CN103913553A - 一种海水溶解无机碳走航测量装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及海洋监测技术领域，具体为一种海水溶解无机碳走航测量装置。包括在线采样装置、海水溶解无机碳鼓出装置、干燥装置、测量装置、加酸装置、高纯氮气进气管路及控制系统，其中在线采样装置、干燥装置、高纯氮气进气管路及加酸装置均与海水溶解无机碳鼓出装置连接，所述高纯氮气进气管路与加酸装置连接，所述加酸装置与海水溶解无机碳鼓出装置连接的管路上设有电磁阀，所述干燥装置通过管路与测量装置连接，所述在线采样装置、海水溶解无机碳鼓出装置、干燥装置、测量装置及电磁阀均与控制系统电连接。本发明可适用于实验室内海水溶解无机碳(DIC)的测量和海洋调查时海水溶解无机碳(DIC)的走航测量。

Description

一种海水溶解无机碳走航测量装置

技术领域

本发明涉及海洋监测技术领域，具体为一种海水溶解无机碳走航测量装置。可适用于实验室内海水溶解无机碳(DIC)的测量和海洋调查时海水溶解无机碳(DIC)的走航测量。

背景技术

全球变化涉及人为影响下全球气候变化和全球生态环境变化两大领域，其中碳循环过程研究是其关键。海洋在全球变化中的作用是巨大的，海洋碳循环是全球海洋通量变化的核心，而研究海洋碳循环的基础是准确测定海洋各项参数。近年来，国内外在研究海洋参数的准确测定上进行了巨大的努力，但至目前国际IOC-SCOR的专门委员会还是认为海洋碳循环中四个关键参数pH、Alk(总碱度)、DIC、PCO₂(表层海水CO₂分压)尚需进行深入开发以获得更准确测定的方法，并认为海洋碳源汇强度不确定的主要原因是这些参数测定的不准确性引起的，所以，建立海洋中这些关键参数准确测定方法仍是海洋学特别是全球海洋变化海洋学迫切需要解决的问题。

海水中的溶解无机碳(DIC，有时也叫做海水中总CO₂)包括海水中溶解的CO₂、H₂CO₃、HCO₃ ^-以及CO₃ ^2-，一般DIC可占海水中总碳(包括有机碳，如石油烃、油类等)的95％以上，DIC中又以HCO₃ ^-为主，可占85％以上，CO₃ ^2-次之，可达9％左右，其余为溶解CO₂和H₂CO₃。

海水中溶解无机碳的测定方法主要有如下几种：变色法、重量法、平衡压力法、气相色谱法、红外吸收法、碱度计算法、热导类电化学传感器法和库仑滴定法。虽然上述方法都可以测量海水中的DIC，但它们所用的设备都不太适合于现场调查，更不用说在现场进行实时测量。目前对海水DIC的测量都是在现场采样后保存，带回陆地实验室后测定，但由于样品保存过程中，其温度、压力、生化环境等与现场海水明显不同，导致DIC的测量结果可能与实际差异较大。因而开发海水DIC的现场测量方法是海洋碳研究的当务之急。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种海水溶解无机碳(DIC)走航测量装置，它提供了一种新的方法，可以实时测量海水中的溶解无机碳(DIC)。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种海水溶解无机碳走航测量装置，包括在线采样装置、海水溶解无机碳鼓出装置、干燥装置、测量装置、加酸装置、高纯氮气进气管路及控制系统，其中在线采样装置、干燥装置、加酸装置及高纯氮气进气管路均与海水溶解无机碳鼓出装置连接，所述高纯氮气进气管路与加酸装置连接，在所述加酸装置与海水溶解无机碳鼓出装置连接的管路上设有电磁阀，所述干燥装置通过管路与测量装置连接，所述在线采样装置、海水溶解无机碳鼓出装置、干燥装置、测量装置及电磁阀均与控制系统电连接。

