DFG-Ⅱ型標(biāo)準(zhǔn)汞發(fā)生與控制裝置在地震監(jiān)測中的應(yīng)用

馬城城 汪世仙 柳 建 倪俊珺 李伸亮 袁 勇 劉澤民 胡婷婷 束克明

1）中國安徽 231511 安徽省廬江地震臺(tái)

2）中國合肥 231511 中國地震局測汞儀比測臺(tái)站3）中國合肥 230031 安徽省地震局

0 引言

在地震預(yù)測研究中，汞具有很好的映震效應(yīng)。汞濃度的異常變化與地震活動(dòng)在時(shí)空分布上也密切相關(guān)，根據(jù)汞濃度異常持續(xù)時(shí)間與異常分布范圍，可以進(jìn)行震級(jí)和發(fā)震時(shí)間的預(yù)測。經(jīng)過多年的觀測實(shí)踐以及室內(nèi)模擬與野外觀測實(shí)驗(yàn)，汞濃度作為繼氡濃度之后又一項(xiàng)水化學(xué)方面的重要地球物理指標(biāo)，在地震短臨監(jiān)測預(yù)測中逐步發(fā)揮作用（康春麗等，1999；車用太等，2006）。

目前，我國汞觀測臺(tái)網(wǎng)是地震地下流體4 大地球物理臺(tái)網(wǎng)之一。用于觀測逸出氣汞濃度的儀器主要有RG-BQZ、JM-4、ATG-6138M、DFG-B 型測汞儀，其中，以RGBQZ、ATG-6138M 型測汞儀為主（劉耀煒，2006）。在現(xiàn)有條件下，改善觀測環(huán)境，改進(jìn)觀測技術(shù)，引進(jìn)其他行業(yè)質(zhì)量可靠、觀測技術(shù)符合地震行業(yè)需求的新儀器，提升地下流體汞濃度觀測儀器的技術(shù)指標(biāo)，使汞濃度觀測在地震預(yù)測中發(fā)揮重要作用，是當(dāng)前對(duì)汞濃度進(jìn)行地震地球物理觀測的主要發(fā)展趨勢（郭麗爽等，2016）。

用于地震監(jiān)測的汞觀測儀器由多個(gè)廠家生產(chǎn)，不同汞觀測儀的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和使用方法不盡相同，有必要對(duì)不同型號(hào)儀器開展性能檢測工作，篩選出滿足地震行業(yè)需求的儀器。因此，建設(shè)一個(gè)既滿足儀器性能檢測的需求，又兼顧監(jiān)測能力提升和監(jiān)測方法探索的比測平臺(tái)很有必要（黃仁桂等，2019）。廬江地震臺(tái)測汞儀比測平臺(tái)的建設(shè)目的，就是為測汞儀提供儀器性能檢測、定型測試服務(wù)，規(guī)范入網(wǎng)儀器性能檢測標(biāo)準(zhǔn)，保障測汞儀觀測數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性、穩(wěn)定性及可靠性。平臺(tái)根據(jù)DFG-Ⅱ型標(biāo)準(zhǔn)汞發(fā)生與控制裝置可產(chǎn)出不同濃度汞蒸氣，對(duì)不同測汞儀進(jìn)行精準(zhǔn)度、重復(fù)性、穩(wěn)定性和一致性檢測。

1 儀器

DFG-Ⅱ型標(biāo)準(zhǔn)汞發(fā)生與控制裝置是一套能夠連續(xù)產(chǎn)生任意濃度汞蒸氣的自動(dòng)混合裝置，主要用于多臺(tái)測汞儀的校準(zhǔn)與性能檢測，是為測汞儀提供比測與檢測標(biāo)準(zhǔn)的計(jì)量器具。該裝置具有標(biāo)準(zhǔn)汞氣自動(dòng)配置及采集功能，無須人工手動(dòng)操作，具有方便、安全、可靠的特點(diǎn)，可為測汞儀的校準(zhǔn)及性能檢驗(yàn)提供所需標(biāo)準(zhǔn)測量對(duì)象及儀器性能比測平臺(tái)。標(biāo)準(zhǔn)汞發(fā)生與控制裝置系統(tǒng)的主界面如圖1 所示。測量界面左側(cè)為裝置運(yùn)行示意圖，右側(cè)為測量參數(shù)設(shè)置。裝置運(yùn)行示意圖顯示飽和汞蒸氣、空氣、尾氣、混合模塊的參數(shù)、環(huán)境參數(shù)以及測量儀器的運(yùn)行情況。

