CN114441282A - 一种壤中气中稀有气体的浓缩富集装置及浓缩富集方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明属于地热地球化学勘探领域，更具体地，涉及一种壤中气中稀有气体的浓缩富集装置及浓缩富集方法和应用。浓缩富集装置包括：主体瓶身；瓶口，设置于主体瓶身顶部，以橡胶塞密封，橡胶塞中插入有玻璃长管；三通管件，设置于主体瓶身侧部，与主体瓶身连通；外罐，用于容纳主体瓶身及盛装冷冻液，使主体瓶身浸于冷冻液中；外罐与三通管件连接。本发明针对壤中气中的稀有气体，利用浓缩富集装置可去除干扰、确保收集的气体组份减少散失，降低误差，可以有效地对目标组份进行富集浓缩，从而提高检测精度获得准确的气体组份有效数据。
Description
技术领域
本发明属于地热地球化学勘探领域，更具体地，涉及一种壤中气中稀有气体的浓缩富集装置及浓缩富集方法和应用。
背景技术
油气地球化学勘探简称油气化探。是油气勘探中一类重要的手段和工作方法，也是应用地球化学的重要分支。它要求以现代地球化学分析方法所取得的资料去帮助寻找油气藏。其理论基础是烃类运移在周围岩石和地表土壤及它们所含的流体中产生多种地球化学现象，形成多种地球化学晕，造成其中的烃类和多种化合物及其元素和同位素组分、含量的变化(异常)。
油气地球化学勘探技术主要是采用地球化学分析方法进行油气勘查的一门技术。根据油气化探的微渗漏理论机理，认为油气在埋深、运移过程中会垂向微渗漏到近地表。通过测定近地表吸附的烃类组份，可进行目标区的异常圈闭和评价。但由于渗漏到近地表的气态烃类及非烃气浓度较低，同时地形复杂，植被茂密，地表化探采样难；地质构造复杂、埋深大，经济活跃带人文也产生干扰。因此如何解决这些问题，保真样品信息及并可进行浓缩富集，获得有效数据是科研工作者的致力解决的问题。
相关的地下烃类非烃类气体主要有氢、氦、氡等气体，气体具有很强的运移至地表能力，是动态的、稳定的，且有别于大气组分，具有一定的抗干扰能力，是重点突破指标。但由于其含量较低，在近地表地球化学勘探的过程中，目标组份的低含量会导致检测精度失真。
发明内容
本发明的目的在于解决上述问题，设计针对一种壤中气中稀有气体的浓缩富集装置及使用方法，利用此装置可去除干扰、确保收集的气体组份减少散失，可以有效的针对目标组份进行富集浓缩，提高目标组份的检测精度，提供真实有效的地下气体组份的科学数据。
该浓缩富集装置为发明人通过实际工作情况及大量实践工作自行设计一套装置，针对近地表低含量组份的气体进行富集浓缩，从而提高检测精度获得准确的气体组份有效数据，为油气勘探、地热勘探助力，此装置可应用于近地表油气地球化学勘探。
为了实现上述目的，本发明的第一方面提供一种壤中气中稀有气体的浓缩富集装置，该壤中气中稀有气体的浓缩富集装置包括：
主体瓶身；
瓶口，设置于主体瓶身顶部，以橡胶塞密封，橡胶塞中插入有玻璃长管，玻璃长管上方以胶垫塞密封；
三通管件，设置于主体瓶身侧部，与主体瓶身连通，三通管件的三个开口分别为真空泵接气口、注入冷冻液口和气体进口，真空泵接气口、注入冷冻液口和气体进口均配备有阀门；
外罐，用于容纳主体瓶身及盛装冷冻液，使主体瓶身浸于冷冻液中；外罐与三通管件连接。
作为优选方案，三通管件与主体瓶身的连接之处设置有第一密封部件。
作为优选方案，外罐与三通管件的连接之处设置有第二密封部件。
作为优选方案，所述阀门为具塞式或夹紧式。
作为优选方案，所述主体瓶身的材质为不锈钢。
作为优选方案，所述三通管件的材质为不锈钢。
作为优选方案，所述外罐的材质为不锈钢。
作为优选方案，所述壤中气中稀有气体包括氢、氦、氖中的至少一种。
