CN105203364A - 海水中有机污染物富集装置及富集方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种海水中有机污染物富集装置及富集方法，包括自动进样系统、样品瓶平移系统、用于对海水样品进行搅拌并采用磁性吸附原理萃取海水样品中的目标有机污染物的搅拌转移系统、驱动搅拌转移系统水平和上下移动的运动系统以及使洗脱溶剂产生涡旋的涡旋系统。本发明的富集装置采用并行处理-直线布设的结构设计，可实现目标有机污染物从进样到萃取富集整个过程的全自动化，一次处理可生成多个待测样，大大提升了海水样品的前处理效率。此外，采用永磁铁配合薄壁玻璃管的设计方式对磁性萃取介质进行吸附和脱离，有效解决了电磁铁因剩磁导致萃取介质脱离不完全而造成的检测误差问题，有助于提高检测精度。

Description

海水中有机污染物富集装置及富集方法

技术领域

本发明属于海洋环境监测技术领域，具体地说，是涉及一种应用于海水水样前处理过程中，对海水水样中的有机污染物进行萃取富集的装置以及基于所述富集装置提出的有机污染物富集方法。

背景技术

海水中的持久性有机污染物（PersistentOrganicPollutants,POPs），虽然绝对含量非常低（10^-12～10^-9g/L），但不易降解，且具有“三致”毒性，而且其毒性还可以累积并通过食物链传递，因此会对海洋生态系统造成严重的威胁，已成为目前海洋环境污染问题研究的焦点之一。

由于海水样品中的POPs含量很低，而且基体复杂，因此在测定之前通常需要进行样品的预处理，以降低或者消除干扰物，富集净化目标物，最终实现目标污染物的高灵敏度检测。然而，传统的样品预处理技术在对海水样品进行处理时，通常存在以下问题：

（1）目标污染物含量低，样品预处理需要消耗大量的样本溶液，耗时耗力，处理通量低；

（2）水体中杂质、海藻、浮游生物较多，一些常用的萃取方法（例如固相萃取SPE，固相微萃取SPME）难以直接实施；例如在使用传统的SPE萃取方法对复杂样品（含有悬浮物、浮游生物等）进行萃取的过程时，经常会遇到萃取柱堵塞等问题，从而影响了萃取过程的正常进行；

（3）缺乏采样现场高效预处理设备,一个调查采样航期一般比较长,特别是远洋调查，难以实现现场采样、现场分析。目前POPs含量调查均采用传统的采样-实验室分析方法，即现场采样→封装→转运→实验室预处理→实验室测定的处理流程。由于在样品处理前需要经过封装、运输、存储等过程，因此工作量大，实时性差，不能提供连续的数据；而且在采样和储运过程中，还可能造成样品的“沾污”和“转化”，导致检测结果的不准确。同时，由于样品的处理时间较长，因此不能快速地获得检测数据，难以实时反映海水的实际情况。

发明内容

本发明为了解决现有的海水污染物预处理方法工序繁琐、衔接性差、耗时耗力的问题，提出了一种快速、高效、易于应用的海水中有机污染物富集装置，可以大大缩短处理时间，提高检测效率。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案予以实现：

一种海水中有机污染物富集装置，包括基座、自动进样系统、涡旋系统、样品瓶平移系统、搅拌转移系统和运动系统；其中，所述自动进样系统安装在基座上，吸取海水样品，并通过N路出样管排出，所述N为大于1的正整数；所述涡旋系统安装在基座上，包括用于固定试剂瓶的套筒以及用于使试剂瓶中的洗脱溶剂产生涡旋的涡旋部，所述套筒设置有N个，每一个套筒固定一个试剂瓶；所述样品瓶平移系统安装在基座上，且位于所述自动进样系统和涡旋系统之间，包括承载板和动力部，在所述承载板上形成有N个用于限位样品瓶的瓶座；在富集开始前，所述动力部驱动承载板平移，使N个样品瓶的瓶口与N个所述的出样管一一对应；所述搅拌转移系统位于所述样品瓶平移系统的上方，包括N个搅拌器和N个底部封闭的玻璃管，所述N个搅拌器用于对N个样品瓶中的海水样品进行搅拌；在每一个玻璃管中均安装有永磁铁，所述永磁铁通过提拉绳连接卷升机构，通过卷升机构带动永磁铁在玻璃管中升降；所述运动系统安装在基座上，包括横向滑架和纵向滑架，所述搅拌转移系统安装在横向滑架上，所述横向滑架带动搅拌转移系统中的搅拌器和玻璃管在样品瓶和试剂瓶之间移动；所述纵向滑架驱动横向滑架上下移动，以分别控制搅拌器伸入或者脱离样品瓶，玻璃管伸入或者脱离样品瓶或试剂瓶。

为了实现自动进样，在所述自动进样系统中还设置有用于伸入到待测的海水样品中的进样管；连通所述的进样管，用于过滤掉所述海水样品中的杂质的过滤器；连通所述的过滤器，并通过进样管吸取海水样品的蠕动泵；设置在过滤器与蠕动泵之间或者设置在蠕动泵与所述的N路出样管之间，通过控制电磁阀通断，以控制进样时间的电磁阀。

进一步的，在所述样品瓶平移系统的动力部中设置有步进电机、丝杆、丝杆螺母、支撑所述丝杆的轴承座和滑轨；所述丝杆联接步进电机，在步进电机的驱动下旋转；所述丝杆螺母安装在所述的丝杆上，并与所述的承载板固定连接，所述丝杆驱动丝杆螺母移动，继而带动承载板平移；所述滑轨沿平行于所述丝杆的方向布设，用于支撑所述的承载板，在所述滑轨上安装有滑块，所述滑块与承载板安装固定，支撑承载板沿滑轨平移。

