CN107588995A - 一种吸附平衡罐及其应用 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于检测土壤中挥发性烃类组分的吸附平衡罐，具有第一罐体、第二罐体以及位于第一罐体上的罐盖，所述罐盖以带密封盖的接口与外部连接，所述第一罐体内具有透气隔层，所述第一罐体和第二罐体之间能够分开或者连接，所述第一罐体和第二罐体连接之后，罐体内为密闭空间，此时所述第一罐体中的所述透气隔层将罐内空间分为第一空间和第二空间，在第一空间内放置有吸附管，所述吸附管管体由具有透气性、化学惰性且耐温的材料制得，所述吸附管体内有吸附剂。所述吸附平衡罐制备成本低廉，适用性强，所需要的吸附时间短，特别适合油气化探工程化样品的采集和分析的需要。

Description

一种吸附平衡罐及其应用

技术领域

本发明涉及一种吸附平衡罐，更具体地涉及一种用于吸附土壤中烃类组分的吸附平衡罐。

背景技术

吸附丝法是由鉴定微量气相物质的K-V指纹技术发展而来的，用于油气化探领域，研究地表综合烃类异常特征的一种常用方法，其因为吸附丝法具有信息量大，比起单一指标方法抗地表假异常能力强，而得到了重视，多个地区的实际勘探应用表明其为有效的化探方法之一。

然而，该方法也存在一定的缺陷，一是吸附丝制备过程繁琐，并且由于是手工工艺，无法保证其均一性，从而其检测的稳定性不是很高。二是使用的是老一代的吸附剂，吸附能力弱，吸附量小，平衡时间长，很难获得更精细准确的土壤游离烃类信息。三是所制备的吸附丝对环境中水的含量十分敏感，一旦环境中水含量过高，吸附丝的吸附能力就会大大下降，而潮湿环境中的地表游离烃受到渗透率等大幅下降的影响总体浓度比干燥区域低很多，使得其使用范围受到极大的限制。四是裂解色谱法的温度较高，容易破坏烃类气体，使得检测结果不能完整反应原位土壤中的烃类气体组成。这样一些缺点，使得这项技术近几年来的应用受到了一些阻碍。因此需要对该技术进行重新设计和改进。

检测方法中，吸附-热脱附方法拥有灵敏度高，适用范围广等特点。热脱附管吸附环境气体中挥发性组分，并通过热脱附检测方法进行检测，国家也颁布了相应的国家标准(HJ 644-2013)，但是，该方法在采样过程中使用大气采样器采样，采样完成吸附管即使密封保存也要在7天时间内完成样品检测，不能满足油气化探样品采集过程中样品数量大，从采样到检测耗费周期长的特点。

发明内容

根据现有技术中的不足，本发明提供了一种用于检测土壤中挥发性烃类组分的吸附平衡罐，使用所述吸附平衡罐成本低廉，适用性强，吸附时间短，解决了水对吸附检测的影响以及在吸附-热脱附方法中吸附管保存时间短的问题。

根据本发明的一个方面，提供了用于检测土壤中挥发性烃类组分的吸附平衡罐，具有第一罐体、第二罐体以及位于第一罐体上的罐盖，所述罐盖以带密封盖的接口与外部连接，所述第一罐体内具有透气隔层，所述第一罐体和第二罐体之间能够分开或者相接，所述第一罐体和第二罐体相接之后，罐体内为密闭空间，此时所述第一罐体中的所述透气隔层将罐内空间分为第一空间和第二空间，在第一空间内放置有管体由具有透气性、化学惰性且耐高温的材料制得的吸附管，所述吸附管体内有吸附剂。

根据本发明，所述罐体本身材料并没有特别要求，使用本领域人员常用的罐体即可，例如不锈钢。

根据本发明，所述第一罐体具有罐盖，所述罐盖与第一罐体通过密封相接，所述罐盖以带密封盖的接口与外部大气连接，所述第一罐体和第二罐体为两段式设计，可以分开或密封相接，相接之后，确保罐体空间为密闭结构，上述密封相接方法可以使用本领域常用密封相接方式，例如使用密封螺纹。

根据本发明，在所述第一罐体内具有透气隔层，所述透气隔层作用在于使得吸附管和待测样品之间不直接接触，使得在待测样品中的一些杂质不会沾染在吸附管上影响吸附管的吸附效果的同时，使得待测烃类气体能够通过，具体来讲透气隔层的孔密度为200目以上，优选为300目。

根据本发明，在第一罐体和第二罐体密封相接，形成密闭空间后，罐内空间被透气隔层分为在透气隔层上的第一空间和在透气隔层下的第二空间，在第一空间内设置有吸附管，所述吸附管管体采用具有透气性、化学惰性且耐温的材料制得，优选为多孔陶瓷、膨体聚四氟乙烯及透气玻璃。其作用在于，在密闭环境下，能够使得待测样品中挥发性烃类组分透过管体也能到达吸附管内部，并阻隔一些大颗粒杂质或干扰物质进入吸附管内影响吸附效果，加快了吸附速度，优选所述管体所用材料能封堵粒径大于1μm的颗粒。根据本发明的一个具体实施例，所述吸附时间为0.5-1.5h。

