CN203465122U - 3h和14c的采样设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种³H和¹⁴C的采样设备，其包括依次串联的一第一级取样系统、一第二级取样系统和一第三级取样系统；该第一级取样系统用于HTO和¹⁴CO₂的分别取样，该第二级取样系统用于HT和¹⁴CO的分别取样，该第三级取样系统用于CH₃T和¹⁴CH₄的分别取样。本实用新型的³H和¹⁴C的采样设备通过串联的三级取样系统，实现了不同的含有³H或¹⁴C的物质的分别采样。

Description

3H和14C的采样设备

技术领域

本实用新型涉及一种采样设备，尤其涉及一种³H和¹⁴C的采样设备。 

背景技术

核电站等核设施中产生不同形态的气态含³H（又简写为T）和/或¹⁴C的物质，包括HTO、HT、CH₃T、¹⁴CO₂、¹⁴CO、¹⁴CH₄等，该些物质会对环境造成不同程度的污染，同时对生物体造成不同的危害，因此有必要对大气环境中不同形态的含³H和/或¹⁴C的物质进行采样和监测。 

目前常用的气态³H或¹⁴C监测系统包括采样系统和检测系统，其中采样系统是通过氧化、吸附、冷凝、吸收等方法分别将大气中的气态含³H或 ¹⁴C的物质进行采集的，检测系统通常是使用液闪法测量的手段测量³H或¹⁴C的浓度。但是，该种采样系统很难将不同形态存在的含³H或¹⁴C的物质进行分别采集，并且，以往的气态³H和¹⁴C采样设备主要是采集大气中的HTO和¹⁴CO₂，其主要是利用冷凝和吸收液吸收的方法将大气中的HTO和¹⁴CO₂收集起来。 

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题在于克服了现有技术中的³H和¹⁴C的采样设备难以分别采集CH₃T、¹⁴CO₂、¹⁴CO和¹⁴CH₄的缺陷，提供一种³H和¹⁴C的采样设备。本实用新型的³H和¹⁴C的采样设备能够针对不同的含有 ³H或¹⁴C的物质进行分别采样。 

本实用新型通过以下技术方案解决上述问题。 

本实用新型提供了一种³H和¹⁴C的采样设备，其包括依次串联的一第一级取样系统、一第二级取样系统和一第三级取样系统；所述的第一级取样系统包括依次连接的一第一级HTO收集装置、一第一级防HTO交叉污染装 置、一第一级¹⁴CO₂收集装置和一第一级防¹⁴CO₂交叉污染装置；所述的第二级取样系统包括依次连接的一第二级催化氧化装置、一第二级冷却换热器、一第二级HTO收集装置、一第二级防HTO交叉污染装置、一第二级¹⁴CO₂收集装置和一第二级防¹⁴CO₂交叉污染装置，所述的第二级催化氧化装置用于催化氧化H₂、HT、CO和¹⁴CO，所述的第二级取样系统还包括一第二级气体供给装置，所述的第二级气体供给装置与所述的第二级催化氧化装置相连，用于向所述的第二级催化氧化装置提供H₂和CO；所述的第三级取样系统包括依次连接的一第三级催化氧化装置、一第三级冷却换热器、一第三级HTO收集装置、一第三级防HTO交叉污染装置、一第三级¹⁴CO₂收集装置和一第三级防¹⁴CO₂交叉污染装置，所述的第三级催化氧化装置用于催化氧化CH₄、CH₃T和¹⁴CH₄；所述的第三级取样系统还包括一第三级气体供给装置，所述的第三级气体供给装置与所述的第三级催化氧化装置相连，用于向所述的第三级催化氧化装置提供CH₄。 

本实用新型中，所述的第一级取样系统用于HTO和¹⁴CO₂的分别取样，所述的第二级取样系统用于HT和¹⁴CO的分别取样，所述的第三级取样系统用于CH₃T和¹⁴CH₄的分别取样，因此，通过串联的三级取样系统以实现对不同的含有³H或¹⁴C的物质进行分别采样。 

其中，所述的第一级HTO收集装置可为本领域常规使用的HTO收集装置，用于收集HTO和H₂O。所述的第一级HTO收集装置较佳地包括一第一级冷阱和与所述第一级冷阱连接的一个以上的第一级HTO收集容器。所述的第一级HTO收集容器的数目较佳地为两个。所述的第一级HTO收集装置更佳地还包括一个以上的第一级阀件，所述的第一级阀件用于控制所述第一级冷阱和所述第一级HTO收集容器的连通状态。所述的第一级阀件较佳地为球阀。所述的第一级冷阱较佳地为半导体冷阱。按本领域常识，当气体通过所述的第一级冷阱时，可以将第一级阀件关闭，然后至气体完全通过后，再打开所述的第一级阀件，使所述的第一级冷阱中的冷凝物融化，流入至所述的第一级HTO收集容器。 

