CN113866373A - 一种水中甲烷亨利常数的测定方法及测定腔体 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种水中甲烷亨利常数的测定方法，配置多个腔体，对腔体进行预清洗处理，并形成真空负压状态并保持；向每个腔体中注入实验标准溶液并形成测试腔，随后向测试腔内注入氩气直至压力达到设定值；取样多份甲烷标准气体，并将每份甲烷标准气体注入实验标准溶液中，经过振荡后放置于恒温水槽中静置，直至腔体内达到气液平衡状态；通过CH4分析器依次对所有腔体内的气体进行测量，获得每个真空容器内的甲烷含量数据，根据质量守恒定律，计算出亨利常数，其测定腔体包括罐体，密封盖，罐体上设置有进水阀管和进气口，密封盖上设置有排气阀、抽真空阀和第一抽样阀，罐体内设置有补压结构，有效的提高水中甲烷亨利常数测定技术中测量精度。
Description
技术领域
本发明涉及自然资源技术领域，具体涉及一种水中甲烷亨利常数的测定方法及测定腔体。
背景技术
随着水环境、海洋环境与资源调查的不断升级与深入，水中溶存甲烷含量引起了许多科学家的关注。有关水中溶存甲烷含量目前主要依据《GB/T13610—2014》以及《HY/T262—2018》所述的方法进行测量，而国标或行业标准中所依据的亨利常数均为水中甲烷亨利常数的理论值，未考虑所用水本身的实际亨利常数。
气体在水中的溶解度主要取决于间隙填充作用及水合作用的强弱，溶质的组成成分不同，间隙填充和水合作用的强弱也不同，其所对应的不同温压下的亨利常数也不同。河水、湖水、海水、蒸馏水、纯净水、超纯水、去离子水、自来水、污水等各种类型的水，水中成分并不完全相同，准确地讲，它们是不同种类的溶质，甲烷在其中的亨利常数并不完全相同。
因此，若要高精度测量水中的甲烷浓度，需要先行测量甲烷在该种类水中的实际亨利常数。亨利常数的实验测定比较复杂，测定挥发物在气液两相中的浓度或者根据蒸汽压和溶解度数据计算是较常用的两种方法，但这两种方法的准确度不高，且不适用浓度极低的样品；多次相平衡/气相色谱法是测定水中挥发性氯代烃的常用方法，但此法不适用高温环境；EPICS法是在两个相同体积的密闭瓶中预先装入不等体积的液体，然后向液体中加入等质量的组分，待体系达到平衡后利用顶空浓度比来测定亨利常数，该实验方法需要很精确地控制气体组分的质量和液体的体积；静态顶空法是通过改变一系列密闭瓶中气液体积比来测定亨利常数，该方法不要求已知组分的精确浓度，只要求浓度保持不变，但该实验方法不适用浓度极低的样品。
因此，需要一种检测方法来进一步地提高水中甲烷亨利常数测定。
发明内容
本发明的目的在于提供一种水中甲烷亨利常数的测定方法，以解决利用现有的水中甲烷亨利常数测定技术中测量精度不高，实验过程中误差系数较大的技术问题。
为解决上述技术问题，本发明具体提供下述技术方案：
一种水中甲烷亨利常数的测定方法，包括步骤：
S100、配置多个用于甲烷和水的气液平衡的且具有用于控制内部压强平衡的补压结构的腔体，向多个腔体内通入氩气进行清洗，在清洗后将每个腔体均处理为真空负压状态并保持；
S200、从腔体的底部向每个腔体中真空注入预先处理好的用于甲烷亨利常数测定的实验标准溶液并在腔体内的实验标准溶液的上方形成测试腔，随后向所述测试腔内注入高纯氩气直至测试腔内的压力达到设定值；
其中，设定一个腔体为标准参照腔体，剩余的腔体为实验腔体；
S300、通过等差取样的方式取样多份体积浓度均为10％的甲烷标准气体，并将每份甲烷标准气体顺次注入实验腔体的实验标准溶液中，将标准参照腔体和实验腔体进行振荡，后将标准参照腔体和实验腔体放置于恒温水槽中静置，直至标准参照腔体内的甲烷标气和实验标准溶液达到气液平衡状态；