所述海水溶解无机碳鼓出装置为密闭的反应器，所述反应器的顶部开设有进样口、加酸口及海水溶解无机碳鼓出装置出气口，所述进样口、加酸口及海水溶解无机碳鼓出装置出气口分别通过管路与在线采样装置、加酸装置及干燥装置相连，所述反应器的底部开设有海水溶解无机碳鼓出装置进气口和排废口，所述海水溶解无机碳鼓出装置进气口与高纯氮气进气管路连接。所述反应器主要由有机玻璃制成。

所述在线采样装置主要由海水进水管路和蠕动泵组成，所述蠕动泵的采样口与海水进水管相连，所述蠕动泵的出样口通过管路与海水溶解无机碳鼓出装置的进样口连通。

所述加酸装置的底部开设有一个加酸装置进气口和出酸口，所述出酸口通过管路与海水溶解无机碳鼓出装置的加酸口连通，所述高纯氮气进气管路从加酸装置进气口插入加酸装置内、并端口位于液面之上。所述加酸装置为高密度聚乙烯瓶。

所述干燥装置主要由内部放有干燥剂的玻璃容器组成，所述玻璃容器上设有干燥装置进气口和干燥装置出气口，所述干燥装置进气口通过管路与海水溶解无机碳鼓出装置出气口连通，所述干燥装置出气口通过管路与测量装置连通。所述测量装置主要由红外CO₂检测仪组成。

所述在线采样装置和干燥装置通过不锈钢管与海水溶解无机碳鼓出装置相连，所述干燥装置通过不锈钢管与测量装置相连，所述加酸装置通过硅胶管与海水溶解无机碳鼓出装置相连。所述在线采样装置、海水溶解无机碳鼓出装置、干燥装置、测量装置、加酸装置及控制系统密封于机箱内，所述机箱上设有机箱排气口。

本发明的优点及有益效果是：

1.本发明结构简单，对使用环境没有苛刻的要求，适合在海上连续测定海水中的DIC，克服了需将海水样品取回实验室内测定的缺点，从而减少的样品保存环节，即减轻了工作量和工作强度，又避免了样品保存环境与海洋环境不一致所带来的测定误差。

2.本发明实现了在线连续采样，由船载潜水泵抽取得海水可直接被本发明采集并实现准确测量，保证了所采集水样最大程度的保持原有状态，使测定结果更接近了海洋的实际情况。

3.本发明实现了海水DIC的实时走航测量，可以在单次海洋调查中获得更多的DIC数据。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

其中：1为在线采样装置，2为海水溶解无机碳鼓出装置，3为干燥装置，4为测量装置，5为加酸装置，6为加酸装置进气口，7为出酸口，8为采样口，9为出样口，10为进样口，11为加酸口，12为海水溶解无机碳鼓出装置出气口，13为干燥装置进气口，14为干燥装置出气口，15为测量装置进气口，16为测量装置的信号输出电缆，17为海水溶解无机碳鼓出装置进气口，18为排废口，19为高纯氮气进气管路，20为海水进水管，21为机箱，22为电磁阀，23为控制系统。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。

如图1所示，本发明包括在线采样装置1、海水溶解无机碳鼓出装置2、干燥装置3、测量装置4、加酸装置5、高纯氮气进气管路19及控制系统23，其中在线采样装置1、干燥装置3、高纯氮气进气管路19及加酸装置5均通过管路与海水溶解无机碳鼓出装置2连接，所述高纯氮气进气管路19与加酸装置5连接，在所述加酸装置5与海水溶解无机碳鼓出装置2连接的管路上设有电磁阀22。所述干燥装置3通过管路与测量装置4连接，所述在线采样装置1、海水溶解无机碳鼓出装置2、干燥装置3、测量装置4及电磁阀22均与控制系统23电连接。

