CN108195995A - 一种海洋沉积物中碳酸盐含量的测量装置 - Google Patents
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Abstract
本发明属于海洋监测技术领域，特别涉及一种海洋沉积物中碳酸盐含量的测量装置。包括碳酸盐反应装置、加酸装置、清洗水装置、干燥装置、测量装置、排废装置及控制***，其中加酸装置、清洗水装置、干燥装置通过管路均与碳酸盐反应装置的顶部连通，碳酸盐反应装置的底部与进气管和排废管连通，排废装置设置于排废管上，测量装置与干燥装置通过管路连通，加酸装置、清洗水装置、测量装置及排废装置均通过控制***控制。本发明实现了对沉积物中碳酸盐的直接测量，不仅提高了测量的准确度，而且大大简化了沉积物碳酸盐的测量流程，节约了测量时间，提高了测量效率。
Description
技术领域
本发明属于海洋监测技术领域，特别涉及一种海洋沉积物中碳酸盐含量的测量装置。
背景技术
碳的地球化学循环包括地球内部碳循环和地球外部碳循环。地球内部碳循环以循环周期长为特征，约108～109年，上地幔是最大的碳库，其容量大于所有的地球外部碳库的总和；地球外部碳库主要包括沉积物(海洋和陆地)、大洋和陆地水体、陆生和水生植物、土壤和大气(见表1)，其中海洋沉积物是最大的碳库，而以化石燃料(煤、石油和天然气等)存在的碳库只占很小的一部分，不到沉积有机碳的0.5％。海洋沉积物碳库在碳的全球生物地球化学循环中起着重要作用。
表1地球的主要碳库
From Mackenzie et al(2004).
沉积物中的碳包括有机碳和无机碳，其中无机碳的含量远高于有机碳。沉积物中的无机碳主要是各种形式的碳酸盐，如方解石、文石、菱镁矿、菱锌矿等。碳酸盐在沉积物中的含量变化范围可以从很微量到80％以上。鉴于沉积物在全球碳循环中的作用，有关海洋沉积物中碳的研究是当前海洋碳循环研究的热点之一，但目前的研究主要集中于有机碳，而无机碳研究相对较少，这主要是因为缺乏快速、有效的测定沉积物中无机碳的方法。
沉积物中无机碳酸盐的测定方法很多，目前通用的主要有中和滴定法、气量法、CO2吸收法和总有机碳分析仪法。中和滴定法的原理是向沉积物中加入一定量标准酸，使之与碳酸盐反应，再用标准碱溶液回滴过量的酸，通过消耗的酸量来计算碳酸盐含量。由于沉积物(土壤)溶液有一定的缓冲性，指示剂颜色变化迟钝，滴定终点很难辨别，测定误差较大。气量法即向沉积物中加一定量的酸，用气体装置收集反应产生的CO2，并测量其体积，根据产生的CO2量计算沉积物中碳酸盐含量，此法干扰因素多，需要同时测定大气压及温度。CO2吸收法，即加一定量的酸于沉积物中，用一定体积和浓度的NaOH吸收所产生的CO2，然后用酸碱滴定法确定所吸收的CO2的量，进而计算沉积物中碳酸盐含量，此法要求整套***密闭性能良好，CO2需经多级吸收才能吸收完全。总有机碳分析仪法是用总有机碳分析仪分别测定沉积物中总碳和有机碳的含量，然后用差减法确定沉积物中碳酸盐的含量，但该方法在测定有机碳的含量时需事先去除沉积物中的无机碳。总之，以上这些方法操作过程繁琐，测定效率低下，而且测定结果精确度低，重复性差，不适合大批量样品的测定。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的是提供一种海洋沉积物中碳酸盐含量的测量装置，该装置可以直接测量海洋沉积物中的碳酸盐。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种海洋沉积物中碳酸盐含量的测量装置，包括碳酸盐反应装置、加酸装置、清洗水装置、干燥装置、测量装置、排废装置、进气管及控制***，其中加酸装置、清洗水装置、干燥装置通过管路均与碳酸盐反应装置的顶部连通，所述碳酸盐反应装置的底部与进气管和排废管连通，所述排废装置设置于所述排废管上，所述测量装置与所述干燥装置通过管路连通，所述加酸装置、清洗水装置、测量装置及排废装置均通过控制***控制。
