CN108387400A - 一种沉积物孔隙水原位高分辨率采样器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种沉积物孔隙水原位高分辨率采样器，属于水文与水资源学和环境科学中的水体采样技术领域，该采样器包括多孔板、凹槽板和透析膜，所述凹槽板一面上设有多个长条状的凹槽，所述凹槽沿凹槽板宽度方向设置，所述多孔板上设有多排通孔，每排通孔均设有若干个，每排通孔均沿多孔板宽度方向设置，所述透析膜一面紧贴在凹槽板设有凹槽的一面，多孔板紧贴在透析膜另一面，凹槽板与多孔板可拆卸式固定连接，一个凹槽与一排通孔位置相对应，该采样器能够实现在最大程度保持沉积物原状、无氧条件下、高分辨率地对不同深度沉积物孔隙水进行采集，且组装简单。
Description
技术领域
本发明属于水文与水资源学和环境科学中的水体采样技术领域，特别是涉及一种对沉积物孔隙水进行原位采样的装置及使用方法。
背景技术
湖泊和湿地是人类社会经济赖以发展的重要水源，且形成独特的生物群落生态系统，但其生态系统环境极易受外部变化所影响。而目前河流、湖泊、湿地等水体遭受重金属、营养物质等污染的状况十分严重，上覆水中的污染物与沉积物间发生物质交换，污染物进入沉积物孔隙水中并难以快速去除。而当上覆水与沉积物中污染物的浓度发生变化时，沉积物中的污染物以孔隙水为载体再次进入上覆水，反复造成污染。上覆水与沉积物之间形成了这样的动态变化的“源”与“汇”关系。同时，沉积物孔隙水还是土壤物理、化学和微生物反应的重要场所，不断进行着频繁的物质交换，尤其是沉积物表面至60cm深的沉积物层是微生物反应活性最高的活性带，而微生物的厌氧呼吸作用将直接影响到沉积物孔隙水中各物质成分的变化，因此60cm沉积物活性带是研究沉积物的关键区域。通过对表面至60cm沉积物活性带孔隙水的采集，研究该沉积物活性带孔隙水中碳、磷、硫、铁、氢和氧的地球化学特征，测量甲烷和二氧化碳等溶解性气体，可以进一步了解水体污染现状、地球化学循环过程和温室气体的排放过程，对水污染治理、水资源保护和气候变化具有重要现实意义。
目前针对沉积物孔隙水采样，可以分为非原位采样和原位采样。孔隙水的非原位采样方法包括：离心法、压榨法，负压抽滤法、平衡透析法为原位采样方法。离心法和压榨法都是先对沉积物进行采样，并对采样沉积物分层切割，分别利用高速离心得到上清液和在一定压力下沉积物孔隙水通过渗膜压出的方式得到。负压抽滤法是将采样装置插入一定深度的沉积物，通过产生真空负压来提取孔隙水，同时为了防止杂质阻塞装置管道通常会带有过滤网。平衡透析法是一种原位采样方式，其利用溶液浓度差引起的扩散渗透作用来进行采样。离心法和压榨法为破坏性采样，通过此类方法得到沉积物孔隙水在采样处理过程中会改变沉积物的物理和化学性质，导致测量结果与实际情况不符。并且，目前较多的采样装置采用负压抽滤方式进行孔隙水采集，在孔隙水采集过程中易受到氧气影响而改变沉积物孔隙水中发生的微生物厌氧呼吸作用，对沉积物孔隙水的原状保持产生影响。
中国专利申请201621472027.1提出的“一种滨海潮滩湿地沉积物孔隙水采样器”，该技术方案由三通阀、滤采单元、真空吸排水单元和出水单元构成。虽然该采样器具有采样速度快、三通阀能够搭配多种即时检测仪器等优点，但该装置还是存在一定缺陷：一是该采样器插入沉积物的取样部分长度较短，无法对整个沉积物活性带进行测量；二是该采样器一次只能进行单点采样，采样孔隙水的代表性难以保证。三是该采样器采样室滤采单元与其他相连配件存在一定空间空隙，无法满足无氧条件下的水体采样。
