一种土壤温室气体与氮氧化物通量同步监测系统

本发明涉及气体监测，更具体地涉及一种土壤温室气体与氮氧化物通量同步监测系统。

背景技术：

1、温室气体指的是大气中能吸收地面反射的长波辐射，并重新发射辐射的一些气体，它们的作用是使地球表面变得更暖，类似于温室截留太阳辐射，并加热温室内空气的作用。这种温室气体使地球变得更温暖的影响称为“温室效应”。水汽、二氧化碳、氧化亚氮、氟利昂、甲烷等是地球大气中主要的温室气体。此外，氮氧化物是一种空气污染物，是由氮、氧两种元素组成的化合物。氮氧化物是no和no2的总称，用nox表示。nox是可吸入大气气溶胶颗粒物的关键前体物，nox还是近地面大气重要污染物o3的前体物。此外，nox光化学的终产物是hno3，过量hno3的沉降会导致地表水的富营养化和陆地、湿地、地下水系的酸化和毒化，从而对陆地和水生态系统造成破坏，最终对人体健康和生态环境安全产生不利影响。

2、土壤是这几种气体的主要排放源，目前对于土壤温室气体和nox的排放可采用激光类型的仪器进行监测，从呼吸室中抽出的气分给激光分析仪实现同步观测，但是激光类型的仪器测试花费高且存在不稳定的问题。气相色谱仪是利用色谱分离技术和检测技术，对多组分的复杂混合物进行定性和定量分析的仪器。相比于激光类型的仪器，气相色谱仪花费较低，且气相色谱仪的测定技术更加稳定和成熟。因此可用于与呼吸室进行联合分析，实现土壤中n2o、ch4和co2的实时连续监测；nox在进行监测时，相比于激光类型的氮氧化物分析仪，基于化学发光法的氮氧化物分析仪成本低，且能满足检测需求，达到准确测定nox的目的。

3、co2、ch4和n2o三种组分是目前温室气体监测的主要对象，nox是大气pm2.5的主要前体物。为了能同时对nox、co2、ch4和n2o进行监测，需要使用呼吸室、控制系统、氮氧化物分析仪和气相色谱仪。在监测过程中，氮氧化物分析仪能够进行实时监测，并与呼吸室的闭合时间相匹配。然而，气相色谱仪则通过其仪器自身的分析软件建立批处理，以实现样品的连续测定，但是其与呼吸室闭合的时间不匹配，无法进行实时监测。

技术实现思路

1、针对以上问题，本发明提供了一种土壤温室气体与氮氧化物通量同步监测系统，在该监测系统中设置阀箱，使得气相色谱仪的测定可以与土壤呼吸室闭合的时间匹配，达到实时同步监测的目的。

2、本发明的目的是提供一种土壤温室气体与氮氧化物通量同步监测系统，包括多个土壤呼吸室、控制系统、氮氧化物分析仪、气相色谱仪和数据记录系统，所述土壤呼吸室与所述控制系统连通，所述数据记录系统分别与所述氮氧化物分析仪和所述气相色谱仪连接，用于记录监测数据，还包括有阀箱。

3、所述控制系统与所述阀箱连通，所述阀箱上有第一出口、第二出口和空气入口，所述第一出口与所述氮氧化物分析仪连接，所述第二出口与所述气相色谱仪连接，所述氮氧化物分析仪连接有空气入口，所述空气入口用于补充空气。

4、打开所述阀箱和所述第一出口，气体通过所述第一出口进入所述氮氧化物分析仪，利用所述氮氧化物分析仪对所述第一出口的气体进行分析，所述第一出口的气体分析完成之后，关闭所述第一出口，打开所述第二出口，气体通过所述第二出口进入所述气相色谱仪，直至所述第二出口的气体浓度满足气相色谱分析，然后关闭所述第二出口，所述气相色谱仪在对所述第二出口的气体分析的同时，打开所述第一出口，重复循环监测氮氧化物和温室气体。

5、本发明的一个优选实施例中，打开所述第一出口，关闭所述第二出口和所述空气入口，所述控制系统控制所述土壤呼吸室关闭，抽出气体用于氮氧化物分析。可以理解的是，氮氧化物分析是进行实时监测。

