基于金汞齐中高频交流电流变化测量汞含量的方法技术

本发明专利技术公开了一种基于金汞齐中高频交流电流变化的测量汞含量的方法，其特征在于：在设定的时间和温度条件下，一定流速的含汞大气通过含有金丝的汞探测器时，汞首先在金丝表面形成金汞齐，导致金丝的表面电阻发生变化，利用高频交流电流的“趋肤”特性，采用交流电桥检测高频电流的变化；根据高频电流的变化可得到大气汞含量。本发明专利技术的测量汞含量方法，测量用的汞探测器是利用金汞齐中电阻变化导致电流变化的原理来测定大气中汞含量，省略了冷原子吸收法和原子荧光法中的光电转换过程，选择性好，抗干扰能力强；容易实现大气汞污染的个体检测和实时检测，以适应快速、在线检测的需要；与金膜探测器相比，不需要复杂的镀膜工艺。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种测量大气中汞含量的方法，尤其是利用金丝与汞形成金 汞齐时表面电阻变化导致高频交流电流变化来测量汞含量的方法。
技术介绍
汞是唯一在常温下呈液态的金属，有流动性；是一种易于挥发的元素， 具有扩散性和较大的脂溶性，汞吸入呼吸道可被肺泡吸收，经血液进入全身 组织，很容易通过胃肠道被人体吸收，人体各部的皮肤黏膜及表皮都能吸收 汞或汞化合物，能与人体酶发生化学反应，从而使这些酶失去重要人体技能 的催化作用。汞是一种累积性毒素，即长期少量的吸入会在人体中蓄积起来 慢慢地对人体造成损害。汞的毒性大小与其存在形态有关，+1价的化合物毒 性较小，+2价的化合物毒性大，有机汞的毒性大于无机汞。大气中的汞主要 以0价形态(汞单质)存在，约占大气汞含量的90-99%。由于人类生产、生活活动等人为因素，汞在大气、土壤、水源、食品等 领域广泛存在，如煤、石油和天然气在燃烧过程中会排放出大量的含汞废气 和颗粒态汞尘，氯碱工业、塑料工业、电子工业、混汞工业、雷汞生产、提 炼金属汞的工厂、制造汞温度计、气压计仪表、日光灯的工厂以及使用含汞 催化剂的工厂等都是汞污染的主要来源。另外，用污水灌溉土壤、污泥施肥 及使用含汞农药等，都能造成人为汞污染。全球每年排放到大气中的汞约为45000吨，其中有4000吨进入了海洋。大气汞污染所带来的后果是及其严重 的，其污染特征是以大气活动为主要媒介，使汞污染成为全球性问题。由于汞是一种有毒重金属，具有较大的迁移性，在生物体和食物链中具 有较高富集系数，使得环境汞的检测具有非常重要的意义。目前，汞的检测 主要有冷原子吸收法和原子荧光法两种测定方式，无论用哪一种方式检测， 需要繁琐的样品处理过程，测量时需要光电转换过程，基本上不能对大气汞 污染进行实时检测。由于汞极易与大多数金属如钠、锌、铅、金、银(铁除外)形成合金一 一汞齐，因此被誉为"金属的溶剂"。由于金的性能特点，如在大气中具有很 好的稳定性，不易氧化，且非常柔软、易于加工等。常温环境中汞容易与单 质金形成合金——金汞齐。由于金的电导率为0.024jiQ⑩m，汞的电导率为 0.958^ m，两着相差40倍，因此，不同汞含量的金荥齐的电阻存在差异。 金汞齐中汞含量变化立即导致其电阻改变，流过其中的电流强度也立刻相应 发生变化。近年来一些研究者利用该原理设计了测量气态汞含量的传感器， 这些传感装置一般都采用极薄的金膜吸收汞蒸气形成金汞齐，再利用 Wheatstone直流电桥进行测量。也有研究者根据金膜与汞形成金汞齐后的膜 质量增大导致膜表面声波频率降低的原理提出了一种测量气态汞含量的金膜 感应器。这些金膜传感装置需要复杂的镀膜工艺，信号响应较弱，且在实际 应用中存在吸附平衡时间过长，金膜再生时膜可能从基体上剥离，以及薄膜 结构具有记忆性等缺点，难于实现大气汞的实时检测，不能适应快速、在线 检测的需要。
技术实现思路
