一种气体中水同位素样品的便携式收集装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开一种气体中水同位素样品的便携式收集装置及方法，用于解决现有的收集装置因结构复杂且不方便移动而导致使用范围受限，以及收集到的水同位素样品的代表性较差等技术问题。该收集装置包括柔性气体收集容器及与柔性气体收集容器通过管路连接的水收集单元；柔性气体收集容器用于收集含水气体，其初始状态为卷曲或折叠形式；水收集单元用于收集含水气体中的水同位素样品；柔性气体收集容器入口端设有隔膜泵和检测单元，其中检测单元靠近柔性气体收集容器的入口端；隔膜泵用于含水气体进入柔性气体收集容器提供驱动力；隔膜泵和检测单元之间的管路上设有第一阀门；柔性气体收集容器与水收集单元之间的管路上设有第二阀门。门。门。

【技术实现步骤摘要】
一种气体中水同位素样品的便携式收集装置及方法


[0001]本专利技术涉及水同位素样品的收集装置，尤其涉及一种气体中水同位素样品的便携式收集装置及方法。

技术介绍

[0002]水在自然环境中几乎无处不在，通过对大气或其它气体中水的同位素比值的测试和研究，可以加深人们对气象、环境、能源等领域的认知，从而为人类认识自然、利用自然、改造自然奠定必要的基础。
[0003]为了对大气或其它气体中的水进行研究，一般需要获取相应气体中的水同位素样品。目前，对大气或其它气体中的水取样，主要通过两种方式：一种方法是在开放空间内放置吸水剂或冷阱，直接吸附、冷凝或冷冻气体中的水，但是由于该方法不能将气体中的水完全收集，在水吸附、冷凝或冷冻过程中存在较为明显的分馏，收集到的水同位素比值与气体中真实的水同位素比值之间存在偏差；同时由于使用的吸水剂中含有含氢基团，会影响收集到的水同位素的比值，进一步导致结果发生偏离，进而导致收集到的水同位素样品的代表性较差。
[0004]另一种方法是给收水装置增加动力系统，使含水气体流经吸水剂或冷阱，但是由于该方法并不能实现水的完全吸附或冷冻，气体中的水在收集过程中同样会发生分馏，因此测试结果同样会与气体中真实的水同位素比值之间发生偏离，进而导致收集到的水同位素样品的代表性较差。
[0005]此外，现有的收集装置结构均较为复杂，且不方便移动，从而导致其适用范围受限，无法应用于一些复杂环境下的气体内水同位素样品的收集。

