專利名稱：土壤吸附汞地球化學測量方法及分析裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種應用于水文與工程地質(zhì)勘查領域的土壤吸附汞地球化學測量方法及土壤樣品熱釋汞原子吸收分析裝置。
查明地層的斷裂構造，是水文地質(zhì)、工程地質(zhì)以及礦產(chǎn)勘查的重要內(nèi)容，在廣泛的第四紀土壤覆蓋地區(qū)，人們不能直接看到深部的地層斷裂構造，只能采用地球物理勘查方法或工程勘查方法，這些方法受到速度、成本和效果的限制。
本發(fā)明的一個目的在于提供一種低成本的快速普查方法土壤吸附汞地球化學測量方法，用于發(fā)現(xiàn)土壤覆蓋下面的地層斷裂構造。
本發(fā)明的另一個目的，在于提供一種用于測試與地層斷構造有關的土壤吸附汞熱釋分析裝置。
本發(fā)明依據(jù)的方法原理是地層中廣泛存在的汞，在地殼運動產(chǎn)生的應力作用下，向地層斷裂構造中的水體釋放并向上遷移，以及地殼深部的原始氣體中的汞，沿地層斷裂構造通道向上遷移，這些原子態(tài)的汞進入第四紀土壤層后，被土壤顆粒表面所吸附，形成穩(wěn)定的土壤吸附汞異常濃度。
本發(fā)明的技術方案是這樣的首先在勘探工區(qū)按一定的網(wǎng)度和深度，取少量近地表土壤樣品，然后，這些樣品以直接熱解方式，使用單波長原子吸收測汞儀，以化學選擇性表面吸附原理排除干擾氣體，作土壤吸附汞熱釋分析。根據(jù)需要對上述土壤樣品作土壤汞熱釋譜相態(tài)分析。
土壤吸附汞的分析原理是基于土壤中不同來源的汞，具有不同的化合物相態(tài)和不同的熱釋溫度。與地層斷裂構造有關的原子態(tài)吸附汞，釋汞溫度最低，僅100℃左右。與其它成因的各種無機化合物相態(tài)汞200℃以上的釋汞溫度有顯著差異。從而可以采用控制樣品溫度的方法區(qū)別出首先釋出的土壤吸附態(tài)汞。
本發(fā)明樣品熱釋溫度的取得采用二種方式，對于土壤吸附態(tài)汞的單項分析，是利用其釋汞溫度低并首先釋出的特點，在恒溫900℃的爐中，利用控制預熱時間的方式取得樣品在100℃首先釋出的峰值。本發(fā)明采用預熱4-5秒后即開始抽氣將釋出的汞蒸氣連續(xù)送進儀器吸收室，第一個峰值即為吸附態(tài)汞。對于樣品汞熱釋譜分析，需要逐步的升溫過程。是利用恒溫電滬中溫度分布規(guī)律，在不同的位置取得不同的溫度，將樣品從低溫位置移向高溫位置，即獲得樣品溫度的逐步升高及可控制的升溫速度。
土壤樣品直接熱解方式，會產(chǎn)生大量而復雜的氣體，這些氣體大多對單波長原子吸收儀器構成嚴重干擾，從化學特性角度，可將熱解出的干擾氣體分為二大類，即具有氧化特性和具有還原特性的氣體，基于這一分類，本發(fā)明采用固體表面化學選擇性吸附原理，使用強堿如NaOH或KOH選擇吸附氧化類型干擾氣體，使用過氧化合物如Na2O2或K2O2選擇吸附具有還原特性的干擾氣體。將其直接充填在導氣管道中，即可以在導氣過程中完成吸附排除這二種構成干擾的氣體。汞蒸氣是穩(wěn)定的原子態(tài)氣體，室溫條件下，不參與氧化與還原反應，可以順利通過吸附試劑表面進入儀器。
本發(fā)明中的土壤取樣，其網(wǎng)度點距不應超過30米，線距不應超過100米，試驗工作線距不受限制。在自然植被的殘坡積類型土壤，取樣深度為40CM，農(nóng)田地段為70CM，現(xiàn)代的人工搬運土壤不取樣。
本發(fā)明的土壤熱釋汞分析裝置，其構造為熱解電爐上裝配熱解管，熱解管里有樣品盒及其熱電偶，同時電爐上接有爐溫與其時序控制器；熱解管出口接裝有堿性吸收劑、過氧化合物吸收劑的干擾氣體分離器；干擾氣體分離器出口經(jīng)靜電過濾器接單波長測汞儀，該測汞儀出口接抽氣泵，信號輸出接記錄儀。
上述的方法和裝置可以用來了解第四紀土壤覆蓋下的地層斷裂構造的位置及走向，這對于深層地下水勘查及工程地質(zhì)勘查有重要意義。


圖1.浙江省臨安土壤吸附汞測量等值線圖；圖2.浙江省武義塔山土壤吸附汞測量平面圖；圖3.土壤吸附汞測試裝置結構示意圖；圖4.土壤汞熱釋譜相態(tài)分析樣品升溫方法示意圖。
