CN102175777B - 温室气体测定仪及测定方法 - Google Patents
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Abstract
温室气体测定仪及测定方法，包括U型刻度计量管、气体收集装置和洗气瓶，连接管道均为微量刻度计量管，各微量刻度计量管上设有控制阀，气体收集装置、各洗气瓶、各连接管进出口处都设有控制阀。本发明中提供的温室气体测定仪和测定方法，能快速、简便、有效、低成本的同时测定温室气体总量和各种单一温室气体量和产生速度，可用于科学研究和环境监测，尤其是政府间框架协议要求各国政府承担和履行各国节能减排的义务，更需要各种温室气体的快速检测仪以确保温室气体的减排，从而保护环境，防止全球气候变暖以及产生气候灾难。
Description
技术领域
本发明属于环境保护技术和地球科学技术领域，具体涉及一种温室气体测定仪制造及其测定温室气体的方法。
背景技术
温室气体包括CO2、CH4、N2O、氟烷烃类、硫烷烃类等。最常见的温室气体是CO2，由于在玻璃温室中含有大量的CO2，当太阳白天照射玻璃温室后，由于CO2能够吸收阳光中的长波光，到了夜间，能辐射出短波光，导致玻璃温室内气温升高的现象称为温室气体和温室效应。
现在发现能产生温室效应的气体除了CO2外还有CH4、N2O、氟烷烃类、硫烷烃类等。而CH4、N2O的增温效应比CO2更大，分别是CO2的19-21倍和280-310倍。
CO2可由人类和动物的呼吸产生，化工厂、肥料厂、发电厂等工厂燃烧有机物和矿石燃料及汽车、飞机、火车等尾气排放产生，农田、垃圾场、牛奶场、畜禽场等有机物好氧分解产生；CH4可由水田、湿地、湖泊、牛奶场、畜禽场、垃圾场等有机物等厌氧分解产生，也可由动物胃内和肠道厌氧菌分解产生；N2O由农田过量施用氮肥进行微生物氧化产生。
温室气体的大量产生导致全球气温上升，冰雪消融，海平面上升，陆地面积减小，气温异常，极端天气及天灾频发，影响农作物生产和动物生长以及人类生存环境，已经引起各国科学家和政府部门的重视。
农田温室气体的产生已经成为目前地球上温室气体的重要来源，受到世界各国的关注。目前农田温室气体的测定方法大多采用静态箱法，费时、肥力、费钱、费工，完全不适应国际上温室气体减排的要求。
发明内容
发明目的：本发明目的在于提供一种温室气体测定仪及其测定温室气体的方法，为研究温室气体的产生和节能减排提供快速检测手段。
技术方案：温室气体测定仪，包括U型刻度计量管、气体收集装置和洗气瓶，气体收集装置底部开放，第一U型刻度计量管与气体收集装置管道连接，各洗气瓶均设有进气口和排气口，洗气瓶a与气体收集装置串联；洗气瓶b和洗气瓶c的进气口与气体收集装置并联后，其排气口与第三U型刻度计量管并联；洗气瓶d与洗气瓶e与气体收集装置依次串联，洗气瓶e的排气口与第四U型刻度计量管连接；其中洗气瓶b和洗气瓶c内分别装有乙醇和硫酸，洗气瓶a、洗气瓶d、洗气瓶e内装有氢氧化钠溶液，且洗气瓶e的上部空间设有电热丝，U型刻度计量管内装有惰性有色液体，连接管道均为微量刻度计量管，各微量刻度计量管上设有控制阀，气体收集装置、各洗气瓶、各连接管进出口处都设有控制阀。
所述惰性有色液体为性质稳定的与温室气体及空气成分不反应且不互溶的液体。
所述性质稳定的与温室气体及空气成分不反应且不互溶的液体为水银。
所述气体收集装置底部可以是开放的或半开放的容器。
所述电热丝为铂金或镍镉。
所述乙醇为无水乙醇，硫酸为浓硫酸。
所述氢氧化钠溶液的浓度为0.1-15M。
温室气体测定仪测定温室气体的方法，将气体收集装置置于农田或湿地土壤或湖泊表面上，使得收集装置底部四周与土壤或水面密封，这样土壤和植物或湖沼产生的温室气体进入收集装置内，U型刻度计量管惰性有色液柱发生变化，两端的差异即是一定时间内产生的气体总量；从气体收集装置上端的控制阀抽1-10毫升收集装置内气体注入微量刻度连接管内，连续3-4次，分别记录乙醇吸收瓶或浓硫酸吸收瓶、氢氧化钠吸收瓶内微量刻度管内液柱读数，然后调节各微量刻度连接管使液面恢复平衡，用注射器抽吸1-15毫升外面空气注入上述微量刻度连接管内，重复2-3次，用以校正温室气体收集装置中原有的空气的影响，从而计算出土壤温室气体产生的速度，以及其中二氧化碳、甲烷和氧化亚氮的含量和产生速度。
