CN114235761B - 分形态大气汞监测设备及监测方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种分形态大气汞监测设备及监测方法，包括气态氧化汞采集与热解析装置、颗粒汞采集与热解析装置、阳离子交换过滤装置、冷原子荧光测汞仪和切换阀。经过气态氧化汞采集与热解析装置和颗粒汞采集与热解析装置的气体含有气态元素汞和未捕集的气态氧化汞，可测出总汞浓度。经过阳离子交换过滤装置的气体仅含有气态元素汞，可测出气态元素汞。从而可对不同形态的汞进行捕集，并结合零气吹扫解析和差值法准确计算出气态氧化汞浓度，大大降低了气态氧化汞的分析误差，满足各种环境大气条件下大气分形态汞准确监测需求。

Description

分形态大气汞监测设备及监测方法

技术领域

本发明涉及环境科学分析与环境检测装置技术领域，尤其涉及一种分形态大气汞监测设备及监测方法。

背景技术

汞为全球性污染物，对环境和人体健康具有极大的危害。大气中有三种形态的汞，分别是气态元素汞(Gaseous Elemental Mercury，GEM)、气态氧化汞(Gaseous OxidizedMercury，GOM)和颗粒汞(Particulate Bounded Mercury，PBM)。其中GEM化学性质稳定，停留时间平均在0.5年-2年之间，是大气汞的主要成分，占比在90％-99％之间。而GOM和PBM化学性质相对活泼，平均停留时间在几周-几个月不等。GOM和PBM在大气中虽然占比较小，却是大气汞沉降的主要部分，GOM和PBM会通过干沉降和湿沉降落到地表，并进一步转化成为剧毒的甲基汞，严重威胁生态安全和人体健康。

现有的大气分形态汞在线观测系统主要采用溶蚀管捕集GOM，从而得出GOM的浓度。该系统测试时仅考虑了纯净干燥的空气下对GOM的采集，进而计算出GOM的浓度。

但是，环境大气中的成分复杂，存在如水分和臭氧等干扰因素。而在对环境空气检测时，溶蚀管会在环境空气中受到水分和臭氧的严重干扰，导致真实环境下的采样效率严重低估，GOM的浓度测试误差较大，无法满足环境空气下的分形态汞监测需求。

因此，亟需提供一种适用于环境大气观测且精准观测GOM的大气分形态汞观测仪器，成为本领域技术人员所要解决的重要技术问题。

发明内容

本发明提供一种分形态大气汞监测设备及监测方法，用以解决现有技术中环境大气样品分形态汞中气态氧化汞浓度检测不准确的缺陷，降低了气态氧化汞的分析误差，可以满足各种环境大气条件下的大气分形态汞监测需求。

本发明提供一种分形态大气汞监测设备，包括：

相连通的气态氧化汞采集与热解析装置和颗粒汞采集与热解析装置，所述气态氧化汞采集与热解析装置用于捕集和解析环境大气样品中含有的气态氧化汞，所述颗粒汞采集与热解析装置用于捕集和解析环境大气样品中含有的颗粒汞，所述气态氧化汞采集与热解析装置和所述颗粒汞采集与热解析装置二者之一设有第一进气口、另一者设有第一出气口；

