CN102095827A - 同时测定大气二氧化碳、甲烷和氧化亚氮的***和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开同时测定大气二氧化碳、甲烷和氧化亚氮的***及方法，其中：分析部包括：气体样品进入进样单元；分离单元与进样单元连接，通过进样单元的状态改变，在载气的带动下气体样品进入分离单元进行分离；检测单元与分离单元相连，分离后的样品进入检测单元进行检测；切换单元与分离单元和检测单元相连，通过切换单元的状态改变，选择完成样品成分的排空或检测；驱动部包括：两个电子开关分别与两个电磁阀通过电线相连，两个电磁阀的进气口与压缩空气相连，两个电磁阀通过三通接头分别与进样单元气动阀的驱动气缸和切换单元气动阀的驱动气缸相连；电子开关定时开启或关闭，改变电磁阀内压缩空气的流向，完成进样单元和切换单元的状态转换。

Description

同时测定大气二氧化碳、甲烷和氧化亚氮的***和方法

技术领域

本发明涉及一种同时快速测定大气中三种主要温室气体(二氧化碳、甲烷和氧化亚氮)含量的***和方法，特别适用于气象、环境部门大气温室气体浓度业务监测或是科研单位用于温室气体排放测定。

背景技术

大气温室气体浓度升高导致全球变暖已成为不争的事实，我国在温室气体减排外交方面面临着严峻挑战。二氧化碳(CO₂)、甲烷(CH₄)和氧化亚氮(N₂O)是大气中最重要的三种长寿命温室气体，他们的全球增温份额分别为63％、15％和7％。制定减排措施，必须首先对温室气体的浓度进行长期监测，才能了解其变化趋势和评判各种节能减排措施的效果，进而达到有效控制温室气体排放的目的。

如没有分析时间长短和仪器数量的限制，利用气相色谱法分别测定这三种气体则不难做到。采用气相色谱法(GC-FID)检测CH₄已是成熟的分析方法；CO₂的检测可以用热导检测器(TCD)或电子捕获检测器(ECD)完成，但灵敏度比较低，难以区分较小的浓度差。目前广泛采用的GC测定CO₂分析方法，是在镍触媒的催化转化下利用H₂将CO₂还原为CH₄，再经FID检测。此方法灵敏度比TCD或ECD直接检测CO₂高1～2个量级，适合区分细微的CO₂浓度差别。通常的气相色谱法分析N₂O时仅使用一根色谱柱，水汽和氯氟烃等在色谱柱中积累，会使色谱基线逐渐升高，使ECD的灵敏度和稳定性急剧下降，必须进行柱子和检测器的老化和清洗才能继续实验，分析时间长，难以进行连续测定。

在气象和环境监测部门对上述三种温室气体进行测定，实验工作者往往希望用较少的仪器设备投入和较短的样品分析时间，取得尽可能多的数据信息，最大限度地提高仪器的使用效率和样品的信息量。

发明内容：

为了解决现有技术的问题，本发明的目的是提供一种利用一台双检测器(FID、ECD)气相色谱仪同时快速测定大气中三种主要温室气体-二氧化碳、甲烷和氧化亚氮含量的***及方法。

为达到上述目的，本发明的一方面，提供能同时快速测定大气中二氧化碳、甲烷和氧化亚氮的测定***，采用以下技术方案：该测定***包括分析部和驱动部，其中：

进样单元进入气体样品；

分离单元通过不锈钢管线与进样单元连接，通过进样单元的气动阀状态的改变，在高纯氮气的带动下气体样品进入分离单元进行分离；

检测单元通过不锈钢管线与分离单元相连，分离后的样品进入检测单元进行检测；

切换单元与分离单元和检测单元通过不锈钢管线相连，通过切换单元气动阀的状态改变，选择完成样品中不同成分的排空或检测；

驱动部包括：空气压缩机、两个二位三通电磁阀、五个三通接头和气相色谱电路板的两个电子开关；两个电子开关分别与两个二位三通电磁阀通过电线相连，两个二位三通电磁阀的进气口与压缩空气相连，两个二位三通电磁阀通过三通接头，分别与进样单元气动阀的驱动气缸和切换单元气动阀的驱动气缸相连；通过气相色谱仪自带程序编程，电子开关定时开启或关闭，改变压缩空气在二位三通电磁阀的流向，从而完成进样单元和切换单元的状态转换。