技术实现思路

[0006]为了解决现有的收集装置因结构复杂且不方便移动而导致使用范围受限，以及收集到的水同位素样品的代表性较差等技术问题，本专利技术提供一种水收集效率高、样品代表性强、适用范围广、灵活性好、简单可靠、绿色环保、方便携带的气体中水同位素样品的便携式收集装置及方法。
[0007]为了实现上述目的，本专利技术的技术解决方案如下：
[0008]一种气体中水同位素样品的便携式收集装置，其特殊之处在于，包括柔性气体收集容器及与柔性气体收集容器通过管路连接的水收集单元；
[0009]所述柔性气体收集容器用于收集含水气体，其初始状态为卷曲或折叠形式；所述水收集单元用于收集含水气体中的水同位素样品；
[0010]所述柔性气体收集容器入口端的管路上依次设有隔膜泵和检测单元，其中检测单元靠近柔性气体收集容器的入口端；所述隔膜泵用于为含水气体进入柔性气体收集容器提供驱动力；
[0011]所述隔膜泵和检测单元之间的管路上设有第一阀门；所述柔性气体收集容器与水
收集单元之间的管路上设有第二阀门。
[0012]进一步地，所述柔性气体收集容器为弹性材质或非弹性材质或弹性和非弹性材质的结合，其内部承载压力为含水气体压力的1.0～1.2倍。
[0013]进一步地，所述隔膜泵的出口压力不超过含水气体压力的1.2倍。
[0014]进一步地，所述隔膜泵前端的管路上还设有流量控制器，用于测试进气量。
[0015]进一步地，所述水收集单元包括密封的收水容器和设置在收水容器内的氯化钙颗粒，所述收水容器的入口端与柔性气体收集容器通过管路连接。
[0016]进一步地，所述存储装置包括冷阱及设置在冷阱内的收水容器，所述收水容器的入口端与柔性气体收集容器通过管路连接，所述冷阱温度在
‑
273℃至
‑
30℃之间。
[0017]进一步地，所述冷阱的制冷方式采用电制冷、半导体制冷、液氮制冷、液氦制冷、干冰制冷中的一种或多种方式的结合；所述冷阱温度在
‑
200℃至
‑
70℃之间。
[0018]进一步地，所述检测单元包括压力传感器和湿度传感器。
[0019]此外，本专利技术还提供一种气体中水同位素样品的便携式收集方法，其特殊之处在于，采用本专利技术的气体中水同位素样品的便携式收集装置，具体包括以下步骤：
[0020]1】将柔性气体收集容器和水收集单元内的水充分吸附，关闭所有阀门；
[0021]2】将柔性气体收集容器由初始状态展开，并打开第一阀门；
[0022]3】启动隔膜泵，将含水气体收集至柔性气体收集容器内，待柔性气体收集容器内的压力达到含水气体压力的1.0～1.2倍时，关闭第一阀门，打开第二阀门，柔性气体收集容器内含水气体中的水分经扩散进入水收集单元内被收集；
[0023]4】当检测单元显示柔性气体收集容器内含水气体中的水蒸气分压低于1Pa时，关闭第二阀门，则完成水同位素样品的收集。
[0024]进一步地，步骤1】中，所述水充分脱附是将收水容器及柔性气体收集容器内壁吸附的水脱附，脱附采用加热、干燥气体吹扫、抽真空中的一种或多种方式的结合；当水收集单元采用氯化钙吸附收集时，还需将氯化钙吸附的水脱附，之后将收水容器降至室温。
[0025]与现有技术相比，本专利技术的有益效果在于：
[0026]1、本专利技术提出的收集装置包括柔性气体收集容器及水收集单元，柔性气体收集容器用于收集含水气体，水收集单元用于收集含水气体中的水同位素样品，整体装置结构简单，且柔性气体收集容器可卷曲或折叠，使得装置总体的体积较小，同时重量较轻、便携性好，进而可适用于不同的测试场所；同时，该装置整体密封性较高，利于含水气体中水同位素样品的收集，且收集效率高，水几乎全部被收集，分馏的影响可忽略，收集到的水同位素样品的同位素比值与实际值的差别小，样品代表性强。
[0027]2、本专利技术提出的收集装置操作容易，可靠性高，便于储存、运输和使用，且无易损耗器件，成本较低，装置维护方便，更利于推广使用。
[0028]3、本专利技术提出的收集方法中，含水气体中的水分压可以降至接近冷阱温度水的饱和蒸汽压，气体中水同位素样品的收集效率高。
[0029]4、本专利技术提出的收集方法，可以根据水同位素样品的需求量及含水气体的湿度，调节柔性气体收集容器内的气体收集量，灵活性好、适用范围广。
[0030]5、本专利技术提出的收集方法，不使用含有含氢基团的吸水剂，因此不会对收集到的水同位素样品产生污染，样品代表性强。
[0031]6、本专利技术提出的收集方法，采用冷冻收集水同位素样品时，水同位素样品直接收集在收水容器中，可直接对样品进行测试，无需经二次处理，方便快捷。
[0032]7、本专利技术提出的收集方法，采用氯化钙作为吸水剂收集水同位素样品时，相比于CaSO4等其它不含氢基团的吸水剂，低分压水吸附量大，在其它条件相同时，可以使用更少的吸水剂，同时减小水收集器的体积，成本低，经济性好，便携性好。
[0033]8、本专利技术提出的收集方法，可在完成一次水同位素样品的收集后，更换水收集单元，之后进行下一次水同位素样品的收集，进而节约现场操作时间。
[0034]9、本专利技术提出的收集方法，方法简单，容易进行。
附图说明
[0035]图1是本专利技术实施例一中收集装置的结构示意图。
[0036]图2是本专利技术实施例二中收集装置的结构示意图。本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种气体中水同位素样品的便携式收集装置，其特征在于：包括柔性气体收集容器(1)及与柔性气体收集容器(1)通过管路连接的水收集单元(2)；所述柔性气体收集容器(1)用于收集含水气体，其初始状态为卷曲或折叠形式；所述水收集单元(2)用于收集含水气体中的水同位素样品；所述柔性气体收集容器(1)入口端的管路上依次设有隔膜泵(3)和检测单元(4)，其中检测单元(4)靠近柔性气体收集容器(1)的入口端；所述隔膜泵(3)用于为含水气体进入柔性气体收集容器(1)提供驱动力；所述隔膜泵(3)和检测单元(4)之间的管路上设有第一阀门(5)；所述柔性气体收集容器(1)与水收集单元(2)之间的管路上设有第二阀门(6)。2.根据权利要求1所述的气体中水同位素样品的便携式收集装置，其特征在于：所述柔性气体收集容器(1)为弹性材质或非弹性材质或弹性和非弹性材质的结合，其内部承载压力为含水气体压力的1.0～1.2倍。3.根据权利要求2所述的气体中水同位素样品的便携式收集装置，其特征在于：所述隔膜泵(3)的出口压力不超过含水气体压力的1.2倍。4.根据权利要求3所述的气体中水同位素样品的便携式收集装置，其特征在于：所述隔膜泵(3)前端的管路上还设有流量控制器，用于测试含水气体的进气量。5.根据权利要求4所述的气体中水同位素样品的便携式收集装置，其特征在于：所述水收集单元(2)包括密封的收水容器和设置在收水容器内的氯化钙颗粒，所述收水容器的入口端与柔性气体收集容器(1)通过管路连接。6.根据权利要求4所述的气体中水同位素样品的便携式收集装置，其特征在于：所述水收集单元(2)包括冷阱及设置在冷阱内的收水容器，所述收水容器的入口端与柔性气体收集容器(1)通过管路连接，所述冷阱温度在
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【专利技术属性】
技术研发人员：岳晨午，刘龙波，吴吉喆，唐寒冰，张静雅，凡金龙，
申请(专利权)人：西北核技术研究所，
类型：发明
国别省市：