(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210558582.X (22)申请日 2022.05.20 (71)申请人 贵州师范大学 地址 550001 贵州省贵阳市 云岩区宝山北 路116号 (72)发明人 孙荣国　赵涛　王军　杨阳　 (74)专利代理 机构 贵阳中新专利商标事务所 52100 专利代理师 赵嘉 (51)Int.Cl. G01N 21/64(2006.01) G01N 21/01(2006.01) G01N 1/44(2006.01) G01N 1/28(2006.01) (54)发明名称 一种测量土 壤不同价态 汞的装置及方法 (57)摘要 本发明公开了一种测量土壤不同价态汞的 装置， 包括汞提取系统、 加热系统和检测系统； 本 发明还公开了一种测量土壤不同价态汞的方法， 包括检测前的准备工作、 Hg(0)含量检测、 Hg(I) 含量检测、 Hg(II)含量检测、 计算THg的含量、 计 算THg的回收率， 验证检测系统的准确性等步骤。 本发明通过对温度的严格控制， 可以准确测量土 壤中Hg(0)、 Hg(I)和Hg(II)含 量， 组装简单， 样品 不需前处理， 可减少土壤汞的损失， 可广泛应用 于环境监测、 土壤Hg释放和价态转变基础理论研 究等领域； 本发明装置布置灵活， 安装方便， 管理 简单， 在环境监测， 分析土壤Hg释放及价态转化 过程等领域中具有广泛应用。 权利要求书1页 说明书7页 附图3页 CN 114935564 A 2022.08.23 CN 114935564 A 1.一种测量土壤不同价态汞的装置， 其特征在于： 包括汞提取系统、 加热系统和检测系 统(11)， 所述加热系统用于给所述汞提取系统加热， 所述检测系统用于检测所述汞提取系 统提取出来的汞。 2.根据权利要求1所述的一种测量土壤不同价态汞的装置， 其特征在于： 所述汞提取系 统包括通过管道依次连接的框架纳米金管 Ⅰ(2)、 石英管 Ⅰ(4)、 干燥管 （5） 、 石英管 Ⅱ（6） 和框 架纳米金 管Ⅱ（10） ， 所述框架纳米金 管Ⅰ(2)的进口端安装有流 量计(1)。 3.根据权利要求1所述的一种测量土壤不同价态汞的装置， 其特征在于： 所述检测系统 (11)为冷原子荧 光测汞仪 。 4.根据权利要求2所述的一种测量土壤不同价态汞的装置， 其特征在于： 所述加热系统 包括电性连接的电源、 开关(7)、 时间继电器(8)以及变压器(9)， 所述加热系统的数量设置 为四组， 其中三组所述加热系统并联在石英管 Ⅰ(4)的回路中， 另外一组所述加热系统与石 英管Ⅱ（6） 的回路电性连接 。 5.根据权利要求1所述的一种测量土壤不同价态汞的装置， 其特征在于： 所述框架纳米 金管Ⅰ(2)和框架纳米金管 Ⅱ（10） 的结构及尺 寸均相同： 一端为进气口， 另外一端为出气口， 中间设置喉部， 内填充框架纳米金(13)， 两端用石英棉(12)封堵。 6.根据权利要求1所述的一种测量土壤不同价态汞 的装置， 其特征在于： 所述石英管 Ⅰ (4)的一端设置有塞子， 靠近塞子的部 分上设置有进气口， 另外一端为出气口， 所述石英管 Ⅰ (4)的外周套 有电热圈， 所述加热系统通过对加热圈加热间接对石英管 Ⅰ(4)加热。 7.根据权利要求1所述的一种测量土壤不同价态汞的装置， 其特征在于： 所述石英管 Ⅱ （6） 为直管， 所述石英管 Ⅱ（6） 的外周套有电热圈， 所述加热系统通过对加热圈加热间接对 石英管Ⅰ(4)加热。 8.根据权利要求1所述的一种测量土壤不同价态汞的装置， 其特征在于： 还包括用于将 石英管Ⅰ(4)冷却的风扇(3)。 9.根据权利要求1所述的一种测量土壤不同价态汞的方法， 其特征在于： 使用所述土壤 测汞装置进行不同价态 汞元素含量的检测， 具体包括以下步骤： S1， 检测前的准备工作： 准备并且安装好所述土壤测汞装置； S2， Hg(0)含量检测： 将土壤(14)样品置于汞提取系统中， 通过加热系统对土壤(14)进 行加热使Hg(0)析 出并且被捕获， 将 捕获后的Hg(0)用所述检测系统(1 1)检测； S3， Hg(I)含量检测： 通过加热系统继续对土壤(14)进行加热使Hg(I)析出并且被捕获， 将捕获后的Hg(I)用所述检测系统(1 1)检测； S4， Hg(II)含量检测： 通过加热系统继续对土壤(14)进行加热使Hg(II)析出并且被捕 获， 将捕获后的Hg(I I)用所述检测系统(1 1)检测； S5， 计算THg的含量： THg含量 为Hg(0)、 Hg(I)和Hg(I I)三者之和； S6， 计算THg的回收率， 验证 检测系统(1 1)的准确性。 