6、本发明的一个优选实施例中，氮氧化物分析完成后，所述控制系统控制所述土壤呼吸室打开，对管路和所述土壤呼吸室的气体排空。

7、本发明的一个优选实施例中，排空完成后，关闭所述第一出口，打开所述空气入口，利用所述空气入口对所述氮氧化物分析仪进行补充空气，对所述气相色谱仪进行取气时，所述控制系统控制所述土壤呼吸室关闭，所述第二出口打开，抽取气体作为背景，作为初始取气，取气完成后，关闭所述第二出口，对抽取的气体进行一次气相色谱分析。

8、打开所述第二出口，抽取所述吸室中的气体，作为二次取气，取气完成后，关闭所述第二出口，对抽取的气体进行二次气相色谱分析。

9、打开所述第二出口，抽取所述土壤呼吸室中的气体，作为三次取气，取气完成后，关闭所述第二出口，对抽取的气体进行三次气相色谱分析。

10、具体的，所述初始取气、所述二次取气和所述三次取气时，所述阀箱的切换是利用所述气相色谱仪中设置的方法文件里的时间序列进行调控。

11、本发明的一个优选实施例中，进行三次气相色谱分析时，同时打开所述第一出口，关闭所述空气入口，将所述管路和所述土壤呼吸室的气体排空，排空结束后，所述控制系统切换至下一个所述土壤呼吸室，进行测定。具体的，在所述三次气相色谱分析时，表明一个所述土壤呼吸室的分析取样结束，在所述三次气相色谱分析的同时，对所述管路和所述土壤呼吸室的气体排空，为下一个所述土壤呼吸室的测定进行准备。

12、本发明的一个优选实施例中，排空时，所述控制系统控制所述土壤呼吸室打开，通过所述氮氧化物分析仪的泵将所述管路和所述土壤呼吸室的气体排空，排空时间为5min。

13、本发明的一个优选实施例中，所述阀箱包括：固定框以及与所述固定框固定连接的第一电磁阀、第二电磁阀、第三电磁阀和样品进气口。

14、所述样品进气口与所述控制系统连接。

15、所述第一电磁阀的一端通过第一阀箱气体管路与所述样品进气口连通，所述第一电磁阀的另一端通过所述第一出口与所述氮氧化物分析仪连接。

16、所述第二电磁阀的一端通过第二阀箱气体管路与所述样品进气口连通；所述第二电磁阀的另一端通过所述第二出口与所述气相色谱仪连接。

17、所述第三电磁阀与所述空气入口通过第三阀箱气体管路连通。

18、可以理解的是，所述第一阀箱气体管路和所述第二阀箱气体管路均为分管路，通过与所述控制系统连接的总管路将气体分配给所述第一阀箱气体管路或所述第二阀箱气体管路。利用所述气相色谱仪中设置的方法文件里的时间序列控制第一电磁阀、所述第二电磁阀和所述第三电磁阀的开关。

19、本发明的一个优选实施例中，在对氮氧化物进行分析时，样品气从样品进气口进入，依次通过所述第一阀箱气体管路、所述第一电磁阀和所述第一出口，送入所述氮氧化物分析仪进行分析。

20、在对温室气体进行分析时，样品气从样品进气口进入，依次通过所述第二阀箱气体管路、所述第二电磁阀和所述第二出口，送入所述气相色谱仪进行分析。

21、在对所述氮氧化物分析仪补充空气时，依次通过所述空气入口、所述第三电磁阀、所述第三阀箱气体管路对所述氮氧化物分析仪进行补充。

22、本发明的一个优选实施例中，所述控制系统为mcc-1-8八通道控制系统。通过所述控制系统可以与八个所述土壤呼吸室连接使用，一个所述土壤呼吸室测试完成后，将所述控制系统切换到另外的所述土壤呼吸室进行监测。

23、与现有技术相比，具有以下有益效果：

24、本发明在进行温室气体和氮氧化物监测时，设置阀箱，利用阀箱中的电磁阀控制样品的气体分配给氮氧化物分析仪还是气相色谱仪，阀箱的设置可用于调控气相色谱仪的批处理和土壤呼吸室开启闭合时间相匹配。

25、本发明操作简便，成本低，可实现温室气体和氮氧化物的实时同步监测。