本发明属于生态环境因子监测，具体涉及了一种深水水体溶解性气体组分原位连续测定装置及方法。
背景技术：
1、水体溶解性气体包括但不限于氮气、甲烷、氧气、二氧化碳等关键气体，其对于水库、河流及湖泊等水态系统的健康和稳定起着至关重要的作用。深水溶解性气体组分在水华监测、水华模拟预报、水质监测和水生物研究等领域具有重要意义。因此，需要找到一种可以高效、可靠地对水体溶解性气体组分进行监测的方法，对于水环境的保护和管理至关重要。
2、在水体溶解性气体组分的测定中，传统方法主要依赖于实验室分析技术，如气相色谱法、化学滴定法、光谱法和电化学传感器法等。这些方法具有较高的测量精度和准确性，并且可以针对不同气体选择合适的分析方法。然而，这些技术在实际应用中存在显著的缺点：首先，传统方法时效性差：需要将水样采集后运送到实验室进行分析，导致数据滞后，无法实现实时监测。其次，空间分辨率低，采样点有限，难以全面反映水体中气体浓度的空间分布。且传统方法存在样品变化风险，从深水环境取样到实验室分析过程中，样品可能发生物理或化学变化而导致结果出现偏差。
3、综上所述，传统实验室测定方法虽然在精度和详细分析方面具有优势，但其在时效性、空间分辨率、操作复杂性及样品变化风险等方面的缺点，使其难以满足现代环境监测和研究的需求。
技术实现思路
1、本发明提供一种深水水体溶解性气体组分原位连续测定装置及方法，能够解决传统的水体溶解性气体组分测定方法存在时效性差、空间分辨率低和样品变化风险的问题。
2、为解决上述问题，本发明提供的技术方案如下：
3、本发明实施例提供了一种深水水体溶解性气体组分原位连续测定装置，包括大蠕动泵(1)、小蠕动泵(2)、水气分离装置(3)、膜进样质谱仪(4)和水质多参仪(5)；所述水质多参仪(5)连接在所述大蠕动泵(1)的进水口上，所述大蠕动泵(1)出水口与所述小蠕动泵(2)进水口相连，所述小蠕动泵(2)出水口连接在所述水气分离装置(3)进水口上，所述水气分离装置(3)出气口与所述膜进样质谱仪(4)相连。
4、根据本发明一可选实施例，所述大蠕动泵(1)包括250米长的pu软管(1-1)、收纳转盘(1-2)和大蠕动泵本体(1-3)；所述pu软管(1-1)缠绕在所述收纳转盘(1-2)上，并通过高压气管与所述大蠕动泵本体(1-3)连接，所述pu软管(1-1)末端连接有所述水质多参仪(5)，所述大蠕动泵本体(1-3)上设置有大蠕动泵出水口(1-4)。
5、根据本发明一可选实施例，所述小蠕动泵(2)包括小蠕动泵本体(2-3)，所述小蠕动泵本体(2-3)两侧连接有小蠕动泵进水口(2-1)和小蠕动泵出水口(2-2)；所述小蠕动泵进水口(2-1)与所述大蠕动泵出水口(1-4)连接。
6、根据本发明一可选实施例，所述水气分离装置(3)包括水气混合管路(3-4)，所述水气混合管路(3-4)一侧连接有水气混合室(3-3)，所述水气混合室(3-3)底部连接有pu管进水口(3-1)和第一pu管进气口(3-2)，所述pu管进水口(3-1)与所述小蠕动泵出水口(2-2)连接；所述水气混合管路(3-4)另一侧连接有水气分离室(3-6)，所述水气分离室(3-6)底部连接有s型溢流口(3-5)，所述水气分离室(3-6)顶部连接有pu管出气口(3-7)。
7、根据本发明一可选实施例，所述膜进样质谱仪(4)包括质谱仪主机(4-2)，所述质谱仪主机(4-2)侧面连接有第二pu管进气口(4-1)，所述第二pu管进气口(4-1)与所述pu管出气口(3-7)连接。
8、本发明实施例还提供一种深水水体溶解性气体组分原位连续测定方法，通过上述实施例中的一种深水水体溶解性气体组分原位连续测定装置实现的，其中，所述测定方法包括：
9、步骤s1，将大蠕动泵(1)安装于采样船上，其进水口通过250米长的pu软管(1-1)与水质多参仪(5)连接，且该pu软管(1-1)末端捆绑于所述水质多参仪(5)上；大蠕动泵出水口(1-4)与小蠕动泵进水口(2-1)相连，小蠕动泵进水口(2-1)伸入大蠕动泵出水口(1-4)的底部靠近大蠕动泵本体(1-3)处，以避免管道状况变化引起的误差；小蠕动泵出水口(2-2)再连接至水气分离装置(3)的pu管进水口(3-1)；
10、步骤s2，在水气分离装置(3)中，通过第一pu管进气口(3-2)引入恒定流速的氦气，与从小蠕动泵(2)输出的水样在水气混合室(3-3)中混合；混合后的水汽混合物通过水气混合管路(3-4)进入水气分离室(3-6)，在此进行水气分离；分离后的水体从s型溢流口(3-5)流出，而气体则从pu管出气口(3-7)排出，进入膜进样质谱仪(4)的第二pu管进气口(4-1)；