10.根据权利要求1所述的一种测量土壤不同价态汞 的方法， 其特征在于： 所述步骤S2 中加热时间、 保温时间以及目标温度 分别为8‑12min、 2‑4min、 100℃， 所述步骤S3中加热时 间、 保温时间以及目标温度分别为8 ‑10min、 2‑4min、 150℃， 所述步骤S4中加热时间、 保温时 间以及目标温度分别为6 ‑8min、 2‑4min、 270℃。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 114935564 A 2一种测量土壤不同价态汞的装 置及方法 技术领域 [0001]本发明涉及一种测量土壤不同价态 汞的装置及方法， 属于环境分析技 术领域。 背景技术 [0002]Hg(0)、 Hg(I)和Hg(I I)分别表示单质汞、 一 价汞和二 价汞。 [0003]在大气环境中， Hg主要以气态元素汞(GEM)的形式存在， GEM在大气中占大气总气 态汞的95％以上， 植物叶片可通过气孔吸收GEM， 这是植物地上部分Hg积累的主要途径。 研 究表明， 陆地生态系统是GEM的重要来源之一， 其中农田是陆地生态系统的重要组成部分， 可以贡献约三分之一的自然来源的GE M。 [0004]土壤属于一种复杂的体系， 其含有大量的矿物质、 有机质和微生物等， 而土壤有机 质、 氧化还原电位、 阳离子交换量、 pH、 微生物群落均能影响Hg的氧化还原过程。 当在土壤体 系中加入合成的Hg(0)、 Hg(I)和Hg(II)标准物质后， 随着时间的延长， 标准物质可能发生转 变。 [0005]根据土壤Hg的物理化学反应， 土壤Hg(0)释放过程应直接受土壤Hg(0)含量控制， 而土壤Hg(0)含量又由土壤Hg氧化还原作用决定。 准确测量土壤Hg(0)、 Hg(I)和Hg(II)的含 量及分析Hg价态 转变是研究土壤Hg氧化还原过程的重要组成部 分， 但目前测量土壤Hg(0)、 Hg(I)和Hg(I I)含量的方法不完 善， 更确切的讲无相关测量方法。 [0006]土壤Hg(0)释放最重要的步骤是： 土壤Hg(0)的产生， 其主要通过生物和非生物途 径将Hg(II)经Hg(II)/Hg(I)和Hg(I)/Hg(0)的还原过程还原成Hg(0)。 即Hg的氧化还原过程 控制着土壤Hg(0)的含量， 从而直接决定土壤Hg(0)的释放通量的大小。 因此， 研究土壤Hg (0)的氧化还原反应是理解土壤Hg(0)释放的基础理论知识。 [0007]此外， 土壤Hg(0)、 Hg(I)和Hg(II)含量多少是Hg(0)、 Hg(I)和Hg(II)之间转化的重 要指标， 从而可以判断土壤Hg是经历氧化过程还是还原过程， 比如向土壤中施加特定的物 质可能使土壤处于还原过程， 导致Hg(II)经Hg(II)/Hg(I)和Hg(I)/Hg(0)的还原过程， 增加 Hg(0)的含量， 引起土壤Hg(0)释放增加。 例如， 在本申请方案的研发过程中就发现施加肥料 可以使土壤处于氧化状态， 使Hg(0)经历H g(0)/Hg(I)和H g(I)/Hg(II)的氧化过程， 造成Hg (0)、 Hg(I)含量降低， 而Hg(I I)和THg含量增 加。 [0008]目前， 国际上普遍采用DMA ‑80(LabTech,It aly)直接测量土壤总汞(THg)含量， 通 过程序控温测 量土壤中不同价态汞的百分比， 但由于存在稳定过热现象， 影响测量过程中 不同价态汞的转化， 进而造成不同价态汞的百分比不准确。 因此， 目前无具体的土壤Hg(0)、 Hg(I)和Hg(I I)的定量测量方法， 不能全面的研究土壤Hg的氧化还原过程。 发明内容 [0009]本发明要解决的技术问题是： 提供一种测量土壤不 同价态汞的装置及方法， 以解 决上述现有技 术中存在的问题。 [0010]本发明采取的技术方案为： 一种测量土壤不同价态汞的装置， 包括汞提取系统、 加说　明　书 1/7 页 3 CN 114935564 A 3