本发明专利技术涉及一种可控校正大气水氢氧稳定同位素比率、梯度及其垂直分馏过程测量的装置，包括空气产生装置、标准水汽分馏装置、大气水汽梯度进样装置、水汽分析装置、环境条件监测控制装置、气象数据采集装置和数据采集和控制系统。本发明专利技术可以快速、动态和准确的测量野外自然条件下水汽中氢氧稳定同位素比率、梯度及其分馏过程测量，并客观评价并校正水汽δ18O和δD测量的精度，对大气水汽δ18O和δD同位素的测量与评价有十分重要的科学意义。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及大气学和水同位素学现场监测领域，尤其是一种便携式大气水δ 18O和SD同位素比率、梯度及其垂直分馏过程测试的装置。
技术介绍
由于稳定同位素的特殊存在方式和其 物理化学变化过程，H2180、HD160和H216O已经成为地球大气圈、水圈、冰冻圈、生物圈等几个圈层中水循环的最佳示踪剂，是涉及到大气学、水文学和气候学等多种学科的重要研究工具。在科学研究中，同位素通常定义成δ值来表示δ = -1)X IOOO^ (I)其中R是待定样品中180/160或D/Η摩尔比，Rstd是标准物质的180/160或D/Η摩尔t匕·通常采用维也纳标准平均海水的180/180或D/Η摩尔比(VSMOW :Vienna Standard MeanOcean Water)或者南极标准轻降水(SLAP Standard Light Antarctic Precipitation)作为标准物质，其中VSMOW的180/180摩尔比为O. 0020052, D/Η的摩尔比为O. 00015575 ；SLAP的 180/180 摩尔比为 O. 0018939，D/Η 的摩尔比为 O. 00015575，D/Η 的摩尔比为 O. 000089089。以S表示的同位素比率单位是千分之一(％。)。以往对氢氧稳定同位素的研究主要是针对液态水和固态水，其中一个主要原因是液态水和固态水的稳定性较强，易采集和保存。与这两个形态相比，气态氢氧稳定同位素比率的观测虽可以在不同季节和天气条件下进行，可提供更多的关于大气学、水文学和稳定同位素分馏过程等多方面的信息。但其样品的收集和测量甚为复杂。大气水汽中δ 18O和δ D的研究几乎都依靠大气水汽冷阱收集-同位素质谱仪分析(Cold trap-Mass spectrometer method)联合实现,包括两个独立的步骤样品收集和样品分析。而这两个步骤都非常耗时耗力，且对自然条件要求非常高。第一，利用冷阱技术收集大气水汽，其收集时间和大气湿度有反比关系，且很难达到100%的收集效率；由于分馏效应的存在，所得样品的氢氧稳定同位素比率比实际值低。固然可以使用瑞利分馏方程输入湿度、冷阱温度等参数进行校正，但其误差不可避免(若冷阱装置温度过低，目前无科学的校正方法)。第二，使用同位素质谱仪进行分析时，也会产生误差，如使用FinniganMAT 252 Isotope Ratio Mass Spectrometer (IRMS)分析南极现代降水的误差一般 δ 18O在0. 15%。和δ 在1%。左右。所以，由于目前采样和分析技术的限制，对于大气水汽氢氧稳定同位素比率的研究，大都局限于粗空间和时间分辨率的条件。而对于海洋-大气边界层上的同位素分馏过程，也都集中于理论实验和物理过程的模拟。最近几年，稳定同位素红外光谱(IRIS)技术逐步发展起来，并应用到δ180和SD相关研究之中。目前，主要有三种商业化的同位素测量仪器可以用来测量大气水汽中的δ180和δ D,包括波长扫描光腔衰荡光谱仪(Wavelength-Scanned Cavity Ring DownSpectroscopy, WS-CRDS, Picarro Inc.)、调制式半导体激光吸收光谱仪(Tunable DiodeLaser Absorption Spectroscopy, TDLAS, Campbell Scientific Inc.)