CN2756314Y - 振荡刨削冰芯粉碎器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及物质的真空粉碎及样品包裹气体提取的器具。结构特征是顶盖为偏心穿孔的圆形，以顶盖的偏心孔为圆心，将内筒垂直焊接在顶盖的下方；内筒半边向内沿同一方向倾斜凿有小孔，其表面相邻的两列小孔呈错位排列，且小孔的边缘向内翘起成齿状。在顶盖的上方有环形圈，外圈为不锈钢管，内圈为的无缝钢管垂直于顶盖上表面并焊接在顶盖的偏心孔内。不锈钢管上接有真空阀门，其出口处顶端焊接VCO接头。本实用新型容积大，能够获得足够量的气体样品，满足多成分及同位素分析；同时，避免了传统干抽提方法活动部件摩擦带来的甲烷污染，同时又避免了融化冰芯带来的二氧化碳污染，易于控制，操作简便。

Description

振荡刨削冰芯粉碎器

技术领域

本实用新型涉及物质的真空粉碎及样品包裹气体提取的器具。

背景技术

冰芯气泡中包裹空气的提取分析是历来研究大气成分演化最直接的方法，同时也是唯一的方法，但是，对冰芯气泡包裹气体的提取需要复杂的技术，而且，针对不同的分析项目需要有不同的方法。目前除专门的实验室自行设计装置以外，尚无现成的专利技术。从科技文献检索到国外相关实验室的提取技术概括起来可以分为两类：即湿提取法和干抽提法。

湿提取方法有两种。一种是将冰芯样品在真空低温(-10℃)下缓慢升华，并在与之连接的管道中用干燥剂或低温冷阱将水蒸汽捕获，最后用超低温冷阱(-260℃)将释放的气体冷凝收集，从而得到冰芯气泡中包裹的气体。另一种湿提取方法是在密封的真空容器中将冰芯样品直接融化，并收集释放出来的气体。实验表明，升华冰的方法由于经过干燥剂或冷阱的水蒸汽量过多，引起很大的***误差(参阅Raynaud and Lebel，1979)。1997年经A.T.Wilson等人的改进，通过控制水蒸汽压，使升华冰的方法不仅能适应高精度的分析，而且对所有的气体成分及气体同位素分析都具有适用性，但其致命的缺点是处理一个1000克左右的样品所需时间竟长达15小时以上。直接融化冰芯样品的方法也有重大的缺陷，那就是气泡中释放出来的气体会溶解于水，由于空气中各组分在水中的溶解度有很大的差异，从而造成各成分的相对百分比发生变化，不适合于对气体成分进行定量分析。另外，还有两个原因导致融化冰芯的方法提取的气体样品不适合于对二氧化碳进行分析。其一，二氧化碳属可溶性气体，冰芯融化会使气泡中释放的空气中二氧化碳溶解于水；其二，冰芯中或多或少都含有碳酸盐粉尘，在冰芯融化时碳酸盐会释放出二氧化碳。这说明，融化冰芯的方法获得的空气样品中二氧化碳的含量并不能代表冰芯气泡中包裹空气的二氧化碳含量(参阅Raynaud and Lebel，1979)。

干抽提方法也有两种，分别为针阵式真空冰样粉碎器和转轴式真空切磨粉碎器。由于在真空条件下，金属活动部件的摩察可以产生甲烷，因此，这两种方法均不适合对冰芯气泡中甲烷进行提取分析，而仅能对二氧化碳及其同位素进行分析(参阅Zumbrunn et al.，1982；Moor and Stauffer，1984；A.Fuchs，1993)。

发明内容

科学家们认识到工业革命以来人类活动温室气体的大量排放引起的温室效应是导致全球气侯持续升温的主要原因。人类对大气温室气体含量的直接观测仅有40余年的历史。那么，恢复古大气中温室气体的含量对研究温室气体与气候变化的关系具有深远的意义。

寒冷的高山极高海拔地区以及极地冰盖的降雪通过干烧结压实作用成冰，雪粒之间的空隙在压实过程中逐渐封闭，其中包裹了大量的空气。通过对冰川及冰盖实施冰芯钻取，为我们恢复不同时间尺度及不同分辨率的大气中各种气体成分及同位素组成进行研究提供了理想的介质。但是，想要达成这一目标，首先需要有相应的手段提取冰芯气泡中包裹的空气样品，并对其进行分析。

在现有的技术中，除升华冰的方法所获得的冰芯包裹气体样品能实现对各种气体成分及同位素进行分析外，其它的方法都无法做到这一点，但是升华冰的方法需要的时间太长，因此效率很低。其它的方法，如融化冰的方法不适合对二氧化碳的分析，而干抽提方法由于存在金属活动部件的摩擦，对甲烷产生污染。因此，要实现对同一块冰芯样品提取气体多成分及同位素的分析有着非常重要的意义，这样可以确保各气体成分来自于同一层位的冰芯，即同一年代的大气样品，不会出现因各成分及同位素分析结果来自于不同层位、不同年代的样品而出现相对定年的误差。