其中，所述的第一级防HTO交叉污染装置可为本领域常规使用的吸附HTO和H₂O的装置，用于吸收所述第一级HTO收集装置收集不完全的HTO，同时避免HTO对于后续取样系统的交叉污染。所述的第一级防HTO交叉污染装置较佳地为一变色硅胶吸附柱。 

其中，所述的第一级¹⁴CO₂收集装置可为本领域常规的¹⁴CO₂收集装置，用于收集¹⁴CO₂和CO₂。按本领域常识，一般可采用溶剂吸收法进行¹⁴CO₂的吸收。所述的第一级¹⁴CO₂收集装置较佳地为带有一冷却装置的一第一级 ¹⁴CO₂收集容器。所述冷却装置较佳地为一冷阱，更佳地为一半导体冷阱。所述的第一级¹⁴CO₂收集容器中，溶剂较佳地为闪烁液（Permafluor E）与二氧化碳吸收剂（Carbosorb E）的混合液。 

其中，所述的第一级防¹⁴CO₂交叉污染装置可为本领域常规使用的吸附 ¹⁴CO₂和CO₂的装置，用于吸收所述第一级¹⁴CO₂收集装置收集不完全的 ¹⁴CO₂，同时避免¹⁴CO₂对于后续取样系统的交叉污染。所述的第一级防¹⁴CO₂交叉污染装置较佳地为一分子筛吸附柱，更佳地为5A分子筛吸附柱或13X分子筛吸附柱。 

其中，所述的第二级催化氧化装置可为本领域常规用于催化氧化HT和 ¹⁴CO的催化氧化装置。按本领域常识，所述的第二级催化氧化装置中包括一第二级控温装置和一第二级催化反应床。所述的第二级催化反应床可为本领域常规使用的催化反应床，较佳地包括第二级催化剂活性组分和第二级催化剂载体。所述的第二级催化剂活性组分较佳地为Pt和/或Pd。所述的第二级催化剂载体较佳地为硅烷改性的Al₂O₃、聚苯乙烯-二乙烯基苯（SDB）或聚四氟乙烯（PTFE）。所述的第二级催化剂活性组分的负载量较佳地为0.5～5wt%。所述的第二级控温装置用于控制HT、H₂、CO和¹⁴CO的催化氧化温度。 

其中，所述的第二级冷却换热器可为本领域常规使用的冷却换热器，用于降低从所述第二级催化氧化装置流出的气体的温度。按本领域常识，所述第二级冷却换热器不会使水凝固。 

其中，所述的第二级HTO收集装置可为本领域常规使用的HTO收集装置，用于收集HTO和H₂O。所述的第二级HTO收集装置较佳地包括一第二级冷阱和与所述第二级冷阱连接的一个以上的第二级HTO收集容器。所述的第二级HTO收集容器的数目较佳地为两个。所述的第二级HTO收集装置更佳地还包括一个以上的第二级阀件，所述的第二级阀件用于控制所述第二级冷阱和所述第二级HTO收集容器的连通状态。所述的第二级阀件较佳地为球阀。所述的第二级冷阱较佳地为半导体冷阱。按本领域常识，当气体通过所述的第二级冷阱时，可以将第二级阀件关闭，然后至气体完全通过后，再打开所述的第二级阀件，使所述的第二级冷阱中的冷凝物融化，流入至所述的第二级HTO收集容器。 

其中，所述的第二级防HTO交叉污染装置可为本领域常规使用的吸附HTO和H₂O的装置，用于吸收所述第二级HTO收集装置收集不完全的HTO，同时避免HTO对于后续取样系统的交叉污染。所述的第二级防HTO交叉污染装置较佳地为一变色硅胶吸附柱。 

其中，所述的第二级¹⁴CO₂收集装置可为本领域常规的¹⁴CO₂收集装置，用于收集¹⁴CO₂和CO₂。按本领域常识，一般可采用溶剂吸收法进行¹⁴CO₂的吸收。所述的第二级¹⁴CO₂收集装置较佳地为带有一冷却装置的一第二级 ¹⁴CO₂收集容器。所述冷却装置较佳地为一冷阱，更佳地为一半导体冷阱。所述的第二级¹⁴CO₂收集容器中，溶剂较佳地为闪烁液（Permafluor E）与二氧化碳吸收剂（Carbosorb E）的混合液。 

其中，所述的第二级防¹⁴CO₂交叉污染装置可为本领域常规使用的吸附 ¹⁴CO₂和CO₂的装置，用于吸收所述第二级¹⁴CO₂收集装置收集不完全的 ¹⁴CO₂，同时避免¹⁴CO₂对于后续取样系统的交叉污染。所述的第二级防¹⁴CO₂交叉污染装置较佳地为一分子筛吸附柱，更佳地为5A分子筛吸附柱或13X分子筛吸附柱。 