阳离子交换过滤装置，用于捕集环境大气样品中含有的气态氧化汞和颗粒汞，所述阳离子交换过滤装置设有第二进气口和第二出气口；

冷原子荧光测汞仪，用于检测环境大气样品中含有的汞的浓度，所述冷原子荧光测汞仪设有第三进气口和第三出气口，所述第三进气口与所述第一出气口和所述第二出气口均相连接；

切换阀，用于控制所述第一出气口和所述第二出气口中的一者与所述第三进气口相连通。

根据本发明提供的分形态大气汞监测设备，所述阳离子交换过滤装置包括至少两层依次设置的阳离子交换过滤膜。

根据本发明提供的分形态大气汞监测设备，还包括：

伴热管，一端与所述第二出气口相连接、另一端与所述切换阀相连接；

加热装置，设置在所述伴热管外。

根据本发明提供的分形态大气汞监测设备，还包括流量计，用于检测进入所述冷原子荧光测汞仪的气体流量。

根据本发明提供的分形态大气汞监测设备，还包括PM2.5碰撞捕集器，用于过滤环境大气样品，所述第一进气口和/或所述第二进气口设有所述PM2.5碰撞捕集器。

根据本发明提供的分形态大气汞监测设备，还包括采样控制装置，所述采样控制装置与所述气态氧化汞采集与热解析装置、所述颗粒汞采集与热解析装置、所述阳离子交换过滤装置、所述冷原子荧光测汞仪和所述切换阀均电连接。

根据本发明提供的分形态大气汞监测设备，所述气态氧化汞采集与热解析装置包括：

溶蚀管，用于捕集环境大气样品中含有的气态氧化汞；

第一管式加热组件，设置在所述溶蚀管外，所述第一管式加热组件用于加热所述溶蚀管，以解析捕集的气态氧化汞；

第一温度控制仪，用于控制所述第一管式加热组件的加热温度，且与所述采样控制装置电连接。

根据本发明提供的分形态大气汞监测设备，所述颗粒汞采集与热解析装置包括：

石英玻璃连接管，与所述溶蚀管相连通；

石英截流滤膜，设置在所述石英玻璃连接管内，用于捕集环境大气样品中含有的颗粒汞；

第二管式加热组件，设置在所述石英玻璃连接管外，所述第二管式加热组件位于所述石英玻璃连接管靠近所述石英截流滤膜的位置，所述第二管式加热组件用于加热所述石英玻璃连接管，以解析捕集的颗粒汞；

第二温度控制仪，用于控制所述第二管式加热组件的加热温度，且与所述采样控制装置电连接。

根据本发明提供的分形态大气汞监测设备，还包括进气阀，所述进气阀的出气端与所述第一进气口和所述第二进气口均相连通。

本发明还提供一种分形态大气汞监测方法，基于如上任一项所述的分形态大气汞监测设备，包括步骤：

采集环境大气样品；

通过气态氧化汞采集与热解析装置捕集环境大气样品中含有的气态氧化汞，并通过颗粒汞采集与热解析装置捕集环境大气样品中含有的颗粒汞；

获取经过气态氧化汞采集与热解析装置和颗粒汞采集与热解析装置后的环境大气样品中汞的总浓度，其中，汞的总浓度为气态元素汞和未捕集的气态氧化汞的总浓度；

通过阳离子交换过滤装置捕集环境大气样品中含有的气态氧化汞和颗粒汞；

获取经过阳离子交换过滤装置后的环境大气样品中气态元素汞的浓度；

比较汞的总浓度和气态元素汞的浓度，并获取汞的总浓度与气态元素汞的浓度的差值，以得到未捕集的气态氧化汞的浓度；

解析气态氧化汞采集与热解析装置捕集的气态氧化汞，并获取捕集的气态氧化汞的浓度。

本发明提供的分形态大气汞监测设备，包括：相连通的气态氧化汞采集与热解析装置和颗粒汞采集与热解析装置，气态氧化汞采集与热解析装置用于捕集和解析环境大气样品中含有的气态氧化汞，颗粒汞采集与热解析装置用于捕集和解析环境大气样品中含有的颗粒汞，气态氧化汞采集与热解析装置和颗粒汞采集与热解析装置二者之一设有第一进气口、另一者设有第一出气口；阳离子交换过滤装置，用于捕集环境大气样品中含有的气态氧化汞和颗粒汞，阳离子交换过滤装置设有第二进气口和第二出气口；冷原子荧光测汞仪，用于检测环境大气样品中含有的汞的浓度，冷原子荧光测汞仪设有第三进气口和第三出气口，第三进气口与第一出气口和第二出气口均相连接；切换阀，用于控制第一出气口和第二出气口中的一者与第三进气口相连通。

