CN103048162B - 水体—沉积物界面有机污染物渐升螺旋式被动采样器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种水体—沉积物界面有机污染物渐升螺旋式被动采样器，包括沉积物孔隙水采样器和设置在沉积物孔隙水采样器上方的水体采样器，沉积物孔隙水采样器内垂直设有若干沉积物采样单元，水体采样器内沿垂直方向依次排列设有若干横置的水体采样单元，通过将沉积物孔隙水采样器和水体采样器有机的组合在一起，且垂直设置有沉积物采样单元和沿垂直方向依次排列设有横置的水体采样单元，可以准确地同时获得同一位置不同深度沉积物孔隙水中有机污染物浓度和不同高度上覆水体中有机污染物浓度，即同时多点测得沉积物孔隙水和上覆水体中不同位置的浓度，再通过数学计算处理，便可获得沉积物孔隙水和上覆水体之间的真实扩散通量，本发明用于污染物水体采样技术领域。

Description

水体—沉积物界面有机污染物渐升螺旋式被动采样器

技术领域

本发明涉及水体采样技术领域，特别涉及一种水体—沉积物界面有机污染物渐升螺旋式被动采样器。

背景技术

持久性有机污染物是指在环境中长期残留、迁移并在生物体中蓄积的高毒性疏水有机物，在自然环境中持久性有机污染物主要储存在沉积物有机相，故其在沉积物孔隙水中污染物浓度高于其在水体中的浓度，并不断扩散到上覆水体，通过蒸发、溶解、吸附和生物体吸收等过程在生态系统中循环，由于疏水有机物对生物体具有潜在危害性，正确评估疏水性污染物在沉积物孔隙水和上覆水体之间的交换通量是非常必要的。

现有技术中，传统方法是分别测定沉积物和水体中有机物的浓度，然后进行比较，估算有机污染物的扩散方向和通量，或者采用原位通量测定法即在原位设置通量测试箱，根据被动扩散原理，经过一段时间以后测定箱内吸附剂中目标物的含量，根据平衡分配系数再估算扩散通量。

现有技术中，传统方法虽然简便、直接，但是存在以下缺点，首先是只能测定孔隙水和上覆水体有单个点的数据，难以准确反映浓度变化的特征；其次，界面通量的估算基于浓度梯度为线性的假设，与理论推算和实际情况不符；再次，测定沉积物孔隙水和上覆水体有机物浓度需要大量溶剂，回收率低、分析成本过高。

而原位通量测定法有着可以直接测定扩散通量，受环境因素干扰小的优点，但也存在以下缺点，首先该方法测量的是静态单向扩散通量，即在吸附剂的吸附性驱动下，部分目标物从沉积物或上覆水体中迁移的逸出通量，排除了水体中的目标物向下沉积的通量，因此所测得的不是平衡通量；其次所测的通量是吸附剂位置的通量，不是沉积物到水体的完整扩散通量；再次只能测得某一水体深度的单个数据。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种操作方便且可同时直接多点采集沉积物孔隙水和水体中的有机污染物的水体—沉积物界面有机污染物渐升螺旋式被动采样器。

为解决上述技术问题所采用的技术方案：一种水体-沉积物界面有机污染物渐升螺旋式被动采样器，包括沉积物孔隙水采样器和设置在沉积物孔隙水采样器上方的水体采样器，沉积物孔隙水采样器内垂直设有若干沉积物采样单元，水体采样器内沿垂直方向依次排列设有若干横置的水体采样单元。

进一步作为本发明的改进，沉积物采样单元为沉积物格状采样板，沉积物格状采样板包括隔板、设置在隔板两侧的滤膜，以及设置在滤膜外的第一多孔夹板件，隔板开有若干间隔并列横置的长条状开孔，在开孔内设有吸附膜。