和离轴积分腔输出光谱仪(Off-Axis Integrated Cavityoutput Spectroscopy, OA-1 COS, Los GatosResearch Inc.)。但是，这些仪器受到工作环境和仪器自身变化的影响，具有较大的随机误差，即具有恒定氢氧稳定同位素比率的水汽，在测试时表现为不同的数值。目前还没有商业化的装置和方法对大气水汽S 18O和SD同位素红外光谱仪的测量精度进行客观评价，尤其是便携式观测的校正更是难中之难。 因此，研制一种测量的装置，通过模拟野外自然移动条件下水汽稳定同位素比率、梯度，实现水汽中S 18O和SD梯度和分馏过程的观测，从而实现实时、实地、大范围、便携、低能耗等条件下，对大气水汽S 18O和SD同位素的测量与评价有十分重要的科学意义。
技术实现思路
为科学评价大气水汽δ 18O和δ D同位素比率梯度和通量的观测精度并获取高质量数据，本专利技术的目的旨在提供一种可以快速、动态、准确、便于携带的、可控校正大气水氢氧稳定同位素比率、梯度及其垂直分馏过程测量的装置。本专利技术的目的可通过以下技术方案来实现一种可控校正大气水氢氧稳定同位素比率、梯度及其垂直分馏过程测量的装置，包括干空气产生装置、标准水汽分馏装置、大气水汽梯度进样装置、水汽分析装置、环境条件监测控制装置、气象数据采集装置和数据采集和控制系统，其特征在于a.干空气产生装置中，利用气泵产生压缩空气，经过铜管使空气的温度平衡至环境温度，而后进入可再生干燥器后产生干燥空气，再进入除水分子筛进一步干燥，通过过第一过滤片后，再通过流量控制器使气流平稳输出；b.标准水汽分馏装置中，在气液分馏瓶中分别注入了特定氢氧稳定同位素比值的液态水；由脉冲控制阀开合控制，干燥空气产生装置产生的无水干空气通过四通接口后进入特定气液分馏瓶，自底部产生气泡并达到饱和状态，产生饱和水汽；而后经四通接口进入水汽平衡监测瓶内达到稳定状态；并在此处监测水汽湿度以控制其饱和状态；此处产生的的气体可作为标定水汽，进入水汽分析装置分析；c.大气水汽梯度进样装置，外界大气由大气水汽样品进气口进入，过第二过滤片、而后进入气体缓冲瓶达到稳定状态，进入水汽分析装置进行分析。进气口选择由脉冲控制阀控制；d.水汽分析装置，由气泵驱动，水汽样品/水汽标准由脉冲控制阀选择，通过流量控制器以进一步控制气体流速，进入水汽S18O和δ D同位素分析仪进行分析；e.环境条件监测装置，由控制芯片接收温湿度计和环境温度自动调节系统的监测数据，并根据需要向流量控制器发送命令以控制气体流速，向环境温度自动调节系统发送命令进而调节热电偶以调节环境温度；控制芯片同时也控制脉冲控制阀的开关。环境温度自动控制系统调节除进气部分第二过滤片、大气水汽样品进气口、气体缓冲瓶之外的所有装置的温度；f.气象数据采集系统，由控制芯片接收温湿度计的大气监测数据，并传输至便携式笔记本中；g.数据采集和控制系统，在便携式笔记本内安装分析仪器数据接收软件PicairoTrace Gas Analyzer, vi以实时记录水汽δ180和δ D同位素分析仪的测量数据；安装或NILabview控制软件以控制芯片的运行，并通过控制芯片实时记录由温湿度计和环境温度自动调节系统测量的环境数据，以及温湿度计记录的实验地点大气温湿度数据。本专利技术的优点1、干燥空气制造系统可产生水汽浓度约为5ppm的干空气；首创了一种水汽δ 18O和SD标准产生及校正方法，控制并同时记录实验条件，能精确控制标准气体的误差；自动控制五路进气和三路标准气，可使用线性拟合校正法控制分析精度，精度极高；各部分体积均非常小，可集成在一个便携箱内，便于野外测量，根据需要可随运输工具测量。2、所有气体管路都利用特氟龙材料制作连接。其对Η2180、HD16O和H2本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：丁明虎，效存德，张人禾，赵爱国，柳景峰，朱国才，
申请(专利权)人：中国科学院寒区旱区环境与工程研究所，中国气象科学研究院，
类型：发明
国别省市：
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