大氣甲烷和一氧化碳分析系統和方法
2023-10-18 05:27:29
大氣甲烷和一氧化碳分析系統和方法
【專利摘要】本發明涉及大氣甲烷和一氧化碳分析系統包括依次相接的大氣採樣罐、進樣系統、定量環、色譜系統；色譜系統包括GC工作站、氣相色譜和依次相接的色譜柱、四通閥、鎳轉化爐、FID檢測器；大氣採樣罐提供待測氣體，進樣系統將待測氣體調至恆定壓力，定量環輸送體積固定的待測氣體，氣相色譜維持恆定溫度和提供恆定流量載氣，色譜柱分離出甲烷和一氧化碳，四通閥排空氧氣峰後將色譜柱分離出的甲烷和一氧化碳輸送至鎳轉化爐，鎳轉化爐將一氧化碳加氫反應生成甲烷，FID檢測器檢測甲烷含量產生電信號，GC工作站記錄電信號生成譜圖。涉及大氣甲烷和一氧化碳分析方法。結構簡單，操作方便，檢測效率高，屬於大氣痕量氣體分析【技術領域】。
【專利說明】大氣甲烷和一氧化碳分析系統和方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及大氣痕量氣體分析技術，具體的說，涉及一種大氣甲烷和一氧化碳分 析系統和方法。
【背景技術】
[0002] 甲烷（CH4)是大氣中含量最多的痕量有機氣體（大氣背景濃度約1.8 ppmv)，其在 大氣中的濃度自從工業革命以來已經增加了 3倍左右。CH4可以吸收紅外輻射，致使大氣增 溫，是一種非常重要的溫室氣體，其溫室效應作用是C0 2的22倍。此外，CH4在大氣化學中也 扮演重要角色：它的濃度影響著對流層羥基自由基的濃度，從而影響對流層大氣的氧化能 力。CH 4也是產生對流層臭氧的重要因子。稻田、沼澤、反芻動物的胃和白蟻是大氣014最重 要的生物源，生物質燃燒和化石燃料的開採與利用是大氣CH 4最重要的非生物源。大氣CH4 主要是在大氣中被氧化（85% )和土壤吸收（8% )，此外還有少量CH4與平流層中的氟氯化 合物光解產生的氯自由基發生反應。甲烷的含量分析有助於準確評估其溫室效應作用，深 入理解大氣化學過程。
[0003] -氧化碳（C0)濃度在大氣含碳痕量氣體中僅次於(1)2和014，也是人類排放到大氣 中最多的汙染物之一。C0在大氣化學過程中扮演著重要角色：通過與羥基自由基的反應， C0影響著大氣的氧化能力；由於C0和CH4的同匯效應，可以間接的造成溫室效應；C0在高 NOx情況下是對流層臭氧生成的前體物之一。C0的人為源主要是化石燃料、生物燃料及生 物質等的不完全燃燒，天然源主要是甲烷和揮發性有機物的氧化、海洋和植物排放。C0主要 是與大氣羥基自由基反應和土壤吸收。監測C0濃度有助於我們研究大氣的光化學性質和 過程，解析排放歷史進行源解析。
[0004] CH4和C0分析方法一般是利用光學方法分別分析，目前的商業產品一般存在檢測 限較高，零點漂移嚴重等問題，且不適用目前大氣採樣廣泛使用的Summa罐（大氣採樣罐） 採集樣品。
【發明內容】
[0005] 針對現有技術中存在的技術問題，本發明的目的是：提供一種使用Summa罐採集 大氣樣品中CH 4和C0,並能夠對Su_a罐採集大氣樣品中CH4和C0實現準確快速分析的大 氣甲烷和一氧化碳分析系統和方法，以解決大氣採樣罐的密閉連接問題，確保大氣樣品的 無汙染進樣過程，滿足大氣樣品的準確進樣要求，實現甲烷和一氧化碳的定性定量目的。
[0006] 為了達到上述目的，本發明採用如下技術方案：