S400、通过每个腔体内的补压结构的自身膨胀占据所述测试腔内的空间，迫使实验腔体和标准参照腔体的测试腔内的气体转移至与测试腔连接且已经标定过容积的真空容器中；
S500、通过CH4分析器依次对所有真空容器内的气体进行测量，获得每个真空容器内的甲烷含量数据，根据质量守恒定律，计算出亨利常数。
作为本发明的一种优选方案，在S200中，在标准参照腔体和实验腔体的测试腔中设置误差表征腔和实验操作腔，且实验液体置于实验操作腔中，误差表征腔和实验操作腔之间主动或被动连通；
在S200中，向测试腔中注入高纯氩气至所有腔体的压力达到设定值时，误差表征腔和实验操作腔之间保持主动连通；
在S300中，将多份取样甲烷标气顺次注入实验腔体的实验液体中时，误差表征腔和实验操作腔之间被动连通；
其中，误差表征腔和实验操作腔由于腔体内的压力变化使得误差表征腔和实验操作腔之间实现瞬时或短暂的连通形成被动连通。
作为本发明的一种优选方案，在S400中，补压结构进行自身膨胀占据实验操作腔内的空间，迫使实验操作腔中的气体以被动连通的方式进入误差表征腔中，并且S400之前使误差表征腔处于负压状态。
作为本发明的一种优选方案，在S300中，通过等差方式取样的方式具体包括：
抽取50μL，100μL，150μL，和200μL体积浓度均为10％的甲烷标气，并通过计算或实验获得50μL，100μL，150μL，和200μL体积浓度为10％的甲烷标气在室温环境下的腔体内的标准体积。
作为本发明的一种优选方案，在S200中，包括设定实验腔体和标准参照腔体的数量相同，且在进行S300时，通过计算或实验获取的0μL，100μL，150μL，和200μL体积浓度为10％的甲烷标气在室温环境下的腔体内的标准体积对标准参照腔体的误差表征腔的体积进行对应的调节。
作为本发明的一种优选方案，在S500中，计算所有达到气液平衡状态的腔体中的平衡体系水中溶存甲烷的浓度的具体公式为：
P＝H·x，
其中，P表示甲烷浓度，H表示亨利常数，x表示甲烷气体在实验水中的摩尔浓度，CupgasCH4表示甲烷气体在腔体顶部混合气体中的浓度或含量，Pupgas表示甲烷在顶部混合气体中的分压，Madd1表示实验中甲烷在平衡体系中的总物质的增量，Vdownwater表示平衡体系中下部水的体积，Vupgas表示平衡体系中顶部混合气体的体积，R为气体常数，T代表体系平衡时的绝对温度。
本发明提供了一种水中甲烷亨利常数的方法的测试腔体，所述测试腔体包括用于形成气液平衡配液的罐体，以及设置在所述罐体上的密封盖，所述罐体的底部设置有进水阀管和进气口，所述密封盖的径向上设置有排气阀、抽真空阀以及设置在所述罐体中间的第一抽样阀，所述罐体的内部设置有补压结构，所述补压结构用于通过自身的充气膨胀占据所述罐体的腔体内空间的方式迫使罐体内的气体从所述第一抽样阀逸出。
作为本发明的一种优选方案，所述罐体的内部设置有腔体分隔组件，所述腔体分隔组件用于将所述罐体内的腔体分割成位于所述腔体分隔组件上部的误差表征腔，以及位于所述腔体分隔组件下部的实验操作腔，所述腔体分隔组件用于通过主动或被动地连通所述误差表征腔和实验操作腔，所述补压结构设置在所述实验操作腔中；
其中，所述进水阀管和进气口连接位于所述实验操作腔的侧壁上。
作为本发明的一种优选方案，所述腔体分隔组件包括与所述罐体的内壁接触连接的板体，所述板体上阵列有阀门组，所述板体的圆心处设置与所述第一抽样阀处于同一轴线上的第二抽样阀门，所述板体的边缘通过活动密封胶圈连接在所述罐体的内壁上；