为达成上述目的，本发明的第二方面，提供同时快速测定大气中二氧化碳、甲烷和氧化亚氮的测定方法，采用以下技术方案：

利用同时测定大气二氧化碳、甲烷和氧化亚氮***，测定条件为：色谱柱温为55℃，氢火焰离子化检测器的温度为200℃，电子捕获检测器的温度为330℃，氢火焰离子化检测器的燃气为高纯氢气，流速30ml/min；助燃气为空气，流速为350ml/min；镍触媒转化炉温度为375℃；载气为高纯氮气，共分为五路，第一载气、第二载气、第三载气和第四载气的流速为30ml/min，第五载气流速为35ml/min；一次分析时间4分钟；

包括测定步骤如下：

步骤S1：样品填装：用一次性注射器抽取空气样品，通过进样口注入进样单元的三个定量管；

步骤S2：CH₄分离检测，N₂O预分离：第一电子开关开启，进样单元的第一气动阀和第三气动阀状态改变，第一定量管中气体在第一载气带动下进入CH₄分析柱开始分离，分离出的CH₄成分进入FID检测器进行检测；第三定量管中的气体样品在第五载气带动下进入N₂O前置柱和分析柱，开始分离气体样品；

步骤S3：N₂O继续分离，水汽和氯氟烃杂质反吹：第一电子开关关闭，进样单元的第一气动阀和第三气动阀回到原来状态；CH₄分离检测结束；N₂O分析柱在第五载气带动下继续分离气体样品，O₂杂质被外切排空，N₂O前置柱在第四载气的带动下反吹滞留在其中的水汽和氯氟烃杂质；

步骤S4：CO₂分离检测，N₂O检测：第二电子开关开启，进样单元的第二气动阀和切换单元的第四气动阀状态改变；第二定量管中气体样品在第二载气的带动下进入CO₂分析柱开始分离，分离后的CO₂成分进入FID检测器检测；N₂O分析柱与ECD检测器相连，分离后的N₂O成分在第五载气的带动下进入ECD检测器检测；

步骤S5：重回样品装填状态：第二电子开关关闭，进样单元的第二气动阀和切换单元的第四气动阀状态复原，准备下一个样品分析。

本发明的有益效果：本发明提出了利用一台气相色谱仪测定大气样品中CO₂、CH₄和N₂O含量的分析***和方法，利用时间差进样技术完成CH₄、CO₂在同一检测器(FID)的检测；自动反吹技术消除氯氟烃、水汽等在色谱柱中的积累，保证基线平稳；外切技术消除O₂对ECD的损害，实现N₂O连续分析；两个电驱动通道扩展为四个气驱动通道的技术实现三种气体测定的耦合和一体化；实现了4分钟内同时完成CO₂、CH₄和N₂O三种组分的测定。该发明的测定精度高、测定速度快、准确度高，可高效连续运转，无需反复活化色谱柱，为大气温室气体浓度检测提供准确、快速有效的分析***，极大地提高了仪器的使用效率和样品的信息量，特别适用于气象、环境部门温室气体浓度的业务化观测和科研单位研究温室气体排放。

附图说明：

图1为本发明的总体框图；

图2为本发明的分析部气路原理图；

图3为本发明的驱动部气路原理图；

图4为本发明实施例获得的空气样品CH₄和CO₂谱图(FID通道)；

图5为本发明实施例获得的空气样品N₂O谱图(ECD通道)

具体实施方式：

下面将结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明：

本发明提供的是同时快速测定大气中二氧化碳、甲烷和氧化亚氮的测定***，如图1所示，包括分析部和驱动部，采用以下技术方案。

分析部：由进样单元a₁、分离单元a₂、检测单元a₃和切换单元a₄组成。气体样品通过注射器进入进样单元a₁；进样单元a₁通过不锈钢管线与分离单元a₂连接，通过进样单元a₁气动阀状态的改变，在高纯氮气的带动下气体样品进入分离单元a₂进行分离；分离单元a₂与检测单元a₃通过不锈钢管线相连，分离后的样品进入检测单元a₃进行检测；切换单元a₄与分离单元a₂和检测单元a₃均通过不锈钢管线相连，通过切换单元a₄气动阀的状态改变，选择完成样品中不同成分的排空或检测；