进一步的，在所述搅拌转移系统中还包括为所述N个搅拌器的旋转提供动力的搅拌电机、连接所述搅拌电机并在搅拌电机的驱动下旋转的主同步轮以及N个从同步轮；在所述的N个从同步轮中，位于首位的从同步轮通过同步带连接主同步轮，在主同步轮的带动下旋转；相邻两个从同步轮通过同步带连接，传递动力；所述的N个从同步轮与N个搅拌器一一对应连接，驱动N个搅拌器同步旋转。

又进一步的，在所述搅拌转移系统中还包括基板，安装在所述的横向滑架上，所述主同步轮、N个从同步轮和卷升机构安装在基板的上方，所述搅拌电机、搅拌器和玻璃管位于基板的下方。

作为所述卷升机构的一种优选设计方案，在所述卷升机构中设置有步进电机、连接步进电机的卷轴和支撑所述卷轴的轴承座，在所述卷轴上形成有N圈凹槽，每一圈凹槽中缠绕一根提拉绳，每一根提拉绳连接一组永磁铁，每一组永磁铁套装在一个所述的玻璃管中；在每一组永磁铁中均设置有4-6个球形永磁铁，所述4-6个球形永磁铁连成一串，形成多个吸附区。

进一步的，在所述运动系统中，其横向滑架和纵向滑架上分别安装有作为动力部件的步进电机和由步进电机驱动的传动机构；在所述横向滑架上设置有用于检测搅拌转移系统横向行走位置的左、中、右三个接近开关；在所述纵向滑架上设置有用于检测所述横向滑架垂直升降位置的上、中、下三个接近开关。

作为所述涡旋系统的一种优选设计方案，在所述涡旋系统中设置有N个涡旋部，分别与N个所述的套筒一一对应连接，在每一个所述的涡旋部中均设置有一根偏心轴，所述偏心轴的顶部通过偏心轴卡套连接所述套筒的底部，在所述偏心轴卡套的外侧安装有卡子，卡子上形成有耳板，耳板上挂接有弹簧，弹簧的另一端连接挂片，挂片安装在所述的基座上；所述偏心轴的底部连接同步轮，相邻两个涡旋部中的同步轮通过同步带传递动力，其中一个同步轮连接电机，通过电机提供动力。

为了实现自动控制，在所述富集装置中还设置有控制单元，连接所述的自动进样系统、样品瓶平移系统、搅拌转移系统、运动系统和涡旋系统，利用所述控制单元控制各系统中的电子部件动作，并接收反馈信号，例如所述接近开关反馈的检测信号等。

基于上述海水中有机污染物富集装置，本发明还提出了一种采用所述富集装置设计的有机污染物富集方法，包括以下步骤：

a、控制样品瓶平移系统和运动系统移动至初始位置，使搅拌器和玻璃管脱离样品瓶和试剂瓶，并使N个样品瓶的瓶口与N路出样管一一对准；称取定量的磁性萃取介质，倒入样品瓶中；

b、启动自动进样系统，抽取定量的海水样品，并通过N路出样管注入到N个样品瓶中；

c、启动样品瓶平移系统向远离出样管的方向平移，并使样品瓶的瓶口正对搅拌器；然后，启动纵向滑架驱动横向滑架下移，将搅拌器伸入到样品瓶中；

d、驱动搅拌器旋转，使磁性萃取介质在海水样品中加速分散，吸附目标有机污染物，并在延时设定时间后，启动纵向滑架驱动横向滑架上移，使搅拌器脱离样品瓶；

e、启动横向滑架驱动搅拌转移单元移动，使玻璃管正对样品瓶的瓶口；然后，启动纵向滑架驱动横向滑架下移，将玻璃管下放至样品瓶中；

f、启动卷升机构下放永磁铁，将海水样品中的磁性萃取介质吸附到玻璃管的底部位置；然后，启动纵向滑架驱动横向滑架上移，使所述玻璃管脱离样品瓶；

g、启动横向滑架驱动搅拌转移单元移动，使玻璃管正对试剂瓶的瓶口；然后，启动纵向滑架驱动横向滑架下移，将玻璃管伸入到试剂瓶中；

h、启动卷升机构提升永磁铁，使磁性萃取介质脱离玻璃管，分散到试剂瓶中；

i、启动纵向滑架驱动横向滑架上移，将玻璃管脱离试剂瓶；然后，启动涡旋部运行，使磁性萃取介质在试剂瓶中的洗脱溶剂中涡旋分散；

j、启动纵向滑架驱动横向滑架下移，将玻璃管伸入到试剂瓶中；然后，启动卷升机构下放永磁铁，吸附洗脱溶剂中的磁性萃取介质；

k、启动纵向滑架驱动横向滑架上移，将玻璃管脱离试剂瓶；然后，启动卷升机构提升永磁铁，使磁性萃取介质脱离玻璃管并进行收集；此时，在试剂瓶中形成富集有目标有机污染物的制备溶剂。

优选的，在所述步骤i中，首先启动涡旋部低速运行，使磁性萃取介质完全脱离玻璃管；然后，启动纵向滑架驱动横向滑架上移，将玻璃管脱离试剂瓶；接着，启动涡旋部高速运行，使目标有机污染物分散到洗脱溶剂中。

与现有技术相比，本发明的优点和积极效果是：本发明专门针对海水中痕量持久性有机污染物设计富集装置，可实现待测海水进样以及目标污染物萃取富集过程的全程自动控制，特别适合对大体积水样中各类痕量有机污染物的萃取富集。通过并行设计多路取样、搅拌、洗脱系统，一次处理可生成多个待测样，不仅成倍地提升了海水样品的前处理效率，而且每两个待测样作为平行样，可分别用来对有机污染物进行定性定量检测，例如针对水体样本中不同种类痕量有机物（如PAHs，PCBs，OCPs等）的定性定量检测。此外，通过采用永磁铁配合玻璃管的设计方式对磁性萃取介质进行吸附和脱离，可以有效解决电磁铁由于剩磁导致萃取介质脱离不完全而造成的检测误差，提高了检测精度。

