CN101008592A - 一种水体、土壤表面挥发性气体采样装置及其采样方法 - Google Patents

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Abstract

一种水体、土壤表面挥发性气体采样装置及其采样方法，所述的采样装置的结构包括一动态采集箱，动态采集箱中设有搅拌推进器，有一装氮气压缩气体的贮气瓶经气体减压阀、输入气体流量计连接到动态采集箱的进气口，动态采集箱的出气口经输出气体流量计连接到三通阀的输入端口，三通阀的第一输出端口通过一单向阀与小型空气泵连接，三通阀的第二输出端口与真空采样器连接，由此形成采样系统。采样时，将动态采集箱放置于水面或土壤等一定范围的采样点之上，打开气体减压阀及电源开关，调整两个流量计达到相同流速，待系统运行达到动态平衡后，即当箱内原存气体被载气驱赶完之后，打开三通阀收集气体样品于真空采样器中。

Description

一种水体、土壤表面挥发性气体采样装置及其采样方法
技术领域
本发明涉及一种用于水体、土壤表面挥发性气体的采集装置及其采集方法。
背景技术
水体、土壤表面挥发性气体的分析检测，是环境监测的一个重要方面，在环境科学研究中通常用于研究和评估水体、土壤表面各类挥发性气体的组成和扩散通量。长期以来，由于采样设备及采样方法的限制，使得对水体、土壤表面挥发性气体研究进展相对缓慢。
目前对水体、土壤表面挥发性气体的采集方法主要有静态箱法和动态箱法两种。静态箱法是直接用密封的倒置箱体进行采样的方法，这种方法的采样器(箱体)在采样过程中没有与外界连通，所以必然出现负压现象，造成目标物质加速挥发，从而使得采样结果不够准确。动态箱法是指采样时将制作箱体固定(无盖倒置)后，直接以采样地点一定距离外的气体为流动载体，达到动态平衡后直接收集样品进行分析的采样方法，这种方法的缺点是采集样品中的目标化合物本底值偏高，使得分析结果失真。因此开发新的更为准确的采样设备及采样方法具有重要实用价值。
发明内容
针对现有相关技术存在的问题，本发明的目的是提出一种样品采集准确、操作简单易行并方便携带的水体、土壤表面挥发性气体采样装置及其采样方法。
本发明所研制的水体、土壤表面挥发性气体采样装置，其系统结构包括装有氮气压缩气体的贮气瓶、输入气体流量计、动态采集箱、输出气体流量计、三通阀、真空采样器和小型空气泵；所述的动态采集箱用于收集挥发性样品，其箱中设有搅拌推进器，箱的底面为挥发性样品收集口，箱的左右两侧面分别设有进气口和出气口；所述的贮气瓶上安装有气体减压阀，用于调整气体压力及流量，其气体输出端经输入气体流量计与动态采集箱的进气口连接，动态采集箱的出气口经输出气体流量计连接到三通阀的输入端口，三通阀的第一输出端口通过一单向阀与小型空气泵连接，三通阀的第二输出端口与真空采样器连接。
本发明的动态采集箱一般可采用长方形或正方形的有机玻璃箱体，其长、宽、高在20～100cm范围。
所述的搅拌推进器用于混合样品，可采用CPU风扇。
所述的小型空气泵用于抽送气体，可采用工作气体流量为0-50L/min的空气泵。
所述的真空采样器可采用真空采样罐或真空采样袋。
采用本发明所述的采样装置采集水体、土壤表面挥发性气体的方法，其操作步骤如下：
第一步，将动态采集箱放置于水面(配有漂浮材料支撑)、土壤、草坪及果蔬种植地等采样点上，其收集口向着采样面；
第二步，转动三通阀，使其输入端口接通其第一输出端口，并打开连接三通阀第一输出端口与小型空气泵之间的单向阀，然后打开贮气瓶的气体减压阀，并启动动态采集箱中的搅拌推进器和小型空气泵，调节两个气体流量计使输入气体流量计与输出气体流量计达到相同流速；
第三步，当运行达到动态平衡后，即当动态采集箱内原存气体被载气驱赶完之后，旋转三通阀使其输入端口转接到第二输出端口，采样至真空采样器。然后即可将采集样品直接运回实验室进行分析。
本发明具有以下的优点与效果：
(1)、本发明设备和方法，避免了传统静态箱法采样操作过程中负压所致的操作误差较大的缺点。本发明设备和方法，与传统动态箱法采样比主要优点在于，一是通过高压氮气钢瓶作为气体的来源，使样品被污染或被吸附剂所吸附或被氧化的可能性可以避免，二是进入和出去的气体流速可以通过动态箱两端的两个流量计进行精确控制，从而避免了动态箱中真空或高压的产生，有效避免了加速或抑制挥发性化合物的自然散发。