驱动部e包括空气压缩机、两个二位三通电磁阀、五个三通接头和气相色谱电路板的两个电子开关；两个电子开关分别与两个二位三通电磁阀通过电线相连，两个二位三通电磁阀的进气口与压缩空气相连，两个二位三通电磁阀通过三通接头，将常开口与常闭口分别与分析部进样单元a₁的气动阀的驱动气缸和切换单元a₄的气动阀的驱动气缸相连；通过气相色谱仪自带程序编程，电子开关定时开启或关闭，改变压缩空气在二位三通电磁阀的流向，从而完成进样单元a₁和切换单元a₄的状态转换。

进样单元a₁由三个二位气动阀、三个进样口和三根定量管组成，三个二位气动阀包括一个二位十通气动阀和两个二位六通气动阀；分离单元a₂由四根外径2mm的不锈钢填充色谱柱和一个镍触媒转化炉组成，四根色谱柱分别为第一色谱柱、第二色谱柱、第三色谱柱和第四色谱柱，规格分别为：第一色谱柱长2m，填充相为60～80目的13X分子筛，用于CH₄的分离；第二色谱柱长2m，填充相为50～80目的Porapak Q，用于CO₂的分离；第三色谱柱和第四色谱柱分别长1m和3m，填充相均为80～100目的Porapak Q，均用于N₂O的分离，第三色谱柱又称为N₂O前置柱，第四色谱柱也称为N₂O分析柱；四根色谱柱均放置于气相色谱柱箱内，通过不锈钢管线与进样单元a₁和切换单元a4连接，镍触媒转换炉置于色谱柱箱顶，用于将CO₂转化为CH₄；检测单元a₃为气相色谱仪的氢火焰离子化检测器(FID)和电子捕获检测器(ECD)；切换单元a₄由一个二位四通气动阀组成。

驱动部e：由压缩空气、两个二位三通电磁阀、五个三通接头和气相色谱电路板的两个电子开关组成。

本发明中用到的二位气动阀由三部分组成：阀头、阀杆和驱动气缸。驱动气缸由压缩空气提供动力，气缸内的活塞被压缩空气驱动沿传动轴上下移动，从而带动阀杆转动，完成阀头OFF位、ON位的相互转换。以二位六通气动阀A为例介绍二位气动阀的工作原理。阀头有六个阀孔分别表示为A1阀孔、A2阀孔、A3阀孔、A4阀孔、A5阀孔、A6阀孔；当二位六通气动阀处于OFF位状态时，A1阀孔和A6阀孔，A2阀孔和A3阀孔，A4阀孔和A5阀孔两两相通；当驱动气缸受到压缩空气的驱动，带动阀杆转动，二位六通气动阀转换到ON位状态，此时A1阀孔和A2阀孔，A3阀孔和A4阀孔，A5阀孔和A6阀孔两两相通。二位四通气动阀和二位十通气动阀的工作原理类似。二位四通气动阀D处于OFF位状态时，D1阀孔和D2阀孔，D3阀孔和D4阀孔两两相通；二位四通气动阀处于ON位状态时，D1阀孔和D4阀孔，D2阀孔和D3阀孔两两相通。二位十通气动阀C处于OFF位状态时，C1阀孔和C10阀孔，C2阀孔和C3阀孔，C4阀孔和C5阀孔，C6阀孔和C7阀孔，C8阀孔和C9阀孔两两相通；二位十通气动阀处于ON位状态时，C1阀孔和C2阀孔，C3阀孔和C4阀孔，C5阀孔和C6阀孔，C7阀孔和8阀孔，C9阀孔和C10阀孔两两相通。

本发明中所用到的二位三通电磁阀，有进气口、常开口和常闭口三个口。图2中实线为关闭状态(OFF)，图2中虚线为打开状态(ON)。在不通电的情况下(OFF)，进气口和常开口相通，常闭口关闭；通电情况下(ON)，进气口和常闭口相通，常开口关闭。

本发明中二位三通电磁阀的驱动电源来自色谱仪器电路板两个电子开关。

图2示出本发明的分析部气路原理图，由进样单元a₁、分离单元a₂、检测单元a₃和切换单元a₄组成，其中：

进样单元a₁由第一气动阀A、第二气动阀B和第三气动阀C，第一定量管12(1ml)、第二定量管13(0.2ml)和第三定量管14(3ml)，第一进样口15、第二进样口16和第三进样口17组成；其中：第一气动阀A、第二气动阀B采用二位六通气动阀，第三气动阀C采用二位十通气动阀；