4本专利技术针对现有技术，即环境汞检测的冷原子吸收法、原子荧光法和金 膜传感器等测定方式的上述不足，提出一种根据金丝与汞形成金汞齐时表面 电阻变化导致高频交流电流变化来测量汞含量的方法。本专利技术的技术方案基于金汞齐中高频交流电流变化的测量汞含量的方 法，其特征在于在设定的时间和温度条件下， 一定流速的含汞大气通过含 有金丝的汞探测器时，汞首先在金丝表面形成金汞齐，导致金丝的表面电阻 发生变化，利用高频交流电流的"趋肤"特性，采用交流电桥检测高频电流 的变化；根据高频电流的变化可得到大气汞含量。更进一步的特征是U)汞探测器由圆柱形金丝和石英管构成，要求金 丝纯度高于99.99°/。。 (2)电桥中电流信号为高频电流，频率为65MHz。 (3) 金丝的再生方法是电流通过金丝发热至60(rC 80(TC，汞从金丝中解吸后得到 纯金丝，以便重复使用。本专利技术的测量汞含量方法，相对于现有技术，具有如下特点1、 测量用的汞探测器是利用金汞齐中电阻变化导致电流变化的原理来测 定大气中汞含量，省略了冷原子吸收法和原子荧光法中的光电转换过程，选 择性好，抗干扰能力强。2、 由于大气中汞浓度的变化与电流信号的变化能即时响应，且微电流信 号的变化很容易实现放大和显示，因此，本方法容易实现大气汞污染的个体 检测和实时检测，以适应快速、在线检测的需要。3、 高频电流在圆柱形导体中的具有趋表面性(集肤效应)，输出信号反 映了金丝表层电阻的变化，相当于反映了一个圆柱形薄膜电阻的变化，能得 到更强的输出信号，同时也有利于縮短吸附时间。4、 与金膜探测器相比，不需要复杂的镀膜工艺。由于再生时不存在膜与基体脱落问题，可选择较高的再生温度，縮短再生时间。没有膜结构的记忆 性。附图说明下面结合附图对本专利技术作进一步的说明； 附图是本专利技术检测装置的一种结构简图。具体实施方式由于金的导电性能好，其电阻率小，加上环境中气态汞的浓度一般都很 低，所以形成汞齐后电阻的变化将比较小，采用直流电桥测量时，其输出信 号的变化弱。本方法采用以下两种措施来增强输出信号的变化(1)将高频 交流电信号加在金丝的两端，通过金丝的电流为交流电信号。因为交流电在 导体中具有"趋肤"特性，而金与汞在形成汞齐的过程中是先表面后内部， 其表面电阻大于内部电阻，因此金汞齐的表面电阻的变化将更加显著。交流电的频率越高，其趋肤深度越浅，设趋肤深度为0.001mm，则交流电的频率 约为60MHz 70MHz。 (2)输出信号可以通过前置放大器将信号放大。 下面以金丝为例，提供一种具体的测量方式.-1、 用石英管和纯金丝(金丝直径0.2mm，纯度高于99.99%)制作汞探 测器。将汞探测器按图所示组成交流电桥，将高频交流电信号加在金丝的两 端。信号发生器产生高频交流电信号加在金丝的两端。2、 测量前仪器的标定2.1、 仪器调零。2.2、 在一定温度条件下，用定量准确的取样器取一定体积的汞饱和蒸气，注入荥探测器内，连接交流电桥，调节信号发生器的频率为65MHz，观测输 出电流信号，直到最大时停止测量，得到输出信号随吸附时间的变化曲线， 以确定最佳吸附时间。通过改变汞饱和蒸气体积，可得到不同汞含量的金汞 齐的电导率数据。2.3、 改变温度，按2.2步骤操作，可得到温度对最佳吸附时间的影响。2.4、 在一定流量下，让不同浓度的汞蒸气通过汞探测器，观测在最佳吸 附时间时的输出信号，得到输出信号随气态汞浓度变化的标准曲线。根据此 定量关系可实现大气环境中气态汞含量的检测。3、 大气中汞含量的检测将汞探测器与大气采样器连接，在一定流速和流量下，大气中的汞与金 丝形成金汞齐，观测在最佳吸附时间时的输出信号，根据步骤2的标定结果 可得到大气中的汞含量。4、 测量完成后，将汞探测器接上电源，通入电流使金丝发热，并向汞探 测器内吹入空气流，使金汞齐在60(TC 80(TC下分解，金汞齐中的汞挥发而去 除，得到纯金丝后，能在下一次测量中使用，即可进行下一次测量。权利要求1、，其特征在于在设定的时间和温度条件下，一定流速的含汞大气通过含有金丝的汞探测器，汞首先在金丝表面形成金汞齐，导致金丝的表面电阻发生变化，将高频交流电信号加在金丝的两端，采用交流电桥检测高频电流的变化，根据该高频电流的变化可得到大气中汞含量。2、 根据权利要求1所本文档来自技高网...

【技术保护点】
基于金汞齐中高频交流电流变化测量汞含量的方法，其特征在于：在设定的时间和温度条件下，一定流速的含汞大气通过含有金丝的汞探测器，汞首先在金丝表面形成金汞齐，导致金丝的表面电阻发生变化，将高频交流电信号加在金丝的两端，采用交流电桥检测高频电流的变化，根据该高频电流的变化可得到大气中汞含量。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：石孝洪，李军，郑光平，桑雪梅，王敏，杨明波，聂喻梅，赵玮霖，
申请(专利权)人：重庆工学院，
类型：发明
国别省市：85[中国|重庆]