其中，所述阀门组通过接受外界控制信号工作，使所述误差表征腔和所述实验操作腔的腔体连通，实现所述误差表征腔和所述实验操作腔的主动连通；
或，在所述误差表征腔和所述实验操作腔的相对压强差达到所述阀门组设定的自动开启的极限值后，所述阀门组在所述误差表征腔和所述实验操作腔的压强差作用下使所述误差表征腔和所述实验操作腔的腔体连通，实现所述误差表征腔和所述实验操作腔的被动连通；
所述所述补压结构用于通过自身体积膨胀占据所述实验操作腔内空间，增大所述实验操作腔的压强，使所述误差表征腔和所述实验操作腔产生相对压强差。
作为本发明的一种优选方案，所述板体通过调节组件活动安装在所述罐体的内壁上，所述调节组件用于调节所述腔体分隔组件位于所述罐体内的上、下位置，所述腔体分隔组件上设置有用于与所述第一抽样阀配合的第二抽样阀。
作为本发明的一种优选方案，所述补压结构包括设置在所述实验操作腔内的囊体，以及设置在所述罐体侧壁上的进气端口，所述进气端口通过外置的气源向囊体进行供气。
本发明与现有技术相比较具有如下有益效果：
本发明通过加标/顶空平衡法测定甲烷在实验原液水中的亨利常数，该方法不要求已知组分的精确浓度，只要求浓度保持不变，适用于甲烷浓度极低的原液水样品，实验方法简单，结果准确，解决了痕量溶解甲烷水溶液的亨利常数测定问题，同时解决了测定水中痕量溶解甲烷浓度时直接使用亨利常数理论值带来的测量误差问题，提高了测定方法的准确度，可作为国标或行业标准的补充。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是示例性的，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图引伸获得其它的实施附图。
图1为本发明实施例提供一种水中甲烷亨利常数的测定方法的制备流程示意图；
图2为本发明实施例提供罐体的结构示意图；
图3为本发明实施例提供装配有腔体分隔组件的结构示意图。
图中的标号分别表示如下：
1-罐体；2-密封盖；3-进水阀管；4-进气口；5-排气阀；6-抽真空阀；7-第一抽样阀；8-补压结构；81-囊体；9-腔体分隔组件；10-调节组件；11-第二抽样阀；
91-误差表征腔；92-实验操作腔；93-板体；94-活动密封胶圈；95-阀门组。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，本发明提供了一种水中甲烷亨利常数的测定方法，S100、配置多个用于甲烷和水的气液平衡的且具有用于控制内部压强平衡的补压结构的腔体，向多个腔体内通入氩气进行清洗，在清洗后将每个腔体均处理为真空负压状态并保持；
S200、从腔体的底部向每个腔体中真空注入预先处理好的用于甲烷亨利常数测定的实验标准溶液并在腔体内的实验标准溶液的上方形成测试腔，随后向所述测试腔内注入高纯氩气直至测试腔内的压力达到设定值；
其中，设定一个腔体为标准参照腔体，剩余的腔体为实验腔体；
S300、通过等差取样的方式取样多份体积浓度均为10％的甲烷标准气体，并将每份甲烷标准气体顺次注入实验腔体的实验标准溶液中，将标准参照腔体和实验腔体进行振荡，后将标准参照腔体和实验腔体放置于恒温水槽中静置，直至标准参照腔体内的甲烷标气和实验标准溶液达到气液平衡状态；
S400、通过每个腔体内的补压结构的自身膨胀占据所述测试腔内的空间，迫使实验腔体和标准参照腔体的测试腔内的气体转移至与测试腔连接且已经标定过容积的真空容器中；
S500、通过CH4分析器依次对所有真空容器内的气体进行测量，获得每个真空容器内的甲烷含量数据，根据质量守恒定律，计算出亨利常数。