如此设置，经过颗粒汞采集与热解析装置和气态氧化汞采集与热解析装置的气体含有气态元素汞和未被捕集的气态氧化汞，可通过冷原子荧光测汞仪测出总汞浓度。经过阳离子交换过滤装置的气体仅含有气态元素汞，可通过冷原子荧光测汞仪测出气态元素汞浓度。从而实现对不同形态的汞进行捕集，并结合零气吹扫解析和差值法可以准确计算出气态氧化汞的浓度，大大降低了气态氧化汞的分析误差，可以满足各种环境大气条件下的大气分形态汞准确监测需求。

附图说明

为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明提供的分形态大气汞监测设备的结构示意图；

图2是本发明的大气零价汞分析单元在洁净空气条件下对HgBr₂的捕集效率与现有技术的测试结果对比示意图；

图3是本发明的分形态大气汞监测设备检测的北京大气分形态汞浓度与现有技术的测试结果对比示意图；

附图标记：

11：颗粒汞采集与热解析装置； 111：石英玻璃连接管； 112：第二管式加热组件；

113：第二温度控制仪； 114：石英截流滤膜； 12：气态氧化汞采集与热解析装置

121：溶蚀管； 122：第一管式加热组件； 123：第一温度控制仪；

13：PM2.5碰撞捕集器； 141：采样控制装置； 142：气泵；

15：冷原子荧光测汞仪； 151：金管富集组件； 152：汞激发测试装置；

153：真空泵； 21：进气阀； 22：特氟龙连接管路；

23：阳离子交换过滤装置； 24：伴热管； 25：切换阀；

26：流量计。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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作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。

下面结合图1至图3描述本发明的分形态大气汞监测设备。

如图1所示，本发明实施例提供了一种分形态大气汞监测设备，包括颗粒汞采集与热解析装置11、气态氧化汞采集与热解析装置12、阳离子交换过滤装置23、冷原子荧光测汞仪15和切换阀25。具体来说，颗粒汞采集与热解析装置11和气态氧化汞采集与热解析装置12相连通，颗粒汞采集与热解析装置11用于捕集和解析环境大气样品中含有的颗粒汞，气态氧化汞采集与热解析装置12用于捕集和解析环境大气样品中含有的气态氧化汞。颗粒汞采集与热解析装置11和气态氧化汞采集与热解析装置12二者之一设有第一进气口，另一者设有第一出气口。具体地，如图1所示，气态氧化汞采集与热解析装置12设有第一进气口，颗粒汞采集与热解析装置11设有第一出气口。此外，还设有气泵142，气泵142可以和第一出气口相连接，以使环境大气样品进入监测设备。当然，也可将气泵142与第一进气口相连接，以使环境大气样品进入监测设备。另外，气泵142还可用于使零气源进入监测设备，以能够解析捕集的气态氧化汞和颗粒汞。

阳离子交换过滤装置23用于捕集环境大气样品中含有的气态氧化汞和颗粒汞，阳离子交换过滤装置23设有第二进气口和第二出气口，以供环境大气样品通过。冷原子荧光测汞仪15用于检测环境大气样品中含有的汞的浓度。冷原子荧光测汞仪15为现有成熟产品，包括金管富集组件151、汞激发测试装置152和真空泵153，调节真空泵153的流量，可抽取一定量气体进行检测。冷原子荧光测汞仪15设有第三进气口和第三出气口，第三进气口与第一出气口和第二出气口均相连接。切换阀25用于控制第一出气口和第二出气口中的一者与第三进气口相连通，可为电子计时三通切换阀。具体地，电子计时三通切换阀的第一进口和第一出气口相连，第二进口和第二出气口相连，出口和第三进气口相连。当电子计时三通切换阀的第一进口和出口导通时，即第一出气口和第三进气口相连通，冷原子荧光测汞仪15可对经过颗粒汞采集与热解析装置11和气态氧化汞采集与热解析装置12后的气体进行检测。当电子计时三通切换阀的第二进口和出口导通时，即第二出气口和第三进气口相连通，冷原子荧光测汞仪15可对经过阳离子交换过滤装置23后的气体进行检测。电子计时三通切换阀可根据检测需求以一定时间间隔在两个通路之间切换，以使采样程序能够以固定时间间隔循环往复，提高了在线分析程序使用的方便性。其具体时间间隔需根据实际采样要求而定。

