CN102156062A - 天然泉水中逸出气体的采样方法及装置 - Google Patents

Abstract

一种天然泉水中逸出气体采样方法及装置，其通过具有开口的采气装置、具有阀门的输气管、具有开口的集气装置、以及排水管来完成天然泉水中逸出气体的采样。本发明的方法，在采样前，先排除输气管中气体、排除采气装置中气体、排除集气装置中气体、及密封集气装置的开口；正式采样过程中，将输气管分别密封连接采气装置及集气装置，并将排水管与集气装置密封连接，将采气装置浸入采样水体中采集逸出气体并通过自然排水法或负压辅助排水法将采集到的逸出气体收集于集气装置。本发明由于气体采集、存储操作过程密闭且连续，避免了外部气体干扰，保证了采样的精度；并且采样装置安装方便，操作简单可靠，一个人可以独立完成气体采集工作。

Description

天然泉水中逸出气体的采样方法及装置

技术领域

本发明涉及气体采样方法及装置，具体地说，是涉及一种天然泉水中逸出气体的采样方法及装置。

背景技术

生态环境和气候变化是当前最受关注的科学问题之一。自然界中泉水，尤其是热泉，含有大量气体，这些气体最终会与大气产生循环与交换。研究天然水中气体的组成，形成机制及其与环境的相互关系，具有重要的理论价值和实践意义。测定水中气体的物质组成，一直是地质、环境研究领域的热点与难点。人们对大气的组成进行了大量地研究，但是对水中气体成分的研究程度要浅的多，其中的一个重要原因是受采样设备的制约。

目前，研究者采集水中气体主要有两种方法。一种是将玻璃漏斗倒置于水中，通过注射器连接漏斗抽取气体，再将气体注射入采样钢瓶或者采样袋中；另外一种方法是将水装入密闭容器中，通过给容器减压，迫使气体从水中逸出，再将气体引入采样袋中。上述的采样方法存在如下问题：操作麻烦，需要两人协作才能完成；采样过程不连续，极易混入空气成分；采样钢瓶价格昂贵，而采样袋又容易泄漏，并且漏气后不易发现。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术中对天然泉水中逸出气体采样存在的问题，提供一种天然泉水中逸出气体的采样方法。

为了实现上述目的，本发明的一种天然泉水中逸出气体采样方法，包括：

采样前的准备步骤，包括准备具有开口的采气装置步骤、准备具有阀门的输气管步骤、准备具有开口的集气装置步骤和准备排水管步骤；

排除输气管中气体步骤；

排除采气装置中气体步骤；

排除集气装置中气体步骤；

密封集气装置的开口步骤；以及

正式采样步骤，包括将输气管分别连接采气装置及集气装置，并将排水管与集气装置连接步骤，将采气装置浸入采样水体中采集逸出气体并通过自然排水法或负压辅助排水法将采集到的逸出气体收集于集气装置步骤。

上述的天然泉水中逸出气体采样方法，其中，在所述采样前的准备步骤中，还包括于一水箱中注入采样水步骤，且注入采样水后的水箱水面高于所述采样水体的水面。

上述的天然泉水中逸出气体采样方法，其中，所述排除输气管中气体步骤，包括于所述输气管中注入采样水以排尽输气管中气体的步骤。

上述的天然泉水中逸出气体采样方法，其中，所述排除采气装置中气体步骤，包括将采气装置开口向上完全没入采样水体步骤，以及于水下翻转采气装置使其倒扣于采样水体中并稳固采气装置步骤。

上述的天然泉水中逸出气体采样方法，其中，所述排除集气装置中气体步骤，包括将集气装置开口向上完全没入水箱内的采样水步骤，以及于水下翻转集气装置使其倒扣于水箱内的采样水中步骤。

