CN107290170A - 一种对环境中多种污染物质的快速被动采样装置及采样方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种对环境中多种污染物质的快速被动采样装置，其特征在于，包括：主体框架、DGT装置、LDPE膜、第一支架、第二支架；所述DGT装置固定在所述第一支架上，所述LDPE膜固定在所述第二支架上，所述第一支架和所述第二支架分别固定在所述主体框架上；所述DGT装置包括滤膜、扩散膜、固定膜、上层外壳和下层外壳，所述的固定膜、扩散膜、滤膜依次叠放在下层外壳上，所述上层外壳封盖所述下层外壳；所述的滤膜、扩散膜、固定膜的选用类型根据待采样污染物的种类调换。本发明通过根据环境中污染物质的类别，对污染物质采样后进行浓度等相关的分析测定提供了详细的方法，为整个采样过程的快速性和同时性奠定了坚实的基础。

Description

一种对环境中多种污染物质的快速被动采样装置及采样方法
技术领域
本发明涉及污染物采样技术领域，尤其涉及一种对环境中多种污染物质的快速被动采样装置及采样方法。
背景技术
自工业革命以来，人类不仅大量消耗资源，而且工业生产还给周围环境造成了严重的污染。环境中的主要污染物包括重金属、营养元素、和持久性有机污染物，这些污染物质不仅会对生物造成威胁，并且会通过食物链对人类健康造成影响。污染物质在环境中主要以多种形式存在(自由溶解态，胶体结合态，溶解有机质结合态，颗粒物吸附态等)，其中自由溶解态是污染物环境迁移、分配及在生物中累积的关键，也是污染物具有生物有效性的重要形态。因此，对于环境中污染物自由溶解态浓度的采集以及分析尤为重要的。
传统分析污染物质技术不能区分污染物的存在形态，测定的是污染物质的总量，或几种存在形态的加和值，例如：测定重金属常用的消解法是将样品溶解于氧化剂中进行消解，得到的是样品中全体重金属的量，并没有对重金属的形态进行分别提取，可能导致测定结果偏高且浪费人力物力；后期Tessier等提出的五步提取法和欧盟共同体提出的BCR(Bcell receptor，B细胞抗原受体)连续提取法虽然一定程度上能反应重金属的生物有效性，但是在采样和提取过程中重金属的形态可能会发生改变，而且化学试剂缺乏选择性，也有待改进。测定有机污染物时，若采用索氏提取法对有机污染物进行提取，样品为水样时可提取自由溶解态的污染物，但样品为土壤时，这种方法就暴露出缺点，它不能讲不同形态污染物进行分离，只能测定各种状态污染物的总和，液-液萃取法、固相萃取法等方法也存在着一样的问题。它们在测定此外，这些方法还存在其他的缺陷，比如：前处理技术费用昂贵，灵敏度低，操作繁琐，工作量大等。
发明内容
本发明的实施例提供了一种对环境中多种污染物质的快速被动采样装置及采样方法，从而实现对环境中多种污染物质进行同时快速测定。
为了实现上述目的，本发明采取了如下技术方案：
一种对环境中多种污染物质的快速被动采样装置，其特征在于，包括：主体框架、DGT装置、LDPE膜、第一支架、第二支架；所述DGT装置固定在所述第一支架上，所述LDPE膜固定在所述第二支架上，所述第一支架和所述第二支架分别固定在所述主体框架上；
所述DGT装置包括滤膜、扩散膜、固定膜、上层外壳和下层外壳，所述的固定膜、扩散膜、滤膜依次叠放在下层外壳上，所述上层外壳封盖所述下层外壳；
所述滤膜、扩散膜、固定膜的选用类型根据待采样污染物的种类调换。
一种对环境中多种污染物质的快速被动采样装置的采样方法，其特征在于，包括：
S1：对采样装置中DGT装置的扩散膜和固定膜分别进行预处理；
S2：对所述采样装置的LDPE膜进行预处理；
S3：将所述采样装置放置采样点处进行采样；
S4：采样完成后，对所述采样装置中DGT装置的固定膜进行液体提取，并对所述固定膜提取液进行分析测定；
S5：采样完成后，对所述采样装置的LDPE膜进行液体提取，并对所述LDPE膜提取液进行分析测定；
S6：对所述固定膜提取液分析测定的结果进行计算处理；
S7：对所述LDPE膜提取液分析测定的结果进行计算处理。
进一步地，所述的S1包括：