其中，所述的第二级气体供给装置可为本领域常规使用的供给H₂和CO的装置。在本实用新型的一较佳实施方式中，所述的第二级气体供给装置包 括一H₂供给装置、与所述H₂供给装置相连的一H₂流量控制器、一CO供给装置和与所述CO供给装置相连的一CO流量控制器。按本领域常识，所述的H₂供给装置可以是一带有阀件的氢气发生器；所述的CO供给装置可以是一带有阀件的CO高压气瓶。按本领域常识，所述的第二级气体供给装置中没有含³H或¹⁴C的物质。 

本实用新型中，所述的第二级取样系统较佳地还包括一第二级流量计，用于检测进入所述第二级取样系统的气体流量，所述的第二级流量计与所述的第一级防¹⁴CO₂交叉污染装置相连接，并设置在所述第一级防¹⁴CO₂交叉污染装置的下游。所述的第二级流量计可为本领域常规使用的流量计，较佳地为一浮子流量计。 

其中，所述的第三级催化氧化装置可为本领域常规用于催化氧化CH₃T和¹⁴CH₄的催化氧化装置。按本领域常识，所述的第三级催化氧化装置中包括一第三级控温装置和一第三级催化反应床。所述的第三级催化反应床可为本领域常规使用的催化反应床，较佳地包括第三级催化剂活性组分和第三级催化剂载体。所述的第三级催化剂活性组分较佳地为Pt、Pd和Ru中的一种或多种。所述的第三级催化剂载体较佳地为Al₂O₃分子筛、CeO₂分子筛、ZrO₂分子筛、ZSM-5分子筛、4A分子筛或SBA-15分子筛。所述的第三级催化剂活性组分的负载量较佳地为0.5～5wt%。所述的第三级控温装置用于控制CH₃T和¹⁴CH₄的催化氧化温度。 

其中，所述的第三级冷却换热器可为本领域常规使用的冷却换热器，用于降低从所述第三级催化氧化装置流出的气体的温度。按本领域常识，所述第二级冷却换热器不会使水凝固。 

其中，所述的第三级HTO收集装置可为本领域常规使用的HTO收集装置，用于收集HTO和H₂O。所述的第三级HTO收集装置较佳地包括一第三级冷阱和与所述第三级冷阱连接的一个以上的第三级HTO收集容器。所述的第三级HTO收集容器的数目较佳地为两个。所述的第三级HTO收集装置更佳地还包括一个以上的第三级阀件，所述的第三级阀件用于控制所述第三 级冷阱和所述第三级HTO收集容器的连通状态。所述的第三级阀件较佳地为球阀。所述的第三级冷阱较佳地为半导体冷阱。按本领域常识，当气体通过所述的第三级冷阱时，可以将第三级阀件关闭，然后至气体完全通过后，再打开所述的第三级阀件，使所述的第三级冷阱中的冷凝物融化，流入至所述的第三级HTO收集容器。 

其中，所述的第三级防HTO交叉污染装置可为本领域常规使用的吸附HTO和H₂O的装置，用于吸收所述第三级HTO收集装置收集不完全的HTO。所述的第三级防HTO交叉污染装置较佳地为一变色硅胶吸附柱。 

其中，所述的第三级¹⁴CO₂收集装置可为本领域常规的¹⁴CO₂收集装置，用于收集¹⁴CO₂和CO₂。按本领域常识，一般可采用溶剂吸收法进行¹⁴CO₂的吸收。所述的第三级¹⁴CO₂收集装置较佳地为带有一冷却装置的一第三级 ¹⁴CO₂收集容器。所述冷却装置较佳地为一冷阱，更佳地为一半导体冷阱。所述的第三级¹⁴CO₂收集容器中，溶剂较佳地为闪烁液（Permafluor E）与二氧化碳吸收剂（Carbosorb E）的混合液。 

其中，所述的第三级防¹⁴CO₂交叉污染装置可为本领域常规使用的吸附 ¹⁴CO₂和CO₂的装置，用于吸收所述第三级¹⁴CO₂收集装置收集不完全的 ¹⁴CO₂。所述的第三级防¹⁴CO₂交叉污染装置较佳地为一分子筛吸附柱，更佳地为5A分子筛吸附柱或13X分子筛吸附柱。 

其中，所述的第三级气体供给装置可为本领域常规使用的供给CH₄的装置。在本实用新型的一较佳实施方式中，所述的第三级气体供给装置包括一CH₄供给装置和与所述CH₄供给装置相连的一CH₄流量控制器。按本领域常识，所述的CH₄供给装置可以是一带有阀件的CH₄高压气瓶。按本领域常识，所述的第二级气体供给装置中没有含³H或¹⁴C的物质。 

