一种海水溶解无机碳走航测量装置.pdf

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1、(10)申请公布号 CN 103913553 A (43)申请公布日 2014.07.09 CN 103913553 A (21)申请号 201410125571.8 (22)申请日 2014.03.31 G01N 33/18(2006.01) (71)申请人 中国科学院海洋研究所 地址 266071 山东省青岛市南海路 7 号 (72)发明人 李学刚 宋金明 袁华茂 李宁 段丽琴 (74)专利代理机构 沈阳科苑专利商标代理有限 公司 21002 代理人 周秀梅 何丽英 (54) 发明名称 一种海水溶解无机碳走航测量装置 (57) 摘要 本发明涉及海洋监测技术领域， 具体为一种 海水溶解无机碳。

2、走航测量装置。包括在线采样装 置、 海水溶解无机碳鼓出装置、 干燥装置、 测量装 置、 加酸装置、 高纯氮气进气管路及控制系统， 其 中在线采样装置、 干燥装置、 高纯氮气进气管路及 加酸装置均与海水溶解无机碳鼓出装置连接， 所 述高纯氮气进气管路与加酸装置连接， 所述加酸 装置与海水溶解无机碳鼓出装置连接的管路上 设有电磁阀， 所述干燥装置通过管路与测量装置 连接， 所述在线采样装置、 海水溶解无机碳鼓出装 置、 干燥装置、 测量装置及电磁阀均与控制系统电 连接。本发明可适用于实验室内海水溶解无机 碳 (DIC) 的测量和海洋调查时海水溶解无机碳 (DIC) 的走航测量。 (51)Int.C。

3、l. 权利要求书 1 页 说明书 4 页 附图 1 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书1页 说明书4页 附图1页 (10)申请公布号 CN 103913553 A CN 103913553 A 1/1 页 2 1. 一种海水溶解无机碳走航测量装置， 其特征在于 ： 包括在线采样装置 (1)、 海水溶解 无机碳鼓出装置 (2)、 干燥装置 (3)、 测量装置 (4)、 加酸装置 (5)、 高纯氮气进气管路 (19) 及控制系统(23)， 其中在线采样装置(1)、 干燥装置(3)、 加酸装置(5)及高纯氮气进气管路 (19) 均与海水溶解无机碳鼓出装置 (2。

4、) 连接， 所述高纯氮气进气管路 (19) 与加酸装置 (5) 连接， 在所述加酸装置(5)与海水溶解无机碳鼓出装置(2)连接的管路上设有电磁阀(22)， 所述干燥装置 (3) 通过管路与测量装置 (4) 连接， 所述在线采样装置 (1)、 海水溶解无机碳 鼓出装置 (2)、 干燥装置 (3)、 测量装置 (4) 及电磁阀 (22) 均与控制系统 (23) 电连接。 2. 按权利要求 1 所述的海水溶解无机碳走航测量装置， 其特征在于 ： 所述海水溶解无 机碳鼓出装置 (2) 为密闭的反应器， 所述反应器的顶部开设有进样口 (10)、 加酸口 (11) 及 海水溶解无机碳鼓出装置出气口(12)。

5、， 所述进样口(10)、 加酸口(11)及海水溶解无机碳鼓 出装置出气口(12)分别通过管路与在线采样装置(1)、 加酸装置(5)及干燥装置(3)相连， 所述反应器的底部开设有海水溶解无机碳鼓出装置进气口 (17) 和排废口 (18)， 所述海水 溶解无机碳鼓出装置进气口 (17) 与高纯氮气进气管路 (19) 连接。 3. 按权利要求 2 所述的海水溶解无机碳走航测量装置， 其特征在于 ： 所述反应器主要 由有机玻璃制成。 4. 按权利要求 2 所述的海水溶解无机碳走航测量装置， 其特征在于 ： 所述在线采样装 置 (1) 主要由海水进水管路 (20) 和蠕动泵组成， 所述蠕动泵的采样口 (。