所述采样装置采样重金属污染物和氨氮前，将所述扩散膜和所述固定膜放于超纯水中膨胀设定时间，在所述设定时间期间，更换所述超纯水设定次数，所述设定时间后，将所述扩散膜置于0.01mol·L-1NaNO3中备用，将所述固定膜置于超纯水中备用；
所述采样装置采样磷、硫和砷之前，将所述DGT装置放入去离子水中，并向所述去离子水中充入纯氮气用于除去所述DGT装置中的氧。
进一步地，所述的S2包括：
将所述LDPE膜进行洗涤，所述洗涤过程包括将所述LDPE膜于丙酮：正己烷为1:1比例的混合液中浸泡设定时间，所述设定时间后，重复所述洗涤过程，直至使所述LDPE膜无有机物附着为止，最后将得到的LDPE膜进行风干备用。
进一步地，所述的S4包括：
将所述DGT装置用去离子水清洗干净，取出所述DGT装置的固定膜置于容器中并加入提取液进行提取；其中，
所述采样装置采样的污染物为重金属和氨氮时，往所述固定膜中加入1mL的1mol·L-1HNO3溶液进行提取，振荡所述溶液设定时间后低温保存待分析用；
所述采样装置采样的污染物为磷、硫时，往所述固定膜中加入1mL的1mol·L-1NaOH溶液进行提取，振荡所述溶液设定时间后低温保存待分析用；
所述采样装置采样的污染物为砷时，往所述固定膜中加入1mL的浓硝酸溶液进行提取，振荡所述溶液设定时间后低温保存待分析用。
进一步地，所述的S5包括：
先用蒸馏水将所述LDPE膜冲洗，再用擦镜纸将所述LDPE膜擦开，最后将所述LDPE膜进行洗脱处理；
所述洗脱处理包括将所述LDPE膜放入设定容量的洗脱瓶中，在所述洗脱瓶中加入10mL的正己烷：丙酮为1:1比例的混合液进行洗脱，重复所述洗脱处理，直至使所述LDPE膜上所富集有机物洗脱完毕，将洗脱处理最终得到的溶液倒入设定容量和设定颜色的瓶中进行氮吹，采用气相色谱-质谱联用仪对所述氮吹后的溶液进行测定。
进一步地，所述的S6包括：
稀释提取过所述固定膜的提取液，测定所述提取液的待测离子浓度，其中，
所述固定膜上待测离子积累量的换算，根据如下公式计算：
其中C提是提取液中待测离子浓度，单位μg·L-1，V提是稀释后提取液体积，单位ml，V固是固定膜的体积，单位ml，Ef是提取液对对应离子的提取率，M为待测离子积累量，单位ng；
根据Fick第一定律换算采样环境中待测离子的浓度，公式如下：
其中，M为固定膜的富集离子积累量，单位为ng；Δg为扩散膜的厚度，单位为cm；D为通过试验测定得到的离子在扩散膜中的扩散系数，单位为cm2s-1；A为DGT装置窗口暴露面积，单位为cm2；t是DGT装置的放置时间，单位为s；CDGT为采样环境中待测离子的浓度，单位为μg·L-1。
进一步地，所述的通过试验测定得到的离子在扩散膜中的扩散系数，包括：
所述实验测定采用的装置为容器，包括A室和B室，所述A室与所述B室之间采用凝胶膜连接，所述A室和所述B室均设有搅拌器；
所述试验测定的过程包括：将所述实验装置用10％的HNO3冲洗并浸泡12h，然后用超纯水清洗烘干，在所述A室中加入60ml设定浓度的含有待测污染物的0.01mol/L的NaNO3溶液，在所述B室加入60ml的0.01mol/L的NaNO3溶液，打开所述搅拌器，使所述A、B两室内溶液充分混合，记录所述A、B两室溶液的浓度第一次达到平衡时的时间；
所述扩散系数D计算公式如下：
其中，slope为测定时间内从A室进入B室溶液中污染物的质量，单位g；Δg为扩散相厚度，单位mm；t为所述浓度第一次达到平衡的时间，单位s；A是两室之间扩散相凝胶膜的面积，单位cm2，Cb是A室溶液污染物浓度μg/L。
进一步地，所述的S7包括：
通过公式计算所述采样点处的水体有机物浓度Cw，所述公式如下：
其中，Cpe,t为富集时间t时有机物的膜富集浓度，Kpe,e为通过试验测定的LDPE膜的膜-水分配系数，Ke为通过试验测定的LDPE膜的富集动力学系数，t是DGT装置的放置时间，单位为s。
进一步地，所述的通过试验测定的LDPE膜的膜-水分配系数，包括：
制备正己烷：丙酮为1:1比例的混合液，用有机物浓度为1ppm的储备液稀释所述混合液，得到有机物浓度梯度分别为5ppb、10ppb、50ppb、100ppb、500ppb、1000ppb的溶液；
将S2中所述风干备用的LDPE膜分别放置所述不同浓度有机物的溶液中，放置设定时间；