(2)、本发明设备和方法，设备体积较小、组成简单、成本低廉。可采集各类不同环境表面挥发性气体样品，如天然或人工水体、裸露土壤、低矮植被、滩涂湿地等。能够准确量化环境表面单位面积各类挥发性气体的扩散通量。
附图说明
图1为本发明的水体、土壤表面挥发性气体采样装置的系统结构图。
具体实施方式
实施例一
本水体、土壤表面挥发性气体采样装置实施例的结构如图1所示，其系统包括装有氮气压缩气体的贮气瓶1、气体减压阀2、输入气体流量计3(0-10L/min)、动态采集箱4、输出气体流量计3’(0-10L/min)、搅拌推进器5、单向阀6、三通阀7、真空采样器8和小型空气泵9等构件。动态采集箱4为一长方形有机玻璃箱体(长、宽、高分别为80cm、50cm、50cm)，底部不封闭，形成挥发性样品收集口，箱体的左右两侧分别设置进气口和出气口，箱内设有搅拌推进器5(为一CPU风扇)。贮气瓶1经气体减压阀2、输入气体流量计3连接到动态采集箱4的进气口，动态采集箱4的出气口经输出气体流量计3’连接到三通阀7的输入端口，三通阀7的第一输出端口通过单向阀6与小型空气泵9(工作气体流量为0-50L/min)连接，三通阀7的第二输出端口与真空采样器8连接。10为搅拌推进器5和小型空气泵9的供电直流电源。
采样时，将动态采集箱4的底部罩在采样地点上，使用本发明所述的方法即可进行采样。
实施例二
用本发明的采样装置(如实施例一)对污水池表面挥发性恶臭气体采样的方法如下：
第一步，将漂浮材料固定于动态采集箱4的下沿四周，然后放入污水处理厂的相应处理单元的污水池中，动态采集箱4两侧的进气口和出气口用软管(市售特富龙管材)引出并接入本系统；
第二步，转动三通阀7，使其输入端口接通其第一输出端口，并打开连接三通阀7第一输出端口与小型空气泵9之间的单向阀6，然后打开贮气瓶1的气体减压阀2，并打开电源开关，启动动态采集箱4中的搅拌推进器5和小型空气泵9，调节两个气体流量计使输入气体流量计3与输出气体流量计3’达到相同流速；
第三步，待系统运行达到动态平衡后，旋转三通阀7使其输入端口转接到第二输出端口，收集气体样品至真空采样器8之中。
本实施例采集地点可为污水处理厂的进水池、初沉池、曝气池、二沉池、污泥浓缩池等，需分析的目标化合物为甲硫醇、甲硫醚等国家标准中规定限制排放的恶臭挥发性气体，所采集样品避光保存运回实验室用气相色谱-质谱(GC-MS)系统进性分析。
实施例三
用本发明的采样装置(如实施例一)对河道表面挥发性气体采样的方法如下：
第一步，将漂浮材料固定于动态采集箱4下沿四周，然后放入河道水体表面，动态采集箱4两侧的进气口和出气口用软管(市售特富龙管材)引出并接入本系统；
第二步，转动三通阀7，使其输入端口接通其第一输出端口，并打开连接三通阀7第一输出端口与小型空气泵9之间的单向阀6，然后打开贮气瓶1的气体减压阀2，并打开电源开关，启动动态采集箱4中的搅拌推进器5和小型空气泵9，调节两个气体流量计使输入气体流量计3与输出气体流量计3’达到相同流速；
第三步，待系统运行达到动态平衡后，旋转三通阀7使其输入端口转接到第二输出端口，收集气体样品至真空采样器8之中。
本实施例采集样品目标物为挥发性有机硫气体，将所采集样品避光保存运回实验室用GC-MS系统进样分析。
对于退潮后或水量较小的裸露河床，采样时直接将动态采集箱4连接后置于淤泥之上，于相同方法待运行平衡后即可采样。
实施例四
用本发明的采样装置(如实施例一)对菜地表面挥发性气体采样的方法如下：
第一步，将动态采集箱4置于一定范围的蔬菜幼苗之上(卷心菜菜地)，动态采集箱4两侧的进气口和出气口用软管(市售特富龙管材)引出并接入本系统；
第二步，转动三通阀7，使其输入端口接通其第一输出端口，并打开连接三通阀7第一输出端口与小型空气泵9之间的单向阀6，然后打开贮气瓶1的气体减压阀2，并打开电源开关，启动动态采集箱4中的搅拌推进器5和小型空气泵9，调节两个气体流量计使输入气体流量计3与输出气体流量计3’达到相同流速；
第三步，待系统运行达到动态平衡后，旋转三通阀7使其输入端口转接到第二输出端口，收集气体样品至真空采样器8之中。
本实施例中样品目标化合物为甲烷、羰基硫、二氧化碳等能够标志碳循环、硫循环小分子气体化合物，将所采集样品避光保存运回实验室直接用GC-MS系统进样分析。