6、8) 与海水进水管 (20) 相连， 所述蠕动泵的出样口 (9) 通过管路与海水溶解无机碳鼓出装置 (2) 的进样口 (10) 连通。 5.按权利要求2所述的海水溶解无机碳走航测量装置， 其特征在于 ： 所述加酸装置(5) 的底部开设有一个加酸装置进气口(6)和出酸口(7)， 所述出酸口(7)通过管路与海水溶解 无机碳鼓出装置 (2) 的加酸口 (11) 连通， 所述高纯氮气进气管路 (19) 从加酸装置进气口 (6) 插入加酸装置 (5) 内、 并端口位于液面之上。 6. 权利要求 1 或 5 所述的海水溶解无机碳走航测量装置， 其特征在于 ： 所述加酸装置 (5) 为高密度聚乙烯瓶。 7.。

7、按权利要求2所述的海水溶解无机碳走航测量装置， 其特征在于 ： 所述干燥装置(3) 主要由内部放有干燥剂的玻璃容器组成， 所述玻璃容器上设有干燥装置进气口 (13) 和干 燥装置出气口 (14)， 所述干燥装置进气口 (13) 通过管路与海水溶解无机碳鼓出装置出气 口 (12) 连通， 所述干燥装置出气口 (14) 通过管路与测量装置 (4) 连通。 8. 按权利要求 1 或 7 所述的海水溶解无机碳走航测量装置， 其特征在于 ： 所述测量装 置 (4) 主要由红外 CO2检测仪组成。 9. 按权利要求 1 所述的海水溶解无机碳走航测量装置， 其特征在于 ： 所述在线采样装 置 (1) 和干燥。

8、装置 (3) 通过不锈钢管与海水溶解无机碳鼓出装置 (2) 相连， 所述干燥装置 (3)通过不锈钢管与测量装置(4)相连， 所述加酸装置(5)通过硅胶管与海水溶解无机碳鼓 出装置 (2) 相连。 10. 按权利要求 1-5、 7、 9 任一项所述的海水溶解无机碳走航测量装置， 其特征在于 ： 所 述在线采样装置(1)、 海水溶解无机碳鼓出装置(2)、 干燥装置(3)、 测量装置(4)、 加酸装置 (5) 及控制系统 (23) 密封于机箱 (21) 内， 所述机箱 (21) 上设有机箱排气口。 权 利 要 求 书 CN 103913553 A 2 1/4 页 3 一种海水溶解无机碳走航测量装置 。

9、技术领域 0001 本发明涉及海洋监测技术领域， 具体为一种海水溶解无机碳走航测量装置。可适 用于实验室内海水溶解无机碳(DIC)的测量和海洋调查时海水溶解无机碳(DIC)的走航测 量。 背景技术 0002 全球变化涉及人为影响下全球气候变化和全球生态环境变化两大领域， 其中碳循 环过程研究是其关键。海洋在全球变化中的作用是巨大的， 海洋碳循环是全球海洋通量变 化的核心， 而研究海洋碳循环的基础是准确测定海洋各项参数。 近年来， 国内外在研究海洋 参数的准确测定上进行了巨大的努力， 但至目前国际 IOC-SCOR 的专门委员会还是认为海 洋碳循环中四个关键参数 pH、 Alk( 总碱度 )、 。

10、DIC、 PCO2( 表层海水 CO2分压 ) 尚需进行深入 开发以获得更准确测定的方法， 并认为海洋碳源汇强度不确定的主要原因是这些参数测定 的不准确性引起的， 所以， 建立海洋中这些关键参数准确测定方法仍是海洋学特别是全球 海洋变化海洋学迫切需要解决的问题。 0003 海水中的溶解无机碳 (DIC， 有时也叫做海水中总 CO2) 包括海水中溶解的 CO2、 H2CO3、 HCO3-以及 CO32-， 一般 DIC 可占海水中总碳 ( 包括有机碳， 如石油烃、 油类等 ) 的 95 以上， DIC 中又以 HCO3-为主， 可占 85以上， CO32-次之， 可达 9左右， 其余为溶解 CO。

