海洋所仪器功能开发项目进展

公共技术中心自成立以来，大力倡导和鼓励支持仪器功能开发与技术创新。自2010年以来，共申请院仪器研制与功能开发项目五项，获得经费支持共150万元。

表4.1 海洋所承担院功能开发项目情况

2010年申报的“气相色谱仪多功能气体进样方法开发”项目已执行完毕，项目通过液氮冷阱、六通阀进样、甲烷转化炉、可选择的双色谱柱系统分离等技术的创新集成，实现了复杂特性海洋大气包括微量气体的检测，目前已为国家自然科学基金、北黄海海洋牧场等研究课题开展测试服务，并可用于海洋大气、海水顶空气体、天然液化气样品等的分析中，可望在新能源开发、温室气体研究等方面的发挥重要作用。

“气相色谱仪多功能气体进样方法开发”项目功能开发后对甲烷、二氧化碳、硫化氢的检测限分别为0.035、0.065、0.020 ppm，重复性（RSD）分别为0.065%、0.17%、1.62%，检测限和重复性均超过或达到预定目标，色谱分离效果良好（如图），能够达到测定要求。

在开发新功能的过程中，中心技术人员与科研项目的具体要求相结合进行新功能的开发，如2011年申请的“船载二氧化碳分压测量系统拓增海水DIC测量功能的开发”，是基于海水溶解无机碳（DIC）是研究海洋碳循环的最重要参数之一，是国家“973”项目、中科院先导项目、国家自然科学重点基金、国家海洋公益性项目等多项课题所需重要数据，而船载二氧化碳分压测量系统无法实现该数据的直接测定。该项目通过在线采样技术、DIC鼓气装置、测量转换器等技术的创新集成，实现在线采样、从DIC到CO2转化、干燥、测量等一系列功能，从而完成海水DIC的实时测量，为海水中DIC的现场观测提供一种调查方法。该技术的研发还充分考虑和利用到了现有船载二氧化碳分压测量系统的配置，使其功能得到扩展，大大地提高了仪器使用价值，可以同时获得表层海水DIC和二氧化碳分压两种重要的海水碳酸盐体系的参数，这将对海洋环境保护、全球气候变化研究以及海洋生物资源持续利用都有非常重要的现实意义。

目前该项目主要开展的工作包括3个方面，1）制作了在线采样装置。该装置主要由排泡器和工业注射泵组成（图4.1.1），其中排泡器可以去除海水中的气泡，使取样的体积和测量结果更准确；而工业注射泵可通过计算机对其精确控制，实现定时定量采集样品，所采集的样品的体积可以精确到0.01mL。2）制作完成了加酸装置。该装置主要由储酸罐、电磁阀、定时程序控制器等器件组成（图4.1.2），其中储酸罐为一气密性塑料瓶，并与外部的高纯氮气瓶相连，在工作时储酸罐内保持一定的压力，储酸罐中的磷酸在压力作用下通过定时程序控制器控制的电磁阀注入海水DIC反应器。该装置的关键是利用定时程序控制器控制电磁阀的开、关时间，使加酸行为与整套仪器的其他操作相匹配。3）设计完成了海水DIC反应器。海水DIC反应器是实现海水DIC测量的关键，它是一个由有机玻璃制成的有6个开口的圆柱形反应器（图4.1.3），在这个反应器中DIC与磷酸反应生成CO2，并随载气一起被输入的检测器检测。这6个开口分别实现6种功能，即：①加酸口，通过此入口把磷酸注入反应器；②进样口，通过此入口把待测海水注入反应器；③氮气入口，通过此入口将高纯氮气导入到反应器中，氮气可将DIC与磷酸反应生成的CO2从液体中鼓出；④CO2气体出口，通过此出口将产生的CO2气体随载气一起输出到CO2检测器；⑤废液出口，通过此出口将反应后的废液排出反应器；⑥清洗水入口，通过此入口可导入蒸馏水，对反应器进行冲洗。CO2的导出、废液的排出和清洗水的注入都通过电磁阀来控制，而电磁阀的开关由定时程序控制器控制，使其按一定的时间间隔打开或关闭，从而实现水样的连续测量。

在线采样装置、加酸装置和海水DIC反应器的设计制作，为进一步实现本项目的目标打下了坚实的基础。

图4.1.1 定时定量采样装置

图4.1.2 加酸装置示意图

图4.1.3 DIC反应器示意图

“电感耦合等离子体质谱（ICP-MS）海水在线直接进样测定As、Se、Hg与Pb装置的研制”项目主要针对电感耦合等离子体质谱（ICP-MS）测定海水中As、Se、Hg与Pb受到高含量的基体元素，如Na、Cl、Mg、Ca、K元素等影响，容易造成信号漂移，谱图干扰，堵塞进样系统，给仪器设备造成致命伤害；同时低含量的微量元素（As、Se、Pb、Hg等元素）（0.001ppb-10ppb），远低于仪器的检测限，难以直接进样或者稀释测试。由此获得高精度，高准确度的数据是非常的困难，而这些元素在海水运动、海底矿物形成、海洋污染等方面的意义重大。该项目通过在线直接进样、消除了基体元素带来的多原子干扰、提高灵敏度，降低了检测限、扩展ICP-MS测试功能技术的创新集成，有效克服海水中的基体元素对仪器损伤与去除基体元素带来的多原子干扰，方便、准确、快速测试海水中的微量元素As、Se、Hg与Pb等，提高海水的测试效率、准确度，真正实现海水中这些元素的直接进样测定。目前该项目已完成了课题实验设计、制作单位调研、雾化器及雾室设计、方法实验，通过系列实验已经建立盐酸基体样品中As、Hg及Bi元素的测试方法。

技术路线图

仪器功能开发项目一方面彰显了院对支撑系统建设的重视及对仪器自主研发和功能拓展的支持，另一方面也为海洋所公共技术服务中心建设和发展、不断完善和开发大型仪器设备的功能，为研究所学科发展，人才培养服务，提高大型仪器设备的使用效益发挥重要作用。