分离单元a₂由第一色谱柱5、第二色谱柱6、第三色谱柱7、第四色谱柱8和镍触媒转化炉9组成；第一色谱柱5、第二色谱柱6、第三色谱柱7、第四色谱柱8采用不锈钢填充色谱柱。第一色谱柱5一端与A4阀孔相连，第一色谱柱5接收第一气体样品并对第一气体样品进行分离，输出分离后的第一气体样品；第二色谱柱6一端与第二气动阀B的B4阀孔相连，第二色谱柱6接收第二气体样品并对第二气体样品进行分离；第三色谱柱7分别与第三气动阀的C4阀孔和C7通过不锈钢管线相连，第三色谱柱7接收第三气体样品并对第三气体样品进行分离；第三气动阀C的C2阀孔和C5分别通过不锈钢管线与外界大气相连；第四色谱柱8一端与第三气动阀C的C8阀孔相连，第四色谱柱8接收并对第三气体样品并对第三气体样品进行分离。

切换单元a₄由第四气动阀D组成，第四气动阀D采用二位四通气动阀；

检测部分a₃由氢离子火焰检测器10(FID)、电子捕获检测器11(ECD)组成。镍触媒转化炉9进口与第二色谱柱6另一端相连，镍触媒转化炉9进口接收并对分离后的第二气体样品进行催化还原，将CO₂转换为CH₄；氢离子火焰检测器10分别与第一色谱柱5的另一端和镍触媒转化炉9的出口相连，氢离子火焰检测器10接收并对分离后的第一气体样品内CH₄和镍触媒转化炉9转换产生的CH₄气体进行测定，并输出电压信号。

本发明的分析部也可根据检测化合物种类，分为CH₄分析子***、CO₂分析子***和N₂O分析子***，所述CH₄分析子***由第一进样口15、第一气动阀A、第一定量管12、第一色谱柱5和氢离子火焰检测器(FID)10组成；所述CO₂分析子***由第二进样口16、第二气动阀B、第二定量管13、第二色谱柱6、镍触媒转化炉9和氢离子火焰检测器10组成；所述N₂O分析子***由第三进样口17、第三定量管14、第三气动阀C、第四气动阀D、第三色谱柱7、第四色谱柱8和电子捕获检测器(ECD)11组成。

其中，第一进样口15通过不锈钢管线与第一气动阀A的A1阀孔相连，第一定量管12通过不锈钢管线与第一气动阀A的A3阀孔和A6阀孔相连，第一气动阀A的A2阀孔由不锈钢管线和外界大气连通，第一载气G1通过不锈钢管线进入第一气动阀A的A5阀孔，第一色谱柱5一端通过不锈钢管线与A4阀孔相连，第一色谱柱5另一端与氢离子火焰检测器10(FID)相连；

第二进样口16通过不锈钢管线与第二气动阀B的B1阀孔相连，第二定量管13通过不锈钢管线与第二气动阀B的B3阀孔和B6阀孔相连，第二气动阀B的B2阀孔由不锈钢管线和外界大气连通，第二载气G2通过不锈钢管线进入第二气动阀B的B5阀孔，第二气动阀B的B4阀孔输出第二气体样品；第二色谱柱6一端通过不锈钢管线与第二气动阀B的B4阀孔相连，第二色谱柱6另一端与镍触媒转化炉9进口相连，镍触媒转化炉9出口通过不锈钢管线和氢离子火焰检测器(FID)10相连；

第三进样口17通过不锈钢管线与第三气动阀C的C1阀孔相连，第三定量管13通过不锈钢管线与第三气动阀C的C3阀孔和C10阀孔相连，第三载气G3通过不锈钢管线与第三气动阀C的C6阀孔相连，第三色谱柱7分别与第三气动阀的C4阀孔和C7阀孔通过不锈钢管线相连，第五载气G5通过不锈钢管线与第三气动阀C的C9阀孔相连，第三气动阀C的C8阀孔输出第三气体样品。第四色谱柱8一端与第三气动阀C的C8阀孔相连，第三气动阀C的C2阀孔和C5阀孔分别通过不锈钢管线与外界大气相连；所述切换单元由第四气动阀D组成，第四色谱柱8另一端与第四气动阀D的D1阀孔相连，第四载气G4通过不锈钢管线与第四气动阀D的D3阀孔相连，第四气动阀D的D4阀孔与电子捕获检测器(ECD)11相连，第四气动阀的D2阀孔通过不锈钢管线与外界大气相连。