本实用新型中，所述的第三级取样系统较佳地还包括一第三级流量计，用于检测进入所述第三级取样系统的气体流量，所述的第三级流量计与所述的第二级防¹⁴CO₂交叉污染装置相连接，并设置在所述第二级防¹⁴CO₂交叉污染装置的下游。所述的第三级流量计可为本领域常规使用的流量计，较佳 地为一浮子流量计。 

本实用新型中，所述的³H和¹⁴C的采样设备较佳地还包括一进样系统，所述的进样系统设置在所述第一级取样系统上游，，所述的进样系统包括依次连接的一空气过滤器、一进样流量控制器、一进样阀件和一气泵，所述进样系统与所述的第一级取样系统相连接。所述的进样系统能够去除进样气体中的颗粒物杂质，同时检测进样气体的流量。 

本实用新型中，所述的³H和¹⁴C的采样设备较佳地还包括一出样流量计，用于检测从所述第三级取样系统出来的气体流量，所述的出样流量计与所述的第三级防¹⁴CO₂交叉污染装置相连接，并设置在所述第三级防¹⁴CO₂交叉污染装置的下游。所述的出样流量计可为本领域常规使用的流量计，较佳地为一浮子流量计。 

按本领域常识，本实用新型中的各个部件可以采用常规的连接方式进行连接。本实用新型中，优选采用快接口进行连接，以便于所述³H和¹⁴C的采样设备的检修和维护。 

使用本实用新型的所述的³H和¹⁴C的采样设备对样本气体进行采样的采样方法，其包括下述步骤： 

（1）所述样本气体通过所述的第一级取样系统，所述的第一级HTO收集装置的温度为-10～-20℃；所述的第一级¹⁴CO₂收集装置的温度为-15～-5℃； 

（2）通过步骤（1）后的样本气体进入第二级取样系统，并与自所述第二级气体供给装置输出的H₂和CO一起进入所述的第二级催化氧化装置，所述的第二级催化氧化装置的温度为60～100℃；所述的第二级HTO收集装置的温度为-10℃～-20℃；所述的第二级¹⁴CO₂收集装置的温度为-15～-5℃； 

（3）通过步骤（2）后的样本气体进入第三级取样系统，并与自所述第三级气体供给装置输出的CH₄一起进入所述的第三级催化氧化装置，所述的第三级催化氧化装置的温度为380～450℃；所述的第三级HTO收集装置的温度为-10～-20℃；所述的第三级¹⁴CO₂收集装置的温度为-15～-5℃； 

（4）通过步骤（3）后的样本气体离开所述的³H和¹⁴C的采样设备，分别收集所述的第一级HTO收集装置、所述的第一级¹⁴CO₂收集装置、所述的第二级HTO收集装置、所述的第二级¹⁴CO₂收集装置、所述的第三级HTO收集装置和所述的第三级¹⁴CO₂收集装置中的料液，即可。 

步骤（1）中，所述的样本气体即为待采样气体，通常是待检测地点或监控地点的空气。 

步骤（1）中，所述样本气体可以按本领域常规的方法和条件通入所述的³H和¹⁴C的采样设备。所述样本气体通入所述第一级取样系统的流量较佳地为2～10L/min。按本领域常识，当环境温度较高时，例如夏季，优选较低的样本气体流量，例如2L/min；当环境温度较低时，例如冬季，优选较高的样本气体流量，例如10L/min。 

步骤（1）中，所述第一级¹⁴CO₂收集装置中，所述闪烁液和所述二氧化碳吸收剂的体积比较佳地为9:11～12:8，更佳地为1:1。所述闪烁液和所述二氧化碳吸收剂的总体积较佳地为20～150mL，更佳地为100mL。 

步骤（2）中，自所述第二级气体供给装置输出的H₂的流量较佳地为20～50mL/min，更佳地为40mL/min；自所述第二级气体供给装置输出的CO的流量较佳地为20～50mL/min，更佳地为40mL/min。 

步骤（2）中，所述样本气体在通过所述第二级冷却换热器后，所述样本气体的温度较佳地为5～50℃。 

步骤（2）中，所述的第二级催化剂活性组分的负载量较佳地为0.5～5wt%。 

步骤（2）中，所述第二级¹⁴CO₂收集装置中，所述闪烁液和所述二氧化碳吸收剂的体积比较佳地为9:11～12:8，更佳地为1:1。所述闪烁液和所述二氧化碳吸收剂的总体积较佳地为20～150mL，更佳地为100mL。 

步骤（3）中，自所述第三级气体供给装置输出的CH₄的流量较佳地为30～60mL/min，更佳地为50mL/min。 

步骤（3）中，所述样本气体在通过所述第三级冷却换热器后，所述样 本气体的温度较佳地为5～50℃。 

步骤（3）中，所述的第三级催化剂活性组分的负载量较佳地为0.5～5wt%。 

步骤（3）中，所述第二级¹⁴CO₂收集装置中，所述闪烁液和所述二氧化碳吸收剂的体积比较佳地为9:11～12:8，更佳地为1:1。所述闪烁液和所述二氧化碳吸收剂的总体积较佳地为20～150mL，更佳地为100mL。 