具体的，本发明中取5个气液平衡配液腔体，具体标号为①、②、…、⑤。其中①为标准参照腔体，②、…、⑤为实验腔体，并用99.999％的高纯氩气清洗6次，用于清理腔体中的气体环境。再利用真空泵将腔体内部抽成真空负压，至真空压力表显示为2Pa。
通过腔体底部的水阀吸入预先处理好的实验标准溶液2.5L，从顶部盖体的气体连通阀向①、②、…、⑤腔体仓内分别注入高纯氩气，至仓内压力表显示为101325Pa。
用微量进样器抽取50μL、100μL、150μL和200μL体积浓度为10％的甲烷标气，从腔体底部设置的针头阀分别注入②…⑤号实验腔体的实验水中。①号实验腔体的测试腔除注入高纯氩气以外，不加入任何气体。
将5个腔体振荡30min，然后置于25℃的恒温水槽中静置，使实验标准溶液和甲烷标气在腔体内到气液平衡。
最后将每个腔体都顶空外接独立的真空容器，同时向补压结构内注入空气，补压结构自身的膨胀将仓内顶空气体转移至真空容器中，最后连接真空容器至Picarro-G2301的进样口，测量混合气中的甲烷含量
其中，虽然按照25℃甲烷在水中的亨利常数理论值64483230Pa·L/mol。计算两次平衡时顶空甲烷含量的梯度变化量，并使该量值在Picarro-G2301CH4分析仪的线性范围(0～20)×10-6以内。在一定程度上已经能够确保顶空混合气体中甲烷含量检测的准确性。
进而预估使用的实验原液水中甲烷浓度为0.3nmol/L，顶空及水体积均为2.5L。
确定预设的MaddV为10％的甲烷标气50μL、100μL、150μL和200μL。实验时，采用同一只容量为250uL的微量进样器，同一瓶10％的甲烷标气，规避因标气和进样器可能造成的实验误差。
本发明中通过利用补压结构对气液平衡下的腔体的腔内顶空气被转移到了标定容积的容器中，例如气袋，相较于直接从气液平衡配液装置中抽取腔内顶空气体，通过该转移顶空气体的方式，能够进行定量和确定参数的取样，并且将避免微量取样器和气液平衡装置的内的气液平衡状态的直接接触，减少在取样过程中的误差影响。
但是在人工操作的过程中，由于腔体中与外界存在脱离的操作，而在脱离的过程中，不可能使得阀体能够瞬间的关闭，这就使得在转移顶空气体的过程中，会存在气体逸出的情况，会使标定容积的真空容器中的甲烷气体要小于理论数值。
因此，在需要进行微量采样的过程中，存在气体转移的步骤，气体转移的过程中则存在一定的采样误差，尤其是在连续进行多次采样的过程中。
为此，在S200中，在标准参照腔体或实验腔体中设置误差表征腔和实验操作腔，且实验液体置于实验操作腔中，误差表征腔和实验操作腔之间主动或被动连通，利用误差表征腔去表征每次采样过程中的误差。
在S200中，随后向液体上部的腔体中注入高纯氩气至所有腔体的压力达到设定值时，误差表征腔和实验操作腔之间保持主动连通；
在S300中，将多份取样甲烷标气顺次注入实验腔体的实验液体中时，误差表征腔和实验操作腔之间被动连通；
其中，误差表征腔和实验操作腔由于腔体内的压力变化使得误差表征腔和实验操作腔之间实现瞬时或短暂的连通形成被动连通。
在S400中，补压结构进行独立于误差表征腔的充气膨胀，使实验操作腔中的气体以被动连通的方式进入误差表征腔中，并且S400之前使误差表征腔处于负压状态。
也就是说，补压结构先将设定进行检测的处于平衡体系的实验操作腔中的顶空气体转入误差表征腔中，在这个过程中，能够通过计算设定的实验操作腔的转出量和误差表征腔的转入量，以及误差表征腔的体积变化来确定在转移过程中存在的误差，此时，补压结构卸除充气状态，同时使得误差表征腔和实验操作腔连通，在此进行顶空气体的转出。
或者，在能够通过误差表征腔计算平衡体系中收集顶空气体的误差，直接将误差表征腔连接CH4分析仪器，使得。