所述设定时间过后取出所述LDPE膜，依照S5中的提取方法对所述LDPE膜进行提取操作，将所述提取液氮吹后采用气相色谱-质谱联用仪测定富集平衡时LDPE膜上有机物的膜富集浓度Cpe,e，并应用减差法计算得到取出所述LDPE膜后的水体中有机物浓度Cw；
以lgCpe,e为横坐标，lgCw为纵坐标，根据公式计算lgCw-lgCpe,e的直线关系，所述公式如下：
lgCpe,e-lgKpe,e＝lgCw
所述的通过试验测定的LDPE膜的富集动力学系数，包括：
配制正己烷：丙酮为1:1比例的混合液，用有机物浓度为1ppm的储备液稀释所述混合液，得到有机物浓度为100ppb的溶液；
将五个S2所述的风干备用的LDPE膜，分别放入五个装有所述100ppb溶液的容器中，封盖并依次振荡时间为1d、5d、10d、20d、40d，振荡完成后将所述五个LDPE膜依次取出；
依照S5中的提取方法对所述五个LDPE膜分别进行提取操作，将所述五个提取液氮吹后依次用气相色谱-质谱联用仪进行测定，获得不同富集时间t的有机物的膜富集浓度Cpe,t；
以富集时间t为横坐标，富集浓度Cpe,t为纵坐标，根据如下公式计算：
应用Origin8.5拟合得到有机物的富集动力学系数Ke。
由上述本发明的实施例提供的技术方案可以看出，本发明实施例为采样装置采样后，对污染物质浓度等进行分析测定提供了详细的方法，为整个采样过程的快速性和同时性奠定了坚实的基础。
本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，这些将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的一种对环境中多种污染物质的快速被动采样装置的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的一种对环境中多种污染物质的快速被动采样装置中主体框架的结构示意图；
图3为本发明实施例提供的一种对环境中多种污染物质的快速被动采样装置中聚四氟乙烯塑料支架的结构示意图；
图4为本发明实施例提供的一种对环境中多种污染物质的快速被动采样装置中不锈钢支架的结构示意图；
图5为本发明实施例提供的一种对环境中多种污染物质的快速被动采样装置中DGT装置的结构示意图；
图6为本发明实施例提供的一种对环境中多种污染物质的快速被动采样方法中扩散系数实验装置的结构示意图。
【附图标记】
1主体框架，2支架，3DGT装置，4LDPE膜，5衔接零件，6主体框架中的环形结构，7主体框架中的小孔，8主体框架中的横梁，9主体框架中的挂钩，10聚四氟乙烯塑料支架中的长方形塑料片，11聚四氟乙烯塑料支架中的U形塑料卡槽，12不锈钢支架中的长方形不锈钢片I，13不锈钢支架中的长方形不锈钢片II，14不锈钢支架中的小孔，15DGT装置中的下层外壳，16DGT装置中的固定膜，17DGT装置中的扩散膜，18DGT装置中的滤膜，19DGT装置中的上层外壳。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。
本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本发明的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。应该理解，当我们称元件被“连接”或“耦接”到另一元件时，它可以直接连接或耦接到其他元件，或者也可以存在中间元件。此外，这里使用的“连接”或“耦接”可以包括无线连接或耦接。这里使用的措辞“和/或”包括一个或更多个相关联的列出项的任一单元和全部组合。
本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。
为便于对本发明实施例的理解，下面将结合附图以几个具体实施例为例做进一步的解释说明，且各个实施例并不构成对本发明实施例的限定。
图1为本发明实施例提供的一种对环境中多种污染物质的快速被动采样装置的结构示意图，如图1所示：
一种对环境中多种污染物质的快速被动采样装置，包括：主体框架1、DGT装置3、LDPE膜4、第一支架2、第二支架2；所述DGT装置3固定在所述第一支架2上，所述LDPE膜4固定在所述第二支架2上，所述第一支架2和所述第二支2架分别固定在所述主体框架1上；