步骤（4）中，按本领域常识，当所述样本气体中不含有HTO时，所述第一级HTO收集装置中没有HTO；当所述样本气体中不含有¹⁴CO₂时，所述第一级¹⁴CO₂收集装置中没有¹⁴CO₂；当所述样本气体中不含有HT时，所述第二级HTO收集装置中没有HTO；当所述样本气体中不含有¹⁴CO时，所述第二级¹⁴CO₂收集装置中没有¹⁴CO₂；当所述样本气体中不含有CH₃T时，所述第三级HTO收集装置中没有HTO；当所述样本气体中不含有¹⁴CH₄时，所述第三级¹⁴CO₂收集装置中没有¹⁴CO₂。 

利用本实用新型的所述的³H和¹⁴C的采样设备对于³H和¹⁴C进行检测的方法，其包括下述步骤： 

通过所述的³H和¹⁴C的采样设备进行采样，对所述的第一级HTO收集装置、所述的第一级¹⁴CO₂收集装置、所述的第二级HTO收集装置、所述的第二级¹⁴CO₂收集装置、所述的第三级HTO收集装置和所述的第三级 ¹⁴CO₂收集装置中的收集液进行液闪法测定，即可。 

其中，所述液闪法测定的方法和条件为本领域常规的测定³H和/或¹⁴C含量的方法和条件。所述液闪法测定的方法可以参见文献1（徐小三，余宁乐等，液闪谱仪在低水平测氚中测量条件选择[J]，核电子学与探测技术，2012，32（5）：544）和文献2（杨海兰环境和生物样品中3H和14C的测量[J]，核化学与放射化学，2004，26(3)）。 

其中，通过液闪法测定所述的第一级HTO收集装置的收集液中的HTO含量，即可计算得到进样气体中的HTO含量；通过液闪法测定所述第一级 ¹⁴CO₂收集装置中的收集液中的¹⁴CO₂含量，即可计算得到进样气体中的 ¹⁴CO₂含量；通过液闪法测定所述的第二级HTO收集装置的收集液中的HTO含量，即可计算得到进样气体中的HT含量；通过液闪法测定所述第二级 ¹⁴CO₂收集装置中的收集液中的¹⁴CO₂含量，即可计算得到进样气体中的¹⁴CO含量；通过液闪法测定所述的第三级HTO收集装置的收集液中的HTO含量，即可计算得到进样气体中的CH₃T含量；通过液闪法测定所述第三级¹⁴CO₂收集装置中的收集液中的¹⁴CO₂含量，即可计算得到进样气体中的¹⁴CH₄含量。 

在符合本领域常识的基础上，上述各优选条件，可任意组合，即得本实用新型各较佳实例。 

本实用新型的积极进步效果在于： 

本实用新型的³H和¹⁴C的采样设备及采样方法能够针对不同的含有³H或¹⁴C的物质进行分别采样，本实用新型的检测方法能够测定环境中的HTO、HT、CH₃T、¹⁴CO₂、¹⁴CO和¹⁴CH₄的含量，以达到对于不同类型的环境污染物的监测目的。 

附图说明

图1为实施例1的³H和¹⁴C的采样设备的结构示意图。 

图2为实施例1的³H和¹⁴C的采样设备的局部剖视图。 

图3为采用实施例1的³H和¹⁴C的采样设备进行³H和¹⁴C检测后，测得的各种含³H的物质含量的柱状图。 

图4为采用实施例1的³H和¹⁴C的采样设备进行³H和¹⁴C检测后，测得的各种含¹⁴C的物质含量的柱状图。 

具体实施方式

下面通过实施例的方式进一步说明本实用新型，但并不因此将本实用新型限制在所述的实施例范围之中。下列实施例中未注明具体条件的实验方法，按照常规方法和条件，或按照商品说明书选择。 

实施例1 

一种³H和¹⁴C的采样设备的结构示意图如图1所示，其局部剖面图如图2所示，其包括依次连接的一进样系统、一第一级取样系统、一第二级取样系统、一第三级取样系统和一出样流量计305；该出样流量计305为一浮子流量计； 

