CN102297789A - 一种深海海水中气体的原位分时采集系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种深海海水中气体的原位分时采集系统，可实现在深海中原位分时提取和采集海水中的气体。该装置由进水管、出水管、水泵、海水样品仓、半透膜、气体仓、阀门、毛细管、阀块、样品存储腔和控制系统等组成，其中进水管和出水管与海水样品仓相连，水泵安装在出水管管路中，海水样品仓与气体仓之间以只透气不透水的半透膜分隔，毛细管通过阀门和阀块将气体仓与气体样品存储腔连接，水泵和阀门通过控制系统进行控制。本发明实现了在海洋原位高压环境对海水中的气体进行提取和分时采集，所采集的气体保存在气体样品存储腔中，回收后对样品进行分析。本发明也可用于其它气体原位检测装置。

Description

一种深海海水中气体的原位分时采集系统

技术领域

本发明属于物质或物体的探测技术领域，具体涉及一种深海海水中气体的原位分时采集系统。

背景技术

海水中常含有多种气体组分。已有研究表明，海水中CH₄、H₂S、CO₂、H₂等找矿标志性气体的异常分布是探寻深海热液、冷泉系统等资源的重要示踪剂，N₂、O₂等气体则与生物/微生物的新陈代谢活动密切相关。因此，海洋中示踪性气体的研究不仅有助于深海天然气水合物和热液硫化物等矿产资源的勘查和评价及其成矿机理的研究，而且是追索海洋物理、化学和生物过程变化的有效示踪剂，是研究海洋生物地球化学循环及全球气候环境演变过程的重要信息载体。

通常，在海上用采水器采集海水样品，在船上或岸上实验室利用顶空或吹扫捕集的方法获得海水样品中的气体，再进行分析测试。不过，该方法受到船时的制约，难以获得时间序列的样品。迄今还没有可用于深海海水气体样品的原位采集装置。

发明内容

本发明的目的在于提供一种深海海水中气体的原位分时采集系统，可实现原位分时提取和采集时间序列的深海海水中的气体样品。具体包括水泵、海水样品仓、气体仓、样品存储腔和阀门等构成的装置。

本发明提出的深海海水中气体的原位分时采集系统，由出水管1、水泵2、海水样品仓3、进水管4、半透膜5、气体仓6、第一阀门7、毛细管8、连接阀块9、阀门10、样品存储腔11和控制系统组成，其中：进水管4和出水管1与海水样品仓3相连，水泵2安装在出水管1管路中；海水样品仓3与气体仓6之间通过半透膜5分隔；毛细管8通过第一阀门7、连接阀9和阀门10将气体仓6和样品存储腔11连接，所述第一阀门7、第二阀门10和水泵2分别连接控制系统。

本发明中，所述分隔海水样品仓3和气体仓6的半透膜5一侧通过内压环17、外压环18和螺纹压帽19密封，另一侧固定于钛滤片16上，钛滤片16向气体仓6一侧设有气体渗透孔15，海水中气体依次通过半透膜5、钛滤片16和气体渗透孔15后进入气体仓6。

本发明中，所述海水样品仓3上设有水管接头20，所述水管接头20连接进水管4。

本发明中，所述气体仓6通过O型圈14、螺纹压帽13和气体仓堵头12连接毛细管8。

系统回收后，在实验室提取样品存储腔（组）11中的气体样品进行分析测试。

本发明实现了对深海海水中的气体进行原位提取和分时采集，可获得时间序列的海水中气体样品。本发明也可用于气体原位检测装置。

本发明中，所述海水样品仓3、气体仓6、第一阀门7、毛细管8、连接阀块9、第二阀门10和样品存储腔11为钛材料制成，耐腐蚀，可长期工作。

本发明中，所述半透膜为透气不透水的半透膜；半透膜进行耐压封装，钛滤片支撑，采用两道O型圈进行密封，增加密封可靠性；采用旋转压紧的方式对半透膜进行固定。

本发明的工作过程如下：（1）在考察船上，将样品存储腔预抽真空并连接好，将该采集系统装配好，并对控制系统设定计划采集样品的时间；（2）按照锚系的原理，将该系统与声学释放器和浮球装配在一起并配置成海水中浮力大于重力；声学释放器下端连接负载，连接负载后系统在海水中重力略大于浮力；在工作海区，从考察船上将其投放到海中，系统将自由下潜至海底；记录作业位置，考察船离开，此时，采集系统在水下由控制系统自动控制，按照设定计划进行样品采集；（3）在预定采集任务完成后，将考察船驶至上次投放工作点附近，通过释放器的甲板单元向该采集系统装配的释放器发出释放指令，释放器释放，负载脱离，采集系统、声学释放器和浮球将在浮力的作用下上浮至海面，由考察船进行回收；（4）回收样品存储腔，即可获得按预定计划原位分时采集的海水中的气体样品。