在S300中，通过等差微量取样的方法抽取50μL，100μL，150μL，和200μL体积浓度均为10％的甲烷标气，通过计算或实验获得50μL，100μL，150μL，和200μL体积浓度为10％的甲烷标气在室温环境下的腔体内的标准体积。
在S200中，包括设定实验腔体和标准参照腔体的数量相同，且在进行S300时，通过计算或实验获取的0μL，100μL，150μL，和200μL体积浓度为10％的甲烷标气在室温环境下的腔体内的标准体积对标准参照腔体的误差表征腔的体积进行对应的调节。
在S500中，计算所有达到气液平衡状态的腔体中的平衡体系水中溶存甲烷的浓度的具体公式为：
P＝H·x，
其中，P表示甲烷浓度，H表示亨利常数，x表示甲烷气体在实验水中的摩尔浓度，CupgasCH4表示甲烷气体在腔体顶部混合气体中的浓度或含量，Pupgas表示甲烷在顶部混合气体中的分压，Madd1表示实验中甲烷在平衡体系中的总物质的增量，Vdownwater表示平衡体系中下部水的体积，Vupgas表示平衡体系中顶部混合气体的体积，R为气体常数，T代表体系平衡时的绝对温度。
该方法适合顶空甲烷浓度在10-6级及以下的稀薄水，若待测溶液中的甲烷浓度低于仪器检测限，则需要对实验仪器进行调节，而现有的调节过程中则需要对对应不同的测量装备，使用不同的测量设备在需要重新校准和检测系统误差，实验步骤将更加的复杂和繁琐，而采用本方法的基础上利用现有的设备由于需要进行多组数据的采样，读取和检验，其中的误差范围也相应的增加，人为因素造成的偶然误差的机会也增大。
为此，如图2和图3所示，本发明提供了一种用于测定水中甲烷亨利常数的方法的测定腔体，包括罐体1，以及设置在罐体1上的密封盖2，罐体1的底部设置有进水阀管3和进气口4，密封盖2的径向上设置有排气阀5、抽真空阀6以及设置在罐体1中间的第一抽样阀7，罐体1的内部设置有补压结构8，补压结构8用于通过充气膨胀的方式迫使罐体内的气体从第一抽样阀7逸出。
本发明中的补压结构8具体为端口设置在罐体1的内壁上的囊体81，且囊体81通过双向阀安装在罐体1的内壁上，囊体81和罐体1内的腔体处于绝对独立密封的状态，且通过外置气源进行供气。
进一步地，本发明中，为了使测定装置能够适应更大范围的平衡时顶空甲烷含量的梯度变化量，以及通过可变罐体1的相对容积的方式改变实验参数获得更加准确的测量参数，并且能够快速便捷的计算数据误差。
本发明中的罐体1的内部设置有腔体分隔组件9，腔体分隔组件9用于将罐体1内的腔体分割成位于腔体分隔组件9上部的误差表征腔91，以及位于腔体分隔组件9下部的实验操作腔92，腔体分隔组件9用于通过主动或被动的方式连通误差表征腔91和实验操作腔92，补压结构8设置在实验操作腔92中；
腔体分隔组件9通过调节组件10活动安装在罐体1的内壁上，调节组件10用于调节腔体分隔组件9位于罐体内的上、下位置，腔体分隔组件9上设置有用于与第一抽样阀7配合的第二抽样阀11，以便于在进行罐体1内气体的抽取样过程中，取样针可以直接从第一抽样阀7进入第二抽样阀11，进而进入实验操作腔92中。
在S200中，随后向液体上部的腔体中注入高纯氩气至所有腔体的压力达到设定值时，通过排气阀5抽气使得误差表征腔91中处于负压状态，直至误差表征腔和实验操作腔处于恰好不连通状态，并使得实验操作腔内压力达到设定值。
腔体分隔组件9包括与罐体1的内壁接触连接的板体93，板体93上阵列有阀门组95，板体93的圆心处设置与第一抽样阀7处于同一轴线上的第二抽样阀门11，板体93的边缘通过活动密封胶圈94连接在罐体1的内壁上；