结合附图阅读本发明实施方式的详细描述后，本发明的其他特点和优点将变得更加清楚。

附图说明

图1是本发明所提出的海水中有机污染物富集装置的一种实施例的整体结构示意图；

图2是图1的前视图；

图3和图4是图1中搅拌转移系统的两个不同方向的结构示意图；

图5是图1中涡旋系统的一种实施例的结构示意图；

图6是图5的纵向剖视图；

图7是本发明所提出的有机污染物富集方法的一种实施例的工作流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式进行详细地描述。

在本实施例的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

本实施例为了加快海水中持久性有机污染物的萃取富集速度，提高样品的处理通量，避免水样在运输过程中潜在的污染和性质改变等问题，提出了一种采用磁性纳米粒子萃取富集海水中持久性有机污染物的方法，通过搅拌、永磁铁吸附、转移、涡旋洗脱等一系列处理手段实现对目标有机污染物的快速富集。

为实现上述设计目的，本实施例首先设计了一种用于富集海水中有机污染物的装置，真正实现了从进样到萃取富集处理的完全自动化。

参见图1所示，本实施例的海水中有机污染物富集装置（以下简称富集装置）主要由基座100、自动进样系统200、涡旋系统600、样品瓶平移系统300、搅拌转移系统400和运动系统500等部分组成。其中，基座100作为整个装置的承载平台，支撑并承载所述的自动进样系统200、样品瓶平移系统300、搅拌转移系统400、运动系统500和涡旋系统600，使装置形成一个整体，便于搬运。为了提高海水样品的富集效率，本实施例采用平行处理-直线排布的方式设计整个装置，把部件按照进样-样品瓶平移-搅拌萃取-涡旋洗脱的顺序直线式布设，并可根据具体用途和对设备体积的限制拓展成N行，所述N为大于1的正整数，优选设计成2~6行，从而可以在一次富集过程同时生成N个待测样，不仅使得富集效率N倍提升，而且可将每两个待测样作为一组平行样对有机污染物进行定性定量检测，例如针对水体样本中不同种类痕量有机物（如PAHs，PCBs，OCPs等）的定性定量检测，进而有助于提高检测结果的准确性。

将所述自动进样系统200和涡旋系统600分设在基座100的相对两侧，例如，将自动进样系统200布设在基座的左侧，将涡旋系统600布设在基座的右侧，样品瓶平移系统300布设在中间，如图1、图2所示，形成直线排布方式。在所述自动进样系统200中设置进样管201、过滤器202、蠕动泵203、电磁阀204和出样管205，各部件可以直接安装在基座100上（如图1所示），也可以首先安装在一个独立的壳体上，然后再装配到所述的基座100上。将所述进样管201从基座100上向外伸出，以能够伸入到待测的海水样品溶液中吸取海水样品。将所述进样管201、过滤器202、蠕动泵203、电磁阀204和出样管205通过管道顺次连通，在需要吸取海水样品时，首先打开电磁阀204将进样管路连通，然后启动蠕动泵203提供抽吸力。待测的海水样品在蠕动泵203的抽吸力的作用下，经进样管201进入过滤器202，通过过滤器202过滤掉其中的杂质后，经由蠕动泵203、电磁阀204和出样管205注入到样品瓶平移系统300中的样品瓶301中，完成自动进样过程。为了提高富集效率，本实施例在所述自动进样系统200中设计了N个出样管205，图1以N=2为例进行了图示。将N个出样管205前后并行排布，并与样品瓶平移系统300中的N个样品瓶301的瓶口一一相对，以实现准确注射。

在本实施例中，所述过滤器202的过滤孔径优选为0.45微米，以有效过滤杂质，避免管路阻塞。进样容积的控制可以由所述蠕动泵203的泵速和所述电磁阀204的通电时长（所述电磁阀204的阀芯通电打开、断电闭合）加以调节。当然，所述蠕动泵203也可以采用其他水泵加以替换，本实施例对此不进行具体限制。

在所述样品瓶平移系统300中设置有样品瓶301、承载板302和动力部。所述样品瓶301设置有N个，前后并行排放在承载板302上，图1以并排放置两个样品瓶301为例进行了图示。由于有机污染物在海水样品中的含量很低，因此，所述样品瓶301的容积以1L为宜。为了避免样品瓶301在平移过程中发生倾倒，本实施例优选在承载板302上开设凹槽，以形成样品瓶301的底座，对样品瓶301进行限位。将承载板302安装在动力部上，通过动力部驱动承载板302携带样品瓶301平移。

在所述动力部中设置有作为动力源的步进电机303，结合图1、图2所示，所述步进电机303通过联轴器304连接丝杆311，驱动丝杆311转动，丝杆311上套装有丝杆螺母306，将承载板302固装在所述的丝杆螺母306上，在步进电机303驱动丝杆311转动时，丝杆螺母306带动承载板302平移。为了实现对所述丝杆311的支撑，本实施例在所述基座100上安装了左、右两个轴承座307、305，所述轴承座307、305可以采用首先安装在一块底板310上，然后再将所述底板310安装到基座100上的方式进行设计。将所述丝杆311的一端伸入轴承座307中，并通过弹簧卡子卡牢限位；另一端设计成三段阶梯状，从头部向内依次为光轴段、外螺纹段和光轴段，且直径逐段变大。将轴承座305套装在位于内侧的光轴段上，并用带止位销钉的螺母旋于所述的外螺纹段，加以调整固定。然后，将位于丝杆311头部的所述光轴段与联轴器304的一端相连，联轴器304的另一端连接步进电机303的输出轴，实现传动。

优选的，本实施例设计所述轴承座307呈凸字形结构，内部通孔设有轴承，所述轴承的布设位置可在内孔中沿轴向调整，凸字形结构的双肩设有安装孔，通过螺栓安装于底板310上。

