶,24a为色谱柱和柱箱(5A分子筛柱),24b为脉冲氦离子化检测器(PDHID),25为中央控制单元。
【具体实施方式】
[0021 ]下面通过实施例结合附图进一步说明本发明。
[0022]实施例1:
如图1所示,水下气相色谱系统由3大部分组成,海水自动进样及气体膜提取单元、多组分气体自动检测和自校正单元、废气回收单元。其中多组分气体自动检测和自校正单元、废气回收单元均封装于高压密封仪器舱中,海水自动进样及气体膜提取单元安装于仪器舱端盖上。
[0023]海水自动进样及气体膜提取单元由进水过滤器1、膜进样装置、水栗3、出水过滤器4组成,其中膜进样装置包括海水样品仓2、半透膜5、气体仓6。
[0024]封装于高压密封仪器舱中的多组分气体自动检测和自校正单元包括进样模块、色谱柱和柱箱5A分子筛柱24a、脉冲氦离子化检测器24b、第二电磁阀11、第三电磁阀14a、第四电磁阀14b、减压阀15、标气瓶16、气体净化器17、载气瓶18等部分,其中进样模块由第一电磁阀7、防漏阀8、漏水检测传感器9、注射栗19、带吹扫两位六通膜阀10、定量环12和多流路选择膜阀13组成。
[0025]废气回收单元由废气栗20a、压力传感器20b、第一两位二通阀21a和第二两位二通阀2 Ib、单向阀22、废气瓶23组成。
[0026]第一电磁阀7、防漏阀8、漏水检测传感器9、两位六通膜阀10、第二电磁阀11、定量环12、多流路选择膜阀13、第三电磁阀、第四电磁阀、减压阀15、标气瓶16、气体净化器17、载气瓶18、注射栗19、废气栗20a、压力传感器20b、第一两位二通阀21a、第二两位二通阀21b、单向阀22、废气瓶23,24a为色谱柱和柱箱24a、脉冲氦离子化检测器24b分别连接中央控制单元25。
[0027]1.标气准备
配制!12、02、犯、014四种气体的混合物,四种气体浓度依次为:10ppm、250ppm、500ppm、1ppm,以高纯He为本底,装入IL的标气瓶中。
[0028]2.水下溶解性气体原位测试
将整套系统投入水池中,使之处于淹没状态。电源通电后系统处于待机状态,5A分子筛柱24a流量为501111/1^11,30°(:/1^11升温至180°(:,保持2小时,降至60°(:,保持不变。?0!1102仙迅速升温到150°C,保持不变。系统工作过程中,漏水传感器9会对漏水情况进行检测,检测到漏水,则截止阀8立刻处于断开状态,系统报警;
I.系统标定:
①唤醒:唤醒系统。压力传感器20b对环境压力进行检测,高于I.2bar,废气栗20a启动工作,第一两位二通阀21a打开,以缓解压力对废气栗20a启动瞬间的冲击,随后,关闭两位二通阀21a,打开第二两位二通阀21b,废气通过第二两位二通阀21b和单向阀22排出,进入废气瓶23中。直到舱体内压力重新回到Ibar,废气栗20a停止工作。[0029 ]环境参数检测正常后,第三电磁阀14a和第四电磁阀14b打开,载气瓶18中的氦气气体经气体净化器17净化后变为99.9999%的高纯氦气,高纯氦气一路通过电磁阀14a对两位六通膜阀10和多流路选择膜阀13进行吹扫,一路作为载气依次通过两位六通膜阀10的4口和I 口进入色谱柱24a及PDHID检测器24b,并通过电磁阀14b排出到舱体中,PDHID的基线稳定在2000左右。标气瓶16中一定浓度的H2、02、N2、CH4标准气体一路直接通入多流路选择膜阀13的4口,一路作为驱动气驱动多流路选择膜阀13工作。