所述的第一支架2为聚四氟乙烯塑料支架，所述的第二支架2为不锈钢支架；
所述的固定方式可以为通过衔接零件5进行固定，所述的衔接零件5可以为直径为0.5cm的螺栓、与所述的螺母配套的螺母；
聚四氟乙烯塑料支架2、不锈钢支架2分别对应主体框架中的小孔7通过衔接零件5固定在所述的主体框架1上。
图2为本发明实施例提供的一种对环境中多种污染物质的快速被动采样装置中主体框架的结构示意图；如图2所示：
本发明实例所述的主体框架1为环形结构6，环形结构6外径为22cm，内径为18cm，厚度为0.5cm，在所述环形结构6上距离圆心10cm处沿圆周方向均匀打8个小孔7，小孔7直径为0.5cm，环形结构6有一直径方向的塑料横梁8，所述的塑料横梁中部有一挂钩9。
图3为本发明实施例提供的一种对环境中多种污染物质的快速被动采样装置中聚四氟乙烯塑料支架的结构示意图；如图3所示：
聚四氟乙烯塑料支架2是折角为120度的弯折结构I，弯折结构一端与主体框架1衔接，弯折结构另一端与DGT装置3衔接。弯折结构I与所述的主体框架1衔接的一端为长方形塑料片10，长6cm，宽1.5cm，厚0.1cm，距离塑料片I长边的垂直平分线1cm处打直径为0.5cm的小孔。弯折结构I与DGT装置3衔接的一端为U形塑料卡槽12。
图4为本发明实施例提供的一种对环境中多种污染物质的快速被动采样装置中不锈钢支架的结构示意图；如图4所示：
不锈钢支架2是折角为120度的弯折结构II，弯折结构一端与所述的主体框架1衔接，弯折结构另一端与所述的LDPE膜4衔接，弯折结构II与所述的主体框架1衔接的一端为长方形不锈钢片I12，长6cm，宽1.5cm，厚0.1cm，距离不锈钢片I12长边的垂直平分线1cm处打直径为0.5cm的小孔，弯折结构II与LDPE膜4衔接的一端为两条长方形不锈钢片II13。
图5为本发明实施例提供的一种对环境中多种污染物质的快速被动采样装置中DGT装置的结构示意图；如图5所示：
DGT装置3包括：滤膜18、扩散膜17、固定膜16、上层外壳19和下层外壳15，所述的固定膜16、扩散膜17、滤膜18依次叠放在下层外壳15上，由所述的上层外壳19扣紧，DGT装置3的下层外壳15底部滑入聚四氟乙烯塑料支架2的卡槽11中。上层外壳19顶部中间做圆形掏空下层外壳15底部为圆形下层外壳15中部有圆柱形凸起。
所述的滤膜18、扩散膜17、固定膜16的选用类型根据待采样污染物的种类调换，其中，滤膜18可以选用0.45μm硝酸纤维素；扩散膜17和固定膜16根据待采样污染物种类不同有如下区分：
采样铜、镉、铅污染物时，所述的扩散膜17选用聚丙烯酰胺凝胶，所述的固定膜选用DTPA-LDH；采样除以上三种以外其他种类重金属污染物时所述的扩散膜17选用聚丙烯酰胺凝胶，所述的固定膜选用Chelex100；
采样砷时，扩散膜17选用聚丙烯酰胺凝胶，所述的固定膜16由氧化铁和聚丙烯酰胺溶液配置；
采样磷和硫时，扩散膜17由丙烯酰胺和Cross-linker交联剂配制，固定膜16选用ZrO-AgI与聚丙烯酰胺配制；
采样氨氮时，扩散膜17与固定膜16分别选用不同浓度丙烯酰胺和N,N-亚甲基双丙烯酰胺配制。
实施例：
本发明实施例提供的一种对环境中多种污染物质的快速被动采样装置的采样方法，包括：
S1：对采样装置中DGT装置的扩散膜和固定膜分别进行预处理；
S2：对所述采样装置的LDPE膜进行预处理；
S3：将所述采样装置放置采样点处进行采样；
S4：采样完成后，对所述采样装置中DGT装置的固定膜进行液体提取，并对所述固定膜提取液进行分析测定；
S5：采样完成后，对所述采样装置的LDPE膜进行液体提取，并对所述LDPE膜提取液进行分析测定；
S6：对所述固定膜提取液分析测定的结果进行计算处理；
S7：对所述LDPE膜提取液分析测定的结果进行计算处理。
所述的S1包括：
所述采样装置采样重金属污染物和氨氮前，将所述扩散膜和所述固定膜放于超纯水中膨胀设定时间，在所述设定时间期间，更换所述超纯水设定次数，所述设定时间后，将所述扩散膜置于0.01mol·L-1NaNO3中备用，将所述固定膜置于超纯水中备用；