11、2和 H2CO3。 0004 海水中溶解无机碳的测定方法主要有如下几种 ： 变色法、 重量法、 平衡压力法、 气 相色谱法、 红外吸收法、 碱度计算法、 热导类电化学传感器法和库仑滴定法。虽然上述方法 都可以测量海水中的 DIC， 但它们所用的设备都不太适合于现场调查， 更不用说在现场进行 实时测量。目前对海水 DIC 的测量都是在现场采样后保存， 带回陆地实验室后测定， 但由于 样品保存过程中， 其温度、 压力、 生化环境等与现场海水明显不同， 导致 DIC 的测量结果可 能与实际差异较大。因而开发海水 DIC 的现场测量方法是海洋碳研究的当务之急。 发明内容 0005 针对上述问题， 本发。

12、明的目的是提供一种海水溶解无机碳 (DIC) 走航测量装置， 它提供了一种新的方法， 可以实时测量海水中的溶解无机碳 (DIC)。 0006 为了实现上述目的， 本发明采用以下技术方案 ： 0007 一种海水溶解无机碳走航测量装置， 包括在线采样装置、 海水溶解无机碳鼓出装 置、 干燥装置、 测量装置、 加酸装置、 高纯氮气进气管路及控制系统， 其中在线采样装置、 干 燥装置、 加酸装置及高纯氮气进气管路均与海水溶解无机碳鼓出装置连接， 所述高纯氮气 进气管路与加酸装置连接， 在所述加酸装置与海水溶解无机碳鼓出装置连接的管路上设有 电磁阀， 所述干燥装置通过管路与测量装置连接， 所述在线采样装。

13、置、 海水溶解无机碳鼓出 装置、 干燥装置、 测量装置及电磁阀均与控制系统电连接。 0008 所述海水溶解无机碳鼓出装置为密闭的反应器， 所述反应器的顶部开设有进样 说 明 书 CN 103913553 A 3 2/4 页 4 口、 加酸口及海水溶解无机碳鼓出装置出气口， 所述进样口、 加酸口及海水溶解无机碳鼓出 装置出气口分别通过管路与在线采样装置、 加酸装置及干燥装置相连， 所述反应器的底部 开设有海水溶解无机碳鼓出装置进气口和排废口， 所述海水溶解无机碳鼓出装置进气口与 高纯氮气进气管路连接。所述反应器主要由有机玻璃制成。 0009 所述在线采样装置主要由海水进水管路和蠕动泵组成， 所述。

14、蠕动泵的采样口与海 水进水管相连， 所述蠕动泵的出样口通过管路与海水溶解无机碳鼓出装置的进样口连通。 0010 所述加酸装置的底部开设有一个加酸装置进气口和出酸口， 所述出酸口通过管路 与海水溶解无机碳鼓出装置的加酸口连通， 所述高纯氮气进气管路从加酸装置进气口插入 加酸装置内、 并端口位于液面之上。所述加酸装置为高密度聚乙烯瓶。 0011 所述干燥装置主要由内部放有干燥剂的玻璃容器组成， 所述玻璃容器上设有干燥 装置进气口和干燥装置出气口， 所述干燥装置进气口通过管路与海水溶解无机碳鼓出装置 出气口连通， 所述干燥装置出气口通过管路与测量装置连通。 所述测量装置主要由红外CO2 检测仪组成。。

15、 0012 所述在线采样装置和干燥装置通过不锈钢管与海水溶解无机碳鼓出装置相连， 所 述干燥装置通过不锈钢管与测量装置相连， 所述加酸装置通过硅胶管与海水溶解无机碳鼓 出装置相连。 所述在线采样装置、 海水溶解无机碳鼓出装置、 干燥装置、 测量装置、 加酸装置 及控制系统密封于机箱内， 所述机箱上设有机箱排气口。 0013 本发明的优点及有益效果是 ： 0014 1. 本发明结构简单， 对使用环境没有苛刻的要求， 适合在海上连续测定海水中的 DIC， 克服了需将海水样品取回实验室内测定的缺点， 从而减少的样品保存环节， 即减轻了 工作量和工作强度， 又避免了样品保存环境与海洋环境不一致所带来的。