为了对承载板302起到支撑导向的作用，本实施例在基座中间区域的前后两侧还设置有滑轨308，滑轨308上安装有滑块309，将所述承载板302固定在滑块309上，使承载板302通过滑块309在滑轨308上直线平移。

本实施例在左、右两块基板310上还可以进一步安装接近开关，以对承载板302的移动位置进行精确控制。

在所述样品瓶平移系统300的上方设置所述的搅拌转移系统400，如图1所示，以完成对样品瓶301中的海水样品的搅拌和有机污染物的吸附转移工作。在所述搅拌转移系统400中设置有N个搅拌器401和N个底部封闭的玻璃管402，结合图3、图4所示。所述N个搅拌器401用于对N个样品瓶301中的海水样品进行搅拌；在每一个所述的玻璃管402中均安装有永磁铁，将永磁铁通过提拉绳连接至卷升机构，以通过卷升机构带动永磁铁在玻璃管402中升降，吸附或者释放磁性萃取介质。

具体来讲，可以在所述搅拌转移系统400中设置一块基板405，基板405下方安装所述的搅拌器401、玻璃管402和搅拌电机406，上方安装卷升机构以及带动搅拌器401旋转的同步轮，如图3、图4所示。将所述搅拌电机406通过联轴器408连接轴412，将主同步轮409固定在轴412上，从而使搅拌电机406可以驱动主同步轮409旋转。为了降低装置成本，达到使用一台搅拌电机406同时驱动N个搅拌器401旋转的目的，本实施例采用联动设计，在基板405上设置N个从同步轮410，相邻两个从同步轮410之间采用同步带411连接，且位于首位的从同步轮410通过同步带407连接所述的主同步轮409，以实现动力传递。将所述的N个搅拌器401与N个从同步轮410一一对应连接，具体可以将搅拌器401通过联轴器423、轴承座421与轴413连接，然后将从同步轮410固定到轴413上，以使从同步轮410能够带动搅拌器401旋转。

为了方便安装，本实施例设计轴413为五级阶梯状，将从同步轮410套装于第一轴段，并通过侧面设计的螺钉固联；第二轴段起到隔环作用，将所述从同步轮410与所述轴承座421隔离开；第三轴段与所述轴承座421的内轴承相配合；第四轴段为螺纹孔段，便于安装带止位销钉的螺母，进而调整固定所述轴承座421；第五轴段为光轴段，与所述的联轴器423相连。

在所述搅拌器401中设置有搅拌杆403和搅拌片404，所述搅拌杆403优选采用聚四氟材料制成，一端连接联轴器423，另一端安装所述的搅拌片404。在本实施例中，所述搅拌片404优选设计成月牙形，包括两片，静止时在重力作用下自然下垂；当搅拌杆403旋转时，搅拌片404在离心力作用下伸展开，起到充分搅拌的作用。

所述卷升机构对内置于玻璃管402中的永磁铁进行升降控制，包括步进电机419、联轴器417、卷轴416和用于支撑所述卷轴416的左右两个轴承座415、418。将所述卷轴416的一端通过联轴器417连接至步进电机419，另一端连接轴承座415。在所述卷轴416上与玻璃管402相对应的位置上开设有凹槽422，以便于提拉绳在卷轴416上缠绕。

所述玻璃管402为底部封闭的薄壁玻璃管，通过套管414与基板405连接成一体，具体可以采用在套管414的底部开设固定孔，在固定孔中安装螺钉，通过螺钉将套管414固定在基板405上。

在所述基板405的下方还可以设置安装板420，所述安装板420垂直于基板405且向下延伸，以用于将基板405固定在运动系统500的横向滑架501上。

在所述运动系统500中，设置有横向滑架501和纵向滑架502，如图1、图2所示，所述横向滑架501和纵向滑架502的结构相似，垂直装配形成十字形，可以实现横向和纵向运动。

在所述横向滑架501中设置有步进电机503和由所述步进电机503驱动的传动机构，通过所述传动机构驱动搅拌转移系统400横向平移。所述传动机构优选采用丝杆507配合丝杆螺母508的设计方式进行传动。具体来讲，可以将横向滑架501设计成一个外侧开口的盒体519，盒体519外侧安装所述的步进电机503，内侧安装所述的传动机构。其中，可以在盒体519的左、右两侧安装轴承座505、506，以用于支撑丝杆507。将所述丝杆507的一端通过轴承座505安装联轴器504，通过联轴器504与步进电机503连接，丝杆507的另一端安装在轴承座506上。将丝杆螺母508套装在丝杆507上，丝杆螺母508上安装所述的安装板420，以实现对搅拌转移系统400的驱动。

为了对搅拌转移系统400的横向平移位置实现准确定位，本实施例在所述横向滑架501上设置有左、中、右三个接近开关509，如图2所示，具体可以安装在盒体519的底板510上。

同理，在所述纵向滑架502中设置有步进电机511和由所述步进电机511驱动的传动机构，通过所述传动机构驱动横向滑架501垂直升降。所述传动机构也优选采用丝杆514配合丝杆螺母515的设计方式进行传动。具体来讲，可以将纵向滑架502设计成一个外侧开口的盒体520，盒体520外侧安装所述的步进电机511，内侧安装所述的传动机构。其中，可以在盒体520的上、下两侧安装轴承座513、516，以用于支撑丝杆514。将所述丝杆514的一端通过轴承座513安装到联轴器512，通过联轴器512与步进电机511连接，丝杆514的另一端安装在轴承座516上。将丝杆螺母515套装在丝杆514上，丝杆螺母515与横向滑架501的底板510连接，以驱动横向滑架501上下移动。

为了对横向滑架501的升降位置实现准确定位，本实施例在所述纵向滑架502上也设置有上、中、下三个接近开关517，如图2所示，具体可以安装在盒体519的底板518上。