本实用新型的目的就是针对上述目标，设计了振荡刨削冰芯粉碎器，利用其结构特征，通过振动使冰芯包裹气体释放出，实现对同一块冰芯样品提取气体多成分及同位素的分析。

本实用新型的目的是通过以下措施来实现：

一种振荡刨削冰芯粉碎器，是由真空粉碎箱和水平振动装置组成，真空粉碎箱含顶盖、外筒和内筒，内筒置于外筒内，外筒与顶盖间装密封件，合上顶盖用螺丝紧固。顶盖为偏心穿孔的圆形，以顶盖的偏心孔为圆心，将内筒垂直焊接在顶盖偏心孔的下方，内筒半边向内沿同一方向倾斜凿有小孔，其表面相邻的两列小孔呈错位排列，且小孔的边缘向内翘起成齿状。在顶盖的上方有环形圈，外圈为不锈钢管，内圈为无缝钢管垂直于顶盖上表面并焊接在顶盖的偏心孔内。不锈钢管上端接有真空阀门，其出口处顶端焊接VCO接头。

本实用新型的优点和产生的有益效果是：

1、使用本器具获得的冰芯包裹气体能适合对各种气体成分及同位素进行分析，避开了两种已知的影响因素：其一，在整个实验过程中冰芯样品不能有任何的融化；其二，放置冰芯样品的空腔中避免了金属或其它活动部件的摩擦。本实用新型提取的气体能满足多成分及同位素分析，为使一个样品中能够获得足够的空气样品，按照仪器对样品量的需要及冰芯中气体的含量，本器具一次能粉碎500g左右冰芯样品，所需时间短，冰芯粉碎的效果好，符合分析要求；

2、使用振荡刨削法针对大体积的冰芯样品及多气体组分和同位素分析方面具有明显的优势：易于控制(升华冰过程中水蒸汽压的控制相当困难)；操作简便，既避免了传统干抽提方法活动部件摩擦带来的甲烷污染，同时又避免了融化冰芯带来的二氧化碳污染。使用刨削法提取的气体可以用于所有的气体成分及同位素分析。

附图说明

图1是振荡刨削冰芯粉碎器示意图

图2是图1顶盖仰视图

图3是图1顶盖和内筒正剖面图

图4是图1外筒俯视图；

图5是图1粉碎箱内筒正剖面图

具体实施方式

下面，结合附图，对本实用新型再作进一步的说明：

一种振荡刨削冰芯粉碎器是由真空粉碎箱和水平传振动装置两部分组成。其中，粉碎箱分为顶盖1、外筒2和内筒3三部分(如图1示)。顶盖1为偏心穿孔(φ1/8″)的圆形，外圈为1/8″的不锈钢管5、内圈为无缝钢管垂直于顶盖表面并焊接在偏心孔内，其上端接有真空阀门6，阀门6出口处顶端焊接VCO接头7，以备与真空***及气体收集***相连接。外筒2呈圆筒状。内筒3由壁厚为1mm、内径为76mm的无缝钢管制成。内筒3半边向内沿同一方向倾斜凿入孔径为8mm的小孔4，相邻的两列呈错位排列(如图3)。小孔4的边缘向内翘起成齿状。以顶盖1的偏心孔为圆心，将内筒3垂直焊接在顶盖1下方。

在-40℃低温冷库中，将约250mm长、直径约50mm的冰芯放入内筒3中。用粗细为1mm的铟丝作为密封件，合上粉碎箱顶盖1，关闭真空阀门6，并均匀上紧螺丝(图3)。随后将放有样品的粉碎箱水平固定在振动装置上，并通过顶盖1上的VCO接头7与真空***的金属波纹软管相接。打开真空阀门6，抽真空至10^-5mbar。关闭真空阀门6，启动振动装置，使粉碎箱作水平往复运动。单向行程为3.8cm，频率为4Hz。这时冰芯样品与内筒1作相对运动，内齿不断刨削冰芯样品，而使样品粉碎。冰屑通过小孔落人箱底，这样小齿始终裸露。由于没有活动部件，因而可避免摩擦产生甲烷。

将500g冰样粉碎需4分钟时间，气体释放效率约为85％，即85％的气泡在粉碎过程中被打开。一旦冰芯样品被粉碎，打开顶盖阀门6，用氦封闭循环冷阱(-260℃)将气体浓缩到冷凝管中，以便下步分析。

Claims (2)

1、一种振荡刨削冰芯粉碎器，由真空粉碎箱和水平振动装置组成，真空粉碎箱含顶盖(1)、外筒(2)和内筒(3)，内筒(3)置于外筒(2)内，顶盖(1)与外筒(2)间装密封件，合上顶盖(1)用螺丝紧固，其特征是顶盖(1)为偏心穿孔的圆形，以顶盖(1)的偏心孔为圆心，将内筒(3)垂直焊接在顶盖(1)的下方，内筒(3)半边向内沿同一方向倾斜凿有小孔(4)；在顶盖(1)的上方有环形圈，外圈为不锈钢管(5)、内圈为无缝钢管垂直于顶盖(1)上表面并焊接在顶盖(1)的偏心孔内，不锈钢管(5)上端接有真空阀门(6)，其出口处顶端焊接VCO接头(7)。

2、根据权利要求1所述的一种振荡刨削冰芯粉碎器，其特征是内筒(3)表面相邻的两列小孔呈错位排列，且小孔(4)的边缘向内翘起成齿状。

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