以下結合

對本發(fā)明的實施例作進一步描述。
實施例1浙江臨平地下水勘查實例圖1為浙江臨安土壤吸附汞測量等值線圖本區(qū)地貌為第四紀沖積平原，土壤覆蓋厚度2-10米，目前已全部開墾為水稻田，本方法在工區(qū)內(nèi)布置南北向測線4條，測線長400米，線距50米，點距10米，取樣深度70CM，樣品重50克，干燥后過100目篩，細粒部分作土壤吸附汞測量。以70PPb勾繪異常帶，以140PPb勾繪強異常帶。如圖1所示。從圖可以看出，明顯存在的三條土壤吸附汞異常帶，指示出深部的三條地層斷裂構造，其中X-2、X-3異常帶相距很近，這兩個構造破碎寬度近百米，吸附汞異常強、規(guī)模大，分帶清晰，其南側(cè)的已知鉆孔日出水量＞1000噸，證實了這一構造體系的存在。
實施例2。
浙江武義塔山地下水勘查實例。
該工區(qū)位于武義塔山螢石礦南側(cè)，在勘探螢石礦期間發(fā)現(xiàn)南側(cè)的地下熱水，并施工了CK1至CK3鉆孔。工區(qū)內(nèi)全部為第四紀沖積運積覆蓋，目前已開墾為水稻田，本區(qū)有長期施用有機汞農(nóng)藥歷史，有機汞污染嚴重，經(jīng)深度試驗，有機汞殘存在地表40CM以上的耕作層中，很少向下遷移。由此確定采樣深度70CM，可以有效避開有機汞干擾。
野外采樣工作根據(jù)由稀到密的原則，首先以30×500米網(wǎng)度掃面2KM2，發(fā)現(xiàn)異常后加密至20×250米，重點區(qū)域以10×100網(wǎng)度作詳細工作。共取樣700余個，測線全長10余公里。全部數(shù)據(jù)經(jīng)統(tǒng)計處理，求出異常下限為75PPb，據(jù)此以75、150、300PPb的間隔勾繪等值線。如圖2所示，從圖中可以看到五條明顯的北東走向的異常帶，這與本區(qū)已知構造走向相同，其中W-1異常帶為已知斷裂構造，已經(jīng)CK1、CK2、CK3占孔及物探工作證實，而W-3、W-4為本區(qū)遠景最好的異常帶，吸附汞濃度高、范圍寬、連續(xù)性好、分帶清晰。說明該異常帶所反映的斷裂構造具有一定的規(guī)模。
土壤吸附汞測試中，有機汞干擾能被發(fā)現(xiàn)，并經(jīng)熱釋汞相態(tài)分析證實，但尚不能排除，只能采用深層取樣的方法避開有機汞干擾其他無機化合物相態(tài)的汞由于釋溫度差異較大，能可靠的區(qū)分。
實施例3。
本發(fā)明土壤熱釋汞分析裝置結構如圖3所示。恒溫的熱解電爐(1)中，熱解管(8)里的樣品盒中的樣品受熱分解出各種氣體及汞蒸氣，在氣路中順序經(jīng)過熱解石英管，裝有NaOH試劑，Na2O2試劑的干擾氣體分離器(2)，靜電過濾器(3)，此時構成干擾的氣體，微塵與水蒸氣均被排除，汞蒸氣與載氣進入單波長原子吸收測汞儀(4)，完成汞蒸氣吸光度測量過程。測汞儀出口接抽氣泵(6)，信號輸出接記錄儀(5)，同時電爐接有爐溫與其時序控制器(7)。
樣品熱解溫度的控制采用二種方式。
土壤吸附汞單項測試時，需要樣品溫度約100℃，圖3中電爐恒溫900℃條件，樣品置入后，獲得100℃左右的樣品溫度，予熱時間為5秒。微分測量方式首先出現(xiàn)的峰即為土壤吸附汞峰。本方法對吸附汞分析構成干擾的是有機汞，有機相態(tài)汞出峰溫度比吸附汞出峰溫度僅滯后40-50℃，兩峰相距很近，構成干擾，有機汞來源于有機汞農(nóng)藥，在農(nóng)田地區(qū)應予以重視，解決的方法是增加取樣深度至70CM，即可有效避開有機汞干擾。無機化合物相態(tài)的汞峰溫度均在200℃以上，本方法能有效地區(qū)分。