其中，阀门组95通过接受外界控制信号工作，使误差表征腔91和实验操作腔92的腔体连通，实现误差表征腔91和实验操作腔92的主动连通；
或，在误差表征腔91和实验操作腔92的相对压强差达到阀门组95设定的自动开启的极限值后，阀门组95在误差表征腔91和实验操作腔92的压强差作用下使误差表征腔91和实验操作腔92的腔体连通，实现误差表征腔91和实验操作腔92的被动连通；
补压结构8用于通过自身体积膨胀占据实验操作腔92内空间，增大实验操作腔92的压强，使误差表征腔91和实验操作腔92产生相对压强差。
具体原理在于，在恒定容量下，填充稀有气体等非活性气体所造成的压力增加不会影响平衡。
当其他条件不变时，升高的温度平衡向吸热反应方向移动，较低的温度平衡向放热方向移动。
催化剂只能缩短达到平衡所需的时间，不能改变平衡态。
在有气体参与、气体生成和反应前后气体分子数变化的反应中，当其他条件不变时，压力增加(压缩气体体积的压力增加)，而平衡则朝气体体积减小的方向移动；降低压力(增加气体体积以降低压力)，平衡则朝气体体积增大的方向移动。因此本发明不用考虑板体重量问题的影响。
本发明中在通过CH4取样测量仪对实验操作腔内的顶空气体进行取样时，取样仪器的针头部分可以依次穿过第一抽样阀7和第二抽样阀11，对实验操作腔内的顶部气体进行取样测量，当取出取样仪器时，则可以从第二抽样阀11和第一抽样阀7中依次取出，第一抽样阀7和第二抽样阀11在与针头部分脱离时立即封闭，则实验操作腔92中的可能会产生的气体逸出将会逸出至误差表征腔中，成为误差表征腔91中的误差参数。
进一步说明地是，本发明中的调节组件10可以是设置在罐体1上的永磁铁环形结构，板体93则为金属材质，这样则能够通过调节组件10调节板体93的位置，且板体93则能够处于悬浮状态，更能够具体的表现误差表征腔和实验操作腔内压力的变化，以及在实验过程中处于气液平衡体系时的位置变化，进而代表着误差表征腔和实验操作腔在实验过程中的容积变化，通过在永磁铁环形结构上叠加霍尔传感器，则能够获知板体93的调节位置。
或者，本发明中的调节组件10为丝杆螺母副传动组件，通过手动的方式调节板体93的位置，从而测量人员手动的改变板体93的位置，从而改变实验参数，快速的获取不同气液平衡体积下的实验参数，且减少了误差校准的步骤。
本实验方案中，测定装置具有以下特点：非常好的密封性，可以即时监测仓内的顶空压力，可以方便地加入定量的标气，可以在不改变顶空气体压力和整体体积的前提下实现顶空气体的转移，而不破坏封闭体系中气液的平衡。
CH 4分析仪针对同一误差表征腔，可以连续测量数十至数千次，测量时选取其中最稳定数据部分的平均值作为该样品的测量值，相对于气相色谱法，具有更高的准确度和更低的检测限，适用于甲烷含量低于或者高于1×10-6的混合气体样品。
由于平衡时间的不同。会影响平衡体系中顶空气液平衡的效果，同时会影响气体在气相混合气体中的浓度，时间太短，目标气不能有效挥发至气相中，达不到稳定平衡，时间太长则会延长实验分析时间与误差。
例如：
取6个已作真空处理的气液平衡配液装置(测试腔体)①，②，···，⑥，均导入2.5L的实验水，并充入99.999％的高纯氩气，至内部压力为101325Pa，振荡30min，然后同时放入25℃的恒温水槽中静置，每间隔1h，从一个配液装置中提取顶空气体样品作甲烷含量测试。
结果显示，1～2h范围内顶空甲烷含量变化幅度较大，说明该时间内，封闭体系内甲烷气体尚未达到气液平衡，而2h以后，封闭体系中顶空甲烷浓度基本保持不变，说明2h后体系已达到平衡。
所以，25℃一个大气压下。封闭体系内甲烷气体达到气液平衡至少需2h。而本发明中则可以通过腔体分隔组件9来同步调节实验操作腔的容积，来实现加快或增加体系平衡的时间或提供更多的气液平衡参数同步调节方式。