圖1 標(biāo)準(zhǔn)汞發(fā)生與控制裝置操作界面Fig.1 Standard mercury generation and control device operation interface

2 儀器工作原理及性能指標(biāo)

DFG-Ⅱ型標(biāo)準(zhǔn)汞發(fā)生與控制裝置采用飽和汞蒸氣稀釋法將已知濃度的飽和汞蒸氣與除汞空氣按照計(jì)算比例進(jìn)行混合，通過系統(tǒng)內(nèi)校準(zhǔn)儀器實(shí)時(shí)測定系統(tǒng)內(nèi)的汞濃度，達(dá)到設(shè)定濃度之后，向各檢測儀器輸出穩(wěn)定濃度的汞氣?；旌夏K用于將飽和汞蒸氣與空氣均勻混合至需求濃度后輸出至測量儀器?；旌夏K的核心是體積60 L 的聚四氟乙烯密封腔體，腔體內(nèi)安裝溫度、濕度、氣壓傳感器用于監(jiān)測混合腔內(nèi)的溫度、濕度、氣壓變化。裝置具有自動(dòng)配置、多模式測量、全自動(dòng)測量及尾氣安全處理等功能，還可以檢測環(huán)境溫度、氣壓與汞濃度之間的關(guān)系。系統(tǒng)關(guān)鍵器件均采用聚四氟乙烯材料，該材料不吸附汞蒸氣，不影響測量結(jié)果且無污染，裝置詳細(xì)性能指標(biāo)見表1。

表1 DFG-Ⅱ型標(biāo)準(zhǔn)汞發(fā)生與控制裝置性能指標(biāo)Table 1 The performance index of DFG-Ⅱ standard mercury generation and control device

3 儀器測試

廬江地震臺(tái)測汞儀比測平臺(tái)通過配置標(biāo)準(zhǔn)汞發(fā)生與控制裝置和不同脫氣—集氣裝置，主動(dòng)模擬室內(nèi)和野外不同的觀測環(huán)境，針對(duì)汞觀測系統(tǒng)的重復(fù)性、穩(wěn)定性、一致性、適應(yīng)性開展檢測與實(shí)驗(yàn)工作。本文通過使用多臺(tái)已校準(zhǔn)的ATG-6138M 測汞儀，圍繞DFG-Ⅱ型標(biāo)準(zhǔn)汞發(fā)生與控制裝置的穩(wěn)定性、一致性等指標(biāo)開展以下測試。

3.1 標(biāo)準(zhǔn)汞發(fā)生與控制裝置穩(wěn)定性測試

儀器預(yù)熱后，依次設(shè)定目標(biāo)濃度為10.0 ng/m3、50.0 ng/m3、150.0 ng/m3、200.0 ng/m3，每次濃度達(dá)到輸出標(biāo)準(zhǔn)后，記錄標(biāo)準(zhǔn)檢測儀器的測值，重復(fù)配置5 次，對(duì)比分析設(shè)定濃度與實(shí)際濃度偏差是否符合要求：濃度為0—99.0 ng/m3時(shí)，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差不大于10.00%；濃度為100.0—200.0 ng/m3時(shí)，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差不大于5.00%，測試數(shù)據(jù)見表2。

表2 標(biāo)準(zhǔn)汞自動(dòng)發(fā)生裝置穩(wěn)定性測試記錄Table 2 Stability test record of standard mercury generation and control device