土壤汞熱釋譜相態(tài)分析時，需要較慢的逐步升溫過程，以分解出不同溫度下的釋汞峰值。本發(fā)明利用恒溫電爐內(nèi)部溫度分布規(guī)律，在不同位置取得不同的溫度，如圖4所示。熱解電爐在高溫狀態(tài)時，例如800℃，其達到設定溫度的區(qū)域僅有位于中心部位的2CM左右，向二側(cè)逐漸降低直至接近室溫。根據(jù)這一規(guī)律，將樣品盒置于熱解石英管室溫部位，使用樣品測溫熱電偶，插入樣品中并緩慢推向高溫的中心部位，此時可從樣品測溫數(shù)字表頭看到實時的升溫過程，控制推進速度即可控制升溫速率，這一升溫過程與相應的釋汞峰高變化趨勢，即組成土壤熱釋譜曲線。實現(xiàn)熱釋相態(tài)汞快速分析。
本發(fā)明測試以土壤吸附汞為主，其測試技術指標如下精密度RSD＜5％，準確度Δlgc＜0.10，檢出限D(zhuǎn)L＜10PPb，密碼檢查合格率＞96％。本方法較正背景能力10A以上，大幅度超過塞曼原理的雙波長測汞儀。
通過以上實施例可以看見到本發(fā)明提供的土壤吸附汞地球化學測量方法，方法簡單有效、能為非專業(yè)人員掌握，測試裝置簡單，便于野外條件下應用。
權利要求
1.一種土壤吸附汞地球化學測量方法，其步驟依次如下a.在勘探工區(qū)按一定網(wǎng)度和深度取土壤表層樣品；b.使用單波長原子吸收測汞儀以化學選擇性表面吸附原理吸附排除干擾氣體，作土壤吸附汞熱釋分析；c.根據(jù)需要對上述土壤樣品作土壤汞熱釋譜相態(tài)分析。
2.如權利要求1所述的土壤吸附汞地球化學測量方法，其特征在于野外工作中測網(wǎng)點距不應超過30M，線距不應超過100M，試驗工作線距不受限制。
3.如權利要求1所述的土壤吸附汞地球化學測量方法，其特征在于野外取樣方法為自然植被的殘坡積類型土壤取樣深度為40CM，農(nóng)田地段為70CM，現(xiàn)代的人工搬運土壤不取樣。
4.如權利要求1或2或3所述的土壤吸附汞地球化學測量方法，其在水文地質(zhì)與工程地質(zhì)領域的應用，可以了解土壤覆蓋下的地層斷裂構造的位置與走向。
5.一種采用如權利要求1所述的土壤吸附汞地球化學測量方法的土壤熱釋汞分析裝置，其構造如下a.熱解電爐(1)上裝配熱解管(8)，熱解管里有樣品盒及其熱電偶，同時電爐(1)上接有爐溫與其時序控制器(7)；b.熱解管出口接裝有堿性吸收劑、過氧化合物吸收劑的干擾氣體分離器(2)c.干擾氣體分離器出口經(jīng)靜電過濾器(3)接單波長原子吸收測汞儀(4)，該測汞儀出口接抽氣泵(6)，信號輸出接記錄儀(5)。
6.如權利要求5所述的土壤熱釋汞分析裝置，其特征在于所述堿性吸收劑可為KOH或NaOH。
7.如權利要求5所述的土壤熱釋汞分析裝置，其特征在于所述的過氧化合物吸收劑可為Na2O2或K2O2等過氧化合物吸收劑。
8.如權利要求1所述的土壤吸附汞地球化學測量方法，其特征在于所述的土壤吸附汞熱釋分析為采用900℃恒溫電爐，樣品置入恒溫區(qū)預熱4-5S，然后連續(xù)抽氣以微分測量方法測量首先出現(xiàn)的峰值。
9.如權利要求1所述的土壤吸附汞地球化學測量方法，其特征在于所述的土壤汞熱釋譜相態(tài)分析中樣品升溫過程，利用恒溫電爐中溫度分布規(guī)律，使樣品從低溫區(qū)向高溫區(qū)移動，取得可控的均勻升溫過程。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種土壤吸附汞地球化學測量方法及土壤熱釋汞分析裝置。是專為土壤覆蓋地區(qū)勘查地層斷裂構造而設計的。該方法首先在勘探工區(qū)按一定網(wǎng)度和深度,取表層土壤樣品,然后再使用本發(fā)明化學表面吸附干擾氣體的單波長冷原子吸收裝置,分析土壤吸附汞濃度,這種土壤吸附汞異常濃度指示深部的地層斷裂構造。以上方法技術異常解釋單一、成本低、速度快,地質(zhì)效果明顯。測試裝置抗干擾能力強,其靈敏度、準確度、檢出限均優(yōu)于塞曼原理的原子吸收測汞儀。本發(fā)明可以應用在第四紀覆蓋地區(qū)的深層地下水勘查以及工程地質(zhì),礦產(chǎn)地質(zhì)勘查工作中。
文檔編號G01N25/02GK1171548SQ9710523
公開日1998年1月28日 申請日期1997年6月28日 優(yōu)先權日1997年6月28日
發(fā)明者衛(wèi)敬生 申請人:衛(wèi)敬生