所述海水溶解无机碳鼓出装置2为密闭的反应器，所述反应器主要由有机玻璃制成。所述反应器的顶部开设有进样口10、加酸口11及海水溶解无机碳鼓出装置出气口12，所述进样口10、加酸口11及海水溶解无机碳鼓出装置出气口12分别通过管路与在线采样装置1、加酸装置5及干燥装置3相连，所述反应器的底部开设有海水溶解无机碳鼓出装置进气口17和排废口18，所述海水溶解无机碳鼓出装置进气口17与高纯氮气进气管路19连接。所述排废口18与废液排放控制系统连接，所述废液排放控制系统主要由硅胶管和夹管电磁阀组成，所述硅胶管与排废口18连接，硅胶管上设有夹管电磁阀，用于控制废液的排放。所述海水溶解无机碳鼓出装置2可将海水中的无机碳DIC在酸性条件下转化为CO₂，CO₂随高纯氮气鼓出，并经过不锈钢管路输送到干燥装置3。

所述在线采样装置1主要由海水供水管20和蠕动泵组成，所述蠕动泵的采样口8与海水进水管20相连，所述蠕动泵的出样口9通过硅胶管与海水溶解无机碳鼓出装置2的进样口10连通，所述在线采样装置1可实时采集海水样品。

所述加酸装置5为高密度聚乙烯瓶，所述加酸装置5的底部开设有一个加酸装置进气口6和一个出酸口7，所述出酸口7通过硅胶管与海水溶解无机碳鼓出装置2的加酸口11连通，所述加酸装置5可将酸(例如硫酸)通过硅胶管加入海水溶解无机碳鼓出装置2内，所加酸的量通过电磁阀22控制。所述高纯氮气进气管路19由加酸装置进气口6插入加酸装置内、并端口位于液面之上，使加酸装置5内保持一定的压力。

所述干燥装置3主要由内部放有干燥剂的玻璃容器组成，所述玻璃容器上设有干燥装置进气口13和干燥装置出气口14，所述干燥装置进气口13通过不锈钢管与海水溶解无机碳鼓出装置出气口12连通，所述干燥装置出气口14通过不锈钢管与测量装置4连通。所述干燥装置3可除去CO₂气体中的水分，并将干燥后的CO₂气体经过不锈钢管路输送到测量装置4。所述测量装置4主要由红外CO₂检测仪组成，所述测量装置4可测量所鼓出CO₂的量。

所述控制系统控制以上各装置的工作，并可将测量数据输出到外部设备；所述在线采样装置1、加酸装置5、海水溶解无机碳鼓出装置2、干燥装置3和测量装置4之间的管路均密闭不漏气，并和控制系统23一起整合进一个不锈钢材质的机箱21内，机箱21上留有出气孔，以利于CO₂废气的排出。

本发明的工作原理是：

在正常工作时，通过海水进水管20接入外部海水水源。通过高纯氮气进气管19引入高纯氮气并被分为两路，其中一路通过加酸装置进气口6进入加酸装置5内，使加酸装置5内保持一定的压力。另一路经海水溶解无机碳鼓出装置进气口17进入海水溶解无机碳鼓出装置2内。打开控制系统开关，由控制系统控制样品的在线采集、加酸和测量。其流程是：根据设定的程序，在线采样装置1通过采样口8按一定的时间间隔连续采集海水样品，并通过出样口9将所采集的海水样品输送到海水溶解无机碳鼓出装置2的进样口10、并由进样口10进入海水溶解无机碳鼓出装置2内；加酸装置5内的酸在电磁阀22的控制下被定时输送到进酸口11、并由进酸口11加入海水溶解无机碳鼓出装置2内；在海水溶解无机碳鼓出装置2内海水中的无机碳DIC与酸反应，转化为CO₂，CO₂被高纯氮气鼓出，并和高纯氮气一起通过海水溶解无机碳鼓出装置出气口12排出海水溶解无机碳鼓出装置2；海水溶解无机碳鼓出装置2中产生的废水通过排废口18排出；由海水溶解无机碳鼓出装置2排出的CO₂经干燥装置进气口13进入干燥装置3内，去除水分后的CO₂经干燥装置出气口14进入测量装置进气口15、并由测量装置进气口15进入测量装置4内；进入测量装置4的CO₂被测量后直接排出测量装置4，测量获得的数据通过电缆线输出到外部计算机等存储设备。由于海水样品的采集是连续的，所以样品的测定也是连续的，从而实现对海水溶解无机碳(DIC)的实时测量。