检测时，如图1所示进气阀环境大气样品进入气态氧化汞采集与热解析装置12和颗粒汞采集与热解析装置11，沿图1中箭头所示方向，最终经过气泵142向外排出。则环境大气样品中含有的GOM和PBM被捕集，GEM和未捕集的GOM排出。此时切换阀25将第一出气口和第三进气口相连通，从排气管路抽取一定气体，测出总汞浓度即GEM和未捕集的GOM的总浓度。然后，切换阀25将第二出气口和第三进气口相连通，环境大气样品进入阳离子交换过滤装置23，最终经过冷原子荧光测汞仪15排出。通过阳离子交换过滤膜完全吸收环境大气样品中含有的GOM和PBM，排出的气体中仅含有GEM，从而可测出GEM的浓度。然后对气态氧化汞采集与热解析装置12和颗粒汞采集与热解析装置11进行零气吹扫测试，解析GOM和PBM，并测出GOM的浓度和PBM的浓度。再采用差值法即可准确获取实际GOM浓度，从而分别精确地得出环境大气样品中的GEM浓度、GOM浓度和PBM浓度。需要说明的是，在洁净空气条件下，进行零气吹扫测试时，进入监测设备中的零空气中含有的汞浓度应为零，以减小GOM浓度的计算误差。

如此设置，经过颗粒汞采集与热解析装置11和气态氧化汞采集与热解析装置12的气体含有气态元素汞和未捕集的气态氧化汞，经过阳离子交换过滤装置23的气体仅含有气态元素汞。从而对不同形态的汞进行捕集，并结合零气吹扫解析和差值法可以准确计算出气态氧化汞的浓度。本发明实施例利用阳离子交换过滤膜在线捕集气态氧化汞，相比于现有的在线分形态汞监测仪器，最大程度地降低了GOM在溶蚀管上的化学反应对GOM浓度测试产生的影响，提高了监测准确性。本实施例中的分形态大气汞监测设备不仅具有良好的一致性和稳定性，而且大大降低了气态氧化汞的分析误差，可以满足各种环境大气条件下的大气分形态汞准确监测需求。为了解大气汞污染特征，以及进一步分析大气汞形态转化和大气汞物质平衡，提供了可靠依据。

本发明实施例中，阳离子交换过滤装置23包括至少两层依次设置的阳离子交换过滤膜，以确保气态氧化汞和颗粒汞被完全吸收。具体地，阳离子交换过滤膜为PFA(Polytetrafluoro ethylene，可熔性聚四氟乙烯)材质，直径可为47毫米，其具体尺寸等可根据实际使用需求而定。需要说明的是，每使用半个月，需要检查并更换两层阳离子交换过滤膜，以确保阳离子交换过滤膜处于良好的工作状态。

本发明实施例中，大气零价汞分析单元2还包括伴热管24和设置在伴热管24外的加热装置。伴热管24的一端与阳离子交换过滤装置23的第二出气口相连接，另一端与切换阀25相连接。伴热管24可为1/4英尺内径的PFA管，其具体尺寸等可根据实际使用需求而定。加热装置可为包绕在管外的加热丝，能够使伴热管24温度保持在120℃，避免因室内外温差产生的露水造成管路堵塞等问题。而且加热装置应具有防水功能，保证管路能长期使用。此外，各个管路的连接位置处可采用PFA螺纹接口，保证连接牢固，气密性优良，且不受伴热管24保温的影响，从而可以稳定、高效地捕集分形态汞。