所述碳酸盐反应装置的顶部设有碳酸盐反应装置加样口、碳酸盐反应装置进酸口、清洗水入口及碳酸盐反应装置出气口，碳酸盐反应装置的底部设有碳酸盐反应装置进气口和碳酸盐反应装置排废口，所述加酸装置与碳酸盐反应装置进酸口连通，所述清洗水装置与所述清洗水入口连通，所述干燥装置与碳酸盐反应装置出气口连通，所述排废装置与碳酸盐反应装置排废口连通，所述碳酸盐反应装置进气口与所述进气管连接。
所述加酸装置包括加酸蠕动泵、加酸装置第一进酸管及加酸装置第二进酸管，所述加酸蠕动泵的进液口通过加酸装置第一进酸管与外部储酸瓶连通，所述加酸蠕动泵的排液口通过加酸装置第二进酸管与所述碳酸盐反应装置顶部的碳酸盐反应装置进酸口连通。
所述清洗水装置包括供水蠕动泵、第一进水管及第二进水管，所述供水蠕动泵的吸水口通过第一进水管与外部储水瓶连通，所述供水蠕动泵的排水口通过第二进水管与所述碳酸盐反应装置顶部的清洗水入口连通。
所述干燥装置包括玻璃容器及放置于所述玻璃容器中的干燥剂。
所述排废装置为设置于排废管上的夹管电磁阀。
所述测量装置为红外CO2检测仪。
所述加酸装置、清洗水装置、干燥装置、测量装置、排废装置及控制***设置于机箱内。
所述机箱上设有用于排放二氧化碳气体的排气孔。另外，分别与所述加酸装置、清洗水装置及排废装置连接的管路均由所述机箱穿出。
所述的海洋沉积物中碳酸盐含量的测量装置，还包括与所述控制***连接的显示器，所述显示器为触屏式显示器。
本发明的优点及有益效果是：本发明通过测量碳酸盐转化生成的CO2气体的量，实现了对沉积物中碳酸盐的直接测量，不仅提高了测量的准确度，而且大大简化了沉积物碳酸盐的测量流程，节约了测量时间，提高了测量效率。该测量***除可用于沉积物中碳酸盐的测量外，还可用于河流、湖泊沉积物和土壤、岩石中碳酸盐含量的测定。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图中：1为碳酸盐反应装置，2为加酸装置，3为清洗水装置，4为干燥装置，5为测量装置，6为控制***，7为显示器，8为碳酸盐反应装置加样口，9为碳酸盐反应装置进酸口，10为清洗水入口，11为碳酸盐反应装置出气口，12为干燥装置进气口，13为干燥装置出气口，14为测量装置进气口，15为碳酸盐反应装置进气口，16为碳酸盐反应装置排废口，17为第一进水管，18为加酸装置第一进酸管，19为进气管，20为排废装置，21为加酸装置第二进酸管，22为第二进水管，23为机箱，24为排废管。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述。
如图1所示，本发明提供的一种海洋沉积物中碳酸盐含量的测量装置，包括碳酸盐反应装置1、加酸装置2、清洗水装置3、干燥装置4、测量装置5、排废装置20、进气管19及控制***6，其中加酸装置2、清洗水装置3、干燥装置4通过管路均与碳酸盐反应装置1的顶部连通，碳酸盐反应装置1的底部与进气管19和排废管24连通，排废装置20设置于排废管24上。测量装置5与干燥装置4通过管路连通，加酸装置2、清洗水装置3、测量装置5及排废装置20均通过控制***6控制。
碳酸盐反应装置1主要由聚四氟乙烯制成，其顶部有四个开口，分别为碳酸盐反应装置加样口8、碳酸盐反应装置进酸口9、清洗水进口10、碳酸盐反应装置出气口11，其中加样口为磨口，具有与其匹配的磨口塞；其底部有两个开口，分别为碳酸盐反应装置进气口15和碳酸盐反应装置排废口16。加酸装置2与碳酸盐反应装置进酸口9连通，清洗水装置3与清洗水入口10连通，干燥装置4与碳酸盐反应装置出气口11连通，排废装置20与碳酸盐反应装置排废口16连通，碳酸盐反应装置进气口15与进气管19连接。
加酸装置2包括加酸蠕动泵、加酸装置第一进酸管18及加酸装置第二进酸管21，加酸蠕动泵的进液口通过加酸装置第一进酸管18与外部储酸瓶连通；加酸蠕动泵的排液口通过加酸装置第二进酸管21与碳酸盐反应装置1顶部的碳酸盐反应装置进酸口9连通。
清洗水装置3包括供水蠕动泵、第一进水管17及第二进水管22，供水蠕动泵的吸水口通过第一供水管17与外部储水瓶连通，供水蠕动泵的排水口通过第二进水管22与碳酸盐反应装置1顶部的清洗水入口10连通。