进一步作为本发明的改进，沉积物孔隙水采样器包括若干块彼此拼接在一起且相邻的沉积物格状采样板。

进一步作为本发明的改进，水体采样单元包括吸附膜、设置在吸附膜两侧的滤膜，以及设置在滤膜外的第二多孔夹板件。

进一步作为本发明的改进，水体采样单元围绕着水体采样器的中心从下往上螺旋式依次排列设于水体采样器内。

进一步作为本发明的改进，从下往上依次排列的水体采样单元彼此间隔距离依次增大。

进一步作为本发明的改进，水体采样器包括设置在沉积物孔隙水采样器上端的支撑件、设置在支撑件中心的中心支撑柱和端部的侧支撑柱，以及设置在中心支撑柱和侧支撑柱上端的固定件，水体采样单元设于中心支撑柱和侧支撑柱之间。

进一步作为本发明的改进，第二多孔夹板件的对角线两端设有圆孔，圆孔套接于中心支撑柱和侧支撑柱上，在中心支撑柱和侧支撑柱上安装有不同高度用于支撑第二多孔夹板件的隔环，第二多孔夹板件通过圆孔卡在中心支撑柱和侧支撑柱上彼此相邻的隔环之间。

进一步作为本发明的改进，吸附膜为聚乙烯吸附膜，滤膜为玻璃纤维滤膜。

有益效果：此水体-沉积物界面有机污染物渐升螺旋式被动采样器通过将沉积物孔隙水采样器和水体采样器有机的组合在一起，且在沉积物孔隙水采样器垂直设置有沉积物采样单元，在水体采样器沿垂直方向依次排列设有若干横置的水体采样单元，可以准确地同时获得同一位置不同深度沉积物孔隙水中有机污染物浓度和不同高度上覆水体中有机污染物浓度，即同时多点测得沉积物孔隙水和上覆水体中不同位置的浓度，由此获得沉积物-水界面上下不同相中的真实浓度梯度变化，再通过数学计算处理，便可获得沉积物孔隙水和上覆水体之间的真实扩散通量。

附图说明

下面结合附图和实施方式对本发明做进一步的说明；

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明中水体采样单元的结构示意图；

图3为本发明中水体采样单元的组合结构示意图；

图4为本发明中沉积物采样单元的结构示意图；

图5为本发明中沉积物孔隙水采样器的结构示意图。

具体实施方式

参照图1至图5，本发明为一种水体—沉积物界面有机污染物渐升螺旋式被动采样器，包括沉积物孔隙水采样器2和设置在沉积物孔隙水采样器2上方的水体采样器1，沉积物孔隙水采样器2内垂直设有若干沉积物采样单元4，水体采样器1内沿垂直方向依次排列设有若干横置的水体采样单元3。

此水体—沉积物界面有机污染物渐升螺旋式被动采样器通过将沉积物孔隙水采样器2和水体采样器1有机的组合在一起，且在沉积物孔隙水采样器2垂直设置有沉积物采样单元4，在水体采样器1沿垂直方向依次排列设有若干横置的水体采样单元3，可以准确地同时获得同一位置不同深度沉积物孔隙水中有机污染物浓度和不同高度上覆水体中有机污染物浓度，即同时多点测得沉积物孔隙水和上覆水体中不同位置的浓度，由此获得沉积物-水界面上下不同相中的真实浓度梯度变化，再通过数学计算处理，便可获得沉积物孔隙水和上覆水体之间的真实扩散通量。

现有技术中的原位通量测定法只能测定某一水体深度的从沉积物孔隙水到上覆水体的单向扩散通量，而不能测定平衡扩散通量，也不能获得所测点位的沉积物孔隙水中有机污染物的浓度数据。

对于沉积物孔隙水和上覆水体的有机污染物采样提取，通过设有沉积物采样单元4和水体采样单元3进行被动吸附有机污染物，免除诸如大量样品的采集、离心分离、溶剂提取、超声萃取等繁琐、耗时的操作，大大降低了样品的采集和前处理成本，大幅度提高样品分析效率和数据准确度。

作为本发明的优选实施方式，沉积物采样单元4为沉积物格状采样板，沉积物格状采样板包括隔板41、设置在隔板41两侧的滤膜42，以及设置在滤膜42外的第一多孔夹板件43，隔板41开有若干间隔并列横置的长条状开孔，在开孔内设有吸附膜44。