本发明实施例中，分形态大气汞监测设备还包括流量计26，用于检测进入冷原子荧光测汞仪15的气体流量。具体地，流量计26可设置在冷原子荧光测汞仪15的第三进气口处，或者设置在第三出气口处。这样，在切换阀25切换两个通路时，可以监控两路测试流量是否相同，以便于进行精确对比，保证测试精度。

本发明实施例中，分形态大气汞监测设备还包括PM2.5碰撞捕集器13，用于过滤环境大气样品，PM2.5碰撞捕集器13设置在第一进气口处和/或第二进气口处进气阀。这样可对环境大气样品进行过滤，防止杂质进入监测设备后堵塞管路，延长设备的使用寿命。

本发明实施例中，分形态大气汞监测设备还包括采样控制装置141，采样控制装置141与气态氧化汞采集与热解析装置12、颗粒汞采集与热解析装置11进气阀、阳离子交换过滤装置23、冷原子荧光测汞仪15和切换阀25均电连接。从而实现采样程序智能自动化控制，各个过程有序进行，提高在线监测效率。

本发明实施例中，气态氧化汞采集与热解析装置12包括溶蚀管121，第一管式加热组件122，以及第一温度控制仪123。如图1所示，溶蚀管121进气阀供环境大气样品进入，用于捕集环境大气样品中含有的气态氧化汞。第一管式加热组件122设置在溶蚀管121外，在零气吹扫时，可对溶蚀管121加热，从而解析捕集的气态氧化汞，以便检测气态氧化汞浓度。第一温度控制仪123用于控制第一管式加热组件122的加热温度，且与采样控制装置141电连接，从而实现溶蚀管121加热温度的自动控制。一般地，在解析气态氧化汞时，温度应控制在500℃-700℃范围内，可选地，温度设置为500℃±10℃。此时的零空气吹扫的气流量设置范围为6LPM-8LPM，可选地，零空气吹扫流量设置为7LPM。其中，LPM为流量单位，即升/分钟。

本发明实施例中，颗粒汞采集与热解析装置11包括石英玻璃连接管111，第二管式加热组件112，第二温度控制仪113，以及石英截流滤膜114。具体地，石英玻璃连接管111与溶蚀管121相连通，以供环境大气样品进入。石英截流滤膜114设置在石英玻璃连接管111内，用于捕集环境大气样品中含有的颗粒汞。第二管式加热组件112设置在石英玻璃连接管111外，并位于靠近石英截流滤膜114的位置。在零气吹扫时，对石英玻璃连接管111进行加热，解析捕集的颗粒汞，从而测得颗粒汞浓度。第二温度控制仪113用于控制第二管式加热组件112的加热温度，且与采样控制装置141电连接，以便根据采样程序实现自动加热。一般地，在解析颗粒汞时，温度应控制在800℃-1000℃范围内，可选地，温度设置为800℃±10℃。

本发明实施例中，分形态大气汞监测设备还包括进气阀21，进气阀21的出气端与第一进气口和第二进气口均相连通，以确保两个通路共享一路进气口，保证测试准确性和一致性。进气阀21可为石英三通进气阀，其进气端与大气源连接，两个出气端分别与第一进气口和第二进气口连接，需保证接口处气密性良好。此外，石英三通进气阀和阳离子交换过滤装置23的第二进气口通过特氟龙连接管路22相连，特氟龙连接管路22具有高度的化学稳定性和优异的耐老化性，可长期于室外使用。