所用载气为高纯氮气，共分5路，第一载气G1、第二载气G2、第三载气G3、第四载气G4的流速均为30ml/min，第五载气G5流速为35ml/min。

图3示出本发明的驱动部气路原理图。由第一电磁阀18和第二电磁阀19、位于色谱电路板上的第一电子开关20和第二电子开关21、空气压缩机22和第一接头23、第二接头24、第三接头25、第四接头26、第五接头27组成，其中：第一电磁阀18和第一电子开关20连接，第二电磁阀19和第二电子开关21连接，当第一电磁阀18为OFF状态时，压缩空气从IN口进入，从常开口N.O流出；当第一电磁阀18为ON状态时，压缩空气从IN口进入，从常闭口N.C流出。第二电磁阀19同理。空气压缩机22与第一接头23连接，空气压缩机22产生的压缩空气通过第一接头23分为两路，分别进入第一电磁阀18和第二电磁阀19；压缩空气通过与第一电磁阀18的常开口N.O和常闭口N.C分别连接的第二接头24和第三接头25，第二接头24和第三接头25将一路气体扩展为两路，第二接头24和第三接头25分别跟第一气动阀A和第三气动阀C的驱动气缸相连；同样，第二电磁阀19也通过第四接头26和第五接头27，第四接头26和第五接头27将一路气体扩展为两路，第四接头26和第五接头27分别与第二气动阀B和第四气动阀D的驱动气缸相连。如此，当第一电磁阀18受第一电子开关20驱动时，将同时第一气动阀A和第三气动阀C进行压缩气体流向切换，从而改变第一气动阀A和第三气动阀C状态；第二电磁阀19受第二电子开关21驱动时，将同时改变第二气动阀2和第四气动阀4的状态。如图1所示，第一电磁阀18和第二电磁阀19的OFF状态和ON状态对应第一气动阀A、第二气动阀B、第三气动阀C和第四气动阀D的OFF位状态及ON状态。第一电磁阀18和第二电磁阀19采用二位三通电磁阀。第一接头23、第二接头24、第三接头25、第四接头26和第五接头27采用三通接头。

实施例气体样品的分析步骤如下：

用一次性注射器抽取容器中的空气样品20ml左右。

步骤S1：样品填装。第一电磁阀18和第二电磁阀19都处于OFF状态，此时第一气动阀A、第二气动阀B、第三气动阀C和第四气动阀D均处于OFF状态。样品从第一进样口15、第二进样口16和第三进样口17进入各定量管。以第一气动阀A为例，此时第一气动阀A的A2阀孔和A3阀孔、A4阀孔和A5阀孔、A6阀孔和A1阀孔两两相通，用于分析CH₄的样气从第一进样口15经第一气动阀A的A1阀孔和A6阀孔充满第一定量管12，多余气体经第一气动阀A的阀孔A3阀孔和A2阀孔，最终通过不锈钢管线排到环境大气中。同理，用于分析CO₂的空气样品从第二进样口16注入，通过第二气动阀B的B1阀孔、B6阀孔、B3阀孔和B2阀孔，充满第二定量管13后多余的气体排出到环境大气；用于分析N₂O的空气样品从第三进样口17注入，通过第三气动阀C的C1阀孔、C10阀孔、C3阀孔和C2阀孔，充满第三定量管14后多余气体排空，从而完成样品的装填。