本发明的第二方面提供一种壤中气中稀有气体的浓缩富集方法，所述浓缩富集方法采用上述的壤中气中稀有气体的浓缩富集装置，所述浓缩富集方法包括：
(1)以橡胶塞密封瓶口，关闭注入冷冻液口处的阀门和气体进口处的阀门；
(2)通过真空泵接气口将主体瓶身抽至真空状态，主体瓶身内形成负压，关闭真空泵接气口处的阀门；
(3)将冷冻液注入外罐中，打开气体进口处的阀门，将待测气体与气体进口处连通，使待测气体进入主体瓶身，达到平衡后停止进气，关闭气体进口处的阀门；
(4)打开注入冷冻液口处的阀门，注入冷冻液，主体瓶身内形成正压且压力不断增大，瓶内体积减少，瓶内低沸点气体被冷冻，待测气体向主体瓶身上部运动；
(5)用注射器从胶垫塞处伸入集气管，抽取定量待测气体，进行检测。
作为优选方案，所述壤中气中稀有气体包括氢、氦、氖中的至少一种。
作为优选方案，所述低沸点杂质气体包括二氧化碳、水、氧气中的至少一种。
作为优选方案，所述冷冻液为液氮。
本发明的第三方面提供上所述的浓缩富集装置及上述的浓缩富集方法在浓缩富集壤中气体中的应用。
本发明的有益效果：
本发明针对壤中气中的稀有气体，利用浓缩富集装置可去除干扰、确保收集的气体组份减少散失，降低误差，可以有效地对目标组份进行富集浓缩，从而提高检测精度获得准确的气体组份有效数据。
本发明的其它特征和优点将在随后具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
通过结合附图对本发明示例性实施方式进行更详细的描述，本发明的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显。
图1示出了本发明一个实施例的壤中气中稀有气体的浓缩富集装置的示意性结构图。
附图标记说明：
1-玻璃长管、2-橡胶塞、3-外罐、4-主体瓶身、5-冷冻液、6-真空泵接气口处的阀门、7-真空泵接气口、8-注入冷冻液口处的阀门、9-注入冷冻液口、10-气体进口处的阀门、11-气体进口。
具体实施方式
下面将更详细地描述本发明的优选实施方式。虽然以下描述了本发明的优选实施方式，然而应该理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了使本发明更加透彻和完整，并且能够将本发明的范围完整地传达给本领域的技术人员。
本发明的第一方面提供一种壤中气中稀有气体的浓缩富集装置，该壤中气中稀有气体的浓缩富集装置包括：
主体瓶身；
瓶口，设置于主体瓶身顶部，以橡胶塞密封，橡胶塞中插入有玻璃长管，玻璃长管上方以胶垫塞密封；
三通管件，设置于主体瓶身侧部，与主体瓶身连通，三通管件的三个开口分别为真空泵接气口、注入冷冻液口和气体进口，真空泵接气口、注入冷冻液口和气体进口均配备有阀门；
外罐，用于容纳主体瓶身及盛装冷冻液，使主体瓶身浸于冷冻液中；外罐与三通管件连接。
作为优选方案，可将主体瓶身设置为圆柱形。
根据本发明，瓶口以橡胶塞密封主要起到密封作用及方便开口清洗瓶内腔体的作用。
根据本发明，玻璃长管上方以胶垫塞密封防止了气体外溢，同时方便注射器抽取气体。
对于三通管件与主体瓶身的连接：
作为优选的方案之一，三通管件与主体瓶身可一体成型。
作为优选的方案之二，三通管件与主体瓶身的连接之处设置有第一密封部件，第一密封部件为本领域公知常识，需要满足三通管件与主体瓶身密封连接。
对于外罐与三通管件的连接：
作为优选的方案之一，三通管件与主体瓶身、外罐可一体成型。
作为优选的方案之二，外罐与三通管件的连接之处设置有第二密封部件，第二密封部件为本领域公知常识，需要满足三通管件与外罐密封连接。