干燥装置4包括玻璃容器及放置于玻璃容器中的干燥剂。测量装置5主要由红外CO2检测仪组成。排废装置20为设置于排废管24上的夹管电磁阀。
加酸装置2、清洗水装置3、干燥装置4、测量装置5、排废装置20及控制***6设置于机箱23内。碳酸盐反应装置1通过硅胶管可与外部高纯氮气钢瓶相连。机箱23上设有用于排放二氧化碳气体的排气孔，与加酸装置2连接的加酸装置第一进酸管18、与清洗水装置3连接的第一进水管17、与排废装置20连接的排废管及进气管19均由机箱21穿出。机箱23采用不锈钢材质。
海洋沉积物中碳酸盐含量的测量装置，还包括与控制***6连接的显示器7，显示器7为触屏式显示器。
控制***6由微电脑组成，并可将测量结果储存到内部储存元件或将其输出到计算机等外部存储设备。触屏显示器由一块触摸屏组成，通过该触摸屏可以设置测量条件，显示测量结果。
加酸装置2、清洗水装置3、干燥装置4、测量装置5、排废装置20及控制***6密封于不锈钢机箱23中，机箱23上有排气口和供各种管路通过的孔；碳酸盐反应装置1和触屏显示器安装在机箱23外，并通过管线和其它装置相连。
本发明的工作原理：本发明的主要原理是在碳酸盐反应器中酸和沉积物中的碳酸盐反应，将碳酸盐转化为CO2，所生成的CO2气体随高纯N2进入红外CO2测量仪，准确测定CO2的量，根据测定结果可计算碳酸盐的含量，完成所有测量不超过五分钟。由于该***实现了对沉积物中碳酸盐的直接测量，不仅提高了测量的准确度，而且大大简化了沉积物碳酸盐的测量流程，节约了测量时间，提高了测量效率。该测量***除可用于沉积物中碳酸盐的测量外，还可用于河流、湖泊沉积物和土壤、岩石中碳酸盐含量的测定。
在正常工作时，通过进气管19引入高纯氮气，并经碳酸盐反应装置进气口15进入碳酸盐反应装置1内。打开控制***开关，由控制***控制样品的加酸、测量和清洗。其流程是：根据设定的程序，清洗水装置3通过清洗水入口10向碳酸盐反应装置1加入一定量的水(先加水是为了确保在下一步加沉积物样品时，样品可即时分散开并不会沉积到碳酸盐反应装置的底部)；通过碳酸盐反应装置加样口8加入待测量样品，然后拧紧加样口的塞子，使之不漏气；加酸装置2通过碳酸盐反应装置进酸口9将磷酸(或其它酸)加入到碳酸盐反应装置1；在碳酸盐反应装置1内沉积物样品中的碳酸盐与磷酸(或其它酸)反应，转化为CO2，被高纯氮气鼓出，并和高纯氮气一起通过碳酸盐反应装置出气口11排出碳酸盐反应装置1；碳酸盐反应装置1中产生的废水通过碳酸盐反应装置排废口16排出；排出碳酸盐反应装置1的CO2经干燥装置进气口12进入干燥装置4内，去除水分后的CO2经干燥装置出气口13进入测量装置进样口14；进入测量装置5的CO2被测量后直接排出测量装置，测量获得的数据可储存在控制***内部的存储器内，也可通过电缆线输出到外部计算机等存储设备，在一次样品测量结束后，清洗水装置3通过清洗水入口10向碳酸盐反应装置1加入一定量的水对反应装置进行清洗。测量所产生的废水由排废装置20控制排出与否。
本装置既可用于海洋沉积物中碳酸盐含量的准确测量，也可以用于河流、湖泊沉积物和土壤、岩石中碳酸盐含量的准确测量。
碳酸盐反应装置1可通过加样口直接将沉积物样品加入反应器中，在反应器内将沉积物中的碳酸盐在酸性条件下转化为CO2，并随高纯氮气鼓出，再经过不锈钢管路输送到干燥装置4；加酸装置2可将磷酸(或其它酸)通过硅胶管加入碳酸盐反应装置；清洗水装置3可将高纯水通过硅胶管加入碳酸盐反应装置，实现对碳酸盐反应装置的清洗；干燥装置4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；测量装置5可测量所鼓出CO2的浓度；排废装置20可控制测量废液的排出与否；触屏显示器可以实现对测量参数的设定和调整，并显示测量结果；控制***控制以上各装置的工作，并可将测量数据存储于内部存储器或输出到外部设备；碳酸盐反应装置1、加酸装置2、清洗水装置3、干燥装置4、测量装置5、排废装置20之间的管路均密闭不漏气；加酸装置2、清洗水装置3、干燥装置4、测量装置5、排废装置20和控制***6一起整合进一个不锈钢的机箱23内，机箱23上留有排气孔、清洗水和酸进入装置所需的供管路进出的口，以利于CO2废气的排出。碳酸盐反应装置1和触屏显示器7安装在机箱23外，并通过管线和其它装置相连。碳酸盐反应装置安装在机箱23外是为了便于进样，触屏显示器安装在机箱23外是为了便于设定测量参数和观察测量结果。