下面对本发明提供的分形态大气汞监测方法进行描述，下文描述的分形态大气汞监测方法与上文描述的分形态大气汞监测设备可相互对应参照。

本发明实施例还提供了一种分形态大气汞监测方法，基于如上述各实施例中的分形态大气汞监测设备，包括步骤：

采集环境大气样品；

通过气态氧化汞采集与热解析装置12捕集环境大气样品中含有的气态氧化汞，并通过颗粒汞采集与热解析装置11捕集环境大气样品中含有的颗粒汞；具体地，如图1所示，环境大气样品依次经过气态氧化汞采集与热解析装置12和颗粒汞采集与热解析装置11，分别捕集气态氧化汞和颗粒汞；

获取经过气态氧化汞采集与热解析装置12和颗粒汞采集与热解析装置11后的环境大气样品中汞的总浓度，其中，汞的总浓度为气态元素汞和未捕集的气态氧化汞的总浓度；具体地，通过切换阀25控制第一出气口和第三进气口相连通，并通过冷原子荧光测汞仪15检测汞的总浓度；

通过阳离子交换过滤装置23捕集环境大气样品中含有的气态氧化汞和颗粒汞；

获取经过阳离子交换过滤装置23后的环境大气样品中气态元素汞的浓度；具体地，通过切换阀25控制第二出气口和第三进气口相连通，并通过冷原子荧光测汞仪15检测气态元素汞的浓度；

比较汞的总浓度和气态元素汞的浓度，并获取汞的总浓度与气态元素汞的浓度的差值，以得到未捕集的气态氧化汞的浓度；

解析气态氧化汞采集与热解析装置12捕集的气态氧化汞，并获取捕集的气态氧化汞的浓度。具体地，对气态氧化汞采集与热解析装置12进行零气吹扫，解析气态氧化汞。通过切换阀25控制第一出气口和第三进气口相连通，并通过冷原子荧光测汞仪15检测解析的气态氧化汞的浓度。

如此设置，通过获取并比较汞的总浓度和气态元素汞的浓度，从而得出准确的气态氧化汞的浓度，消除了气态氧化汞的分析误差，可以满足各种环境大气条件下的大气分形态汞准确监测需求。

此外，还可对颗粒汞采集与热解析装置11进行零气吹扫，解析颗粒汞。并通过冷原子荧光测汞仪15检测解析的颗粒汞的浓度。

具体来说，分形态大气汞监测设备单次采样完整流程为两小时，能够以两小时高时间分辨率分析大气中的气态元素汞、气态氧化汞和颗粒汞。其中，气态氧化汞和颗粒汞的测试方法分别为溶蚀管方法和石英滤膜法，并且操作和维护要求需要严格按照国际标准操作规程执行。基于此分形态大气汞监测设备，分形态大气汞监测方法的具体实施过程依次为：

颗粒汞采集与热解析装置11和气态氧化汞采集与热解析装置12采集环境空气，时长为20分钟；

阳离子交换过滤装置23采集环境空气，时长为20分钟；

气态氧化汞采集与热解析装置12和颗粒汞采集与热解析装置11采集环境空气，时长为20分钟；

颗粒汞采集与热解析装置11和气态氧化汞采集与热解析装置12解析颗粒汞和气态氧化汞，时长为60分钟。其中，在解析过程中，先对颗粒汞采集与热解析装置11进行加热，解析颗粒汞。然后再对气态氧化汞采集与热解析装置12进行加热，解析气态氧化汞。

在采样过程中，通过颗粒汞采集与热解析装置11和气态氧化汞采集与热解析装置12采集环境空气的总流量设置范围为5LPM-15LPM，可选地，泵流量设置为9LPM。冷原子荧光测汞仪15的流量设置范围为0.5LPM-1.5LPM，可选地，泵流量设置为1LPM。

在单次采样流程的两小时内，每5分钟可采集分析得到一个汞浓度数据，一共可以分析出24个浓度数据，经过整理计算可以得到一组分形态汞数据。以2021年9月30日下午2-4时对北京市城区大气进行采样为例，其采样结果具体如表1所示。