Claims (10)

1.一种海水溶解无机碳走航测量装置，其特征在于：包括在线采样装置(1)、海水溶解无机碳鼓出装置(2)、干燥装置(3)、测量装置(4)、加酸装置(5)、高纯氮气进气管路(19)及控制系统(23)，其中在线采样装置(1)、干燥装置(3)、加酸装置(5)及高纯氮气进气管路(19)均与海水溶解无机碳鼓出装置(2)连接，所述高纯氮气进气管路(19)与加酸装置(5)连接，在所述加酸装置(5)与海水溶解无机碳鼓出装置(2)连接的管路上设有电磁阀(22)，所述干燥装置(3)通过管路与测量装置(4)连接，所述在线采样装置(1)、海水溶解无机碳鼓出装置(2)、干燥装置(3)、测量装置(4)及电磁阀(22)均与控制系统(23)电连接。

2.按权利要求1所述的海水溶解无机碳走航测量装置，其特征在于：所述海水溶解无机碳鼓出装置(2)为密闭的反应器，所述反应器的顶部开设有进样口(10)、加酸口(11)及海水溶解无机碳鼓出装置出气口(12)，所述进样口(10)、加酸口(11)及海水溶解无机碳鼓出装置出气口(12)分别通过管路与在线采样装置(1)、加酸装置(5)及干燥装置(3)相连，所述反应器的底部开设有海水溶解无机碳鼓出装置进气口(17)和排废口(18)，所述海水溶解无机碳鼓出装置进气口(17)与高纯氮气进气管路(19)连接。

3.按权利要求2所述的海水溶解无机碳走航测量装置，其特征在于：所述反应器主要由有机玻璃制成。

4.按权利要求2所述的海水溶解无机碳走航测量装置，其特征在于：所述在线采样装置(1)主要由海水进水管路(20)和蠕动泵组成，所述蠕动泵的采样口(8)与海水进水管(20)相连，所述蠕动泵的出样口(9)通过管路与海水溶解无机碳鼓出装置(2)的进样口(10)连通。

5.按权利要求2所述的海水溶解无机碳走航测量装置，其特征在于：所述加酸装置(5)的底部开设有一个加酸装置进气口(6)和出酸口(7)，所述出酸口(7)通过管路与海水溶解无机碳鼓出装置(2)的加酸口(11)连通，所述高纯氮气进气管路(19)从加酸装置进气口(6)插入加酸装置(5)内、并端口位于液面之上。

6.权利要求1或5所述的海水溶解无机碳走航测量装置，其特征在于：所述加酸装置(5)为高密度聚乙烯瓶。

7.按权利要求2所述的海水溶解无机碳走航测量装置，其特征在于：所述干燥装置(3)主要由内部放有干燥剂的玻璃容器组成，所述玻璃容器上设有干燥装置进气口(13)和干燥装置出气口(14)，所述干燥装置进气口(13)通过管路与海水溶解无机碳鼓出装置出气口(12)连通，所述干燥装置出气口(14)通过管路与测量装置(4)连通。

8.按权利要求1或7所述的海水溶解无机碳走航测量装置，其特征在于：所述测量装置(4)主要由红外CO₂检测仪组成。

9.按权利要求1所述的海水溶解无机碳走航测量装置，其特征在于：所述在线采样装置(1)和干燥装置(3)通过不锈钢管与海水溶解无机碳鼓出装置(2)相连，所述干燥装置(3)通过不锈钢管与测量装置(4)相连，所述加酸装置(5)通过硅胶管与海水溶解无机碳鼓出装置(2)相连。

10.按权利要求1-5、7、9任一项所述的海水溶解无机碳走航测量装置，其特征在于：所述在线采样装置(1)、海水溶解无机碳鼓出装置(2)、干燥装置(3)、测量装置(4)、加酸装置(5)及控制系统(23)密封于机箱(21)内，所述机箱(21)上设有机箱排气口。