该进样系统包括依次连接的一空气过滤器01、一进样流量控制器02、一进样阀件03、一气泵04；该进样阀件03为一针型阀； 

该第一级取样系统包括依次串联的一第一级HTO收集装置、一第一级防HTO交叉污染装置13、一第一级¹⁴CO₂收集装置14、一第一级防¹⁴CO₂交叉污染装置15；该第一级HTO收集装置包括一第一级冷阱11和两个第一级HTO收集容器12，该两个第一级HTO收集容器12分别通过一第一级阀件121与该第一级冷阱11连接，该第一级冷阱11为半导体冷阱，该两个第一级阀件121为球阀；该第一级防HTO交叉污染装置13为一变色硅胶吸附柱；该第一级¹⁴CO₂收集装置14为带有一半导体冷阱的一第一级¹⁴CO₂收集容器，该第一级¹⁴CO₂收集容器中含有闪烁液和二氧化碳吸收剂；该第一级防¹⁴CO₂交叉污染装置15为一5A分子筛吸附柱； 

该第二级取样系统包括依次连接的一第二级流量计201、一第二级催化氧化装置20、一第二级冷却换热器204、一第二级HTO收集装置、一第二级防HTO交叉污染装置23、一第二级¹⁴CO₂收集装置24和一第二级防¹⁴CO₂交叉污染装置25；该第二级流量计201与该第二级防¹⁴CO₂交叉污染装置15相连接；该第二级流量计201为一浮子流量计；该第二级催化氧化装置20用于催化氧化H₂、HT、CO和¹⁴CO，该第二级催化氧化装置20中包括一第二级控温装置（图中未示出）和一第二级催化反应床（图中未示出），该第二级催化反应床的催化剂活性组分可以是Pt和/或Pd，该第二级催化反应床的催化剂载体可以是硅烷改性的Al₂O₃、SDB或PTFE；该第二级HTO收集装置包括一第二级冷阱21和两个第二级HTO收集容器22，该两个第二级HTO收集容器22分别通过一第二级阀件221与该第二级冷阱21连接，该第 二级冷阱21为半导体冷阱，该两个第二级阀件221为球阀；该第二级防HTO交叉污染装置23为一变色硅胶吸附柱；该第二级¹⁴CO₂收集装置24为带有一半导体冷阱的一第二级¹⁴CO₂收集容器，该第二级¹⁴CO₂收集容器中含有闪烁液和二氧化碳吸收剂；该第二级防¹⁴CO₂交叉污染装置25为一5A分子筛吸附柱； 

该第二级取样系统还包括一第二级气体供给装置，该第二级气体供给装置与该第二级催化氧化装置20相连，用于向该第二级催化氧化装置20提供H₂和CO；该第二级气体供给装置包括一H₂供给装置、与该H₂供给装置相连的一H₂流量控制器222、一CO供给装置和与该CO供给装置相连的一CO流量控制器223，其中，该H₂供给装置为一带有阀件212的氢气发生器202，该CO供给装置为一带有阀件213的CO高压气瓶203； 

该第三级取样系统包括依次连接的一第三级流量计301、一第三级催化氧化装置30、一第三级冷却换热器304、一第三级HTO收集装置、一第三级防HTO交叉污染装置33、一第三级¹⁴CO₂收集装置34和一第三级防¹⁴CO₂交叉污染装置35；该第三级流量计301与该第二级防¹⁴CO₂交叉污染装置25相连接；该第三级流量计301为一浮子流量计；该第三级催化氧化装置30用于催化氧化CH₃T和¹⁴CH₄，该第三级催化氧化装置30中包括一第三级控温装置（图中未示出）和一第三级催化反应床（图中未示出），该第三级催化反应床的催化剂活性组分可以是Pt、Pd和Ru中的一种或多种，该第三级催化反应床的催化剂载体可以是Al₂O₃分子筛、CeO₂分子筛、ZrO₂分子筛、ZSM-5分子筛、4A分子筛或SBA-15分子筛；该第三级HTO收集装置包括一第三级冷阱31和两个第三级HTO收集容器32，该两个第三级HTO收集容器32分别通过一第三级阀件321与该第三级冷阱31连接，该第三级冷阱31为半导体冷阱，该两个第三级阀件321为球阀；该第三级防HTO交叉污染装置33为一变色硅胶吸附柱；该第三级¹⁴CO₂收集装置34为带有一半导体冷阱的一第三级¹⁴CO₂收集容器，该第三级¹⁴CO₂收集容器中含有闪烁液和二氧化碳吸收剂；该第三级防¹⁴CO₂交叉污染装置35为一13X分子筛吸 附柱； 

该第三级取样系统还包括一第三级气体供给装置，该第三级气体供给装置与该第三级催化氧化装置30相连，用于向该第三级催化氧化装置30提供CH₄；该第三级气体供给装置包括一CH₄供给装置和与该CH₄供给装置相连的一CH₄流量控制器322，其中，该CH₄供给装置为一带有阀件312的CH₄高压气瓶302。 