16、测定误差。 0015 2. 本发明实现了在线连续采样， 由船载潜水泵抽取得海水可直接被本发明采集并 实现准确测量， 保证了所采集水样最大程度的保持原有状态， 使测定结果更接近了海洋的 实际情况。 0016 3. 本发明实现了海水 DIC 的实时走航测量， 可以在单次海洋调查中获得更多的 DIC 数据。 附图说明 0017 图 1 是本发明的结构示意图。 0018 其中 ： 1为在线采样装置， 2为海水溶解无机碳鼓出装置， 3为干燥装置， 4为测量装 置， 5 为加酸装置， 6 为加酸装置进气口， 7 为出酸口， 8 为采样口， 9 为出样口， 10 为进样口， 11 为加酸口， 12 为海水溶。

17、解无机碳鼓出装置出气口， 13 为干燥装置进气口， 14 为干燥装置 出气口， 15 为测量装置进气口， 16 为测量装置的信号输出电缆， 17 为海水溶解无机碳鼓出 装置进气口， 18 为排废口， 19 为高纯氮气进气管路， 20 为海水进水管， 21 为机箱， 22 为电磁 阀， 23 为控制系统。 具体实施方式 0019 下面结合附图对本发明作进一步描述。 0020 如图1所示， 本发明包括在线采样装置1、 海水溶解无机碳鼓出装置2、 干燥装置3、 说 明 书 CN 103913553 A 4 3/4 页 5 测量装置 4、 加酸装置 5、 高纯氮气进气管路 19 及控制系统 23， 其。

18、中在线采样装置 1、 干燥装 置 3、 高纯氮气进气管路 19 及加酸装置 5 均通过管路与海水溶解无机碳鼓出装置 2 连接， 所述高纯氮气进气管路 19 与加酸装置 5 连接， 在所述加酸装置 5 与海水溶解无机碳鼓出装 置 2 连接的管路上设有电磁阀 22。所述干燥装置 3 通过管路与测量装置 4 连接， 所述在线 采样装置1、 海水溶解无机碳鼓出装置2、 干燥装置3、 测量装置4及电磁阀22均与控制系统 23 电连接。 0021 所述海水溶解无机碳鼓出装置 2 为密闭的反应器， 所述反应器主要由有机玻璃制 成。所述反应器的顶部开设有进样口 10、 加酸口 11 及海水溶解无机碳鼓出装置出。

19、气口 12， 所述进样口 10、 加酸口 11 及海水溶解无机碳鼓出装置出气口 12 分别通过管路与在线采样 装置 1、 加酸装置 5 及干燥装置 3 相连， 所述反应器的底部开设有海水溶解无机碳鼓出装置 进气口17和排废口18， 所述海水溶解无机碳鼓出装置进气口17与高纯氮气进气管路19连 接。所述排废口 18 与废液排放控制系统连接， 所述废液排放控制系统主要由硅胶管和夹管 电磁阀组成， 所述硅胶管与排废口 18 连接， 硅胶管上设有夹管电磁阀， 用于控制废液的排 放。 所述海水溶解无机碳鼓出装置2可将海水中的无机碳DIC在酸性条件下转化为CO2， CO2 随高纯氮气鼓出， 并经过不锈钢管。