所述采样装置采样磷、硫和砷之前，将所述DGT装置放入去离子水中，并向所述去离子水中充入纯氮气用于除去所述DGT装置中的氧；
所述的设定时间可以为24小时，所述的设定次数可以为3-4次。
所述的S2包括：
将所述LDPE膜进行洗涤，所述洗涤过程包括将所述LDPE膜于丙酮：正己烷为1:1比例的混合液中浸泡设定时间，所述设定时间后，重复所述洗涤过程，直至使所述LDPE膜无有机物附着为止，最后将得到的LDPE膜进行风干备用；
所述的设定时间可以为24小时。
所述的S4包括：
将所述DGT装置用去离子水清洗干净，取出所述DGT装置的固定膜置于容器中并加入提取液进行提取；其中，
所述采样装置采样的污染物为重金属和氨氮时，往所述固定膜中加入1mL的1mol·L-1HNO3溶液进行提取，振荡所述溶液设定时间后低温保存待分析用；
所述采样装置采样的污染物为磷、硫时，往所述固定膜中加入1mL的1mol·L-1NaOH溶液进行提取，振荡所述溶液设定时间后低温保存待分析用；
所述采样装置采样的污染物为砷时，往所述固定膜中加入1mL的浓硝酸溶液进行提取，振荡所述溶液设定时间后低温保存待分析用；
所述的设定时间可以为24小时。
所述的S5包括：
先用蒸馏水将所述LDPE膜冲洗，再用擦镜纸将所述LDPE膜擦开，最后将所述LDPE膜进行洗脱处理；
所述洗脱处理包括将所述LDPE膜放入设定容量①的洗脱瓶中，在所述洗脱瓶中加入10mL的正己烷：丙酮为1:1比例的混合液进行洗脱，重复所述洗脱处理，直至使所述LDPE膜上所富集有机物洗脱完毕，将洗脱处理最终得到的溶液倒入设定容量②和设定颜色的瓶中进行氮吹，采用气相色谱-质谱联用仪对所述氮吹后的溶液进行测定；
所述的设定容量①可以为15ml，所述的设定容量②可以为60ml，所述的设定颜色可以为棕色。
所述的S6包括：
稀释提取过所述固定膜的提取液，测定所述提取液的待测离子浓度，其中，
所述固定膜上待测离子积累量的换算，根据如下公式计算：
其中C提是提取液中待测离子浓度，单位μg·L-1，V提是稀释后提取液体积，单位ml，V固是固定膜的体积，单位ml，Ef是提取液对对应离子的提取率，M为待测离子积累量，单位ng；
根据Fick第一定律换算采样环境中待测离子的浓度，公式如下：
其中，M为固定膜的富集离子积累量，单位为ng；Δg为扩散膜的厚度，单位为cm；D为通过试验测定得到的离子在扩散膜中的扩散系数，单位为cm2s-1；A为DGT装置窗口暴露面积，单位为cm2；t是DGT装置的放置时间，单位为s；CDGT为采样环境中待测离子的浓度，单位为μg·L-1。
图6为本发明实施例提供的一种对环境中多种污染物质的快速被动采样方法中扩散系数实验装置的结构示意图，如图6所示：
所述的通过试验测定得到的离子在扩散膜中的扩散系数，包括：
所述实验测定采用的装置为容器，包括A室和B室，所述A室与所述B室之间采用凝胶膜连接，所述A室和所述B室均设有搅拌器；
所述试验测定的过程包括：将所述实验装置用10％的HNO3冲洗并浸泡12h，然后用超纯水清洗烘干，在所述A室中加入60ml设定浓度的含有待测污染物的0.01mol/L的NaNO3溶液，在所述B室加入60ml的0.01mol/L的NaNO3溶液，打开所述搅拌器，使所述A、B两室内溶液充分混合，记录所述A、B两室溶液的浓度第一次达到平衡时的时间；
所述扩散系数D(cm2s-1)计算公式如下：
其中，slope为测定时间内从A室进入B室溶液中污染物的质量，单位g；Δg为扩散相厚度，单位mm；t为所述第一次达到平衡的时间，单位s；A是两室之间扩散相凝胶膜的面积，单位cm2，Cb是A室溶液污染物浓度μg/L。
所述的S7包括：
通过公式计算所述采样点处的水体有机物浓度Cw，所述公式如下：
其中，Cpe,t为富集时间t时有机物的膜富集浓度，Kpe,e为通过试验测定的LDPE膜的膜-水分配系数，Ke为通过试验测定的LDPE膜的富集动力学系数。
所述的通过试验测定的LDPE膜的膜-水分配系数，包括：
制备正己烷：丙酮为1:1比例的混合液，用有机物浓度为1ppm的储备液稀释所述混合液，得到有机物浓度梯度分别为5ppb、10ppb、50ppb、100ppb、500ppb、1000ppb的溶液；