由表2 可見，設(shè)定濃度為10.0 ng/m3、50.0 ng/m3時(shí)，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差分別為7.03%、3.98%，均小于10.00%，符合技術(shù)指標(biāo)要求。設(shè)定濃度為150.0 ng/m3、200.0 ng/m3時(shí)，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差分別為1.77%、2.90%，均小于5.00%，符合技術(shù)指標(biāo)要求。

3.2 標(biāo)準(zhǔn)汞發(fā)生與控制裝置與檢測儀器的一致性測試

待測儀器與標(biāo)準(zhǔn)汞自動(dòng)發(fā)生裝置預(yù)熱完成并校準(zhǔn)合格后，依次設(shè)定目標(biāo)濃度為10.0 ng/m3、50.0 ng/m3、100.0 ng/m3、150.0 ng/m3、200.0 ng/m3，每次濃度達(dá)到輸出標(biāo)準(zhǔn)后，待測儀器開始檢測，每個(gè)目標(biāo)濃度連續(xù)測量5 次，分析待測濃度的準(zhǔn)確度，測試數(shù)據(jù)見表3。

表3 檢測儀器一致性測試記錄Table 3 Consistency test record of testing instrument

由表3 可見，待測儀器測量濃度為10.0 ng/m3、50.0 ng/m3、100.0 ng/m3、150.0 ng/m3、200.0 ng/m3時(shí)，其最大準(zhǔn)確度為7.96%，符合儀器準(zhǔn)確度小于10.00%的指標(biāo)要求。

3.3 多臺(tái)檢測儀器的一致性測試

待測儀器與標(biāo)準(zhǔn)汞自動(dòng)發(fā)生裝置預(yù)熱完成并校準(zhǔn)合格后，依次設(shè)定目標(biāo)濃度為10.0 ng/m3、50.0 ng/m3、100.0 ng/m3、150.0 ng/m3、200.0 ng/m3，每次濃度達(dá)到輸出標(biāo)準(zhǔn)后，待測儀器開始檢測，每個(gè)目標(biāo)濃度連續(xù)測量5 次，分析待測數(shù)據(jù)的一致性，測試記錄見表4。

表4 標(biāo)準(zhǔn)汞自動(dòng)發(fā)生裝置一致性測試記錄Table 4 Consistency test record of standard mercury generation and control device

由表4 可見，設(shè)定濃度為10.0 ng/m3、50.0 ng/m3時(shí)，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差分別為0.21%、1.95%，均小于5.00%，符合技術(shù)指標(biāo)要求；設(shè)定濃度為150.0 ng/m3、200.0 ng/m3時(shí)，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差分別為3.27%、4.64%，均小于10.00%，符合技術(shù)指標(biāo)要求。

4 結(jié)束語

通過標(biāo)準(zhǔn)汞發(fā)生與控制裝置穩(wěn)定性測試、標(biāo)準(zhǔn)汞發(fā)生與控制裝置與檢測儀器的一致性測試、多臺(tái)檢測儀器的一致性測試可知，該裝置穩(wěn)定性達(dá)標(biāo)，可在地震行業(yè)儀器測試時(shí)使用。通過多次實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，裝置須在（25±3）℃環(huán)境下工作，且裝置所處實(shí)驗(yàn)室內(nèi)空氣應(yīng)不對(duì)流，但通風(fēng)良好，若實(shí)驗(yàn)室開啟或關(guān)閉空調(diào)、通風(fēng)櫥等設(shè)備時(shí)，裝置必須開機(jī)預(yù)熱2 h，待環(huán)境溫度完全穩(wěn)定后再開始測量。

目前，廬江地震臺(tái)測汞儀比測平臺(tái)還開展儀器設(shè)備檢定比測實(shí)驗(yàn)，以及測汞儀模擬野外觀測實(shí)驗(yàn)研究工作，并對(duì)不同類型測汞儀進(jìn)行精準(zhǔn)度、重復(fù)性、穩(wěn)定性及一致性等檢測實(shí)驗(yàn)。