表1 2021年9月30日下午2-4时环境空气采样结果在两小时采样后，大气分形态汞的计算方法如以下公式所示：

其中，GEM是当前两小时循环的气态元素汞浓度，单位是ng m^-3。TEK-GOM是基于溶蚀管方法得到的当前两小时循环的气态氧化汞浓度，单位是ng m^-3。GOM是经过差减法核算得到的当前两小时循环的气态氧化汞浓度，单位是ng m^-3。PBM是基于石英滤膜法得到的当前两小时循环的颗粒汞浓度，单位是ng m^-3。

本发明可以进行不同类型环境大气样品更加精准的分形态汞捕集解析和浓度分析，通过基于离子交换膜的阳离子交换过滤装置23将环境大气样品中的气态氧化汞和颗粒汞全部捕集，剩余的气态元素汞进入冷原子荧光测汞仪15测定，将经过颗粒汞采集与热解析装置11和气态氧化汞采集与热解析装置12得到的气态总汞和经过离子交换膜得到的气态元素汞进行比对，实现高时间分辨率大气分形态汞测定状态下的气态氧化汞的精准测量。

在相同的测试条件下，采用本发明的分形态大气汞监测设备和现有的在线分形态汞监测仪器，对2021年9月10日-2021年9月30日期间北京市城区大气中的分形态汞进行在线采集与分析。将采样结果进行比较，其对比结果如图3所示。本发明测试得到的GEM、GOM和PBM的浓度分别为3.02±1.21ng m^-3、0.44±0.42ng m^-3、0.056±0.10ng m^-3。而现有在线分形态汞监测仪器测试得到的GOM浓度为0.20±0.22ng m^-3。由图3可以明显地看出，气态氧化汞浓度在现有的观测方法中被明显低估。相比气态元素汞，气态氧化汞的化学性质更加活泼，准确地测定气态氧化汞对于大气汞循环和环境影响具有现实的指导意义。

此外，本发明还采用纯净HgBr₂气体测试基于离子交换膜的阳离子交换过滤装置23对于HgBr₂的捕集效率。其中，测试的HgBr₂浓度为1.3±0.1ng m^-3，高于一般大气环境活性气态汞浓度。并且在相同的测试条件下，采用两个现有的基于溶蚀管的在线分形态汞监测仪测试对于HgBr₂的捕集效率。将测试结果进行比较，其对比结果如图2所示。由图2很明显可以看到，在洁净干燥空气条件下，本发明测试结果表明基于离子交换膜的阳离子交换过滤装置23能够以100％±9％的效率吸收二价汞，相比于现有常用的仪器，HgBr₂捕集效率提升了40％。因此，表明本发明的基于离子交换膜的阳离子交换过滤装置23具有较好的活性气态汞捕集性能。

综上所述，本发明提供了一种新型分形态大气汞监测设备及监测方法，包括颗粒汞采集与热解析装置11和气态氧化汞采集与热解析装置12，以及基于离子交换膜的阳离子交换过滤装置23。通过两个单元分别采集气态总汞和气态元素汞，并对比两路结果计算出大气中实际的气态氧化汞浓度，解决了现有环境大气样品分形态汞中气态氧化汞浓度检测不准确的问题。其时间分辨率高，可广泛适用于各类型环境大气的高效、稳定、便捷地捕集大气分形态汞，提高了在线监测效率和测试准确性。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (7)

1.一种分形态大气汞监测设备，其特征在于，包括：

相连通的气态氧化汞采集与热解析装置和颗粒汞采集与热解析装置，所述气态氧化汞采集与热解析装置用于捕集和解析环境大气样品中含有的气态氧化汞，所述颗粒汞采集与热解析装置用于捕集和解析环境大气样品中含有的颗粒汞，所述气态氧化汞采集与热解析装置和所述颗粒汞采集与热解析装置二者之一设有第一进气口、另一者设有第一出气口；