作为优选方案，所述阀门为具塞式或夹紧式。开关阀门必须密封不漏气同时要方便操作者使用。
根据本发明，所述主体瓶身、所述三通管件、所述外罐的材质本领域技术人员可以根据需要进行选择，只要满足实现上述描述的一系列功能即可。
作为优选方案，所述主体瓶身的材质为不锈钢。
作为优选方案，所述三通管件的材质为不锈钢。
作为优选方案，所述外罐的材质为不锈钢。
作为优选方案，所述壤中气中稀有气体包括氢、氦、氖中的至少一种。
本发明的第二方面提供一种壤中气中稀有气体的浓缩富集方法，所述浓缩富集方法采用上述的壤中气中稀有气体的浓缩富集装置，所述浓缩富集方法包括：
(1)以橡胶塞密封瓶口，关闭注入冷冻液口处的阀门和气体进口处的阀门；
(2)通过真空泵接气口将主体瓶身抽至真空状态，主体瓶身内形成负压，关闭真空泵接气口处的阀门；
(3)将冷冻液注入外罐中，打开气体进口处的阀门，将待测气体与气体进口处连通，使待测气体进入主体瓶身，达到平衡后停止进气，关闭气体进口处的阀门；
(4)打开注入冷冻液口处的阀门，注入冷冻液，主体瓶身内形成正压且压力不断增大，瓶内体积减少，瓶内低沸点气体被冷冻，待测气体向主体瓶身上部运动；
(5)用注射器从胶垫塞处伸入集气管，抽取定量待测气体，进行检测。
作为优选方案，对于上述浓缩富集方法的描述中，所述壤中气中稀有气体包括氢、氦、氖中的至少一种。
根据本发明，所述低沸点杂质气体是指沸点低于壤中气中稀有气体的沸点的杂质气体。根据本发明，在一个具体的实施方式中，具体可以指沸点低于氢、氦、氖的杂质气体，如二氧化碳、水、氧气，从而可以利用沸点的不同达到分离的目的。
作为优选方案，所述低沸点杂质气体包括二氧化碳、水、氧气中的至少一种，当然也可能是其他满足要求或者说可去除的杂质气体，如轻烃。
作为优选方案，所述冷冻液为液氮。
本发明的第三方面提供上所述的浓缩富集装置及上述的浓缩富集方法在浓缩富集壤中气体中的应用。
实施例1
本实施例提供一种壤中气中稀有气体的浓缩富集装置及壤中气中稀有气体的浓缩富集方法。
本发明实施例中，壤中气中的稀有气体包括氢、氦、氖。
本发明实施例中，低沸点杂质气体包括二氧化碳、水、氧气。
本发明实施例中，使用的冷冻液为液氮。
本实施例提供的一种壤中气中稀有气体的浓缩富集装置如图1所示，壤中气中稀有气体的浓缩富集装置包括：
圆柱形的主体瓶身；
瓶口，设置于主体瓶身顶部，以橡胶塞2密封，橡胶塞2中插入有玻璃长管1，玻璃长管1上方以胶垫塞密封；
三通管件，设置于主体瓶身侧部，与主体瓶身连通，三通管件与主体瓶身一体成型，三通管件的三个开口分别为真空泵接气口7、注入冷冻液口9和气体进口11，真空泵接气口7、注入冷冻液口9和气体进口11均配备有阀门；
外罐3，用于容纳主体瓶身及盛装冷冻液5，使主体瓶身浸于冷冻液5中；外罐3与三通管件连接，外罐3与三通管件的连接之处为焊接方式密闭连接。
其中，主体瓶身、三通管件、外罐3的材质均为不锈钢。
浓缩富集方法采用上述的壤中气中稀有气体的浓缩富集装置，所述浓缩富集方法包括：
(1)以橡胶塞2密封瓶口，关闭注入冷冻液口处的阀门8和气体进口处的阀门10；
(2)通过真空泵接气口7将主体瓶身抽至真空状态，主体瓶身内形成负压，关闭真空泵接气口处的阀门6；
(3)将冷冻液5注入外罐3中，打开气体进口处的阀门10，将待测气体与气体进口11处连通，使待测气体进入主体瓶身，达到平衡后停止进气，关闭气体进口处的阀门10；
(4)打开注入冷冻液口处的阀门8，注入冷冻液5，主体瓶身内形成正压且压力不断增大，瓶内体积减少，瓶内低沸点气体被冷冻，待测气体向主体瓶身上部运动；同时，主体瓶身内外皆有冷冻液5(液氮)，且温度基本一致，可将瓶内低沸点杂质气体冷却，起到去除杂质的目的，同时可以将目标气体浓缩，起到富集作用；
