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miniRUEDI便攜式膜進樣質(zhì)譜儀

miniRUEDI便攜式膜進樣質(zhì)譜儀是一種便攜式質(zhì)譜儀，用于定量分析氣體和水中的He（氦）、Ne（氖）、Ar（氬）、Kr（氪）、N?（氮氣）、O?（氧氣）、CO?（二氧化碳）、CH?（甲烷）、H?（氫氣）以及其他氣體成分。

該儀器由瑞士聯(lián)邦水生科學技術(shù)研究所（Eawag）開發(fā)（并持續(xù)改進）。專為環(huán)境研究設(shè)計，能夠在野外偏遠地區(qū)進行免維護的現(xiàn)場氣體分析。

其膜進樣器與質(zhì)譜儀的耦合技術(shù)基于氣體平衡膜進樣質(zhì)譜法，能夠簡單而精確地定量分析流動水（流量?1L/min）中的溶解氣體濃度，無需使用已知氣體濃度的外部水標準進行校準。

儀器的控制軟件和數(shù)據(jù)處理軟件支持分析結(jié)果可重復性、長期分析使用，也允許用戶靈活地實現(xiàn)針對特定應(yīng)用的氣體分析和數(shù)據(jù)處理。

主要特點

ü 精確定量分析氣體或水中He、Ne、Ar、Kr、N?、O?、CO?、CH?、H?等成分。

ü 膜進樣方式，能夠準確、無偏差地定量分析水中的溶解氣體。

ü 簡單可靠的校準：使用環(huán)境空氣或標準氣體進行校準（不僅適用于氣體分析，也適用于水分析），無需依賴難以制備和處理的已知氣體濃度的水標準，簡化了校準過程。

ü 專為偏遠地區(qū)免維護現(xiàn)場氣體分析設(shè)計：

2 簡單且自動化的校準

2 低功耗

2 堅固的結(jié)構(gòu)

2 免維護

2 支持遠程控制

技術(shù)參數(shù)

l 分析范圍：ppm級至100% v/v（已在類似空氣的氣體基質(zhì)中使用He、Ar和Kr進行測試）

l 分析不確定度：通常為1-3%（已在類似空氣的氣體基質(zhì)中對He、Ar、Kr、N?和O?進行測試）

l 校準：使用環(huán)境空氣作為標準氣體，用于分析類似空氣的氣體或水中的He、Ar、Kr、N?和O?

l 氣體入口：常壓下設(shè)有6個進氣口（可根據(jù)要求增加進氣口數(shù)量）

l 樣品氣體消耗量低：≤0.1 mL/min

l 尺寸和重量（包括便攜箱）：80cm×52cm×32cm，32kg

l 電源：24V（DC），可使用110-230V交流電（AC）電源轉(zhuǎn)換器（隨附）或電池、太陽能電池板等供電

l 功耗：50W（正常運行時）

l 軟件：用于儀器控制和數(shù)據(jù)處理，支持靈活實現(xiàn)定制分析程序和數(shù)據(jù)處理（支持Python、GNU Octave）。

配件

l GE-MIMS膜模塊：用于水中溶解氣體分析。

l 總氣體壓力傳感器（例如，用于GE-MIMS分析），與ruediPy軟件兼容。

l 溫度傳感器（例如，用于GE-MIMS分析），與ruediPy軟件兼容。

應(yīng)用案例

案例1：富士山深層地下水研究

Oliver Schilling及其團隊結(jié)合miniRUEDI數(shù)據(jù)、環(huán)境DNA和釩示蹤劑，觀察到富士山的淡水泉水不僅由高海拔地區(qū)的補給水供給，還受到深層地下水的上涌影響，富士山的水文系統(tǒng)比以往認為的更為復雜。