[0030]②清洗:系统唤醒2min后对系统流路进行清洗。电磁阀7打开,多流路选择膜阀13切换使C 口与3 口连通,载气依次通过多流路选择膜阀13的3 口和C 口、两位六通膜阀1的2 口和定量环12及两位六通膜阀10的3 口、气体仓6,最后经电磁阀7排入到舱体,实现了定量环12和气体仓6的清洗。清洗持续时间为7min。
[0031]③进标气:多流路选择膜阀13切换使C口与4 口连通,标准气体经标气瓶16出来后,依次进入多流路选择膜阀13的4 口和C 口、两位六通膜阀10的2 口、定量环12和两位六通膜阀10的3口,气体仓6通过第一电磁阀7排出到舱体内,使定量环中充满标准气体。然后关闭电磁阀7。
[0032]④气体标定:上述流程结束后,系统切换为进样测试状态。打开第二电磁阀11,使标气瓶16中的气体得以驱动两位六通膜阀10,两位六通膜阀10立刻切换为4 口、定量环12、1口相通,多流路选择膜阀13C口与任何一口不通,载气依次流经两位六通膜阀10的4口、定量环12和I 口,将存储在定量环12中的标准气体带入色谱柱24a分离后进入脉冲氦离子化检测器H)HID24b开始检测分析,标定各组分气体的出峰时间、峰面积、峰高等参数。
[0033]⑤待机。标定流程结束后,电磁阀1114al4b断开,两位六通膜阀10切换为定量环12与3 口和2 口相通,打开电磁阀7,注射栗复位。最后,关闭电磁阀7,系统进入待机状态。1min后系统进入正式水样测试流程。
[0034]Π.7Κ 样测试
①系统进行上述的唤醒及清洗流程。
[0035]②提取膜分离气体:电磁阀7关闭,海水自动进样及气体膜提取单元中,水栗3启动,海水从进水过滤器I抽进海水样品仓2,然后从出水过滤器4排出。2min后,水栗3停止工作,抽水结束。海水样品仓2水体中的气体会透过半透膜渗透进另一侧的气体仓存储,等待2min,使半透膜两侧的气体充分平衡。随后,多流路选择膜阀13切换C 口与2 口相通,注射栗19对气体仓中气体进行抽取,气体从气体仓6依次经过两位六通膜阀10的3 口、定量环12和2口、多流路选择膜阀13的C口和2 口进入注射栗19,使定量环12中充满从海水中提取的气体。
[0036]③测试:抽样完成后,系统切换为进样测试状态。打开第二电磁阀11,使标气瓶16中的气体得以驱动两位六通膜阀,两位六通膜阀10立刻切换为4 口、定量环12、1 口相通,多流路选择膜阀13C口与任何一口不通,载气依次流经两位六通膜阀10的4 口、定量环12、1 口,将存储在定量环中的气体带入色谱柱24a分离后进入脉冲氦离子化检测器PDHID24b中,开始检测分析,并将检测结果显示于显示屏。图3为PDHID所记录的水池水体中H2、02、N2、CH4四种气体的测试谱图。
[0037]④待机:测试流程结束后,第二电磁阀11、第三电磁阀14a和第四电磁阀14b断开,两位六通膜阀切换为定量环与3 口和2 口相通,打开第一电磁阀7,注射栗19复位。最后,关闭第一电磁阀7,系统进入待机状态。1min后系统进入下一个水样测试循环。
【主权项】
1.一种可实现海水中H2、CH4等气体原位测试的水下气相色谱系统,其特征在于包括海水自动进样及气体膜提取单元、多组分气体自动检测和自校正单元以及废气回收单元,其中:多组分气体自动检测和自校正单元、废气回收单元均封装于高压密封仪器舱中,海水自动进样及气体膜提取单元安装于仪器舱端盖上; 海水自动进样及气体膜提取单元由进水过滤器(I)、膜进样装置、水栗(3)、出水过滤器(4)组成,膜进样装置内设有海水样品仓(2)和气体仓(6),海水样品仓(2)和气体仓(6)之间设置半透膜(5),所述半透膜(5)为透气不透水的膜,通过耐压封装,
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