上述的天然泉水中逸出气体采样方法，其中，在所述正式采样步骤中，所述集气装置设置于所述水箱中或高于所述水箱设置。

上述的天然泉水中逸出气体采样方法，其中，在所述正式采样步骤之后，还包括于所述水箱中将集气装置中收集的气体转移至储气瓶步骤。

进一步地，本发明提供一种实现上述方法的天然泉水中逸出气体采样装置，该采样装置包括

采气装置，所述采气装置具有收集逸出气体的开口；

具有阀门的输气管，所述输气管包括进气端和出气端；

与所述输气管连接的集气装置，所述集气装置具有开口，所述开口处密封连接有密封部件；以及

与所述集气装置连接的排水管；

其中，所述进气端与所述采气装置密封连接，所述出气端穿过所述密封部件位于所述集气装置内，所述排水管连接于所述密封部件上并与所述集气装置相通。

上述的天然泉水中逸出气体采样装置，其中，还包括水箱，在正式采样过程中，所述集气装置设置于所述水箱中或高于所述水箱设置。

上述的天然泉水中逸出气体采样装置，其中，所述输气管上通过三通接头连接有支路管。

上述的天然泉水中逸出气体采样装置，其中，还包括负压形成装置，所述负压形成装置与所述排水管连接使所述集气装置内形成负压。

上述的天然泉水中逸出气体采样装置，其中，还包括存贮所述集气装置内收集到的逸出气体的储气瓶。

上述的天然泉水中逸出气体采样装置，其中，所述储气瓶的瓶盖包括第一盖体部和第二盖体部，所述第一盖体部与所述第二盖体部螺纹连接，所述第二盖体部具有与所述集气装置的开口适配的连接部。

上述的天然泉水中逸出气体采样装置，其中，所述第一盖体部上具有孔，且所述第一盖体部与所述第二盖体部之间设置有封闭所述孔的橡胶垫。

本发明的有益功效在于：气体采集、存储操作过程密闭且连续，避免了外部气体干扰，保证了采样的精度；采样装置安装方便，操作简单可靠，一个人可以独立完成气体采集工作。

另外，集气装置可以采用饮料瓶或运动水壶，取材方便，成本低廉。

以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述，但不作为对本发明的限定。

附图说明

图1为本发明一实施例的天然泉水中逸出气体采样装置的结构图；

图2a为图1中的采样装置通过自然排水采集气体时的示意图；

图2b为图1中的采样装置通过负压辅助排水采集气体时的示意图；

图3为图1中的采样装置的输气管连接示意图；

图4为图1中的采气装置的剖视图；

图5为本发明另一实施例的天然泉水中逸出气体采样装置的结构图；

图6为图5中的I部放大图；

图7为本发明采样过程中使用的储气瓶的瓶盖结构图。

其中，附图标记

10-采气装置

11-开口

12-筒体

13-筒底

131-螺孔

20-输气管

21-阀门

22-进气端

23-出气端

24-过桥

30-集气装置

31-开口

40-排水管

41-阀门

50-支路管

51-阀门

60-水箱

70-负压形成装置

81-直通接头

82-三通接头

83-直通接头

90-密封部件

100-瓶盖

110-第一盖体部

111-外螺纹

112-孔

120-第二盖体部

121-内螺纹

122-外螺纹

130-橡胶垫

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明技术方案进行详细的描述，以更进一步了解本发明的目的、方案及功效，但并非作为本发明所附权利要求保护范围的限制。

参阅图1本发明一实施例的天然泉水中逸出气体采样装置的结构图，如图所示，采样装置包括采气装置10、输气管20、集气装置30和排水管40。其中，采气装置10具有收集逸出气体的开口11，输气管20包括进气端22和出气端23，并且，输气管20上具有阀门21，集气装置30具有开口31，且该开口31处密封连接有密封部件90(见图3)，进气端22与采气装置10连接，出气端23穿过密封部件90位于集气装置30内，排水管40连接于密封部件90上且与集气装置30相通，排水管40上具有阀门41。