隔板41和第一多孔夹板件43采用不锈钢板件制成，在隔板41中开有若干间隔并列横置的长条状开孔形成多个空格，在空格内设有吸附膜44，吸附膜44的数量和尺寸与隔板41上的空格的数量和尺寸相匹配，在设置有吸附膜44的隔板41两侧贴覆有滤膜42，在滤膜42外还设有第一多孔夹板件43，通过不锈钢螺钉组件将隔板41、滤膜42及第一多孔夹板件43依次紧固装配成单片状的沉积物格状采样板，通过第一多孔夹板件43可起到支撑和保护吸附膜44和滤膜42的作用，保证其处于垂直的状态，提高数据的准确性，而滤膜42的作用是滤除颗粒物和在吸附膜44和第一多孔夹板件43之间形成一定的含水空间，以利于有机污染物在吸附膜44和水中的扩散与交换。

作为本发明的优选实施方式，沉积物孔隙水采样器2包括若干块彼此拼接在一起且相邻的沉积物格状采样板。

沉积物孔隙水采样器2采用四块沉积物格状采样板拼接形成，在沉积物格状采样板的拼接处采用不锈钢角钢连接固定。

作为本发明的优选实施方式，水体采样单元3包括吸附膜44、设置在吸附膜44两侧的滤膜42，以及设置在滤膜42的第二多孔夹板件31。

通过不锈钢螺钉组件将吸附膜44、滤膜42及第二多孔夹板件31紧固装配成单片状的水体采样单元3，通过第二多孔夹板件31可起到支撑和保护吸附膜44和滤膜42的作用，保证其处于水平的状态，提高数据的准确性，而滤膜42的作用是滤除颗粒物和在吸附膜44和第二多孔夹板件31之间形成一定的含水空间，以利于有机污染物在吸附膜44和水中的扩散与交换。

作为本发明的优选实施方式，水体采样单元3围绕着水体采样器1的中心从下往上螺旋式依次排列设于水体采样器1内。

作为本发明的优选实施方式，从下往上依次排列的水体采样单元3彼此间隔距离依次增大。

在上覆水体中，有机污染物在垂直方向上的浓度变化是非线性的，因此，相邻水体采样单元3在沿垂直方向上按等差级数间隔排列，水体采样单元3绕着水体采样器1的中心轴线螺旋式依次排列，且依次排列的水体采样单元3之间的间隔距离按等差级数依次增大，水体采样单元3采用这种螺旋渐升式的排列方式，可使同一垂直方向上相隔的水体采样单元3之间的间距增大三倍以上，降低和消除因高度方向相隔的两水体采样单元3之间的耗竭性干扰而导致的负误差。

作为本发明的优选实施方式，水体采样器1包括设置在沉积物孔隙水采样器2上端的支撑件11、设置在支撑件11中心的中心支撑柱12和端部的侧支撑柱13，以及设置在中心支撑柱12和侧支撑柱13上端的固定件14，水体采样单元3设于中心支撑柱12和侧支撑柱13之间。

支撑件11为采用不锈钢制成的十字型支架，安装在沉积物孔隙水采样器2的上端用于支撑水体采样单元3，中心支撑住12安装于十字型支架中心，四根侧支撑柱13安装于十字型支架四个端部，中心支撑住12和侧支撑柱13用于支撑按螺旋渐升式排列方式的水体采用单元3，固定件14也为采用不锈钢制成的与支撑件11相应的十字型支架，固定件14通过螺帽固定中心支撑住12和侧支撑柱13。

作为本发明的优选实施方式，第二多孔夹板件31的对角线两端设有圆孔，圆孔套接于中心支撑柱12和侧支撑柱上13，在中心支撑柱12和侧支撑柱13上安装有不同高度用于支撑第二多孔夹板件31的隔环15，第二多孔夹板件31通过圆孔卡在中心支撑柱13和侧支撑柱14上彼此相邻的隔环15之间。

