一种表层水体中溶解氧化亚氮连续观测系统技术方案

一种表层水体中溶解氧化亚氮连续观测系统，涉及一种温室气体的监测设备。设有表层水泵、过滤设备、温度与盐度测量设备、流量控制器、水汽平衡器、温度探头、冷阱、气泵、防水电极、离轴积分腔输出光谱检测器、标准气钢瓶；表层水泵进水口安装在水下，表层水泵出水口接过滤设备入口，过滤设备出口接温度与盐度测量设备，温度与盐度测量设备出口接流量控制器进口，流量控制器出口接水汽平衡器，设于水汽平衡器上部的空气出口接冷阱进口，温度探头设在水汽平衡器内，冷阱出口接气泵进口，气泵出口接防水电极，防水电极出口接检测器进口和标准气钢瓶出口，检测器输出端接副平衡器，副平衡器设于水汽平衡器内的底部，水汽平衡器底部设废水排出口。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】一种表层水体中溶解氧化亚氮连续观测系统，涉及一种温室气体的监测设备。设有表层水泵、过滤设备、温度与盐度测量设备、流量控制器、水汽平衡器、温度探头、冷阱、气泵、防水电极、离轴积分腔输出光谱检测器、标准气钢瓶；表层水泵进水口安装在水下，表层水泵出水口接过滤设备入口，过滤设备出口接温度与盐度测量设备，温度与盐度测量设备出口接流量控制器进口，流量控制器出口接水汽平衡器，设于水汽平衡器上部的空气出口接冷阱进口，温度探头设在水汽平衡器内，冷阱出口接气泵进口，气泵出口接防水电极，防水电极出口接检测器进口和标准气钢瓶出口，检测器输出端接副平衡器，副平衡器设于水汽平衡器内的底部，水汽平衡器底部设废水排出口。【专利说明】一种表层水体中溶解氧化亚氮连续观测系统
本专利技术涉及一种温室气体的监测设备，尤其是涉及一种表层水体中溶解氧化亚氮连续观测系统。
技术介绍
氧化亚氮气体对全球气候和大气化学过程均有重要影响。等物质量氧化亚氮的温室效应是二氧化碳的200?300倍。同时，其光化学产物NO在平流层中可与O3反应，破坏大气臭氧层(Crutzen, 1970)。IPCC报告AR4 (2007)指出，大气中氧化亚氮浓度由工业革命前的270±lppb上升至2006年的319ppb左右，并仍以每年0.25%左右的速度增长。仅在IPCC第三次报告(2001)和第四次报告(2007)间的6年，大气氧化亚氮分压增加约5ppb，相应辐射强迫增加11%。因此，在人类限制生产使用氟氯烃并致其大气浓度逐年下降的情况下，氧化亚氮不仅在温室效应贡献方面超越氟氯烃，成为第三大温室效应贡献气体，更成为21世纪最主要的臭氧层破坏气体(Ravishankara et al, 2009)。目前，国际上普遍采用气相色谱法GC-E⑶或GC-MS对氧化亚氮进行检测，方法完全手动操作，从现场站点采样运回实验室、预处理、进样分析需要大量的人力和较长的时间，因此海区覆盖率、数据分辨率、时间连续性均难以达到准确估算海表甲烷时空分布、海气甲烷交换通量的要求。Butler等(1989)首次实现了将水-气平衡系统与气相色谱的联用，此后又有更多改进后的平衡器成功应用(Bange et al., 1994;Rehder andSuess, 2001).但是，气相色谱法需要消耗平衡系统中的一部分顶空气，导致平衡系统中水-气平衡被打断，不能实现真正意义上的连续测定。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提出以现场快速、高分辨率的观测方式不会打破水汽平衡、连续自动观测水体中氧化亚氮的一种表层水体中溶解氧化亚氮连续观测系统。本专利技术设有表层水泵、过滤设备、温度与盐度测量设备、流量控制器、水汽平衡器、温度探头、冷阱、气泵、防水电极、离轴积分腔输出光谱检测器、标准气钢瓶；所述表层水泵的进水口安装在水下，表层水泵的出水口接过滤设备的入口，过滤设备的出口接温度与盐度测量设备，温度与盐度测量设备的出口接流量控制器的进口，流量控制器的出口接水汽平衡器，设于水汽平衡器上部的空气出口接冷阱的进口，温度探头设在水汽平衡器内，冷阱的出口接气泵的进口，气泵的出口接防水电极，防水电极的出口通过阀门分别接离轴积分腔输出光谱检测器的进口和标准气钢瓶的出口，离轴积分腔输出光谱检测器的输出端通过阀门接副平衡器，副平衡器设于水汽平衡器内的底部，水汽平衡器的底部设废水排出口。所述表层水泵进水口可安装在船舶船艏水下I?5m处。本专利技术的有益效果如下:与目前其他的氧化亚氮观测设备相比，本专利技术具有操作简单、耗电低、坚固耐用等特点，是海上、野外现场等恶劣环境的理想工具。