【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于环境科学，涉及生态环境监测技术，具体涉及一种快速测量小体积二氧化碳浓度测定技术，是一种基于顶空法的水溶性气体检测方法，特别适用于现场收集的未知二氧化碳浓度的快速测量。
技术介绍
1、天然水体或人工水体在水-气界面主要通过扩散将co2气体释放到大气中。人们为了研究并量化水体释放的co2气体对全球温室效应的影响，必需对水体所容存的co2气体浓度进行测定，是全面掌握水体水-气界面co2气体扩散特征的关键环节，是进一步解释特定水体关键生源要素生物地球化学循环的重要基础，具有突出的科学研究价值。
2、目前，针对水体中co2气体的测量方法大致有以下两种：(1)使用水下co2气体探头，该装置采用非色散红外探测器对通过膜渗透平衡的水下气体进行测量；(2)利用顶空平衡法收集气体，再带回实验室利用气相色谱仪测定样本中待测气体的浓度。在实际水域中，水体内部环境多样性和水体内部co2气体输移转换的随机性同时兼具，其测量的复杂程度受到各种环境因素的综合作用。
3、长期的野外试验研究发现，目前国际上常用的水体容存co2气体检测方法存在以下显著不足：
4、(1)膜渗透平衡原理导致其水下co2气体探测装置在实际水域中的应用往往受限，在水生动植物密集聚集的水域或是含有悬浮泥沙的水体，通常会在水下co2气体探测器的通过膜上粘附、累积，阻碍水下co2气体的通过，其对测量结果影响不容忽视，在这种情形下若采用此装置将与测量初衷所背离，影响co2气体浓度测量。同时，固着型藻类的附着，也使装置外表不易清洗，给装置重复使用造成
5、(2)在非固定点位的野外试验研究中，水下co2气体探测器通常需要同时连接一根供电线和一根数据传输线，在诸如大深型湖库中使用场景中应用将受限于供电线和数据线的长度，同时也受限于电源。在深层测量时，为满足多个测量深度的需求，需要与测深仪一同使用，这大大增加了携带的不便，因此不适宜野外观测。
6、(3)虽然顶空技术相较于其他技术，更便于样品准备且避免了样品的交叉污染问题。利用顶空平衡法收集气体，再带回实验室利用气相色谱仪测量的方式，不仅劳动强度大，气体分析成本较高。而且，在具体的野外试验研究过程中，发现即便采用气体采样袋或真空瓶的转运方式，低温运回实验室测量。随着时间的推移，所测出的co2气体浓度的误差会逐渐增大。采样到测量的时间对co2气体浓度的测量不容忽视。
技术实现思路
1、针对现有技术存在的上述不足，本专利技术的目的旨在提供一种方便作业、测量误差小的快速测量小体积二氧化碳浓度的方法，适宜于在各种复杂水动力(水中有明显流速)、水环境条件下(有藻类聚集或悬浮泥沙)的水体co2气体浓度。
2、为了达到上述目的，本专利技术采取以下技术方案来实现。
3、本专利技术提供的快速测量小体积二氧化碳浓度的方法，其包括以下步骤：
4、s1构建co2浓度积分面积与co2气体浓度之间的函数关系；
5、s2通过co2浓度测量装置确定顶空平衡法收集待测气体中的co2浓度积分面积；
6、s3基于步骤s1构建的函数关系，确定顶空平衡法收集待测气体中co2的浓度；
7、s4通过顶空平衡法确定待测水体中co2气体浓度。
8、上述步骤s1中，使用co2浓度测量装置按照以下步骤构建co2浓度积分面积与co2气体浓度之间的函数关系：
9、s11利用co2浓度测量装置对分别注入的多组已知浓度的co2进行测量，获得co2浓度测试线，进而确定相应的co2浓度积分面积；
10、s12依据多组已知浓度的co2及得到的积分面积，按照以下公式拟合得到co2浓度积分面积与co2气体浓度之间的函数关系：
11、s＝α×(co2cal-co2baseline)(ppm)×vcal(cm3)
12、式中，s表示积分面积(ppm·s)，α表示斜率，co2cal表示注入co2浓度测量装置的co2已知浓度；co2baseline表示测试基线中co2浓度，vcal表示注入co2的体积。
13、本专利技术中，用于对混合气体中co2浓度测量的co2浓度测量装置包括提供基线的基线气体容器，用于注射包含co2的混合气的注射器和气体浓度分析仪；所述基线气体容器通过管道依次经第一三通阀、第二三通阀与气体浓度分析仪连通；所述注射器与第二三通阀的第三个接口连接；所述第一三通阀的第三接口为放气口。控制所述基线气体容器基线流速的减压阀和流速计，将流速设置为0.8～0.9l/min，略高于气体浓度分析仪内置抽气泵的工作流速。本专利技术对于基线气体没有特别限定，可以为惰性气体或已知浓度的co2标准气体。
14、上述步骤s11包括以下分步骤：
15、s111搭建co2浓度测量装置，通过基线气体容器向气体浓度分析仪注入基线气体，并调整基线气体流速稳定，得到稳定的基线；