将S2中风干后的LDPE膜分别放置所述不同浓度有机物的溶液中，放置设定时间；
设定时间后取出所述LDPE膜，依照S5中的提取方法对所述LDPE膜进行提取操作，将所述提取液氮吹后采用气相色谱-质谱联用仪测定富集平衡时LDPE膜上有机物的膜富集浓度Cpe,e，并应用减差法计算得到取出所述LDPE膜后的水体中有机物浓度Cw；
所述的设定时间可以为30天。
以lgCpe,e为横坐标，lgCw为纵坐标，根据公式计算lgCw-lgCpe,e的直线关系，所述公式如下：
lgCpe,e-lgKpe,e＝lgCw
所述的通过试验测定的LDPE膜的富集动力学系数，包括：
配制正己烷：丙酮为1:1比例的混合液，用有机物浓度为1ppm的储备液稀释所述混合液，得到有机物浓度为100ppb的溶液；
将五个S2所述的风干备用的LDPE膜，分别放入五个装有所述100ppb溶液的容器中，封盖并依次振荡时间为1d、5d、10d、20d、40d，振荡完成后将所述五个LDPE膜依次取出；
依照S5中的提取方法对所述五个LDPE膜分别进行提取操作，将所述五个提取液氮吹后依次用气相色谱-质谱联用仪进行测定，获得不同富集时间t的有机物的膜富集浓度Cpe,t；
以富集时间t为横坐标，富集浓度Cpe,t为纵坐标，根据如下公式计算：
应用Origin8.5拟合得到有机物的富集动力学系数Ke。
本领域技术人员应能理解上述采样装置中的固定方式仅为举例，其他现有的或今后可能出现的上述采样装置中的固定方式如可适用于本发明实施例，也应包含在本发明保护范围以内，并在此以引用方式包含于此。
本领域技术人员应能理解上述采样方法中的设定时间、设定次数、设定颜色仅为举例，其他现有的或今后可能出现的上述采样方法的设定时间、设定次数、设定颜色如可适用于本发明实施例，也应包含在本发明保护范围以内，并在此以引用方式包含于此。
综上所述，本发明实施例通过根据环境中污染物质的类别，提供了一种环境中多种污染物质的快速被动采样装置的使用方法，为采样后进行污染物质浓度等的分析测定提供了详细的方法，为整个采样过程的快速性和同时性奠定了坚实的基础。
本发明实施例提供的环境中多种污染物质的快速被动采样装置及其使用方法将环境中各类污染物质的采样过程同时化，能在短期内对其中生物有效的部分进行原位富集，大大缩短了采样时间，对水环境监测以及后期的污染生态效益评价具有很高的应用价值。
本领域普通技术人员可以理解：附图只是一个实施例的示意图，附图中的模块或流程并不一定是实施本发明所必须的。
本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于装置或系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述得比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。以上所描述的装置及系统实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种对环境中多种污染物质的快速被动采样装置，其特征在于，包括：主体框架、DGT装置、LDPE膜、第一支架、第二支架；所述DGT装置固定在所述第一支架上，所述LDPE膜固定在所述第二支架上，所述第一支架和所述第二支架分别固定在所述主体框架上；
所述DGT装置包括滤膜、扩散膜、固定膜、上层外壳和下层外壳，所述的固定膜、扩散膜、滤膜依次叠放在下层外壳上，所述上层外壳封盖所述下层外壳；
所述滤膜、扩散膜、固定膜的选用类型根据待采样污染物的种类调换。
2.一种对环境中多种污染物质的快速被动采样装置的采样方法，其特征在于，包括：
S1：对采样装置中DGT装置的扩散膜和固定膜分别进行预处理；
S2：对所述采样装置的LDPE膜进行预处理；
S3：将所述采样装置放置采样点处进行采样；
S4：采样完成后，对所述采样装置中DGT装置的固定膜进行液体提取，并对所述固定膜提取液进行分析测定；
S5：采样完成后，对所述采样装置的LDPE膜进行液体提取，并对所述LDPE膜提取液进行分析测定；
S6：对所述固定膜提取液分析测定的结果进行计算处理；
S7：对所述LDPE膜提取液分析测定的结果进行计算处理。