将所述纵向滑架502的底板安装在基座100上，使纵向滑架502竖立在基座100上。

在所述涡旋系统600中设置有用于承载试剂瓶601的套筒602和用于使试剂瓶601中的洗脱溶剂产生涡旋的涡旋部603。所述套筒602前后并行排设有N个，可以承载N个试剂瓶601，每一个试剂瓶601可以由单独的涡旋部603独立控制，也可以统一由一个涡旋部603整体控制，本实施例对此不进行具体限制。

所述套筒602可以设计成圆柱状，内设两级阶梯孔，如图6所示。其中，顶孔内径与所述的试剂瓶601相匹配，并可以在顶孔中径向地开设一圈凹槽，凹槽内安装橡胶圈604，以确保所述的试剂瓶601在涡旋过程中不被甩出。套筒602的底孔用于与涡旋部603匹配安装。

所述的涡旋部603可以采用目前市面上的成熟产品——涡旋仪对试剂瓶601中的洗脱溶剂进行涡旋；也可以单独设计，以降低装置成本。

本实施例提出了一种涡旋部603的全新结构设计，如图5、图6所示，包括一根偏心轴605，将所述偏心轴605的顶部通过偏心轴卡套608连接至所述套筒602的底部，例如套筒602的底孔中；偏心轴605的底部连接同步轮611，通过电机（优选直流电机）驱动同步轮611旋转，继而带动偏心轴605旋转，产生涡旋。

为了便于部件安装，本实施例优选将所述偏心轴605设计成阶梯轴，从小端到大端依次为第一螺纹段、第一光轴段、第二光轴段、第二螺纹段、第三光轴段、第四光轴段、第五光轴段。可以在偏心轴605的第一光轴段上安装轴承606，所述轴承606可以安装两个，并采用将固定螺母607旋紧在偏心轴605的第一螺纹段上的方式，实现对轴承606的紧固。将所述偏心轴卡套608设计成两段阶梯状，上段伸入到所述套筒602的底孔中，并用侧面的螺栓固定；在下段上开设一段沉孔，所述沉孔的直径与所述的两个轴承606的外径相匹配，以套装所述的轴承606。在所述偏心轴卡套608的下段的外侧轴向设有开槽（优选沿圆周方向均布4处开槽），其外径与一卡子609相适配，以安装所述的卡子609。所述卡子14-2优选采用弹簧钢加工而成，为开口环状且开口延伸处形成两个相对的耳板。耳板上开设两个孔，靠近开口环处的孔通过安装紧固螺钉，以使得所述的偏心轴卡套608紧固在所述轴承606的外圈上；另一个孔用来挂接弹簧，弹簧另一端挂在挂片612上，结合图1所示，在所述偏心轴605转动时，在偏心力和弹簧拉力的共同作用下，使所述试剂瓶601中的洗脱溶剂形成漩涡。

在所述偏心轴605的第三光轴段上套装轴承座610，将轴承座610底部的固定孔安装于基座100上，以实现涡旋系统600在基座100上的安装固定。所述轴承座610由所述偏心轴605的第四光轴段和旋紧在偏心轴605的第二螺纹段上的紧定螺母613加以限位固定。在所述偏心轴605的第五光轴段上安装同步轮611，并通过侧面径向螺钉加以紧固。

在每一个套筒602的底部分别安装一套如图5、图6所示的涡旋部603，为了减少动力单元，N套涡旋部603可以采用一台电机进行驱动。即，可以在相邻两个同步轮611之间连接同步带，并将其中一个同步轮与电机相连，通过电机提供动力，并通过同步带进行动力传递，实现N个涡旋部603的联动。

为了实现整个装置的全自动控制，本实施例在所述基座100上还设置有控制单元，连接所述的自动进样系统200（例如蠕动泵203、电磁阀204）、样品瓶平移系统300（例如步进电机303）、搅拌转移系统400（例如搅拌电机406和步进电机419）、运动系统500（例如步进电机503、511）和涡旋系统600（例如直流电机），利用所述控制单元控制各系统中的电子部件动作，并接收相关部件反馈的检测信号，例如安装在所述运动系统500中的接近开关509、517以及安装在样品瓶平移系统300中的接近开关反馈的检测信号等，以实现对动力部件（例如步进电机303、503、511）的启停控制。

在所述基座100上设置电源开关101，如图1所示，以控制富集装置开机、关机。

下面结合图1至图6所示的富集装置，对海水中有机污染物的富集方法进行详细的阐述，结合图7所示，包括以下步骤：

S701、装置上电复位。

打开电源开关101，使富集装置中的控制单元上电运行，控制样品瓶平移系统300左移至初始位置（布设于左侧底板310上的接近开关位置处），使N个样品瓶301的瓶口与N路出样管205一一对准；控制运动系统500中的横向滑架501上移至初始位置（布设在纵向滑架501中的位于上方的接近开关517的位置处），以使搅拌器401和玻璃管402脱离样品瓶301和试剂瓶601；控制搅拌转移单元400左移至初始位置（布设在横向滑架501中的位于中间的接近开关509的位置处），使搅拌器401和玻璃管402处于样品瓶301和试剂瓶601之间；控制卷升机构收绳，使永磁铁离开玻璃管402的底部。

称取定量的磁性萃取介质，例如磁性纳米粒子，倒入所述的N个样品瓶301中。

S702、启动自动进样系统200，抽取定量的海水样品，并通过N路出样管205注入到N个样品瓶301中。

具体来讲，控制单元首先控制自动进样系统200中的电磁阀204打开，连通进样管路；然后，启动蠕动泵203经由进样管201抽吸待测的海水样品，并经由过滤器202过滤掉其中的杂质后，通过N路出样管205注入到N个样品瓶301中。