步骤S2：CH₄分离检测，N₂O预分离。样品装填完成后，第一电子开关20打开，第一电磁阀18的常开口N.O关闭，常闭口N.C打开，改变压缩空气流向，使得第一气动阀A和第三气动阀C同时从OFF状态转换到ON状态。此时，第一气动阀A的A1阀孔和A2阀孔、A3阀孔和A4阀孔、A5阀孔和A6阀孔两两相通，第一载气G1流经A5阀孔、A6阀孔、A3阀孔和A4阀孔将第一定量管12中的气体样品带入第一色谱柱5进行分离，分离后的CH₄成分进入FID检测；同时，第三气动阀C的C1阀孔和C2阀孔、C3阀孔和C4阀孔、C5阀孔和C6阀孔、C7阀孔和C8阀孔、C9阀孔和C10阀孔两两相通，第五载气G5流经第三气动阀C的C9阀孔、C10阀孔、C3阀孔、C4阀孔、第三色谱柱7、C7阀孔、C8阀孔、第四色谱柱8、第四气动阀D的D1阀孔，最后经第四气动阀D的D2阀孔排空，将第三定量管中用于分析N₂O的样品带入第三色谱柱7和第四色谱柱8进行预分离，并不进入检测器11(ECD)。此过程中样品中的O₂、CO₂、N₂O和SF₆等成分被第五载气G5带入第四色谱柱8，其余成分(主要是水汽、CFC等)仍留在第三色谱柱7中，先分离出来的O₂经过第四气动阀D的D1阀孔和D2阀孔排空。

步骤S3：N₂O继续分离，杂质反吹。1.8分钟后，第一电磁阀18关闭，第一气动阀A和第三气动阀C回到OFF状态。此时，CH₄的分离检测已基本完成。而N₂O分析子***中，气体样品中的O₂、CO₂和N₂O在第四色谱柱8中进一步完全分离，先分离出来的O₂继续经过第四气动阀D的D1阀孔和D2阀孔排空；而残留在第三色谱柱7中的水汽和CFC等杂质被第三载气G3经过第三气动阀C的C6阀孔、C7阀孔、C4阀孔和C5阀孔吹出***。

步骤S4：CO₂分离检测，N₂O检测。0.7分钟后，第二电磁阀19开启，第二气动阀B和第四气动阀D转换到ON状态。第二载气G2流经第二气动阀B的B5阀孔、B6阀孔、B3阀孔和B4阀孔将第二定量管13中的气体样品带入第二色谱柱6进行分离，分离后的CO₂进入镍触媒转化器9，在375℃的高温下被氢气还原为CH₄，再进入FID10进行检测；同时，第五载气G5带着分离完全的N₂O成分，通过第四气动阀D的D1阀孔和D4阀孔进入(ECD)11，完成N₂O的检测。

步骤S5：重回样品装填状态。1.5分钟后，CO₂和N₂O样品检测结束，第二电磁阀19关闭，第二气动阀B和第四气动阀D回到OFF状态，此次分析结束。分析***重新处于样品装填状态，准备下一次样品分析。

为更准确测定空气样品中CH₄、CO₂和N₂O的浓度，可根据需要多次重复上述步骤。

通过对比空气样品谱图和标准气体谱图上各色谱峰的保留时间，实现CH₄、CO₂和N₂O的定性分析，如图4、图5所示。图4为检测器(FID)10所获得的色谱图，横坐标为保留时间，纵坐标为响应电压值，在本发明所提供的分析条件下，保留时间1.47分钟的色谱峰为CH₄，峰高和峰面积与CH₄浓度成正比；保留时间3.71分钟的色谱峰为CO₂，峰高和峰面积与CO₂浓度成正比；图5为检测器(ECD)11所获得的色谱图，保留时间3.55分钟的色谱峰为N₂O，峰高和峰面积与N₂O浓度成正比。根据标准气体的浓度和峰面积，单点外标定量法对空气样品中CH₄、CO₂和N₂O的含量进行计算，定量分析的计算公式为：

C＝Cs×Ai/As

其中，C为空气样品中待测组分的体积比浓度；

Cs为标准气体中待测组分的体积比浓度；

Ai为空气样品中待测组分的峰面积；

As为标准气体中待测组分的峰面积。

表1为本发明使用HP5890II气相色谱仪测量常见浓度下三种温室气体(CH₄为2.0ppmv，CO₂为400ppmv，N₂O为330ppbv)的分析精度和稳定性。

表1

本发明的分析***和方法已在中国科学院生态***研究网络得到广泛的应用，应用于区域大气温室气体浓度业务化观测、温室气体通量排放观测等多个项目。

以上所述，仅为本发明中的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉该技术的人在本发明所揭露的技术范围内，可理解想到的变换或替换，都应涵盖在本发明的包含范围之内，因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (7)