有益效果：本发明中提供的温室气体测定仪和测定方法，能快速、简便、有效、低成本的同时测定温室气体总量和各种单一温室气体量和产生速度，可用于科学研究和环境监测，尤其是政府间框架协议要求各国政府承担和履行各国节能减排的义务，更需要各种温室气体的快速检测仪以确保温室气体的减排，从而保护环境，防止全球气候变暖以及产生气候灾难。
本发明相比现有技术具有如下有益效果：
1) 本发明可以快速测定环境尤其是农田中混合温室气体的产生量和产生速度，这是目前所有仪器和方法所无法比拟的。
2) 本发明可以测定环境特别是农田中温室气体中的甲烷、二氧化碳、氧化亚氮的产生量和产生速度，是目前所有仪器和方法中无法比拟的。
3) 本发明的仪器制造方法简单，材料来源广，生产工艺简便，容易生产，仪器生产成本低，只有目前的测定仪的几分之一到几百份之一。
4) 本发明中的温室气体的测定方法简便、省工、省力、省钱、省时，无需气相色谱和进口气体收集管，能在线实时测定温室气体，与静态箱法相比，耗时只有1/50-1/200，每个样品的测定成本只有静态箱和气相色谱法的1/100-1/300。
5) 本发明中的测定仪和测定方法可以用于各种自然环境。
附图说明
图1是该温室气体测定仪的结构示意图；1-气体收集装置，2-洗气瓶a（NaOH溶液）、3-洗气瓶b（CH3CH2OH或浓硫酸），4-洗气瓶c（CH3CH2OH或浓硫酸，与洗气瓶b不同），5-洗气瓶d（浓硫酸），6-洗气瓶e（浓硫酸），7-第一U型刻度计量管，8-气体连接管，9-控制阀a，10-控制阀b，11-第二U型刻度计量管，12-第三U型刻度计量管，13-第四U型刻度计量管，14-电热丝。
具体实施方式
以下结合实例对本发明作进一步的描述：
实施例1：温室气体测定仪制造：
用玻璃材质制成的温室气体收集装置、乙醇吸收瓶（洗气瓶）、浓硫酸吸收瓶（洗气瓶）、氢氧化钠吸收瓶（洗气瓶）、微量刻度连接管、U型刻度计量管、铂金电热器、控制阀，按图1示意结构连接起来，其中温室气体收集装置可以做成无底的开放型收集装置，以便放置在农田土壤表面，测定土壤和植物产生的温室气体。也可做成有底的密封型温室气体收集装置，用于实验室内研究土壤微生物或植物或污水产生温室气体。
实施例2：温室气体测定
将上述生产的温室气体测定仪按图连接起来，检查气密性，在U型刻度计量管中加入适量的有色惰性液体，在乙醇吸收瓶中加入无水乙醇，在硫酸吸收瓶中加入浓硫酸，在氢氧化钠吸收瓶中加入0.1-15M氢氧化钠溶液，将该测定仪的温室气体收集装置底部置于农田土壤上，使得收集装置底部四周与土壤密封，这样土壤和植物产生的温室气体进入收集装置内，U型刻度计量管有色液柱发生变化，两端的差异即是一定时间内产生的温室气体总量。分别从收集装置上端的控制阀抽入1毫升收集装置内气体注入微量刻度连接管内，连续3-4次，分别记录乙醇或浓硫酸吸收瓶、各氢氧化钠吸收瓶内微量刻度管内液柱读数，然后调节各微量刻度连接管使液面恢复平衡，用注射器抽吸1-2毫升外面空气注入上述微量刻度连接管内，重复2-3次，用以校正温室气体收集装置中原有的空气的影响，从而计算出农田土壤温室气体产生的速度，以及其中二氧化碳、甲烷和氧化亚氮的含量和产生速度。如在五月份的小麦田中用该测定仪实地测定麦田温室气体的产生，上午九点开始连续收集温室气体一小时，观察气体收集装置上U型刻度计量管两臂的液柱界面的刻度差为1.3毫升，则表示该田块当时的混合温室气体的产生速度为1.3毫升/小时；将1毫升混合温室气体注射入浓硫酸吸收系统后，浓硫酸吸收瓶连接管刻度读数差为71.9微升，那么该田块当时的氧化亚氮的排放速度为1.3x71.9=93.5微升/小时；再将1毫升混合温室气体注射入10M氢氧化钠吸收系统后，氢氧化钠吸收瓶连接管刻度读数差为428.3微升，则该田块当时的二氧化碳的排放速度为1.3x428.3=556.8微升/小时；再将1毫升混合温室气体注射入10M氢氧化钠吸收系统后，第一个氢氧化钠吸收瓶连接管刻度读数差为428.3微升；经电热丝燃烧后，第二个氢氧化钠吸收瓶连接管刻度读数差为176.3微升；则该田块当时的甲烷的排放速度为1.3x176.3=229.2微升/小时。