中国专利申请201610130251.0提出的“一种高分辨测定孔隙水自由溶解态污染物浓度被动采样器”，该技术方案由支撑框架、无机污染物被动单元和有机污染物被动采样单元。虽然具有在一次采样过程中能够对不同深度的沉积物孔隙水同时进行测量等优点。但该装置还是存在一定缺陷：一是在同一深度处仅设有2个采样小瓶，较难保证采样孔隙水的代表性。二是支撑框架为不锈钢材料且框架面积较大，长时间在沉积物环境中可能会与微生物发生反应而导致孔隙水各物质成分产生变化，三是多个采样小瓶为分离式结构，安装多个采样小瓶，工作量大。
发明内容
本发明为了解决现有技术中存在的问题，提供一种湿地、湖泊或水稻田沉积物孔隙水原位高分辨率采样器及使用方法。该发明能够实现在最大程度保持沉积物原状、无氧条件下、高分辨率地对不同深度沉积物孔隙水进行采集。
为了达到上述目的，本发明提出的技术方案为：一种沉积物孔隙水原位高分辨率采样器，其特征在于：包括多孔板、凹槽板和透析膜，所述凹槽板一面上设有多个长条状的凹槽，所述凹槽沿凹槽板宽度方向设置，所述多孔板上设有多排通孔，每排通孔均设有若干个，每排通孔均沿多孔板宽度方向设置，所述透析膜一面紧贴在凹槽板设有凹槽的一面，多孔板紧贴在透析膜另一面，凹槽板与多孔板可拆卸式固定连接，一个凹槽与一排通孔位置相对应。
对上述技术方案的进一步设计为：所述凹槽内填充有去离子水。
所述凹槽板上端设有把手。
所述把手固定在凹槽板上，且由不锈钢材料制成。
所述凹槽板下端设有尖头。
所述尖头固定在凹槽板上，且横截面积自上而下逐渐减小。
相邻两个凹槽之间的间距相同。
所述凹槽板与多孔板的两侧边缘均设有若干螺纹孔，凹槽板与多孔板上的螺纹孔一一对应，螺纹孔内设有螺钉，凹槽板与多孔板通过螺钉固定在一起。
所述通孔为圆形，通孔直径不大于凹槽宽度。
所述凹槽板、多孔板与尖头均由有机玻璃制成。
本发明的有益效果为：
1、该采样器中凹槽内充满去离子水，透析膜两面分别紧贴凹槽板与多孔板，保证在五羊条件下进行采样。
2、该采样器设有多个凹槽，可对每间隔一段距离的的沉积物孔隙水进行采样，具有很高的采样分辨率，能够较好反映沉积物孔隙水物质浓度随深度的变化。
3、在沉积物同一深度处有若干个采样通孔能够进行孔隙水采集，相比单点或两点采样的随机性和偶然性，多点采样提高了同一深度处孔隙水中物质的代表性；且在一次采样过程中，能够对多个不同深度的沉积物孔隙水进行取样，不同深度沉积物活性带进行完整采样。
4、凹槽板与多孔板采用有机玻璃材质，仅把手处使用不锈钢材质，且采样时把手位于沉积物上方，避免了微生物对不锈钢的腐蚀反应而引起孔隙水中物质的改变。
5、本实施例中一个凹槽、一排通孔和之间的透析膜三部分构成一个采样单元，多个采样单元的三部分均为整体式结构，可同时组装多个采样单元，工作量小，避免在进行多点、多深度采样时，由于采样单元过多，而造成依次安装采样单元的频繁操作。
附图说明
图1为本发明采样器的结构示意图；
图2为图1中多孔板的结构示意图；
图3为图1中凹槽板的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图以及具体实施例对本发明进行详细说明。
实施例
结合图1、图2和图3，本实施例所提出的一种用于湿地、湖泊或水稻田沉积物的孔隙水原位高分辨率采样器，它由多孔板1、凹槽板2、透析膜11、把手3和尖头6组成。
本实施例中多孔板1、凹槽板2和透析膜11的面积相当，凹槽板2、多孔板1与尖头6均由有机玻璃制成；多孔板1上设有多排圆形通孔4，每排通孔4均设有八个，每排通孔4均沿多孔板1宽度方向设置；凹槽板2一面上设有多个长条状的凹槽5，本实施例中凹槽5最多可设置60个，凹槽5沿凹槽板2宽度方向设置，相邻凹槽5之间距离为1cm；透析膜11一面紧贴在凹槽板2设有凹槽5的一面，多孔板1紧贴在透析膜11另一面，一个凹槽5与一排通孔4位置相对应，通孔4直径不大于凹槽5宽度；把手3和尖头6分别固定在凹槽板2上下两端，把手有不锈钢材料制成，尖头6横截面积自上而下依次减小。