控制蠕动泵203和电磁阀204延时关闭，通过调节延时时间，可以控制样品瓶301中注入的海水样品的量，完成进样过程。

S703、启动样品瓶平移系统300向远离出样管205的方向平移，并使样品瓶301的瓶口刚好正对搅拌器401。

具体来讲，控制单元控制样品瓶平移系统300中的步进电机303运行，驱动承载板302右移，右移位置可以通过控制步进电机303的步数或者利用布设于右侧底板310上的接近开关实现定位，以使样品瓶301的瓶口刚好正对搅拌器401。

S704、启动纵向滑架502驱动横向滑架501下移，将搅拌器401伸入到样品瓶301中。

具体来讲，控制单元控制运动系统500中的步进电机511运行，通过纵向滑架502驱动横向滑架501下移，直到布设在纵向滑架502中的位于下方的接近开关517反馈有效的检测信号后，控制步进电机511停机，以定位横向滑架501的下移位置。此时，搅拌器401伸入到样品瓶301中，并浸入到海水样品中。

S705、启动搅拌转移系统400中的搅拌电机406运行，驱动搅拌器401旋转，使磁性纳米粒子在海水样品中加速分散，以充分吸附海水样品中的目标有机污染物，并在延时设定时间后关闭搅拌电机406。

S706、启动纵向滑架502驱动横向滑架501上移，使搅拌器401脱离样品瓶301。

具体来讲，控制单元控制运动系统500中的步进电机511运行，通过纵向滑架502驱动横向滑架501上移，直到布设在纵向滑架502中的位于上方的接近开关517反馈有效的检测信号后，控制步进电机511停机，以定位横向滑架501的上移位置。此时，搅拌器401脱离样品瓶301，位于样品瓶301的瓶口的正上方。

S707、启动横向滑架501驱动搅拌转移单元400移动，使玻璃管402正对样品瓶301的瓶口。

具体来讲，控制单元控制运动系统500中的步进电机503运行，通过横向滑架501驱动搅拌转移单元400左移，直到布设在横向滑架501中的位于左侧的接近开关509反馈有效的检测信号后，控制步进电机503停机，以定位搅拌转移单元400的左移位置。此时，玻璃管402正好对准样品瓶301的瓶口。

S708、启动纵向滑架502驱动横向滑架501下移，将玻璃管402下放至样品瓶301中。

具体来讲，控制单元控制运动系统500中的步进电机511运行，通过纵向滑架502驱动横向滑架501下移，直到布设在纵向滑架502中的位于下方的接近开关517反馈有效的检测信号后，控制步进电机511停机，以定位横向滑架501的下移位置。此时，玻璃管402伸入到样品瓶301中，并浸入到海水样品中。

S709、启动卷升机构下放永磁铁，将海水样品中的磁性纳米粒子吸附到玻璃管402的底部位置。

具体来讲，控制单元控制卷升机构中的步进电机419反转，释放提拉绳，将永磁铁下放至薄壁玻璃管402的底部，下放位置可通过控制步进电机419的反转步数确定，下放到位后，控制步进电机419停机，并延时一段时间，使永磁铁可以将海水样品中的磁性纳米粒子全部吸附到玻璃管402的底部。

在本实施例中，选用永磁体配合玻璃管402的方式吸附磁性纳米粒子，而不选用电磁铁通过电源的通断来控制磁性纳米粒子的收集和脱落,其原因是：电磁铁在电源关闭后会产生剩磁现象，当控制电磁铁的电源关闭来释放磁性纳米粒子时，由于剩磁问题会导致磁性纳米粒子脱落不完全,进而影响检测的准确度。

S710、启动纵向滑架502驱动横向滑架501上移，使玻璃管402脱离样品瓶301。

具体来讲，控制单元控制运动系统500中的步进电机511运行，通过纵向滑架502驱动横向滑架501上移，直到布设在纵向滑架502中的位于上方的接近开关517反馈有效的检测信号后，控制步进电机511停机，以定位横向滑架501的上移位置。此时，玻璃管402脱离样品瓶301，并位于样品瓶301的瓶口的正上方。

S711、启动横向滑架501驱动搅拌转移单元400移动，使玻璃管402正对试剂瓶601的瓶口。

具体来讲，控制单元控制运动系统500中的步进电机503运行，通过横向滑架501驱动搅拌转移单元400右移，直到布设在横向滑架501中的位于右侧的接近开关509反馈有效的检测信号后，控制步进电机503停机，以定位搅拌转移单元400的右移位置。此时，玻璃管402正好对准试剂瓶601的瓶口。

S712、启动纵向滑架502驱动横向滑架501下移，将玻璃管402伸入到试剂瓶601中。

具体来讲，控制单元控制运动系统500中的步进电机511运行，通过纵向滑架502驱动横向滑架501下移，直到布设在纵向滑架502中的位于中间位置的接近开关517反馈有效的检测信号后，控制步进电机511停机，以定位横向滑架501的下移位置。此时，玻璃管402伸入到试剂瓶601中并接近瓶底，以确保玻璃管402浸入到试剂瓶601中的洗脱溶剂中。

S713、启动卷升机构提升永磁铁，使永磁铁离开玻璃管402的底部。

具体来讲，控制单元控制卷升机构中的步进电机419正转，缠绕提拉绳，将永磁铁提升，使其离开薄壁玻璃管402的底部。提升位置可通过控制步进电机419的正转步数确定。提升到位后，控制步进电机419停机。

S714、启动涡旋电机（例如直流电机）低速运行并延时一段时间，使磁性纳米粒子从玻璃管402上完全脱落，分散到洗脱溶剂中。然后，控制涡旋电机停机。

为了避免剧烈涡旋碰碎玻璃管402，本实施例将涡旋电机设置成低速、高速两种工作模式。启动低速模式，使磁性纳米粒子从玻璃管402的底部完全脱落；启动高速模式，使磁性纳米粒子与被吸附的有机污染物分离。