3.根据权利要求2所述的采样方法，其特征在于，所述的S1包括：
所述采样装置采样重金属污染物和氨氮前，将所述扩散膜和所述固定膜放于超纯水中膨胀设定时间，在所述设定时间期间，更换所述超纯水设定次数，所述设定时间后，将所述扩散膜置于0.01mol·L-1NaNO3中备用，将所述固定膜置于超纯水中备用；
所述采样装置采样磷、硫和砷之前，将所述DGT装置放入去离子水中，并向所述去离子水中充入纯氮气用于除去所述DGT装置中的氧。
4.根据权利要求2所述的采样方法，其特征在于，所述的S2包括：
将所述LDPE膜进行洗涤，所述洗涤过程包括将所述LDPE膜于丙酮：正己烷为1:1比例的混合液中浸泡设定时间，所述设定时间后，重复所述洗涤过程，直至使所述LDPE膜无有机物附着为止，最后将得到的LDPE膜进行风干备用。
5.根据权利要求2所述的采样方法，其特征在于，所述的S4包括：
将所述DGT装置用去离子水清洗干净，取出所述DGT装置的固定膜置于容器中并加入提取液进行提取；其中，
所述采样装置采样的污染物为重金属和氨氮时，往所述固定膜中加入1mL的1mol·L- 1HNO3溶液进行提取，振荡所述溶液设定时间后低温保存待分析用；
所述采样装置采样的污染物为磷、硫时，往所述固定膜中加入1mL的1mol·L-1NaOH溶液进行提取，振荡所述溶液设定时间后低温保存待分析用；
所述采样装置采样的污染物为砷时，往所述固定膜中加入1mL的浓硝酸溶液进行提取，振荡所述溶液设定时间后低温保存待分析用。
6.根据权利要求2所述的采样方法，其特征在于，所述的S5包括：
先用蒸馏水将所述LDPE膜冲洗，再用擦镜纸将所述LDPE膜擦开，最后将所述LDPE膜进行洗脱处理；
所述洗脱处理包括将所述LDPE膜放入设定容量的洗脱瓶中，在所述洗脱瓶中加入10mL的正己烷：丙酮为1:1比例的混合液进行洗脱，重复所述洗脱处理，直至使所述LDPE膜上所富集有机物洗脱完毕，将洗脱处理最终得到的溶液倒入设定容量和设定颜色的瓶中进行氮吹，采用气相色谱-质谱联用仪对所述氮吹后的溶液进行测定。
7.根据权利要求2所述的采样方法，其特征在于，所述的S6包括：
稀释提取过所述固定膜的提取液，测定所述提取液的待测离子浓度，其中，
所述固定膜上待测离子积累量的换算，根据如下公式计算：
其中C提是提取液中待测离子浓度，单位μg·L-1，V提是稀释后提取液体积，单位ml，V固是固定膜的体积，单位ml，Ef是提取液对对应离子的提取率，M为待测离子积累量，单位ng；
根据Fick第一定律换算采样环境中待测离子的浓度，公式如下：
<mrow> <msub> <mi>C</mi> <mrow> <mi>D</mi> <mi>G</mi> <mi>T</mi> </mrow> </msub> <mo>=</mo> <mfrac> <mrow> <mi>M</mi> <mo>&amp;CenterDot;</mo> <mi>&amp;Delta;</mi> <mi>g</mi> </mrow> <mrow> <mi>D</mi> <mo>&amp;CenterDot;</mo> <mi>A</mi> <mo>&amp;CenterDot;</mo> <mi>t</mi> </mrow> </mfrac> </mrow>
其中，M为固定膜的富集离子积累量，单位为ng；Δg为扩散膜的厚度，单位为cm；D为通过试验测定得到的离子在扩散膜中的扩散系数，单位为cm2s-1；A为DGT装置窗口暴露面积，单位为cm2；t是DGT装置的放置时间，单位为s；CDGT为采样环境中待测离子的浓度，单位为μg·L-1。
8.根据权利要求7所述的采样方法，其特征在于，所述的通过试验测定得到的离子在扩散膜中的扩散系数，包括：
所述实验测定采用的装置为容器，包括A室和B室，所述A室与所述B室之间采用凝胶膜连接，所述A室和所述B室均设有搅拌器；
所述试验测定的过程包括：将所述实验装置用10％的HNO3冲洗并浸泡12h，然后用超纯水清洗烘干，在所述A室中加入60ml设定浓度的含有待测污染物的0.01mol/L的NaNO3溶液，在所述B室加入60ml的0.01mol/L的NaNO3溶液，打开所述搅拌器，使所述A、B两室内溶液充分混合，记录所述A、B两室溶液的浓度第一次达到平衡时的时间；