以上实施例仅为本申请的示例性实施例，不用于限制本申请，本申请的保护范围由权利要求书限定。本领域技术人员可以在本申请的实质和保护范围内，对本申请做出各种修改或等同替换，这种修改或等同替换也应视为落在本申请的保护范围内。
Claims (10)
1.一种水中甲烷亨利常数的测定方法，其特征在于，包括步骤：
步骤S100、配置多个用于甲烷和水的气液平衡的且具有用于控制内部压强平衡的补压结构的腔体，向多个腔体内通入氩气进行清洗，在清洗后将每个腔体均处理为真空负压状态并保持；
步骤S200、从腔体的底部向每个腔体中真空注入预先处理好的用于甲烷亨利常数测定的实验标准溶液并在腔体内的实验标准溶液的上方形成测试腔，随后向所述测试腔内注入高纯氩气直至测试腔内的压力达到设定值；
其中，设定一个腔体为标准参照腔体，剩余的腔体为实验腔体；
步骤S300、通过等差取样的方式取样多份体积浓度均为10％的甲烷标准气体，并将每份甲烷标准气体顺次注入实验腔体的实验标准溶液中，将标准参照腔体和实验腔体进行振荡，后将标准参照腔体和实验腔体放置于恒温水槽中静置，直至标准参照腔体内的甲烷标气和实验标准溶液达到气液平衡状态；
步骤S400、通过每个腔体内的补压结构的自身膨胀占据所述测试腔内的空间，迫使实验腔体和标准参照腔体的测试腔内的气体转移至与测试腔连接且已经标定过容积的真空容器中；
步骤S500、通过CH4分析器依次对所有真空容器内的气体进行测量，获得每个真空容器内的甲烷浓度数据，根据质量守恒定律公式计算出亨利常数；
其中，根据质量守恒定律，计算所有达到气液平衡状态的腔体中的平衡体系水中溶存甲烷的浓度的具体公式为：P＝H·x，则亨利常数H计算公式为：
其中，P表示甲烷浓度，H表示亨利常数，x表示甲烷气体在实验水中的摩尔浓度，CupgasCH4表示甲烷气体在腔体顶部混合气体中的浓度或含量，Pupgas表示甲烷在顶部混合气体中的分压，Madd1表示实验中甲烷在平衡体系中的总物质的增量，Vdownwater表示平衡体系中下部水的体积，Vupgas表示平衡体系中顶部混合气体的体积，R为气体常数，T代表体系平衡时的绝对温度。
2.根据权利要求1所述的一种水中甲烷亨利常数的测定方法，其特征在于，在步骤S200中，在标准参照腔体和实验腔体的测试腔中设置误差表征腔和实验操作腔，且实验液体置于实验操作腔中，误差表征腔和实验操作腔之间主动或被动连通；
在步骤S200中，向测试腔中注入高纯氩气至所有腔体的压力达到设定值之前，误差表征腔和实验操作腔之间保持主动连通；
在步骤S300中，将多份取样甲烷标气顺次注入实验腔体的实验液体中时，误差表征腔和实验操作腔之间被动连通；
其中，误差表征腔和实验操作腔由于腔体内的压力变化使得误差表征腔和实验操作腔之间实现瞬时或短暂的连通形成被动连通。
3.根据权利要求2所述的一种水中甲烷亨利常数的测定方法，其特征在于，在进行步骤S400之前，误差表征腔和实验操作腔内处于同等压强且相互密封闭合，后通过真空抽气方式使误差表征腔呈负压状态；
在进行步骤S400时，补压结构通过自身膨胀占据实验操作腔内的空间方式，增大实验操作腔内的压强，以使实验操作腔和误差表征腔之间被动连通，迫使实验操作腔中的气体以被动连通的方式进入误差表征腔中。
4.根据权利要求1所述的一种水中甲烷亨利常数的测定方法，其特征在于，在步骤S300中，通过等差方式取样具体包括：
抽取50μL，100μL，150μL，和200μL体积浓度均为10％的甲烷标气，并通过计算或实验获得50μL，100μL，150μL，和200μL体积浓度为10％的甲烷标气在室温环境下的标定容积腔体内的标准体积。