S715、启动纵向滑架502驱动横向滑架501上移，将玻璃管402脱离试剂瓶601。

具体来讲，控制单元控制运动系统500中的步进电机511运行，通过纵向滑架502驱动横向滑架501上移，直到布设在纵向滑架502中的位于上方的接近开关517反馈有效的检测信号后，控制步进电机511停机，以定位横向滑架501的上移位置。此时，玻璃管402脱离试剂瓶601，并位于试剂瓶601的瓶口的正上方。

S716、启动涡旋电机（例如直流电机）高速运行并延时一段时间，使磁性纳米粒子在洗脱溶剂中充分分散，并将吸附在磁性纳米粒子上的目标有机污染物分离到洗脱溶剂中。然后，控制涡旋电机停机。

S717、启动纵向滑架502驱动横向滑架501下移，将玻璃管402伸入到试剂瓶601中并接近瓶底位置。

具体来讲，控制单元控制运动系统500中的步进电机511运行，通过纵向滑架502驱动横向滑架501下移，直到布设在纵向滑架502中的位于中间位置的接近开关517反馈有效的检测信号后，控制步进电机511停机，以定位横向滑架501的下移位置。此时，玻璃管402伸入到试剂瓶601中并接近瓶底，以确保玻璃管402浸入到试剂瓶601中的洗脱溶剂中。

S718、启动卷升机构下放永磁铁，将海水样品中的磁性纳米粒子吸附到玻璃管402的底部位置。

具体来讲，控制单元控制卷升机构中的步进电机419反转，释放提拉绳，将永磁铁下放至薄壁玻璃管402的底部，下放位置可通过控制步进电机419的反转步数确定，下放到位后，控制步进电机419停机，并延时一段时间，使永磁铁可以将洗脱溶剂中的磁性纳米粒子全部吸附到玻璃管402的底部。

S719、启动纵向滑架502驱动横向滑架501上移，将玻璃管402脱离试剂瓶601。

具体来讲，控制单元控制运动系统500中的步进电机511运行，通过纵向滑架502驱动横向滑架501上移，直到布设在纵向滑架502中的位于上方的接近开关517反馈有效的检测信号后，控制步进电机511停机，以定位横向滑架501的上移位置。此时，玻璃管402脱离试剂瓶601，并位于试剂瓶601的瓶口的正上方。

S720、启动卷升机构提升永磁铁，永磁铁离开玻璃管402的底部，使磁性纳米粒子脱离玻璃管402，并对磁性纳米粒子进行收集。

具体来讲，控制单元控制卷升机构中的步进电机419正转，缠绕提拉绳，将永磁铁提升，使其离开薄壁玻璃管402的底部。此时，附着在玻璃管402底部的磁性纳米粒子因失去磁力的吸附而从光滑的玻璃管402上脱离下来，对所述磁性纳米粒子进行收集，以供后期继续使用。

至此，试剂瓶601中的洗脱溶剂中包含了所需测量的目标有机污染物，可直接转移到气相色谱仪/气质联用色谱仪中待测，前处理过程完成。

本发明的富集装置相比于传统的手工样品预处理方法，可以达到更好的准确性和重现性，显著提高了前处理的效率，排除了人工操作的误差，同时使得实验人员接触目标有机污染物和有机溶剂的机会大大减小，进而使得前处理过程的安全性更高。此外，该装置可与多种检测仪器实现无障碍连接，具有广谱性。并且，随着便携式气相色谱、便携式气质联用色谱仪等检测仪器的普及，也使得该富集装置在提高样品前处理效率的同时，实现了现场处理、现场检测，避免了水样运输过程的潜在污染和变化，有效降低了运输保存成本，并提高了分析结果的准确性。本发明的富集装置具有高效率、高自动化程度、高稳定性、易操作等特点，既节约了时间，又降低了成本，可以为环境保护和突发灾害预警提供可靠的监测防控手段。

当然，以上所述仅是本发明的一种优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种海水中有机污染物富集装置，其特征在于，包括：

基座；

自动进样系统，安装在基座上，吸取海水样品，并通过N路出样管排出，所述N为大于1的正整数；

涡旋系统，安装在基座上，包括用于固定试剂瓶的套筒以及用于使试剂瓶中的洗脱溶剂产生涡旋的涡旋部，所述套筒设置有N个，每一个套筒固定一个试剂瓶；

样品瓶平移系统，安装在基座上，且位于所述自动进样系统和涡旋系统之间，包括承载板和动力部，在所述承载板上形成有N个用于限位样品瓶的瓶座；在富集开始前，所述动力部驱动承载板平移，使N个样品瓶的瓶口与N个所述的出样管一一对应；

搅拌转移系统，位于所述样品瓶平移系统的上方，包括N个搅拌器和N个底部封闭的玻璃管，所述N个搅拌器用于对N个样品瓶中的海水样品进行搅拌；在每一个玻璃管中均安装有永磁铁，所述永磁铁通过提拉绳连接卷升机构，通过卷升机构带动永磁铁在玻璃管中升降；

运动系统，安装在基座上，包括横向滑架和纵向滑架，所述搅拌转移系统安装在横向滑架上，所述横向滑架带动搅拌转移系统中的搅拌器和玻璃管在样品瓶和试剂瓶之间移动；所述纵向滑架驱动横向滑架上下移动，以分别控制搅拌器伸入或者脱离样品瓶，玻璃管伸入或者脱离样品瓶或试剂瓶。