实施例2 

采用实施例1的³H和¹⁴C的采样设备分别对中国科学院上海应用物理研究所园区中两处不同的地点的空气进行³H和¹⁴C的采样，该采样方法包括下述步骤： 

（1）关闭第一级阀件121、第二级阀件221和第三级阀件321，将样本气体通入进样系统，经过空气过滤器01过滤后，以2L/min的流量通入第一级取样系统，第一级冷阱11的温度为-10～-20℃；第一级¹⁴CO₂收集装置14的温度为-10℃，第一级¹⁴CO₂收集容器中的闪烁液和二氧化碳吸收剂的体积均为50mL； 

（2）通过步骤（1）后的样本气体进入第二级取样系统，并与自第二级气体供给装置输出的H₂和CO一起进入第二级催化氧化装置20，其中，H₂的流量为40mL/min，CO的流量为40mL/min，第二级催化氧化装置20的温度为60～100℃，第二级催化剂活性组分为Pt，第二级催化剂载体为硅烷改性的Al₂O₃，其中硅烷占Al₂O₃的质量的0.5wt%，Al₂O₃为购自于国药集团的活性氧化铝小球；第二级催化剂活性组分的负载量为1.5wt%；通过第二级冷却换热器204后的样本气体的温度在5～50℃，第二级冷阱21的温度为-10℃～-20℃；第二级¹⁴CO₂收集装置24的温度为-10℃，第二级¹⁴CO₂收集容器中的闪烁液和二氧化碳吸收剂的体积均为50mL； 

（3）通过步骤（2）后的样本气体进入第三级取样系统，并与自第三级气体供给装置输出的CH₄一起进入第三级催化氧化装置30，其中，CH₄的流量为50mL/min，第二级催化氧化装置30的温度为380～450℃，第三级催化 剂活性组分为Pd，第三级催化剂载体为ZSM-5分子筛，第三级催化剂活性组分的负载量为2wt%；通过第三级冷却换热器304后的样本气体的温度在5～50℃，第三级冷阱31的温度为-10℃～-20℃；第三级¹⁴CO₂收集装置34的温度为-10℃，第三级¹⁴CO₂收集容器中的闪烁液和二氧化碳吸收剂的体积均为50mL； 

（4）通过步骤（3）后的样本气体离开实施例1的³H和¹⁴C的采样设备，打开第一级阀件121、第二级阀件221和第三级阀件321，待第一级冷阱11、第二级冷阱21和第三级冷阱31中的冷凝物融化并分别流入第一级HTO收集容器12、第二级HTO收集容器22和第三级HTO收集容器32后，分别收集第一级HTO收集容器12、第一级¹⁴CO₂收集装置14、第二级HTO收集容器22、第二级¹⁴CO₂收集装置24、第三级HTO收集容器32和第三级¹⁴CO₂收集装置34中的料液，即可。 

将所收集到的料液分别采用液闪法测定其中³H和¹⁴C的含量，测量的方法参见文献1（徐小三，余宁乐等，液闪谱仪在低水平测氚中测量条件选择[J]，核电子学与探测技术，2012，32（5）：544）和文献2（杨海兰环境和生物样品中3H和14C的测量[J]，核化学与放射化学，2004，26(3)），测定结果详见图3和图4。 

Claims (10)

1.一种³H和¹⁴C的采样设备，其特征在于，其包括依次串联的一第一级取样系统、一第二级取样系统和一第三级取样系统；所述的第一级取样系统包括依次连接的一第一级HTO收集装置、一第一级防HTO交叉污染装置、一第一级¹⁴CO₂收集装置和一第一级防¹⁴CO₂交叉污染装置；所述的第二级取样系统包括依次连接的一第二级催化氧化装置、一第二级冷却换热器、一第二级HTO收集装置、一第二级防HTO交叉污染装置、一第二级¹⁴CO₂收集装置和一第二级防¹⁴CO₂交叉污染装置，所述的第二级催化氧化装置用于催化氧化H₂、HT、CO和¹⁴CO，所述的第二级取样系统还包括一第二级气体供给装置，所述的第二级气体供给装置与所述的第二级催化氧化装置相连，用于向所述的第二级催化氧化装置提供H₂和CO；所述的第三级取样系统包括依次连接的一第三级催化氧化装置、一第三级冷却换热器、一第三级HTO收集装置、一第三级防HTO交叉污染装置、一第三级¹⁴CO₂收集装置和一第三级防¹⁴CO₂交叉污染装置，所述的第三级催化氧化装置用于催化氧化CH₄、CH₃T和¹⁴CH₄；所述的第三级取样系统还包括一第三级气体供给装置，所述的第三级气体供给装置与所述的第三级催化氧化装置相连，用于向所述的第三级催化氧化装置提供CH₄。

2.如权利要求1所述的³H和¹⁴C的采样设备，其特征在于，所述的第一级HTO收集装置包括一第一级冷阱和与所述第一级冷阱连接的一个以上的第一级HTO收集容器；所述的第一级防HTO交叉污染装置为一变色硅胶吸附柱；所述的第一级¹⁴CO₂收集装置为带有一冷却装置的一第一级¹⁴CO₂收集容器；和/或，所述的第一级防¹⁴CO₂交叉污染装置为一分子筛吸附柱。