Claims (5)

1.一种水体、土壤表面挥发性气体采样装置，其特征在于包括装有氮气压缩气体的贮气瓶(1)、输入气体流量计(3)、动态采集箱(4)、输出气体流量计(3’)、三通阀(7)、真空采样器(8)和小型空气泵(9)；所述的动态采集箱(4)用于收集挥发性样品，其箱中设有搅拌推进器(5)，箱的底面为挥发性样品收集口，箱的左右两侧面分别设有进气口和出气口；所述的贮气瓶(1)上安装有气体减压阀(2)，其气体输出端经输入气体流量计(3)与动态采集箱(4)的进气口连接，动态采集箱(4)的出气口经输出气体流量计(3’)连接到三通阀(7)的输入端口，三通阀(7)的第一输出端口通过一单向阀(6)与小型空气泵(9)连接，三通阀(7)的第二输出端口与真空采样器(8)连接。
2.根据权利要求1所述的水体、土壤表面挥发性气体采样装置，其特征在于所述的动态采集箱(4)为一长方形或正方形的有机玻璃箱体，其长、宽、高为20～100cm。
3.根据权利要求1所述的水体、土壤表面挥发性气体采样装置，其特征在于所述的搅拌推进器(5)为CPU风扇。
4.根据权利要求1所述的水体、土壤表面挥发性气体采样装置，其特征在于所述的小型空气泵(9)采用工作气体流量：0-50L/min的空气泵。
5.一种采用权利要求1所述的采样装置采集水体、土壤表面挥发性气体的方法，其特征在于操作步骤如下：
第一步，将动态采集箱(4)放置于采样点上，其收集口向着采样面；
第二步，转动三通阀(7)，使其输入端口接通其第一输出端口，并打开连接三通阀(7)第一输出端口与小型空气泵(9)之间的单向阀(6)，然后打开贮气瓶(1)的气体减压阀(2)，并启动动态采集箱(4)中的搅拌推进器(5)和小型空气泵(9)，调节两个气体流量计使输入气体流量计(3)与输出气体流量计(3’)达到相同流速；
第三步，当运行达到动态平衡后，旋转三通阀(7)使其输入端口转接到第二输出端口，采样至真空采样器(8)。
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