2.根据权利要求1所述的海水中有机污染物富集装置，其特征在于，在所述自动进样系统中还包括：

进样管，用于伸入到待测的海水样品中；

过滤器，连通所述的进样管，用于过滤掉所述海水样品中的杂质；

蠕动泵，连通所述的过滤器，并通过进样管吸取海水样品；

电磁阀，设置在过滤器与蠕动泵之间或者设置在蠕动泵与所述的N路出样管之间，通过控制电磁阀通断，以控制进样时间，进而控制样品量。

3.根据权利要求1所述的海水中有机污染物富集装置，其特征在于，在所述样品瓶平移系统的动力部中设置有：

步进电机；

丝杆，联接步进电机，在步进电机的驱动下旋转；

丝杆螺母，安装在所述的丝杆上，并与所述的承载板固定连接，所述丝杆驱动丝杆螺母移动，继而带动承载板平移；

轴承座，支撑所述的丝杆；

滑轨，沿平行于所述丝杆的方向布设，用于支撑所述的承载板，在所述滑轨上安装有滑块，所述滑块与承载板安装固定，支撑承载板沿滑轨平移。

4.根据权利要求1所述的海水中有机污染物富集装置，其特征在于，在所述搅拌转移系统中还包括：

搅拌电机，为所述N个搅拌器的旋转提供动力；

主同步轮，连接所述的搅拌电机，在搅拌电机的驱动下旋转；

N个从同步轮，位于首位的从同步轮通过同步带连接主同步轮，在主同步轮的带动下旋转；相邻两个从同步轮通过同步带连接，传递动力；所述的N个从同步轮与N个搅拌器一一对应连接，驱动N个搅拌器同步旋转。

5.根据权利要求4所述的海水中有机污染物富集装置，其特征在于，在所述搅拌转移系统中还包括基板，安装在所述的横向滑架上，所述主同步轮、N个从同步轮和卷升机构安装在基板的上方，所述搅拌电机、搅拌器和玻璃管位于基板的下方；

在所述卷升机构中设置有步进电机、连接步进电机的卷轴和支撑所述卷轴的轴承座，在所述卷轴上形成有N圈凹槽，每一圈凹槽中缠绕一根提拉绳，每一根提拉绳连接一组永磁铁，每一组永磁铁套装在一个所述的玻璃管中；在每一组永磁铁中均设置有4-6个球形永磁铁，所述4-6个球形永磁铁连成一串，形成多个吸附区。

6.根据权利要求1所述的海水中有机污染物富集装置，其特征在于，在所述运动系统中，其横向滑架和纵向滑架上分别安装有作为动力部件的步进电机和由步进电机驱动的传动机构；在所述横向滑架上设置有用于检测搅拌转移系统横向行走位置的左、中、右三个接近开关；在所述纵向滑架上设置有用于检测所述横向滑架垂直升降位置的上、中、下三个接近开关。

7.根据权利要求1所述的海水中有机污染物富集装置，其特征在于，在所述涡旋系统中设置有N个涡旋部，分别与N个所述的套筒一一对应连接，在每一个所述的涡旋部中均设置有一根偏心轴，所述偏心轴的顶部通过偏心轴卡套连接所述套筒的底部，在所述偏心轴卡套的外侧安装有卡子，卡子上形成有耳板，耳板上挂接有弹簧，弹簧的另一端连接挂片，挂片安装在所述的基座上；所述偏心轴的底部连接同步轮，相邻两个涡旋部中的同步轮通过同步带传递动力，其中一个同步轮连接电机，通过电机提供动力。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的海水中有机污染物富集装置，其特征在于，在所述富集装置中还设置有控制单元，连接所述的自动进样系统、样品瓶平移系统、搅拌转移系统、运动系统和涡旋系统，控制各系统中的电子部件动作，并接收反馈信号。

9.一种基于权利要求1至8中任一项权利要求所述的海水中有机污染物富集装置的有机污染物富集方法，包括以下步骤：

a、控制样品瓶平移系统和运动系统移动至初始位置，使搅拌器和玻璃管脱离样品瓶和试剂瓶，并使N个样品瓶的瓶口与N路出样管一一对准；称取定量的磁性萃取介质，倒入样品瓶中；

b、启动自动进样系统，抽取定量的海水样品，并通过N路出样管注入到N个样品瓶中；

c、启动样品瓶平移系统向远离出样管的方向平移，并使样品瓶的瓶口正对搅拌器；然后，启动纵向滑架驱动横向滑架下移，将搅拌器伸入到样品瓶中；

d、驱动搅拌器旋转，使磁性萃取介质在海水样品中加速分散，吸附目标有机污染物，并在延时设定时间后，启动纵向滑架驱动横向滑架上移，使搅拌器脱离样品瓶；

e、启动横向滑架驱动搅拌转移单元移动，使玻璃管正对样品瓶的瓶口；然后，启动纵向滑架驱动横向滑架下移，将玻璃管下放至样品瓶中；

f、启动卷升机构下放永磁铁，将海水样品中的磁性萃取介质吸附到玻璃管的底部位置；然后，启动纵向滑架驱动横向滑架上移，使所述玻璃管脱离样品瓶；

g、启动横向滑架驱动搅拌转移单元移动，使玻璃管正对试剂瓶的瓶口；然后，启动纵向滑架驱动横向滑架下移，将玻璃管伸入到试剂瓶中；

h、启动卷升机构提升永磁铁，使磁性萃取介质脱离玻璃管，分散到试剂瓶中；

i、启动纵向滑架驱动横向滑架上移，将玻璃管脱离试剂瓶；然后，启动涡旋部运行，使磁性萃取介质在试剂瓶中的洗脱溶剂中涡旋分散；

j、启动纵向滑架驱动横向滑架下移，将玻璃管伸入到试剂瓶中；然后，启动卷升机构下放永磁铁，吸附洗脱溶剂中的磁性萃取介质；

k、启动纵向滑架驱动横向滑架上移，将玻璃管脱离试剂瓶；然后，启动卷升机构提升永磁铁，使磁性萃取介质脱离玻璃管并进行收集；此时，在试剂瓶中形成富集有目标有机污染物的制备溶剂。

10.根据权利要求9所述的有机污染物富集方法，其特征在于，

在所述步骤i中，首先启动涡旋部低速运行，使磁性萃取介质完全脱离玻璃管；然后，启动纵向滑架驱动横向滑架上移，将玻璃管脱离试剂瓶；接着，启动涡旋部高速运行，使目标有机污染物分散到洗脱溶剂中。