在中心支撑柱13和侧支撑柱14套装有不同高度的隔环15，第二多孔夹板件31的对角线两端开有大小与中心支撑柱13和侧支撑柱14相对应的圆孔，第二多孔夹板件31通过圆孔31套入中心支撑柱13和侧支撑柱14使其卡在相邻的隔环15之间，使第二多孔夹板件31安装在中心支撑柱13和侧支撑柱14之间，通过将不同高度的隔环15排列组合，使水体采用单元3在中心支撑柱13和侧支撑柱14之间按螺旋渐升式的排列方式固定于水体采样器1内的预定高度上。

作为本发明的优选实施方式，吸附膜44为聚乙烯吸附膜，滤膜42为玻璃纤维滤膜。

本发明被动式水体采样器通过设置在沉积物采样单元4和水体采样单元3中的聚乙烯吸附膜作为吸附剂原位吸附持久性有机污染物，被吸附采样的样品用有机溶剂从聚乙烯吸附膜上定量洗脱后，用色谱-质谱方法进行定性与定量分析，再根据分析数据，通过数学处理计算出沉积物孔隙水和上覆水体之间的真实扩散通量。

上面结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但是本发明不限于上述实施方式，在所述技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。

Claims (5)

1.水体—沉积物界面有机污染物渐升螺旋式被动采样器，其特征在于：包括沉积物孔隙水采样器（2）和设置在所述沉积物孔隙水采样器（2）上方的水体采样器（1），所述沉积物孔隙水采样器（2）内垂直设有若干沉积物采样单元（4），所述水体采样器（1）内沿垂直方向依次排列设有若干横置的水体采样单元（3），所述沉积物采样单元（4）为沉积物格状采样板，所述沉积物格状采样板包括隔板（41）、设置在所述隔板（41）两侧的滤膜（42），以及设置在所述滤膜（42）外的第一多孔夹板件（43），所述隔板（41）开有若干间隔并列横置的长条状开孔，在所述开孔内设有吸附膜（44），所述的水体采样单元（3）包括吸附膜（44）、设置在所述吸附膜（44）两侧的滤膜（42），以及设置在所述滤膜（42）外的第二多孔夹板件（31），所述的水体采样单元（3）围绕着水体采样器（1）的中心从下往上螺旋式依次排列设于水体采样器（1）内，所述从下往上依次排列的水体采样单元（3）彼此间隔距离依次增大。

2.根据权利要求1所述的水体—沉积物界面有机污染物渐升螺旋式被动采样器，其特征在于：所述沉积物孔隙水采样器（2）包括若干块彼此拼接在一起且相邻的沉积物格状采样板。

3.根据权利要求1或2所述的水体—沉积物界面有机污染物渐升螺旋式被动采样器，其特征在于:所述的水体采样器（1）包括设置在沉积物孔隙水采样器（2）上端的支撑件（11）、设置在所述支撑件（11）中心的中心支撑柱（12）和端部的侧支撑柱（13），以及设置在所述中心支撑柱（12）和侧支撑柱（13）上端的固定件（14），所述水体采样单元（3）设于所述中心支撑柱（12）和侧支撑柱（13）之间。

4.根据权利要求3所述的水体—沉积物界面有机污染物渐升螺旋式被动采样器，其特征在于:所述第二多孔夹板件（31）的对角线两端设有圆孔，所述圆孔套接于中心支撑柱（12）和侧支撑柱上（13），在所述中心支撑柱（12）和侧支撑柱（13）上安装有不同高度用于支撑第二多孔夹板件（31）的隔环（15），所述第二多孔夹板件（31）通过圆孔卡在中心支撑柱（13）和侧支撑柱（14）上彼此相邻的隔环（15）之间。

5.根据权利要求1或2所述的水体—沉积物界面有机污染物渐升螺旋式被动采样器，其特征在于:所述的吸附膜（44）为聚乙烯吸附膜，所述的滤膜（42）为玻璃纤维滤膜。