案例2：波阿斯（Poas）火山氣體分析

Alan Seltzer和Mike Broadley等用miniRUEDI分析波阿斯火山氣孔中的氣體。

案例3:探測地下水流向

瑞士聯(lián)邦水生科學技術(shù)研究所（Eawag）與其合作伙伴CHYN和Rhesi使用miniRUEDI追蹤了一條大型河流附近的地下水流向。為了模擬河流修復后可能發(fā)生的自然侵蝕事件，河床被人工挖掘。研究人員通過向不同的地下水流注入不同的稀有氣體，并利用miniRUEDI監(jiān)測附近抽水井中的突破曲線。這一注入實驗在一年內(nèi)重復了多次。這些測量結(jié)果揭示了河流與地下水交換如何隨著河床的挖掘和侵蝕后的“愈合"而變化。這一新的示蹤工具及其帶來的見解對于修復河流系統(tǒng)附近的地下水管理和飲用水生產(chǎn)具有重要意義。

案例4：研究地下水的PCE污染

Chrisitan Moeck和Ewag使用miniRUEDI研究了城市水系統(tǒng)中的地下水流動和過氯乙烯（PCE）的輸送。他們使用miniRUEDI測量溶解的He濃度，以建立與³H/³He地下水年齡的關(guān)系，表征水流并提供地下水系統(tǒng)的概念。地下水年齡數(shù)據(jù)（miniRUEDI He, ³H/³He）與水化學數(shù)據(jù)、水同位素（¹⁸O和²H）和PCE濃度相結(jié)合，顯示了人工入滲地下水與區(qū)域流道水之間的空間混合。此外，地下水年齡與PCE濃度的相關(guān)性解釋了地下水系統(tǒng)中PCE污染的空間分布。同時，觀察到斷層提供了優(yōu)先的流動路徑，導致PCE濃度升高。

案例5: miniRUEDI在DIVE項目中的應(yīng)用

法國格勒諾布爾的Isterre實驗室和德國波茨坦的GFZ（德國地球科學研究中心）在DIVE國際大陸鉆探計劃（ICDP）項目中合作，實時監(jiān)測鉆井過程中的氣體。在意大利Ivrea-Verbano地區(qū)，鉆探了兩個近千米深的鉆孔，以探測深部大陸地殼及其向地幔的過渡。miniRUEDI與其他氣體分析儀一起，在整個鉆井過程中成功部署（連續(xù)兩次，每次四個月不間斷運行）。由格勒諾布爾阿爾卑斯大學的博士Hugo Dutoit負責監(jiān)測工作，數(shù)據(jù)表明，深層裂隙流體的遷移可以通過泥漿氣體測井進行追蹤。

案例6：miniRUEDI不僅限于地下水研究，而是作為多氣體示蹤劑測試的新工具

瑞士聯(lián)邦水生科學技術(shù)研究所（Eawag）與納沙泰爾大學（Uni Neuchatel）合作，開發(fā)并測試了miniRUEDI作為使用不同稀有氣體進行人工示蹤測試的工具。

在第一次測試中，氦氣脈沖被注入河流中。miniRUEDI用于分析附近地下水系統(tǒng)中的氦濃度，觀測到的氦突破曲線表明河水大量流失至下方的含水層。在第二次測試中，不同稀有氣體（氦、氪和氙）的多次脈沖被分別注入含水層的不同位置。miniRUEDI用于記錄下游地下水流中不同氣體的突破曲線，從而揭示了地下水流場的變化，并展示了流場如何響應(yīng)附近河流與含水層之間水力連通性的改變。在這兩次測試中，miniRUEDI高效地提供了關(guān)于河流與地下水交換及其對地下水質(zhì)量影響的有價值的新見解。

案例7:miniRUEDI揭示氣體如何控制飲用水中砷的積累

Alex Lightfoot和瑞士聯(lián)邦水生科學技術(shù)研究所（Eawag）、澳大利亞聯(lián)邦科學與工業(yè)研究組織（CSIRO）、荷蘭地下水系統(tǒng)研究計劃（RIBES）以及卡爾斯魯厄理工學院（KIT）的研究者使用miniRUEDI研究了地下水與紅河三角洲（越南）含水層中氣體的相互作用。研究表明了氣體如何控制地下水中砷的遷移和積累。