(5)用注射器从胶垫塞处伸入集气管，抽取定量待测气体，进行检测。
测试例：
待测气体中的成分如表1所示，采用本装置后，经气相色谱仪进行检测，测得待测气体中的成分如表2所示，可知上述壤中气中稀有气体的浓缩富集装置实现制了对稀有气体的浓缩富集并去除了杂质，提高检测精度获得准确的气体组份有效数据。
表1待测气体组份含量结果
表2采用本装置测定氦氖氢气结果
| 样品号 | 氦(10<sup>-6</sup>mol/mol) | 氖(10<sup>-6</sup>mol/mol) | 氢(10<sup>-6</sup>mol/mol) |
| JD-001 | 17.81 | 42.41 | 57.856 |
| JD-002 | 25.56 | 44.81 | 64.51 |
| JD-003 | 30.01 | 57.26 | 98.86 |
以上已经描述了本发明的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。
Claims (10)
1.一种壤中气中稀有气体的浓缩富集装置，其特征在于，该壤中气中稀有气体的浓缩富集装置包括：
主体瓶身；
瓶口，设置于主体瓶身顶部，以橡胶塞密封，橡胶塞中插入有玻璃长管，玻璃长管上方以胶垫塞密封；
三通管件，设置于主体瓶身侧部，与主体瓶身连通，三通管件的三个开口分别为真空泵接气口、注入冷冻液口和气体进口，真空泵接气口、注入冷冻液口和气体进口均配备有阀门；
外罐，用于容纳主体瓶身及盛装冷冻液，使主体瓶身浸于冷冻液中；外罐与三通管件连接。
2.根据权利要求1所述的壤中气中稀有气体的浓缩富集装置，其中，
三通管件与主体瓶身的连接之处设置有第一密封部件；
外罐与三通管件的连接之处设置有第二密封部件。
3.根据权利要求1所述的壤中气中稀有气体的浓缩富集装置，其中，所述阀门为具塞式或夹紧式。
4.根据权利要求1所述的壤中气中稀有气体的浓缩富集装置，其中，
所述主体瓶身的材质为不锈钢；
所述三通管件的材质为不锈钢；
所述外罐的材质为不锈钢。
5.根据权利要求1所述的壤中气中稀有气体的浓缩富集装置，其中，
所述壤中气中稀有气体包括氢、氦、氖中的至少一种。
6.一种壤中气中稀有气体的浓缩富集方法，其特征在于，所述浓缩富集方法采用权利要求1-5中任意一项所述的壤中气中稀有气体的浓缩富集装置，所述浓缩富集方法包括：
(1)以橡胶塞密封瓶口，关闭注入冷冻液口处的阀门和气体进口处的阀门；
(2)通过真空泵接气口将主体瓶身抽至真空状态，主体瓶身内形成负压，关闭真空泵接气口处的阀门；
(3)将冷冻液注入外罐中，打开气体进口处的阀门，将待测气体与气体进口处连通，使待测气体进入主体瓶身，达到平衡后停止进气，关闭气体进口处的阀门；
(4)打开注入冷冻液口处的阀门，注入冷冻液，主体瓶身内形成正压且压力不断增大，瓶内体积减少，瓶内低沸点气体被冷冻，待测气体向主体瓶身上部运动；
(5)用注射器从胶垫塞处伸入集气管，抽取定量待测气体，进行检测。
7.根据权利要求6所述的浓缩富集方法，其中，
所述壤中气中稀有气体包括氢、氦、氖中的至少一种。
8.根据权利要求6所述的浓缩富集方法，其中，
所述低沸点杂质气体包括二氧化碳、水、氧气中的至少一种。
9.根据权利要求6所述的浓缩富集方法，其中，
所述冷冻液为液氮。
10.权利要求1-5中任意一项所述的浓缩富集装置及权利要求6-9中任意一项所述的浓缩富集方法在浓缩富集壤中气体中的应用。
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