[0007] 大氣甲烷和一氧化碳分析系統，包括：依次相接的大氣採樣罐、進樣系統、定量環 和色譜系統；色譜系統包括：氣相色譜、GC工作站和依次相接的色譜柱、四通閥、鎳轉化爐、 FID檢測器；大氣採樣罐提供待測氣體，進樣系統將待測氣體調至恆定壓力，定量環輸送體 積固定的待測氣體，氣相色譜維持載氣在色譜系統中恆定溫度和提供恆定流量的搭載待測 氣體的載氣，色譜柱先後分離出甲烷和一氧化碳，四通閥再排空氧氣峰後將色譜柱分離出 的甲烷和一氧化碳輸送至鎳轉化爐，鎳轉化爐將一氧化碳加氫反應生成甲烷，FID檢測器檢 測甲烷含量產生電信號，GC工作站記錄電信號並生成譜圖。
[0008] 作為一種優選，進樣系統包括：主管路、真空規及顯示裝置、壓力表、真空泵；大氣 採樣罐、真空規及顯示裝置、壓力表、真空泵分別與主管路相接，主管路的末端與定量環相 接。
[0009] 作為一種優選，大氣採樣罐的數量為兩個，分別是第一大氣採樣罐和第二大氣採 樣罐；第一大氣採樣罐裝有待測大氣的樣品且配備有閥L，第二大氣採樣罐裝有標樣且配 備有閥Μ ;從主管路的首端到末端，主管路上依次分布有第一連接點、第二連接點、第三連 接點；真空規及顯示裝置與第一連接點之間設有閥Α，第一大氣採樣罐與第一連接點之間 設有閥Β ;壓力表的一端與第二連接點之間設有閥D，另一端與第三連接點之間設有閥G ;第 二大氣採樣罐與第二連接點之間設有閥Ε，真空泵與第三連接點之間設有閥I ;第一連接點 和第二連接點之間設有閥C，第二連接點和第三連接點之間設有閥F，第三連接點和定量環 之間設有閥Η。
[0010] 作為一種優選，大氣採樣罐的數量為兩個以上，相互並聯接入進樣系統；大氣甲烷 和一氧化碳分析系統的管線的內表面均經過鈍化處理。
[0011] 作為一種優選，大氣甲烷和一氧化碳分析系統，還包括一個八通閥；定量環的數量 是兩個，分別是定量環Α和定量環Β ;通過八通閥的轉換，當定量環Α接入進樣系統時，定量 環B接入色譜系統，當定量環A接入色譜系統時，定量環B接入進樣系統。
[0012] 作為一種優選，鎳轉化爐內裝有鎳觸媒，一氧化碳與鎳觸媒發生高溫加氫反應生
【權利要求】
1. 大氣甲烷和一氧化碳分析系統，其特徵在於：包括：依次相接的大氣採樣罐、進樣系 統、定量環和色譜系統；色譜系統包括：氣相色譜、GC工作站和依次相接的色譜柱、四通閥、 鎳轉化爐、FID檢測器；大氣採樣罐提供待測氣體，進樣系統將待測氣體調至恆定壓力，定 量環輸送體積固定的待測氣體，氣相色譜維持載氣在色譜系統中恆定溫度和提供恆定流量 的搭載待測氣體的載氣，色譜柱先後分離出甲烷和一氧化碳，四通閥再排空氧氣峰後將色 譜柱分離出的甲烷和一氧化碳輸送至鎳轉化爐，鎳轉化爐將一氧化碳加氫反應生成甲烷， FID檢測器檢測甲烷含量產生電信號，GC工作站記錄電信號並生成譜圖。
2. 按照權利要求1所述的大氣甲烷和一氧化碳分析系統，其特徵在於：所述進樣系統 包括：主管路、真空規及顯示裝置、壓力表、真空泵；大氣採樣罐、真空規及顯示裝置、壓力 表、真空泵分別與主管路相接，主管路的末端與定量環相接。