16、s112使用注射器将多组已知浓度的co2标准气体注入步骤s111形成稳定基线的循环气路中，得到相应co2标准气体的测试线；
17、s113计算测试线中高于基线部分的面积，即为co2标准气体的co2浓度积分面积。
18、上述多组已知浓度的co2标准气体，可以为不同浓度、相同体积的co2标准气体，或者不同浓度、不同体积的co2标准气体，或者相同浓度、不同体积的co2标准气体。每种co2标准气体可以进行多组重复实验，以多组重复实验co2浓度积分面积的平均值作为相应co2标准气体的co2浓度积分面积。
19、上述步骤s2包括以下分步骤：
20、s21利用顶空平衡法收集包含co2的待测气体，然后利用注射器注入co2浓度测量装置的循环气路中，得到相应的co2浓度测试线；
21、s22计算测试线中高于基线部分的面积，即为待测气体中的co2浓度积分面积。
22、上述步骤s3中，依据构建co2浓度积分面积与co2气体浓度之间的函数关系，以及步骤s2得到的待测气体中的co2浓度积分面积，得到待测气体中co2的浓度。
23、上述步骤s4包括以下分步骤：
24、s41确定待测水体中co2分压；
25、s42待测水体中co2分压乘以气体溶解度系数即得到待测水体中的co2浓度。
26、上述步骤s41中，按照以下公式计算得到待测水体中co2分压p：
27、
28、式中，表示顶空平衡后co2分压，单位为uatm，即为步骤s3得到的待测气体中co2的浓度；所述k1表示顶空平衡后待测水体的气体溶解度系数，由顶空平衡后待测水体温度tw1确定；所述v顶空气体表示顶空平衡法收集的气体体积；v待测水体表示顶空平衡法收集的水体体积；p0表示顶空平衡前co2分压，这里即为0；vm表示气体摩尔体积，单位为l·mol-1；k0表示顶空平衡法收集的待测水体的气体溶解度系数，由顶空平衡前待测水体温度tw0确定。
29、本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种快速测量小体积二氧化碳浓度的方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的快速测量小体积二氧化碳浓度的方法，其特征在于，步骤S1中，使用CO2浓度测量装置按照以下步骤构建CO2浓度积分面积与CO2气体浓度之间的函数关系：
3.根据权利要求2所述的快速测量小体积二氧化碳浓度的方法，其特征在于，用于对混合气体中CO2浓度测量的CO2浓度测量装置包括提供基线的基线气体容器，用于注射包含CO2的混合气的注射器和气体浓度分析仪；所述基线气体容器通过管道依次经第一三通阀、第二三通阀与气体浓度分析仪连通；所述注射器与第二三通阀的第三个接口连接；所述第一三通阀的第三接口为放气口。
4.根据权利要求2述的快速测量小体积二氧化碳浓度的方法，其特征在于，步骤S11包括以下分步骤：
5.根据权利要求1至4任一项所述的快速测量小体积二氧化碳浓度的方法，其特征在于，步骤S2包括以下分步骤：
6.根据权利要求5所述的快速测量小体积二氧化碳浓度的方法，其特征在于，步骤S3中，依据构建CO2浓度积分面积与CO2气体浓度之间的函数关系，
7.根据权利要求1所述的快速测量小体积二氧化碳浓度的方法，其特征在于，步骤S4包括以下分步骤：
8.根据权利要求7所述的快速测量小体积二氧化碳浓度的方法，其特征在于，步骤S41中，按照以下公式计算得到待测水体中CO2分压P：
9.根据权利要求8所述的快速测量小体积二氧化碳浓度的方法，其特征在于，气体溶解度系数：
10.根据权利要求8所述的快速测量小体积二氧化碳浓度的方法，其特征在于，气体摩尔体积Vm按照以下公式计算得到：
...【技术特征摘要】
1.一种快速测量小体积二氧化碳浓度的方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的快速测量小体积二氧化碳浓度的方法，其特征在于，步骤s1中，使用co2浓度测量装置按照以下步骤构建co2浓度积分面积与co2气体浓度之间的函数关系：
3.根据权利要求2所述的快速测量小体积二氧化碳浓度的方法，其特征在于，用于对混合气体中co2浓度测量的co2浓度测量装置包括提供基线的基线气体容器，用于注射包含co2的混合气的注射器和气体浓度分析仪；所述基线气体容器通过管道依次经第一三通阀、第二三通阀与气体浓度分析仪连通；所述注射器与第二三通阀的第三个接口连接；所述第一三通阀的第三接口为放气口。
4.根据权利要求2述的快速测量小体积二氧化碳浓度的方法，其特征在于，步骤s11包括以下分步骤：
5.根据权利要求1至4任一项所述的快速...
【专利技术属性】
技术研发人员：谭逸，王宏伟，由丽华，脱友才，陈旻，鲁芸，吴紫涵，
申请(专利权)人：四川大学，
类型：发明
国别省市：
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