5.根据权利要求4所述的一种水中甲烷亨利常数的测定方法，其特征在于，在步骤S200中，包括设定实验腔体和标准参照腔体的数量相同，且在进行步骤S300时，通过计算或实验获取的0μL，100μL，150μL，和200μL体积浓度为10％的甲烷标气在室温环境下的标定容积腔体内的标准体积对每个体积对应的标准参照腔体的误差表征腔的初始容积大小进行对应的校准调节。
6.一种如权利要求1-5任意一项所述的水中甲烷亨利常数的测定方法的测定腔体，其特征在于，所述测试腔体包括用于形成气液平衡配液的罐体(1)，以及设置在所述罐体(1)上的密封盖(2)，所述罐体(1)的底部设置有进水阀管(3)和进气口(4)，所述密封盖(2)的径向上设置有排气阀(5)、抽真空阀(6)以及设置在所述罐体(1)中间的第一抽样阀(7)，所述罐体(1)的内部设置有补压结构(8)，所述补压结构(8)用于通过自身的充气膨胀占据所述罐体(1)的腔体内空间的方式迫使罐体内的气体从所述第一抽样阀(7)逸出。
7.根据权利要求6所述的一种水中甲烷亨利常数的测定腔体，其特征在于，所述罐体(1)的内部设置有腔体分隔组件(9)，所述腔体分隔组件(9)用于将所述罐体(1)内的腔体分割成位于所述腔体分隔组件(9)上部的误差表征腔(91)，以及位于所述腔体分隔组件(9)下部的实验操作腔(92)，所述腔体分隔组件(9)用于通过主动或被动地连通所述误差表征腔(91)和实验操作腔(92)，所述补压结构(8)设置在所述实验操作腔(92)中；
其中，所述进水阀管(3)和进气口(4)连接位于所述实验操作腔(92)的侧壁上。
8.根据权利要求7所述的一种水中甲烷亨利常数的测定腔体，其特征在于，所述腔体分隔组件(9)包括与所述罐体(1)的内壁接触连接的板体(93)，所述板体(93)上阵列有阀门组(95)，所述板体(93)的圆心处设置与所述第一抽样阀(7)处于同一轴线上的第二抽样阀门(11)，所述板体(93)的边缘通过活动密封胶圈(94)连接在所述罐体(1)的内壁上；
其中，所述阀门组(95)通过接受外界控制信号工作，使所述误差表征腔(91)和所述实验操作腔(92)的腔体连通，实现所述误差表征腔(91)和所述实验操作腔(92)的主动连通；
或，在所述误差表征腔(91)和所述实验操作腔(92)的相对压强差达到所述阀门组(95)设定的自动开启的极限值后，所述阀门组(95)在所述误差表征腔(91)和所述实验操作腔(92)的压强差作用下使所述误差表征腔(91)和所述实验操作腔(92)的腔体连通，实现所述误差表征腔(91)和所述实验操作腔(92)的被动连通；
所述所述补压结构(8)用于通过自身体积膨胀占据所述实验操作腔(92)内空间，增大所述实验操作腔(92)的压强，使所述误差表征腔(91)和所述实验操作腔(92)产生相对压强差。
9.根据权利要求8所述的一种水中甲烷亨利常数的测定腔体，其特征在于，所述板体(93)通过调节组件(10)活动安装在所述罐体(1)的内壁上，所述调节组件(10)用于调节所述腔体分隔组件(9)位于所述罐体内的上、下位置，所述腔体分隔组件(9)上设置有用于与所述第一抽样阀(7)配合的第二抽样阀(11)。
10.根据权利要求8所述的一种水中甲烷亨利常数的测定腔体，其特征在于，所述补压结构(8)包括设置在所述实验操作腔(92)内的囊体(81)，以及设置在所述罐体(1)侧壁上的进气端口，所述进气端口通过外置的气源向囊体(81)进行供气。
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