本实施例的采样器使用时在凹槽板2的凹槽5内填充满特定液体，如去离子水，随后用透析膜11和多孔板1依次覆盖在凹槽板2设有凹槽5的一面，透析膜11与凹槽板2和多孔板1之间均紧密贴合无气泡，且凹槽内无液体流出，多孔板1和凹槽板2两侧边缘均设有若干螺纹孔，凹槽板2与多孔板1上的螺纹孔一一对应，螺纹孔内设有螺钉7，将凹槽板2与多孔板1通过螺钉7固定在一起，从而组成一套完整的沉积物孔隙水采样装置。
上述实施例的一种沉积物孔隙水原位高分辨率采样器的使用方法的具体实施步骤如下：
1、预置液体准备：将凹槽板2水平放置，在各凹槽5内加入去离子水使整个凹槽5充满液体。
2、透析膜装配：确定合适的透析膜11（如纤维透析膜），膜大小与板面尺寸保持一致，将透析膜11覆盖在凹槽板2上，确保透析膜11与各凹槽5内液体完全贴合无气泡。
3、多孔板装配：将多孔板1覆盖在透析膜11之上，使板上通孔4与凹槽板上的凹槽5对齐，利用螺定7将三者固定，确保凹槽板2、透析膜11和多孔板1之间足够紧实透析膜无皱褶无液体流出。
4、孔隙水采样:将采样器带至孔隙水采样点，将采样器设有尖头6的一头垂直插入沉积物中，将采样器插入至仅把手3露出在沉积物之上，埋入沉积物下的各排采样单元对应着不同深度的沉积物孔隙水，孔隙水中的分子或离子通过不同深度的采样室取样口通孔4并透过透析膜进入凹槽5，待透析平衡后，可利用把手3取出沉积物孔隙水采样器。
本发明的技术方案不局限于上述各实施例，凡采用等同替换方式得到的技术方案均落在本发明要求保护的范围内。
Claims (10)
1.一种沉积物孔隙水原位高分辨率采样器，其特征在于：包括多孔板、凹槽板和透析膜，所述凹槽板一面上设有多个长条状的凹槽，所述凹槽沿凹槽板宽度方向设置，所述多孔板上设有多排通孔，每排通孔均设有若干个，每排通孔均沿多孔板宽度方向设置，所述透析膜一面紧贴在凹槽板设有凹槽的一面，多孔板紧贴在透析膜另一面，凹槽板与多孔板可拆卸式固定连接，一个凹槽与一排通孔位置相对应。
2.根据权利要求1所述沉积物孔隙水原位高分辨率采样器，其特征在于：所述凹槽内填充有去离子水。
3.根据权利要求2所述沉积物孔隙水原位高分辨率采样器，其特征在于：所述凹槽板上端设有把手。
4.根据权利要求3所述沉积物孔隙水原位高分辨率采样器，其特征在于：所述把手固定在凹槽板上，且由不锈钢材料制成。
5.根据权利要求4所述沉积物孔隙水原位高分辨率采样器，其特征在于：所述凹槽板下端设有尖头。
6.根据权利要求5所述沉积物孔隙水原位高分辨率采样器，其特征在于：所述尖头固定在凹槽板上，且横截面积自上而下逐渐减小。
7.根据权利要求2至6之一所述沉积物孔隙水原位高分辨率采样器，其特征在于：相邻两个凹槽之间的间距相同。
8.根据权利要求7所述沉积物孔隙水原位高分辨率采样器，其特征在于：所述凹槽板与多孔板的两侧边缘均设有若干螺纹孔，凹槽板与多孔板上的螺纹孔一一对应，螺纹孔内设有螺钉，凹槽板与多孔板通过螺钉固定在一起。
9.根据权利要求7所述沉积物孔隙水原位高分辨率采样器，其特征在于：所述通孔为圆形，通孔直径不大于凹槽宽度。
10.根据权利要求7所述沉积物孔隙水原位高分辨率采样器，其特征在于：所述凹槽板、多孔板与尖头均由有机玻璃制成。
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