11、步骤s3，膜进样质谱仪(4)通过质谱仪主机(4-2)对气体组分进行检测，并将数据传输至电脑进行分析，得到测得的溶解性气体数据后，将数据带入校准公式，计算得出水体溶解性气体含量数据；
12、基于温度和压强的校准公式由以下过程得出：首先将测定装置组装好后进行连续监测，通过水质多参仪(5)得到大量不同深度的压强、温度和溶解氧数据，同时通过质谱仪主机(4-2)得到其测得的对应深度氧气数据，因水质多参仪(5)的数据是原位测定，因此默认其为真实值，通过对上述大量数据进行多种拟合，最终选用拟合度最高的多项式回归模型进行拟合，最后得出的校准公式为：
13、g'＝-33.167+2.647t-0.078p+0.495g-0.042t2+0.003p2-0.007g2；
14、g'为校准后的气体含量，单位为mg/l，t为水质多参仪测得的水温，单位为℃，p为水质多参仪测得的压强，单位为psi，g为质谱仪测得的气体数值，单位为mg/l。
15、与现有技术相比，本发明实施例提供一种深水溶解性气体组分原位连续测定装置及方法，具有以下有益效果：
16、(1)、该测定装置适合各种类型和深度的水体溶气组分监测，并且可以实现剖面监测、连续监测、走航监测等多种监测模式。该测定装置组装后操作简便，1-2人就可完成全部监测任务，在节省人力的同时极大提高了监测效率。装置配合采样船可以在1天内完成平均深度40米，长度20～30公里的河流溶气组分剖面监测。在此基础上，监测人员可以在短时间内获得较大范围的溶气组分数据，使得水体溶气组分变化规律的研究可以在更大的空间尺度上展开。
17、(2)、该测定方法给出了使用压强、温度进行校准的校准公式。相较于传统的检测技术，本发明具备以下专业特点：首先，能够对深层水体进行剖面监测；其次，实现了连续高频监测；然后可以对多种气体组分进行原位监测；最后，将最容易影响水体溶气数据的压强和温度两个参数进行拟合，得出了准确的校准公式。该测定方法结合采样船的使用，能够实现短时间内对水体溶解气体进行多空间维度的监测，极大地减小了传统方法在样品运输、保存、检测和时效性等方面存在的误差。此外，操作简便且节省人力，可以大范围应用于内陆各种水体的溶解性气体组分的各种监测模式。
1.一种深水水体溶解性气体组分原位连续测定装置，其特征在于，包括大蠕动泵(1)、小蠕动泵(2)、水气分离装置(3)、膜进样质谱仪(4)和水质多参仪(5)；所述水质多参仪(5)连接在所述大蠕动泵(1)的进水口上，所述大蠕动泵(1)出水口与所述小蠕动泵(2)进水口相连，所述小蠕动泵(2)出水口连接在所述水气分离装置(3)进水口上，所述水气分离装置(3)出气口与所述膜进样质谱仪(4)相连。
2.根据权利要求1所述的一种深水水体溶解性气体组分原位连续测定装置，其特征在于，所述大蠕动泵(1)包括250米长的pu软管(1-1)、收纳转盘(1-2)和大蠕动泵本体(1-3)；所述pu软管(1-1)缠绕在所述收纳转盘(1-2)上，并通过高压气管与所述大蠕动泵本体(1-3)连接，所述pu软管(1-1)末端连接有所述水质多参仪(5)，所述大蠕动泵本体(1-3)上设置有大蠕动泵出水口(1-4)。
3.根据权利要求2所述的一种深水水体溶解性气体组分原位连续测定装置，其特征在于，所述小蠕动泵(2)包括小蠕动泵本体(2-3)，所述小蠕动泵本体(2-3)两侧连接有小蠕动泵进水口(2-1)和小蠕动泵出水口(2-2)；所述小蠕动泵进水口(2-1)与所述大蠕动泵出水口(1-4)连接。
4.根据权利要求3所述的一种深水水体溶解性气体组分原位连续测定装置，其特征在于，所述水气分离装置(3)包括水气混合管路(3-4)，所述水气混合管路(3-4)一侧连接有水气混合室(3-3)，所述水气混合室(3-3)底部连接有pu管进水口(3-1)和第一pu管进气口(3-2)，所述pu管进水口(3-1)与所述小蠕动泵出水口(2-2)连接；所述水气混合管路(3-4)另一侧连接有水气分离室(3-6)，所述水气分离室(3-6)底部连接有s型溢流口(3-5)，所述水气分离室(3-6)顶部连接有pu管出气口(3-7)。
5.根据权利要求4所述的一种深水水体溶解性气体组分原位连续测定装置，其特征在于，所述膜进样质谱仪(4)包括质谱仪主机(4-2)，所述质谱仪主机(4-2)侧面连接有第二pu管进气口(4-1)，所述第二pu管进气口(4-1)与所述pu管出气口(3-7)连接。
6.一种深水水体溶解性气体组分原位连续测定方法，通过如权利要求1～5任一所述的一种深水水体溶解性气体组分原位连续测定装置实现的，其特征在于，所述测定方法包括：