根据本发明，由于使用热脱附的方法将吸附管内的气体脱附，因此吸附管体的耐温温度至少在200℃以上，优选在250℃以上。

根据本发明，在进行完吸附后，通过在罐盖上的接口与抽气的设备相连，如真空泵，将罐内抽为负压状态，能够提高吸附平衡的效率，延长保存时间。

根据本发明，所述吸附管具有空心、并且两端开口的管体以及在所述管体两端开口上的堵头，所述堵头由具有透气性、耐温且能够封堵粒径大于1μm的颗粒的活性炭类材料制得，并且在所述堵头之外，还有从内到外依次为透气隔层和聚四氟乙烯膜，并且所述管体内有吸附剂。

根据本发明，所述吸附管开口从内到外依次为活性炭类材料的堵头、透气隔层以及聚四氟乙烯膜，从而使得外界颗粒从开口进入吸附管内时能够按照其粒径依次封堵，且能够防水。

根据本发明的一个具体实施例，所述堵头为耐温石英纤维，其耐温温度在200℃以上，优选在250℃以上。

根据本发明，管体内的吸附剂可以根据待测气体种类选择适宜的吸附剂，例如活性炭、石墨化炭黑以及碳分子筛，更加具体来讲，活性炭可以选自椰壳活性炭，石墨化炭黑可以选自Carbotrap、Carbotrap C、Carbotrap B、Carbopack C以及Carbopack F中的至少一种，碳分子筛可以选自Carbosieve G、Carbosieve S、Carboxen 563、Carboxen 564、Carboxen 569、Carboxen 1000和Carboxen 1004中的至少一种。

根据本发明，管体内的吸附剂在吸附管内的分布方式没有特别限制，均匀分布即可。

根据本发明的另一方面，还提供了一种使用所述所述吸附平衡罐以吸附-热脱附检测方法来检测土壤中挥发性烃类组分的应用，通过将吸附管中吸附的烃类气体在热脱附的条件下将烃类气体完全热脱附，再对脱附后的烃类气体进行检测，例如进行色谱-质谱分析。

根据本发明，所述吸附平衡罐制备成本低廉，适用性强，所需要的吸附时间短，解决了水对吸附检测的影响以及在吸附-热脱附方法中吸附管保存时间短的问题，特别适合油气化探工程化样品的采集和分析的需要。

附图说明

图1是本发明所述吸附管的剖面示意图，其中：1纤维堵头；2吸附剂单元；3金属隔层；4聚四氟乙烯膜。

图2是本发明所述的吸附平衡罐的剖面示意图，其中：1带密封盖的接口；2单向阀口；3罐盖；4所述吸附管；5金属隔层；6第一罐体；7第二罐体。

图3是实施例1中标准物的总离子流色谱图，竖轴表示响应值，横轴为时间，单位为分钟。

图4是实施例1中的脱附后待测气体的总离子流色谱图，竖轴表示响应值，横轴为时间，单位为分钟。

图5是对比例1中的脱附后待测气体的总离子流色谱图，竖轴表示响应值，横轴为时间，单位为分钟。

具体实施方式

下面结合实施例和附图对本发明的技术方案作进一步说明，但并不构成对本发明的任何限制。

(1)采用美国安捷伦公司的MSD5975C进行色谱-质谱联用分析；

(2)采用德国Gerstel公司的TDS1进行热脱附。

多孔复合陶瓷管来自宜兴华邦陶瓷有限公司，活性炭纤维购自广洁碳纤维有限公司，耐热石英纤维购自美国SUPELCO公司，聚四氟乙烯膜购自美国GORE公司。

研究区内的主要土壤岩性为砂土、亚砂土、粘土及亚粘土，土壤含水率为5wt％-80wt％。

实施例

实施例1

以下结合附图，对实施例中的步骤进行说明。

(1)准备吸附管

吸附管4的管体为多孔复合陶瓷管(外径7mm，内径4mm，长度为5cm)。

使用活性炭纤维作为吸附剂2。将活性炭纤维剪成2.5×2.5cm块状，之后使用蒸馏水洗去表面的杂质；在1mol/L的NaOH溶液中煮沸lh，以去除活性炭纤维上由于生产过程中吸附的能够在强碱作用下发生水解的有机物质；然后在大量蒸馏水冲洗后将其置于1mol/L的HCl溶液中煮沸lh，以除去活性炭纤维上残留的NaOH和其它的无机物质；最后用蒸馏水冲洗并煮沸再冲洗至pH值不变为止，然后将经过上述处理的活性炭纤维置于真空烘箱中烘干24h，置于干燥器中备用。