所述扩散系数D计算公式如下：
<mrow> <mi>D</mi> <mo>=</mo> <mfrac> <mrow> <mi>s</mi> <mi>l</mi> <mi>o</mi> <mi>p</mi> <mi>e</mi> <mo>&amp;times;</mo> <mi>&amp;Delta;</mi> <mi>g</mi> </mrow> <mrow> <mi>t</mi> <mo>&amp;times;</mo> <mi>A</mi> <mo>&amp;times;</mo> <msub> <mi>C</mi> <mi>b</mi> </msub> </mrow> </mfrac> </mrow>
其中，slope为测定时间内从A室进入B室溶液中污染物的质量，单位g；Δg为扩散相厚度，单位mm；t为所述浓度第一次达到平衡的时间，单位s；A是两室之间扩散相凝胶膜的面积，单位cm2，Cb是A室溶液污染物浓度μg/L。
9.根据权利要求2所述的采样方法，其特征在于，所述的S7包括：
通过公式计算所述采样点处的水体有机物浓度Cw，所述公式如下：
<mrow> <msub> <mi>C</mi> <mi>w</mi> </msub> <mo>=</mo> <msub> <mi>C</mi> <mrow> <mi>p</mi> <mi>e</mi> <mo>,</mo> <mi>t</mi> </mrow> </msub> <mo>/</mo> <msub> <mi>K</mi> <mrow> <mi>p</mi> <mi>e</mi> <mo>,</mo> <mi>e</mi> </mrow> </msub> <mrow> <mo>(</mo> <mn>1</mn> <mo>-</mo> <msup> <mi>e</mi> <mrow> <mo>-</mo> <msub> <mi>K</mi> <mi>e</mi> </msub> <mi>t</mi> </mrow> </msup> <mo>)</mo> </mrow> </mrow>
其中，Cpe,t为富集时间t时有机物的膜富集浓度，Kpe,e为通过试验测定的LDPE膜的膜-水分配系数，Ke为通过试验测定的LDPE膜的富集动力学系数，t是DGT装置的放置时间，单位为s。
10.根据权利要求9所述的采样方法，其特征在于，所述的通过试验测定的LDPE膜的膜-水分配系数，包括：
制备正己烷：丙酮为1:1比例的混合液，用有机物浓度为1ppm的储备液稀释所述混合液，得到有机物浓度梯度分别为5ppb、10ppb、50ppb、100ppb、500ppb、1000ppb的溶液；
将S2中所述风干备用的LDPE膜分别放置所述不同浓度有机物的溶液中，放置设定时间；
所述设定时间过后取出所述LDPE膜，依照S5中的提取方法对所述LDPE膜进行提取操作，将所述提取液氮吹后采用气相色谱-质谱联用仪测定富集平衡时LDPE膜上有机物的膜富集浓度Cpe,e，并应用减差法计算得到取出所述LDPE膜后的水体中有机物浓度Cw；
以lgCpe,e为横坐标，lgCw为纵坐标，根据公式计算lgCw-lgCpe,e的直线关系，所述公式如下：
lgCpe,e-lgKpe,e＝lgCw
所述的通过试验测定的LDPE膜的富集动力学系数，包括：
配制正己烷：丙酮为1:1比例的混合液，用有机物浓度为1ppm的储备液稀释所述混合液，得到有机物浓度为100ppb的溶液；
将五个S2所述的风干备用的LDPE膜，分别放入五个装有所述100ppb溶液的容器中，封盖并依次振荡时间为1d、5d、10d、20d、40d，振荡完成后将所述五个LDPE膜依次取出；
依照S5中的提取方法对所述五个LDPE膜分别进行提取操作，将所述五个提取液氮吹后依次用气相色谱-质谱联用仪进行测定，获得不同富集时间t的有机物的膜富集浓度Cpe,t；
以富集时间t为横坐标，富集浓度Cpe,t为纵坐标，根据如下公式计算：
Cpe,t＝Cpe,e(1-e-Ke*t)
应用Origin8.5拟合得到有机物的富集动力学系数Ke。
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