离轴积分腔输出光谱法是当今最先进的不消耗氧化亚氮而能实现连续自动化观测氧化亚氮浓度的仪器，本专利技术可以获得高精度的数据，稳定性好，可以实现长期的很少维护的自动运行，例如在航行的船舶或者浮标等平台上实现对水面、大气的大面积高分辨率的长时间尺度的连续观测。相较于目前的手工站点采样、运回实验室处理、分析其优势明显，节约大量劳动力，操作者自从安装后很少需要对其进行维护和操作，完全自动化。时间快速，检测系统可以实时显示当时、当地的氧化亚氮浓度，而带回实验室分析到出数据可能已经过了几个月甚至更长时间。另外，相对于其他种类的观测系统，本专利技术着重设计了检测系统进水的防护措施，除了冷阱除水蒸汽外，还设置了防水电极，为检测系统增加一道保险，确保系统安全。【专利附图】【附图说明】图1为本专利技术实施例的结构示意图。【具体实施方式】 以下结合附图和实施例，对本专利技术做详细的说明。参见图1，本专利技术实施例设有表层水泵1、过滤设备2、温度与盐度测量设备3、流量控制器4、水汽平衡器5、温度探头6、冷阱7、气泵8、防水电极9、离轴积分腔输出光谱检测器10、标准气钢瓶11。所述表层水泵I的进水口安装在水下，表层水泵I的出水口接过滤设备2的入口，过滤设备2的出口接温度与盐度测量设备3，温度与盐度测量设备3的出口接流量控制器4的进口，流量控制器4的出口接水汽平衡器5，设于水汽平衡器5上部的空气出口 51接冷阱7的进口，温度探头6设在水汽平衡器5内，冷阱7的出口接气泵8的进口，气泵8的出口接防水电极9，防水电极9的出口通过阀门分别接离轴积分腔输出光谱检测器10的进口和标准气钢瓶11的出口，离轴积分腔输出光谱检测器10的输出端通过阀门接副平衡器52，副平衡器52设于水汽平衡器5内的底部，水汽平衡器5的底部设废水排出口 53。在图1中，标记A为废气，B为大气，C为废水。所述表层水泵进水口可安装在船舶船艏水下I?5m处，将表层海水持续不断抽入实验室，首先经过滤设备将海水中的杂质和大颗粒物过滤，防止这些杂物进入水汽平衡器造成堵塞，海水经过温度与盐度测量装置，实时测量海水的原位温度、盐度，采集数据的频率建议为Imin—次。使用流量控制器控制水流速度维持在固定水平，尽可能快的流速可以加快气液两相之间的平衡，但是过快的流速会导致平衡器内的空气随水流而带出，造成平衡器内负压，大量未经平衡的外界大气进入水汽平衡器。水流进入水汽平衡器后由顶部分散为细小液滴与空气交换平衡，水汽平衡器内温度使用温度探头进行实时观测，并以Imin间隔记录。顶空气通过气孔与外界大气相接，目的是维持水汽平衡器内的气压与大气压一致，由于外界大气的进入可能导致的气液不平衡可以通过加装另外一个小型的副平衡器进行预平衡，保证主平衡器的平衡不被打破。气液两相达到平衡后，通过气泵将顶空气抽出，首先经过冷阱(_4°C)去除气路中的大部分水蒸气，然后进入一个防水电极，该防水电极的作用在于，一旦接触到液态水的存在，立即触发预先编制好的程序，通过阀切换的方式将气路排空，从根本上保证离轴积分腔输出光谱检测器I的安全。气路在最终进入离轴积分腔输出光谱检测器前，经过一个过滤装置以去除气路中可能存在的微小颗粒杂质，该过滤装置的设置是由于离轴积分腔输出光谱检测器的光腔内的核心部件为一对高反射率的镜子，极易遭到沾污而降低光路在腔内的反射次数，大大缩短吸收光程，从而会影响到对于氧化亚氮的高精度的检测。离轴积分腔输出光谱检测器采用离轴积分腔输出光谱法，该离轴积分腔输出光谱检测器的特性如下:操作温度:0?45°C;环境湿度:0?100% ；测定范围:1?IOOppm ；测定速度:1Hz本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种表层水体中溶解氧化亚氮连续观测系统，其特征在于设有表层水泵、过滤设备、温度与盐度测量设备、流量控制器、水汽平衡器、温度探头、冷阱、气泵、防水电极、离轴积分腔输出光谱检测器、标准气钢瓶；所述表层水泵的进水口安装在水下，表层水泵的出水口接过滤设备的入口，过滤设备的出口接温度与盐度测量设备，温度与盐度测量设备的出口接流量控制器的进口，流量控制器的出口接水汽平衡器，设于水汽平衡器上部的空气出口接冷阱的进口，温度探头设在水汽平衡器内，冷阱的出口接气泵的进口，气泵的出口接防水电极，防水电极的出口通过阀门分别接离轴积分腔输出光谱检测器的进口和标准气钢瓶的出口，离轴积分腔输出光谱检测器的输出端通过阀门接副平衡器，副平衡器设于水汽平衡器内的底部，水汽平衡器的底部设废水排出口。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：詹力扬，李玉红，陈立奇，林奇，
申请(专利权)人：国家海洋局第三海洋研究所，
类型：发明
国别省市：