结合参阅图3，图3为采样装置的输气管连接示意图，如图所示，进气端22与采气装置10通过直通接头81连接，该直通接头81可以是卡套式，也可以是插拔式；密封部件90采用两通结构，即，一路供出气端23穿过，一路供排水管40连接；输气管20中部安装一个三通接头82，该三通接头82用以连接支路管50，且支路管50上安装有阀门51。

在本实施例中，输气管20为透明硅胶管，以便于直观监测，透明硅胶管外径8mm(具体尺寸并不以此为局限)。如图4所示，采气装置10采用筒体12加筒底13的组合，二者采用法兰连接，开口11设置在筒体12上，此处筒体12与筒底13皆可以采用不锈钢制成。不锈钢底板筒底13上具有一个螺孔131，用以安装直通接头81。集气装置30采用瓶口具有内螺纹的铝制水壶，壶内置涂层，该铝制水壶的尺寸规格可以是高200mm，外径80mm，但实际使用中并不局限于此。密封部件90具有与集气装置30瓶口内螺纹相匹配的外螺纹，以便密封部件90与集气装置30密封连接，密封部件90可为铝制水壶的壶盖，该壶盖的中部开有2个螺孔，该2个螺孔一个用以安装直通接头供出气端23穿过，一个用以安装直通接头连接排水管40，这样，以使壶盖构成一个两通壶盖，该两通的作用分别是排水和抽气。

在实际使用中，采样装置还包括水箱60、负压形成装置70和储气瓶(储气瓶图中未示出，仅仅给出了瓶盖的结构)。其中水箱60的作用是为了方便采样操作，以便在正式采样过程中将集气装置30设置于水箱60中或高于水箱60设置。负压形成装置70与排水管40连接(见图2b)，以使集气装置30内形成负压。储气瓶用来存贮集气装置30内收集到逸出气体。

结合参阅图7，图7为储气瓶的瓶盖结构图，储气瓶的瓶盖100包括第一盖体部110和第二盖体部120，第一盖体部110上设有外螺纹111，第二盖体部120上设有内螺纹121和外螺纹122，第一盖体部110与第二盖体部120通过外螺纹111与内螺纹121的配合螺纹连接，外螺纹122与集气装置30的瓶口上的内螺纹相适配(这样，该外螺纹122就构成与集气装置30的瓶口连接的连接部)。并且，第一盖体部110上具有孔112，在第一盖体部110与第二盖体部120之间设置有封闭该孔112的橡胶垫130，该孔112的作用是方便实验时从储气瓶内抽取气体，该橡胶垫130可更换，以便多次穿刺抽取样品。

采用上述采样装置对天然泉水中逸出气体进行采样的方法为包括：

S100：采样前的准备步骤，包括准备具有采气装置10步骤、准备输气管20步骤、准备集气装置30步骤和准备排水管40步骤。

S200：排除输气管中气体步骤。

S300：排除采气装置中气体步骤。

S400：排除集气装置中气体步骤。

S500：密封集气装置的开口步骤。

S600：正式采样步骤，包括将输气管20分别连接采气装置及集气装置，并将排水管与集气装置连接步骤，将采气装置浸入采样水体中采集逸出气体并通过自然排水法或负压辅助排水法将采集到的逸出气体收集于集气装置步骤。

上述步骤S200中，最佳地方式是于输气管20中注入采样水以排尽输气管中气体，当然还可以采用别的方式，如，于输气管20中注入不含任何气泡的液体，或者通过抽真空方式使输气管20内构成真空。

上述步骤S300中，最佳地方式是将采气装置10的开口11向上完全没入采样水体，然后于水下翻转采气装置10使其倒扣于采样水体中并稳固采气装置，若采气装置不能自身稳定的倒扣于采样水体中，可采取辅助固定措施，如，通过辅助固定装置固定。

上述步骤S400中，可以将集气装置30的开口31向上完全没入采样水体，然后于水下翻转集气装置30使其倒扣于采样水体中。但是考虑到操作的方便性，在实际操作中，最佳的方式是在步骤S100中还准备一水箱60，于水箱60中注入采样水并保证注入采样水后的水箱水面高于采样水体的水面(如图1所示)，这样，在排除集气装置中气体时，将集气装置30的开口31向上完全没入水箱60内的采样水中，然后于水下翻转集气装置30使其倒扣于水箱内的采样水中。