3. 按照權利要求2所述的大氣甲烷和一氧化碳分析系統，其特徵在於：所述大氣採樣 罐的數量為兩個，分別是第一大氣採樣罐和第二大氣採樣罐；第一大氣採樣罐裝有待測大 氣的樣品且配備有閥L，第二大氣採樣罐裝有標樣且配備有閥Μ ;從主管路的首端到末端， 主管路上依次分布有第一連接點、第二連接點、第三連接點；真空規及顯示裝置與第一連接 點之間設有閥Α，第一大氣採樣罐與第一連接點之間設有閥Β ;壓力表的一端與第二連接點 之間設有閥D，另一端與第三連接點之間設有閥G ;第二大氣採樣罐與第二連接點之間設有 閥Ε，真空泵與第三連接點之間設有閥I ;第一連接點和第二連接點之間設有閥C，第二連接 點和第三連接點之間設有閥F，第三連接點和定量環之間設有閥Η。
4. 按照權利要求1所述的大氣甲烷和一氧化碳分析系統，其特徵在於：所述大氣採樣 罐的數量為兩個以上，相互並聯接入進樣系統；大氣甲烷和一氧化碳分析系統的管線的內 表面均經過鈍化處理。
5. 按照權利要求1所述的大氣甲烷和一氧化碳分析系統，其特徵在於：它還包括一個 八通閥；定量環的數量是兩個，分別是定量環Α和定量環Β ;通過八通閥的轉換，當定量環A 接入進樣系統時，定量環B接入色譜系統，當定量環A接入色譜系統時，定量環B接入進樣 系統。
6. 按照權利要求1所述的大氣甲烷和一氧化碳分析系統，其特徵在於：所述 鎳轉化爐內裝有鎳觸媒，一氧化碳與鎳觸媒發生高溫加氫反應生成甲烷，反應式為
7. -種大氣甲烷和一氧化碳分析方法，其特徵在於：依次包括如下步驟： a. 用大氣採樣罐採集待測大氣的樣品； b. 將樣品輸入進樣系統，進樣系統提供恆定壓力的樣品； c. 定量環將體積一定的樣品輸送至色譜系統； d. 色譜系統中，樣品由氣相色譜提供的載氣輸送，色譜柱先後分離出樣品中的甲烷和 一氧化碳；四通閥先打到"排空"檔位排除氧氣峰，再打到"進鎳轉化爐"檔位；甲烷和一氧 化碳氣體先後經過鎳轉化爐，一氧化碳氣體反應生成甲烷；色譜柱分離出的甲烷以及一氧 化碳轉化生成的甲烷依次在FID檢測器中檢測並產生電信號，GC工作站記錄電信號並生成 甲烷的譜圖和由一氧化碳轉化的甲烷的譜圖。
8. 按照權利要求7所述的一種大氣甲烷和一氧化碳分析方法，其特徵在於：所述步驟b 的操作步驟如下： (1) 將大氣採樣罐接入閥B所在的管路，打開閥A、閥B、閥C、閥F、閥G、閥Η ; (2) 打開閥I，用真空泵將進樣系統抽真空後關閉閥I ; (3) 打開閥L，讓大氣採樣罐內氣體充滿進樣系統後關閉閥L ; (4) 緩慢擰動閥I，真空泵對進樣系統抽氣，直到壓力表顯示進樣系統內氣體達到既定 的壓力，關閉閥I。
9. 按照權利要求7所述的一種大氣甲烷和一氧化碳分析方法，其特徵在於：所述步驟 c中，定量環Α和定量環Β通過八通閥進行轉換，當定量環Α接入進樣系統進行管路清洗和 樣品定量時，定量環B接入色譜系統進行色譜分離和定量分析，當定量環A接入色譜系統進 行色譜分離和定量分析時，定量環B接入進樣系統進行管路清洗和樣品定量。
10. 按照權利要求9所述的一種大氣甲烷和一氧化碳分析方法，其特徵在於：通過定量 環A將樣品分析一次從而計算出甲烷和一氧化碳的濃度，定量環B將樣品分析另一次從而 計算出甲烷和一氧化碳的濃度，兩次計算出的濃度差值要在±60ppbv以內，最終結果取兩 次計算結果的平均值。
【文檔編號】G01N30/88GK104155404SQ201410446289
【公開日】2014年11月19日 申請日期:2014年9月3日 優先權日:2014年9月3日
【發明者】王新明, 張豔利, 張洲 申請人:中國科學院廣州地球化學研究所