将准备好的吸附剂2称取200mg填入吸附管4中，两端按顺序使用耐热石英纤维、300目金属隔网和聚四氟乙烯膜封口。

将制备好的吸附管4进行老化，老化条件为300℃，流量为100ml/min，老化时间为1h。老化完成后将吸附管置于密封干燥的冷藏箱内。

(2)样品采集和保存

在研究区内，用钻具钻取深度为1.5m，重量为500g的土壤样品放置于吸附平衡罐的第二罐体7内，第二罐体6内包括金属隔层5，吸附管4置于第一罐体6的罐盖3和金属隔层5之间，在将第一罐体7与第二罐体6密封连接后进行吸附，吸附时间为0.5h，在吸附结束后，第一罐体6的罐盖3通过带密封盖的接口1与真空泵连接，将罐内抽至负压后，密封吸附平衡罐整体，存放一个月后将吸附管4取出进行检测

(3)热脱附及色谱-质谱测定

使用色谱-质谱联合分析测定C₅-C₁₅直链烷烃标准品以及芳烃标准品(购自美国SUPELCO公司，0.1ml规格)，得到如图3所示的标准物的总离子流色谱图。

对热脱附后的气体进行色谱-质谱联合分析，得到如图4所示的待测气体的总离子流色谱图，主要检测参数如下：

热脱附的条件为：热脱附管脱附初始温度30℃，升温速率为60℃/min，终了温度为250℃，脱附时间为1min。传输线：温度为270℃。冷阱温度为-150℃，进样时以60℃/min升温至进样口温度。

色谱分析的条件：进样口温度为200℃，色谱柱为HP-5MS，柱温为40℃，升温速率为2℃/min，保持1min，后以10℃/min升温至250℃。质谱分析条件：电子轰击电离源，电子能量70eV，源温230℃，全扫描采集模式，质量范围40-500amu。

在本实施例中，如图4所示，待测烃类组分均能良好检出。

对比例1

使用普通玻璃管作为吸附管管体装填活性炭吸附剂进行吸附测定，其余步骤与实施例1相同，检测结果如图5所示。

与对比例相比，使用本发明方法的目标组分的检测结果的响应值高，表明本发明所用的吸附管具有吸附平衡时间短，吸附效果好的优点。

应当注意的是，以上所述的实施例仅用于解释本发明，并不构成对本发明的任何限制。通过参照典型实施例对本发明进行了描述，但应当理解为其中所用的词语为描述性和解释性词汇，而不是限定性词汇。可以按规定在本发明权利要求的范围内对本发明作出修改，以及在不背离本发明的范围和精神内对本发明进行修订。尽管其中描述的本发明涉及特定的方法、材料和实施例，但是并不意味着本发明限于其中公开的特定例，相反，本发明可扩展至其他所有具有相同功能的方法和应用。

Claims (10)

1.一种用于检测土壤中挥发性烃类组分的吸附平衡罐，具有第一罐体、第二罐体以及位于第一罐体上的罐盖，所述罐盖以带密封盖的接口与外部连接，所述第一罐体内具有透气隔层，所述第一罐体和第二罐体之间能够分开或者连接，所述第一罐体和第二罐体连接之后，罐体内为密闭空间，此时所述第一罐体中的所述透气隔层将罐内空间分为第一空间和第二空间，在第一空间内放置有吸附管，所述吸附管管体由具有透气性、化学惰性且耐温的材料制得，所述吸附管体内有吸附剂。

2.根据权利要求1所述的吸附平衡罐，其特征在于，所述管体所用材料能封堵粒径大于1μm的颗粒。

3.根据权利要求1或2所述的吸附平衡罐，其特征在于，所述管体的耐温温度在200℃以上，优选在250℃以上。

4.根据权利要求1-3中任意一项所述的吸附平衡罐，其特征在于，所述吸附管具有中空、并且两端开口的管体以及在所述管体两端开口上的堵头，所述堵头由具有透气性、耐温且能够封堵粒径大于1μm的颗粒的活性炭类材料制得，并且在所述堵头外侧从内到外依次为所述透气隔层和聚四氟乙烯膜。

5.根据权利要求1-4中任意一项所述的吸附平衡罐，其特征在于，所述堵头为耐热石英纤维，其耐温温度在200℃以上，优选在250℃以上。

6.根据权利要求1-5中任意一项所述的吸附平衡罐，其特征在于，所述吸附剂选自活性炭、石墨化炭黑和碳分子筛中至少一种。

7.根据权利要求1-6中任意一项所述的吸附平衡罐，其特征在于，所述透气隔层为金属隔网。

8.根据权利要求7所述的吸附平衡罐，其特征在于，所述金属隔网的孔密度在200目以上。

9.一种将根据权利要求1-8中任意一项所述的吸附平衡罐以吸附-热脱附检测方法来检测土壤中挥发性烃类组分的应用。

10.根据权利要求9所述的应用，其特征在于，所述吸附-热脱附检测方法中热脱附温度为250-400℃。