并且，为了方便采集到气体的贮存以便取样分析，在所述正式采样步骤之后，还包括于所述水箱中将集气装置30中收集到的气体转移至储气瓶步骤。

具体而言，采样方法可为：

1、将水箱60注入采样水平稳放置于地面上，并保证注入采样水后的水箱水面高于采样水体的水面。

2、于输气管20中注入采样水，彻底排除管路中的气泡，然后关闭所有阀门。

3、将采气装置10的开口11向上完全没入采样水体，然后于水下翻转采气装置10使其倒扣于采样水体中并稳固采气装置；同时将集气装置30放入水箱60中。

4、将集气装置30开口向上完全没入水箱60中的水下，装满水以便排尽空气，然后于水下翻转过来，倒扣于水中，并将插好输气管20和排水管40的密封部件90与集气装置30连接。

5、确保支路管50的阀门51关闭，打开输气管20的阀门21及排水管40的阀门41。如果天然泉水中逸出气体压力足够自然排开输气管20中的水，则将集气装置30放置于水箱60内，采用自然排水法收集气体，如图2a所示。否则，需确保密封部件90与集气装置30密封连接，并升高集气装置30(即，使集气装置30高于水箱60设置)，并通过负压形成装置70在输气管20及集气装置30中形成负压，以利于水中气体逸出气体收集于集气装置30，如图2b所示。

6、待集气装置30所集气体的体积满足要求时，使集气装置30倒置于水下，从密封部件90移出集气装置30。将储气瓶置于水下，充满水以排尽空气后倒置于水下。对接集气装置30与储气瓶的瓶口，储气瓶的瓶口稍高，缓慢倾斜集气装置30，将气体样品转移至储气瓶，并保证储气瓶中留有少量的水，然后与于储气瓶的瓶口塞上瓶盖100以密封储气瓶瓶口，保证储气瓶倒置移出水面，这样一瓶气体样品即告采集完毕。在测试前确保样品倒置，观察瓶中预留的水的泄漏情况可以检查瓶口密封状况。

7、重复4-6，直至贮存气体样品的储气瓶数量满足要求，采样过程结束。

上述描述仅作为本发明水中气体采集器的一种可实施的技术方案提出，不作为对其结构本身的单一限制条件。

参阅图5，其为本发明另一实施例的天然泉水中逸出气体采样装置的结构图，在本实施例中，采样装置结构与图1所示的采样装置结构基本相铜，所不同的是，本实施例中，集气装置30采用普通碳酸饮料瓶，密封部件90为饮料瓶的瓶盖，瓶盖上安装有过桥24，过桥24上开有螺孔，用以安装直通接头83。瓶盖上过桥24的侧旁开有一个小孔，该小孔用以安装排水管40的管嘴(如图6所示)，该排水管40的管嘴可以是不锈钢管嘴，通过该不锈钢管嘴连接规格匹配的硅胶管，以达到排水目的。

通过本发明的装置和方法对某地区的天然泉水中的逸出气体进行采样分析后，得到其气体组成结果见表一。

表一采集气体样品成分分析结果表

以上仅仅给出了实现本发明目的的较佳实施例，在实际使用中，采气装置并不局限于上述结构，只要能实现收集逸出气体的结构均可；同样，储气瓶可以采用专用的不锈钢瓶或玻璃瓶，也可以采用饮料瓶或运动水壶等通用容器。

与现有技术比较，本发明的天然泉水中逸出气体采样装置及方法具有以下优点：

1、气体采集、存储操作过程密闭且连续，避免空气干扰，保证了采样的精度。

2、管路透明，整个采样过程中可以直观监测，能很好地防止意外泄漏导致采样失败。

3、储气瓶可以采用饮料瓶或运动水壶，取材方便，成本低廉。

4、装置安装方便，操作简单可靠，一个人可以独立完成气体采集工作。

当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (14)