以上所述仅为本发明的实施方式，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进、扩展等，均包含在本发明的保护范围内。
Claims (10)
1.一种海洋沉积物中碳酸盐含量的测量装置，其特征在于，包括碳酸盐反应装置(1)、加酸装置(2)、清洗水装置(3)、干燥装置(4)、测量装置(5)、排废装置(20)、进气管(19)及控制***(6)，其中加酸装置(2)、清洗水装置(3)、干燥装置(4)通过管路均与碳酸盐反应装置(1)的顶部连通，所述碳酸盐反应装置(1)的底部与进气管(19)和排废管(24)连通，所述排废装置(20)设置于所述排废管(24)上，所述测量装置(5)与所述干燥装置(4)通过管路连通，所述加酸装置(2)、清洗水装置(3)、测量装置(5)及排废装置(20)均通过控制***(6)控制。
2.根据权利要求1所述的海洋沉积物中碳酸盐含量的测量装置，其特征在于，所述碳酸盐反应装置(1)的顶部设有碳酸盐反应装置加样口(8)、碳酸盐反应装置进酸口(9)、清洗水入口(10)及碳酸盐反应装置出气口(11)，碳酸盐反应装置(1)的底部设有碳酸盐反应装置进气口(15)和碳酸盐反应装置排废口(16)，所述加酸装置(2)与碳酸盐反应装置进酸口(9)连通，所述清洗水装置(3)与所述清洗水入口(10)连通，所述干燥装置(4)与碳酸盐反应装置出气口(11)连通，所述排废装置(20)与碳酸盐反应装置排废口(16)连通，所述碳酸盐反应装置进气口(15)与所述进气管(19)连接。
3.根据权利要求2所述的海洋沉积物中碳酸盐含量的测量装置，其特征在于，所述加酸装置(2)包括加酸蠕动泵、加酸装置第一进酸管(18)及加酸装置第二进酸管(21)，所述加酸蠕动泵的进液口通过加酸装置第一进酸管(18)与外部储酸瓶连通，所述加酸蠕动泵的排液口通过加酸装置第二进酸管(21)与所述碳酸盐反应装置(1)顶部的碳酸盐反应装置进酸口(9)连通。
4.根据权利要求2所述的海洋沉积物中碳酸盐含量的测量装置，其特征在于，所述清洗水装置(3)包括供水蠕动泵、第一进水管(17)及第二进水管(22)，所述供水蠕动泵的吸水口通过第一进水管(17)与外部储水瓶连通，所述供水蠕动泵的排水口通过第二进水管(22)与所述碳酸盐反应装置(1)顶部的清洗水入口(10)连通。
5.根据权利要求1所述的海洋沉积物中碳酸盐含量的测量装置，其特征在于，所述干燥装置(4)包括玻璃容器及放置于所述玻璃容器中的干燥剂。
6.根据权利要求1所述的海洋沉积物中碳酸盐含量的测量装置，其特征在于，所述排废装置(20)为设置于排废管(24)上的夹管电磁阀。
7.根据权利要求1所述的海洋沉积物中碳酸盐含量的测量装置，其特征在于，所述测量装置(5)为红外CO2检测仪。
8.根据权利要求1所述的海洋沉积物中碳酸盐含量的测量装置，其特征在于，所述加酸装置(2)、清洗水装置(3)、干燥装置(4)、测量装置(5)、排废装置(20)及控制***(6)设置于机箱(23)内。
9.根据权利要求8所述的海洋沉积物中碳酸盐含量的测量装置，其特征在于，所述机箱(23)上设有用于排放二氧化碳气体的排气孔。另外，分别与所述加酸装置(2)、清洗水装置(3)及排废装置(20)连接的管路均由所述机箱(23)穿出。
10.根据权利要求1所述的海洋沉积物中碳酸盐含量的测量装置，其特征在于，还包括与所述控制***(6)连接的显示器(7)，所述显示器(7)为触屏式显示器。
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