1.一种同时测定大气二氧化碳、甲烷和氧化亚氮的***，其特征在于，该测定***包括分析部和驱动部，其中：

所述分析部包括进样单元、分离单元、切换单元和检测单元；

进样单元进入气体样品；

分离单元通过不锈钢管线与进样单元连接，通过进样单元的气动阀状态的改变，在高纯氮气的带动下气体样品进入分离单元进行分离；

检测单元通过不锈钢管线与分离单元相连，分离后的样品进入检测单元进行检测；

切换单元与分离单元和检测单元通过不锈钢管线相连，通过切换单元气动阀的状态改变，选择完成样品中不同成分的排空或检测；

驱动部包括：空气压缩机、两个二位三通电磁阀、五个三通接头和气相色谱电路板的两个电子开关；两个电子开关分别与两个二位三通电磁阀通过电线相连，两个二位三通电磁阀的进气口与压缩空气相连，两个二位三通电磁阀通过三通接头，分别与进样单元气动阀的驱动气缸和切换单元气动阀的驱动气缸相连；通过气相色谱仪自带程序编程，电子开关定时开启或关闭，改变压缩空气在二位三通电磁阀的流向，从而完成进样单元和切换单元的状态转换。

2.如权利要求所述同时测定大气二氧化碳、甲烷和氧化亚氮的***，其特征在于，进样单元由三个二位气动阀、三个进样口和三根定量管组成；其中：

第一进样口通过不锈钢管线与第一气动阀的A1阀孔相连，第一定量管通过不锈钢管线与第一气动阀的A3阀孔和A6阀孔相连，第一气动阀的A2阀孔由不锈钢管线和外界大气连通，第一载气通过不锈钢管线进入第一气动阀的A5阀孔，A4阀孔输出第一气体样品；

第二进样口通过不锈钢管线与第二气动阀的B1阀孔相连，第二定量管通过不锈钢管线与第二气动阀的B3阀孔和B6阀孔相连，第二气动阀的B2阀孔由不锈钢管线和外界大气连通，第二载气通过不锈钢管线进入第二气动阀的B5阀孔，第二气动阀B的B4阀孔输出第二气体样品；

第三进样口通过不锈钢管线与第三气动阀的C1阀孔相连，第三定量管通过不锈钢管线与第三气动阀的C3阀孔和C10阀孔相连，第三载气通过不锈钢管线与第三气动阀的C6阀孔相连，第五载气通过不锈钢管线与第三气动阀的C9阀孔相连，第三气动阀的C8阀孔输出第三气体样品。

3.如权利要求所述同时测定大气二氧化碳、甲烷和氧化亚氮的***，其特征在于，所述分离单元由四根不锈钢色谱填充柱和镍触媒转化炉组成；

第一色谱柱一端与A4阀孔相连，第一色谱柱接收第一气体样品并对第一气体样品进行分离，输出分离后的第一气体样品；

第二色谱柱一端与第二气动阀的B4阀孔相连，第二色谱柱接收第二气体样品并对第二气体样品进行分离；

第三色谱柱分别与第三气动阀的C4阀孔和C7阀孔通过不锈钢管线相连，第三色谱柱接收第三气体样品并对第三气体样品进行分离；第三气动阀的C2阀孔和C5阀孔分别通过不锈钢管线与外界大气相连；

第四色谱柱一端与第三气动阀的C8阀孔相连，第四色谱柱接收并对第三气体样品并对第三气体样品进行分离。

4.如权利要求所述同时测定大气二氧化碳、甲烷和氧化亚氮的***，其特征在于，所述检测单元由氢离子火焰检测器和电子捕获检测器组成；

镍触媒转化炉进口与第二色谱柱另一端相连，镍触媒转化炉进口接收并对分离后的第二气体样品进行催化还原，将CO₂转换为CH₄；

氢离子火焰检测器分别与第一色谱柱的另一端和镍触媒转化炉的出口相连，氢离子火焰检测器接收并对分离后的第一气体样品内CH₄和镍触媒转化炉转换产生的CH₄气体进行测定，并输出电压信号。

5.如权利要求所述同时测定大气二氧化碳、甲烷和氧化亚氮的***，其特征在于，所述切换单元由第四气动阀组成，第四气动阀与电子捕获检测器相连，第四气动阀采用二位四通气动阀；第四色谱柱另一端与第四气动阀的D1阀孔相连，第四载气通过不锈钢管线与第四气动阀的D3阀孔相连，第四气动阀的D2阀孔通过不锈钢管线与外界大气相连。