本发明的有益效果在于能够对深海海水中的气体进行原位分时采集，一次投放作业和回收作业，即可获得长达一年的时间序列的海水气体样品，与其它采样方法相比，采样效率大为提高。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；控制系统对水泵和阀门进行控制，图中未示出。

图2是本发明海水样品仓、气体仓及膜安装设计示意图。

图中标号：1为出水管，2为水泵，3为海水样品仓，4为进水管，5为半透膜，6为气体仓，7为阀门，8为毛细管，9为连接阀块，10为阀门，11为样品存储腔，12为气体仓堵头（接毛细管），13为螺纹压帽，14为O型圈，15为气体渗透孔，16为钛滤片， 17为内压环，18为外压环，19为螺纹压帽，20为水管接头。

具体实施方式

下面通过实施例结合附图进一步说明本发明。

实施例1：本系统由出水管1、水泵2、海水样品仓3、进水管4、半透膜5、气体仓6、第一阀门7、毛细管8、连接阀块9、阀门10、样品存储腔11和控制系统组成，其中：进水管4和出水管1与海水样品仓3相连，水泵2安装在出水管1管路中，当水泵2开启抽水时，进水管4进口位置的海水将被吸入海水样品仓3，再通过出水管1流出，实现海水样品采样的功能；海水样品仓3与气体仓6之间通过半透膜5分隔，当海水进入海水样品仓3时，其中部分气体将透过半透膜5进入气体仓6，实现海水样品中气体的原位提取功能；毛细管8通过第一阀门7、连接阀9和阀门10将气体仓6和样品存储腔11连接，样品存储腔11预先抽真空，通过控制系统控制对应阀门的开合，实现将气体仓中的气体样品采集样品存储腔11中进行保存。所述第一阀门7、第二阀门10和水泵2分别连接控制系统。将半透膜5按照图2所示封装好，将气体仓6与海水样品仓3连接装配；准备好连接阀块9等，按照图1和图2所示将该采集系统装配好，并对控制系统设定计划采集样品的时间和对应需要控制的第一阀门7和第二阀门10；将样品存储腔11预抽真空，关闭第一阀门7和第二阀门10；按照锚系的原理，将该系统与声学释放器和浮球装配在一起并配置成海水中浮力大于重力，声学释放器下端连接负载，连接负载后系统在海水中重力略大于浮力；在工作海区，从考察船上将其投放到海中，系统将自由下潜至海底；记录作业位置，考察船离开，此时，采集系统在水下由控制系统自动控制，在设定采样时间之前约10分钟，控制水泵2工作使海水流过海水样品仓3，海水中的气体将透过半透膜5向气体仓6渗透，10分钟后，控制对应的第二阀门10打开，与此第二阀门10连接的预抽真空的样品存储腔11将气体仓6中的气体吸入，1分钟后关闭第二阀门10，关闭水泵2，一次采样结束；按照设定计划进行时间序列样品采集；在预定采集任务完成后，将考察船驶至上次投放工作点附近，通过释放器的甲板单元向该采集系统装配的释放器发出释放指令，释放器释放，负载脱离，采集系统、声学释放器和浮球将在浮力的作用下上浮至海面，由考察船进行回收；回收样品存储腔，即可获得按预定计划原位分时采集的海水中的气体样品。

Claims (4)

1.一种深海海水中气体的原位分时采集系统，由出水管(1)、水泵(2)、海水样品仓(3)、进水管(4)、半透膜(5)、气体仓(6)、第一阀门(7)、毛细管(8)、连接阀块(9)、阀门(10)、样品存储腔(11)和控制系统组成，其特征在于：进水管(4)和出水管(1)与海水样品仓(3)相连，水泵(2)安装在出水管(1)管路中；海水样品仓(3)与气体仓(6)之间通过半透膜(5)分隔；毛细管(8)通过第一阀门(7)、连接阀(9)和阀门(10)将气体仓(6)和样品存储腔(11)连接，所述第一阀门(7)、第二阀门(10)和水泵(2)分别连接控制系统。

2.根据权利要求1所述的深海海水中气体的原位分时采集系统，其特征在于所述分隔海水样品仓(3)和气体仓(6)的半透膜(5)一侧通过内压环(17)、外压环(18)和螺纹压帽(19)密封，另一侧固定于钛滤片(16)上，钛滤片(16)向气体仓(6)一侧设有气体渗透孔(15)，海水中气体依次通过半透膜(5)、钛滤片(16)和气体渗透孔(15)后进入气体仓(6)。

3.根据权利要求1所述的深海海水中气体的原位分时采集系统，其特征在于所述海水样品仓(3)上设有水管接头(20)，所述水管接头(20)连接进水管(4)。

4.根据权利要求1所述的深海海水中气体的原位分时采集系统，其特征在于所述气体仓(6)通过O型圈(14)、螺纹压帽(13)和气体仓堵头(12)连接毛细管(8)。

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