20、路输送到干燥装置 3。 0022 所述在线采样装置 1 主要由海水供水管 20 和蠕动泵组成， 所述蠕动泵的采样口 8 与海水进水管 20 相连， 所述蠕动泵的出样口 9 通过硅胶管与海水溶解无机碳鼓出装置 2 的 进样口 10 连通， 所述在线采样装置 1 可实时采集海水样品。 0023 所述加酸装置 5 为高密度聚乙烯瓶， 所述加酸装置 5 的底部开设有一个加酸装置 进气口6和一个出酸口7， 所述出酸口7通过硅胶管与海水溶解无机碳鼓出装置2的加酸口 11 连通， 所述加酸装置 5 可将酸 ( 例如硫酸 ) 通过硅胶管加入海水溶解无机碳鼓出装置 2 内， 所加酸的量通过电磁阀 22 控制。所。

21、述高纯氮气进气管路 19 由加酸装置进气口 6 插入 加酸装置内、 并端口位于液面之上， 使加酸装置 5 内保持一定的压力。 0024 所述干燥装置 3 主要由内部放有干燥剂的玻璃容器组成， 所述玻璃容器上设有干 燥装置进气口 13 和干燥装置出气口 14， 所述干燥装置进气口 13 通过不锈钢管与海水溶解 无机碳鼓出装置出气口 12 连通， 所述干燥装置出气口 14 通过不锈钢管与测量装置 4 连通。 所述干燥装置3可除去CO2气体中的水分， 并将干燥后的CO2气体经过不锈钢管路输送到测 量装置 4。所述测量装置 4 主要由红外 CO2检测仪组成， 所述测量装置 4 可测量所鼓出 CO2 的。

22、量。 0025 所述控制系统控制以上各装置的工作， 并可将测量数据输出到外部设备 ； 所述在 线采样装置 1、 加酸装置 5、 海水溶解无机碳鼓出装置 2、 干燥装置 3 和测量装置 4 之间的管 路均密闭不漏气， 并和控制系统 23 一起整合进一个不锈钢材质的机箱 21 内， 机箱 21 上留 有出气孔， 以利于 CO2废气的排出。 0026 本发明的工作原理是 ： 0027 在正常工作时， 通过海水进水管 20 接入外部海水水源。通过高纯氮气进气管 19 引入高纯氮气并被分为两路， 其中一路通过加酸装置进气口6进入加酸装置5内， 使加酸装 置 5 内保持一定的压力。另一路经海水溶解无机碳鼓。

23、出装置进气口 17 进入海水溶解无机 碳鼓出装置 2 内。打开控制系统开关， 由控制系统控制样品的在线采集、 加酸和测量。其流 程是 ： 根据设定的程序， 在线采样装置 1 通过采样口 8 按一定的时间间隔连续采集海水样 说 明 书 CN 103913553 A 5 4/4 页 6 品， 并通过出样口 9 将所采集的海水样品输送到海水溶解无机碳鼓出装置 2 的进样口 10、 并由进样口 10 进入海水溶解无机碳鼓出装置 2 内 ； 加酸装置 5 内的酸在电磁阀 22 的控制 下被定时输送到进酸口 11、 并由进酸口 11 加入海水溶解无机碳鼓出装置 2 内 ； 在海水溶解 无机碳鼓出装置 2 。

24、内海水中的无机碳 DIC 与酸反应， 转化为 CO2， CO2被高纯氮气鼓出， 并和 高纯氮气一起通过海水溶解无机碳鼓出装置出气口 12 排出海水溶解无机碳鼓出装置 2 ； 海 水溶解无机碳鼓出装置 2 中产生的废水通过排废口 18 排出 ； 由海水溶解无机碳鼓出装置 2 排出的 CO2经干燥装置进气口 13 进入干燥装置 3 内， 去除水分后的 CO2经干燥装置出气口 14 进入测量装置进气口 15、 并由测量装置进气口 15 进入测量装置 4 内 ； 进入测量装置 4 的 CO2被测量后直接排出测量装置 4， 测量获得的数据通过电缆线输出到外部计算机等存储设 备。 由于海水样品的采集是连续的， 所以样品的测定也是连续的， 从而实现对海水溶解无机 碳 (DIC) 的实时测量。 说 明 书 CN 103913553 A 6 1/1 页 7 图 1 说 明 书 附 图 CN 103913553 A 7 。