1.一种天然泉水中逸出气体采样方法，其特征在于，包括：

采样前的准备步骤，包括准备具有开口的采气装置步骤、准备具有阀门的输气管步骤、准备具有开口的集气装置步骤和准备排水管步骤；

排除输气管中气体步骤；

排除采气装置中气体步骤；

排除集气装置中气体步骤；

密封集气装置的开口步骤；以及

正式采样步骤，包括将输气管分别连接采气装置及集气装置，并将排水管与集气装置连接步骤，将采气装置浸入采样水体中采集逸出气体并通过自然排水法或负压辅助排水法将采集到的逸出气体收集于集气装置步骤。

2.根据权利要求1所述的天然泉水中逸出气体采样方法，其特征在于，在所述采样前的准备步骤中，还包括于一水箱中注入采样水步骤，且注入采样水后的水箱水面高于所述采样水体的水面。

3.根据权利要求1所述的天然泉水中逸出气体采样方法，其特征在于，所述排除输气管中气体步骤，包括于所述输气管中注入采样水以排尽输气管中气体的步骤。

4.根据权利要求1所述的天然泉水中逸出气体采样方法，其特征在于，所述排除采气装置中气体步骤，包括将采气装置开口向上完全没入采样水体步骤，以及于水下翻转采气装置使其倒扣于采样水体中并稳固采气装置步骤。

5.根据权利要求2所述的天然泉水中逸出气体采样方法，其特征在于，所述排除集气装置中气体步骤，包括将集气装置开口向上完全没入水箱内的采样水步骤，以及于水下翻转集气装置使其倒扣于水箱内的采样水中步骤。

6.根据权利要求2所述的天然泉水中逸出气体采样方法，其特征在于，在所述正式采样步骤中，所述集气装置设置于所述水箱中或高于所述水箱设置。

7.根据权利要求2、5或6所述的天然泉水中逸出气体采样方法，其特征在于，在所述正式采样步骤之后，还包括于所述水箱中将集气装置中收集的气体转移至储气瓶步骤。

8.一种实现权利要求1所述方法的天然泉水中逸出气体采样装置，其特征在于，包括

采气装置，所述采气装置具有收集逸出气体的开口；

具有阀门的输气管，所述输气管包括进气端和出气端；

与所述输气管连接的集气装置，所述集气装置具有开口，所述开口处密封连接有密封部件；以及

与所述集气装置连接的排水管；

其中，所述进气端与所述采气装置密封连接，所述出气端穿过所述密封部件位于所述集气装置内，所述排水管连接于所述密封部件上并与所述集气装置相通。

9.根据权利要求8所述的天然泉水中逸出气体采样装置，其特征在于，还包括水箱，在正式采样过程中，所述集气装置设置于所述水箱中或高于所述水箱设置。

10.根据权利要求8所述的天然泉水中逸出气体采样装置，其特征在于，所述输气管上通过三通接头连接有支路管。

11.根据权利要求8-10中任意一项所述的天然泉水中逸出气体采样装置，其特征在于，还包括负压形成装置，所述负压形成装置与所述排水管连接使所述集气装置内形成负压。

12.根据权利要求11所述的天然泉水中逸出气体采样装置，其特征在于，还包括存贮所述集气装置内收集到的逸出气体的储气瓶。

13.根据权利要求12所述的天然泉水中逸出气体采样装置，其特征在于，所述储气瓶的瓶盖包括第一盖体部和第二盖体部，所述第一盖体部与所述第二盖体部螺纹连接，所述第二盖体部具有与所述集气装置的开口适配的连接部。

14.根据权利要求13所述的天然泉水中逸出气体采样装置，其特征在于，所述第一盖体部上具有孔，且所述第一盖体部与所述第二盖体部之间设置有封闭所述孔的橡胶垫。

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