实施例3
温室气体测定仪，包括U型刻度计量管、气体收集装置1和洗气瓶，气体收集装置底部开放，第一U型刻度计量管与气体收集装置管道连接，各洗气瓶均设有进气口和排气口，洗气瓶a2与气体收集装置串联；洗气瓶b3和洗气瓶c4的进气口与气体收集装置并联后，其排气口与第三U型刻度计量管并联；洗气瓶d5与洗气瓶e6与气体收集装置依次串联，洗气瓶e的排气口与第四U型刻度计量管连接；其中洗气瓶b3和洗气瓶c4内分别装有乙醇和硫酸，洗气瓶a2、洗气瓶d5、洗气瓶e6内装有氢氧化钠溶液，且洗气瓶e6的上部空间设有电热丝，U型刻度计量管内装有惰性有色液体，连接管道均为微量刻度计量管，各微量刻度计量管上设有控制阀，气体收集装置、各洗气瓶、各连接管进出口处都设有控制阀。所述性质稳定的与温室气体及空气成分不反应且不互溶的液体为水银。所述电热丝为铂金或镍镉。所述乙醇为无水乙醇，硫酸为浓硫酸。所述氢氧化钠溶液的浓度为0.1-15M。
温室气体测定仪测定温室气体的方法，将气体收集装置置于农田或湿地土壤或湖泊表面上，使得收集装置底部四周与土壤或水面密封，这样土壤和植物或湖沼产生的温室气体进入收集装置内，U型刻度计量管惰性有色液柱发生变化，两端的差异即是一定时间内产生的气体总量；从气体收集装置上端的控制阀抽1-10毫升收集装置内气体注入微量刻度连接管内，连续3-4次，分别记录乙醇吸收瓶或浓硫酸吸收瓶、氢氧化钠吸收瓶内微量刻度管内液柱读数，然后调节各微量刻度连接管使液面恢复平衡，用注射器抽吸1-15毫升外面空气注入上述微量刻度连接管内，重复2-3次，用以校正温室气体收集装置中原有的空气的影响，从而计算出土壤温室气体产生的速度，以及其中二氧化碳、甲烷和氧化亚氮的含量和产生速度。
Claims (7)
1.温室气体测定仪，其特征在于包括U型刻度计量管、气体收集装置（1）和洗气瓶，气体收集装置底部开放，第一U型刻度计量管与气体收集装置管道连接，各洗气瓶均设有进气口和排气口，洗气瓶a（2）与气体收集装置串联；洗气瓶b（3）和洗气瓶c（4）的进气口与气体收集装置并联后，其排气口与第三U型刻度计量管并联；洗气瓶d（5）与洗气瓶e（6）与气体收集装置依次串联，洗气瓶e的排气口与第四U型刻度计量管连接；其中洗气瓶b（3）和洗气瓶c（4）内分别装有无水乙醇和浓硫酸，洗气瓶a（2）、洗气瓶d（5）、洗气瓶e（6）内装有氢氧化钠溶液，且洗气瓶e（6）的上部空间设有电热丝，U型刻度计量管内装有惰性有色液体，连接管道均为微量刻度计量管，各微量刻度计量管上设有控制阀，气体收集装置、各洗气瓶、各连接管进出口处都设有控制阀。
2.根据权利要求1所述的温室气体测定仪，其特征在于所述惰性有色液体为性质稳定的与温室气体及空气成分不反应且不互溶的液体。
3.根据权利要求2所述的温室气体测定仪，其特征在于所述性质稳定的与温室气体及空气成分不反应且不互溶的液体为水银。
4.根据权利要求1所述的温室气体测定仪，其特征在于所述气体收集装置底部是开放的或半开放的容器。
5.根据权利要求1所述的温室气体测定仪，其特征在于所述电热丝为铂金或镍镉。
6.根据权利要求1所述的温室气体测定仪，其特征在于所述氢氧化钠溶液的浓度为0.1-15M。
7.一种使用权利要求1所述的温室气体测定仪测定温室气体的方法，其特征在于将气体收集装置放于农田或湿地土壤或湖泊表面上，使得收集装置底部四周与土壤或水面密封，这样土壤和植物或湖沼产生的温室气体进入收集装置内，U型刻度计量管惰性有色液柱发生变化，两端的差异即是一定时间内产生的气体总量；从气体收集装置上端的控制阀抽1-10毫升收集装置内气体注入微量刻度连接管内，连续3-4次，分别记录乙醇吸收瓶或浓硫酸吸收瓶、氢氧化钠吸收瓶内微量刻度管内液柱读数，然后调节各微量刻度连接管使液面恢复平衡，用注射器抽吸1-15毫升外面空气注入上述微量刻度连接管内，重复2-3次，用以校正温室气体收集装置中原有的空气的影响，从而计算出土壤或水面温室气体产生的速度，以及其中二氧化碳、甲烷和氧化亚氮的含量和产生速度。
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