阳离子交换过滤装置，用于捕集环境大气样品中含有的气态氧化汞和颗粒汞，所述阳离子交换过滤装置设有第二进气口和第二出气口；

冷原子荧光测汞仪，用于检测环境大气样品中含有的汞的浓度，所述冷原子荧光测汞仪设有第三进气口和第三出气口，所述第三进气口与所述第一出气口和所述第二出气口均相连接；

切换阀，用于控制所述第一出气口和所述第二出气口中的一者与所述第三进气口相连通；

采样控制装置，所述采样控制装置与所述气态氧化汞采集与热解析装置、所述颗粒汞采集与热解析装置、所述阳离子交换过滤装置、所述冷原子荧光测汞仪和所述切换阀均电连接；

其中，所述气态氧化汞采集与热解析装置包括：溶蚀管，用于捕集环境大气样品中含有的气态氧化汞；第一管式加热组件，设置在所述溶蚀管外，所述第一管式加热组件用于加热所述溶蚀管，以解析捕集的气态氧化汞；第一温度控制仪，用于控制所述第一管式加热组件的加热温度，且与所述采样控制装置电连接；

所述颗粒汞采集与热解析装置包括：石英玻璃连接管，与所述溶蚀管相连通；石英截流滤膜，设置在所述石英玻璃连接管内，用于捕集环境大气样品中含有的颗粒汞；第二管式加热组件，设置在所述石英玻璃连接管外，所述第二管式加热组件位于所述石英玻璃连接管靠近所述石英截流滤膜的位置，所述第二管式加热组件用于加热所述石英玻璃连接管，以解析捕集的颗粒汞；第二温度控制仪，用于控制所述第二管式加热组件的加热温度，且与所述采样控制装置电连接。

2.根据权利要求1所述的分形态大气汞监测设备，其特征在于，所述阳离子交换过滤装置包括至少两层依次设置的阳离子交换过滤膜。

3.根据权利要求1所述的分形态大气汞监测设备，其特征在于，还包括：

伴热管，一端与所述第二出气口相连接、另一端与所述切换阀相连接；

加热装置，设置在所述伴热管外。

4.根据权利要求1所述的分形态大气汞监测设备，其特征在于，还包括流量计，用于检测进入所述冷原子荧光测汞仪的气体流量。

5.根据权利要求1所述的分形态大气汞监测设备，其特征在于，还包括PM2.5碰撞捕集器，用于过滤环境大气样品，所述第一进气口和/或所述第二进气口设有所述PM2.5碰撞捕集器。

6.根据权利要求1所述的分形态大气汞监测设备，其特征在于，还包括进气阀，所述进气阀的出气端与所述第一进气口和所述第二进气口均相连通。

7.一种分形态大气汞监测方法，基于如权利要求1-6任一项所述的分形态大气汞监测设备，其特征在于，包括步骤：

采集环境大气样品；

通过气态氧化汞采集与热解析装置捕集环境大气样品中含有的气态氧化汞，并通过颗粒汞采集与热解析装置捕集环境大气样品中含有的颗粒汞；

获取经过气态氧化汞采集与热解析装置和颗粒汞采集与热解析装置后的环境大气样品中汞的总浓度，其中，汞的总浓度为气态元素汞和未捕集的气态氧化汞的总浓度；

通过阳离子交换过滤装置捕集环境大气样品中含有的气态氧化汞和颗粒汞；

获取经过阳离子交换过滤装置后的环境大气样品中气态元素汞的浓度；

比较汞的总浓度和气态元素汞的浓度，并获取汞的总浓度与气态元素汞的浓度的差值，以得到未捕集的气态氧化汞的浓度；

解析气态氧化汞采集与热解析装置捕集的气态氧化汞，并获取捕集的气态氧化汞的浓度。

Images