6.如权利要求所述同时测定大气二氧化碳、甲烷和氧化亚氮的***，其特征在于，所述驱动部由第一电磁阀和第二电磁阀、位于色谱电路板上的第一电子开关和第二电子开关、空气压缩机和第一接头、第二接头、第三接头、第四接头、第五接头组成，其中：第一电磁阀和第一电子开关连接，当第一电磁阀为关闭OFF状态时，压缩空气从IN口进入，从常开口N.O流出；当第一电磁阀为打开ON状态时，压缩空气从IN口进入，从常闭口N.C流出；第二电磁阀和第二电子开关连接，当第二电磁阀为关闭OFF状态时，压缩空气从IN口进入，从常开口N.O流出；当第二电磁阀为打开ON状态时，压缩空气从IN口进入，从常闭口N.C流出；空气压缩机与第一接头连接，空气压缩机产生的压缩空气通过第一接头分为两路，分别进入第一电磁阀和第二电磁阀；压缩空气通过与第一电磁阀的常开口N.O和常闭口N.C分别连接的第二接头和第三接头，第二接头和第三接头将一路气体扩展为两路，第二接头和第三接头分别跟第一气动阀和第三气动阀C的驱动气缸相连；同样，第二电磁阀也通过第四接头和第五接头，第四接头和第五接头将一路气体扩展为两路，第四接头和第五接头分别与第二气动阀和第四气动阀的驱动气缸相连；如此，当第一电磁阀受第一电子开关驱动时，将同时第一气动阀和第三气动阀进行压缩气体流向切换，从而改变第一气动阀和第三气动阀状态；第二电磁阀受第二电子开关驱动时，将同时改变第二气动阀和第四气动阀的状态；第一电磁阀和第二电磁阀的OFF状态和ON状态对应第一气动阀、第二气动阀、第三气动阀和第四气动阀的OFF位状态及ON状态；第一电磁阀和第二电磁阀采用二位三通电磁阀；第一接头、第二接头、第三接头、第四接头和第五接头采用三通接头。

7.一种如权利要求1所述***的同时测定大气二氧化碳、甲烷和氧化亚氮的方法，其特征在于，利用同时测定大气二氧化碳、甲烷和氧化亚氮***，测定条件为：色谱柱温为55℃，氢火焰离子化检测器的温度为200℃，电子捕获检测器的温度为330℃，氢火焰离子化检测器的燃气为高纯氢气，流速30ml/min；助燃气为空气，流速为350ml/min；镍触媒转化炉温度为375℃；载气为高纯氮气，共分为五路，第一载气、第二载气、第三载气和第四载气的流速为30ml/min，第五载气流速为35ml/min；一次分析时间4分钟；

包括测定步骤如下：

步骤S1：样品填装：用一次性注射器抽取空气样品，通过进样口注入进样单元的三个定量管；

步骤S2：CH₄分离检测，N₂O预分离：第一电子开关开启，进样单元的第一气动阀和第三气动阀状态改变，第一定量管中气体在第一载气带动下进入CH₄分析柱开始分离，分离出的CH₄成分进入FID检测器进行检测；第三定量管中的气体样品在第五载气带动下进入N₂O前置柱和分析柱，开始分离气体样品；

步骤S3：N₂O继续分离，水汽和氯氟烃杂质反吹：第一电子开关关闭，进样单元的第一气动阀和第三气动阀回到原来状态；CH₄分离检测结束；N₂O分析柱在第五载气带动下继续分离气体样品，O₂杂质被外切排空，N₂O前置柱在第四载气的带动下反吹滞留在其中的水汽和氯氟烃杂质；

步骤S4：CO₂分离检测，N₂O检测：第二电子开关开启，进样单元的第二气动阀和切换单元的第四气动阀状态改变；第二定量管中气体样品在第二载气的带动下进入CO₂分析柱开始分离，分离后的CO₂成分进入FID检测器检测；N₂O分析柱与ECD检测器相连，分离后的N₂O成分在第五载气的带动下进入ECD检测器检测；

步骤S5：重回样品装填状态：第二电子开关关闭，进样单元的第二气动阀和切换单元的第四气动阀状态复原，准备下一个样品分析。

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