3.如权利要求2所述的³H和¹⁴C的采样设备，其特征在于，所述的第一级HTO收集装置还包括一个以上的第一级阀件，所述的第一级阀件用于控制所述第一级冷阱和所述第一级HTO收集容器的连通状态；所述的第一级冷阱为半导体冷阱；和/或，所述的第一级防¹⁴CO₂交叉污染装置为5A分子筛吸附柱或13X分子筛吸附柱。

4.如权利要求1所述的³H和¹⁴C的采样设备，其特征在于，所述的第二级催化氧化装置中包括一第二级控温装置和一第二级催化反应床，所述的第二级催化反应床包括第二级催化剂活性组分和第二级催化剂载体；所述的第二级HTO收集装置包括一第二级冷阱和与所述第二级冷阱连接的一个以上的第二级HTO收集容器；所述的第二级防HTO交叉污染装置为一变色硅胶吸附柱；所述的第二级¹⁴CO₂收集装置为带有一冷却装置的一第二级¹⁴CO₂收集容器；所述的第二级防¹⁴CO₂交叉污染装置为一分子筛吸附柱；所述的第二级气体供给装置包括一H₂供给装置、与所述H₂供给装置相连的一H₂流量控制器、一CO供给装置和与所述CO供给装置相连的一CO流量控制器；和/或，所述的第二级取样系统还包括一第二级流量计，用于检测进入所述第二级取样系统的气体流量，所述的第二级流量计与所述的第一级防¹⁴CO₂交叉污染装置相连接，并设置在所述第一级防¹⁴CO₂交叉污染装置的下游。

5.如权利要求4所述的³H和¹⁴C的采样设备，其特征在于，所述的第二级HTO收集装置还包括一个以上的第二级阀件，所述的第二级阀件用于控制所述第二级冷阱和所述第二级HTO收集容器的连通状态；所述的第二级冷阱为半导体冷阱；所述的第二级防¹⁴CO₂交叉污染装置为5A分子筛吸附柱或13X分子筛吸附柱；所述的H₂供给装置为一带有阀件的氢气发生器；所述的CO供给装置为一带有阀件的CO高压气瓶；和/或，所述的第二级流量计为一浮子流量计。

6.如权利要求1所述的³H和¹⁴C的采样设备，其特征在于，所述的第三级催化氧化装置中包括一第三级控温装置和一第三级催化反应床，所述的第三级催化反应床包括第三级催化剂活性组分和第三级催化剂载体；所述的第三级HTO收集装置包括一第三级冷阱和与所述第三级冷阱连接的一个以上的第三级HTO收集容器；所述的第三级防HTO交叉污染装置为一变色硅胶吸附柱；所述的第三级¹⁴CO₂收集装置为带有一冷却装置的一第三级¹⁴CO₂收集容器；所述的第三级防¹⁴CO₂交叉污染装置为一分子筛吸附柱；所述的第三级气体供给装置包括一CH₄供给装置和与所述CH₄供给装置相连的一CH₄流量控制器；和/或，所述的第三级取样系统还包括一第三级流量计，用于检测进入所述第三级取样系统的气体流量，所述的第三级流量计与所述的第二级防¹⁴CO₂交叉污染装置相连接，并设置在所述第二级防¹⁴CO₂交叉污染装置的下游。

7.如权利要求6所述的³H和¹⁴C的采样设备，其特征在于，所述的第三级HTO收集装置还包括一个以上的第三级阀件，所述的第三级阀件用于控制所述第三级冷阱和所述第三级HTO收集容器的连通状态；所述的第三级冷阱为半导体冷阱；所述的第三级防¹⁴CO₂交叉污染装置为5A分子筛吸附柱或13X分子筛吸附柱；所述的CH₄供给装置为一带有阀件的CH₄高压气瓶；和/或，所述的第三级流量计为一浮子流量计。

8.如权利要求1所述的³H和¹⁴C的采样设备，其特征在于，所述的³H和¹⁴C的采样设备还包括一进样系统，所述的进样系统设置在所述第一级取样系统上游，所述的进样系统包括依次连接的一空气过滤器、一进样流量控制器、一进样阀件和一气泵，所述进样系统与所述的第一级取样系统相连接。

9.如权利要求1所述的³H和¹⁴C的采样设备，其特征在于，所述的³H和¹⁴C的采样设备还包括一出样流量计，用于检测从所述第三级取样系统出来的气体流量，所述的出样流量计与所述的第三级防¹⁴CO₂交叉污染装置相连接，并设置在所述第三级防¹⁴CO₂交叉污染装置的下游。

10.如权利要求9所述的³H和¹⁴C的采样设备，其特征在于，所述的出样流量计为一浮子流量计。

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