CN109827813A - 一种大气降水同位素分析月累积样品采集装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种大气降水同位素分析月累积样品采集装置，包括集水漏斗、储样瓶、导水管、罩网、泄压管和浮球。集水漏斗的漏斗汇流口通过支承件安装在导水管的上部，储样瓶底部的集水套管底部为封闭状态。导水管下部设有开孔，导水管与集水套管通过螺纹连接。导水管上部与漏斗汇流口连接，下部穿过储样瓶盖连接到集水套管，浮球位于漏斗汇流口的导水管入口处。储样瓶盖设有卸压孔管，漏斗汇流口设有排气口，卸压孔管通过泄压管与排气口连通。本发明采样过程无需人工干预，以小液面暴露、小内径长泄压管阻隔和浮球封闭有效控制了样品采集过程中的水样蒸发，保证了样品的代表性。长达1个月的采样过程无需人工干预、能够节省采样成本。

Description

一种大气降水同位素分析月累积样品采集装置

技术领域

本发明属于测量设备技术领域，涉及一种采样设备，具体涉及一种大气降水同位素分析月累积样品采集装置。

背景技术

大气降水同位素（D、¹⁸O和T）监测是同位素水文学研究的一项基础工作，重要的同位素水文学研究项目常需设立大气降水同位素监测站点，了解特定区域大气降水同位素组成分布规律，国际原子能机构（IAEA）全球大气降水监测网一直长期运行。使用市售雨量器采集大气降水样品，常因样品不能及时转移而发生蒸发（特别是在干旱地区），导致同位素原始组成改变。IAEA推荐的油封式采样装置虽然能避免水样蒸发，但因操作中存在一些实际困难，未被普遍采用。

现有雨水同位素监测典型的采样设备包括油膜封闭型采样器、球封型采样器和袋-管型采样器。油膜封闭型采样器由于小样品量带来的油水分离操作的困难及油水间发生氢同位素交换，推广普及遇到困难。球封型采样器的缺点是在林区或风沙大的地区使用时，常因落入异物而使球封失效，每次降水过程后总有少量滞留水不能流入塑料桶，滞留水可能在发生部分蒸发后，被随后的降水带入容器。袋-管型采样器的袋子和桶必须留出排气孔，否则前期雨水流入时产生的压力将阻止后期雨水继续流入。上述月累积样品采集设备存在地区适用性不强、阻止水样蒸发与交换不彻底和操作不便等不足，尚未得到普遍的认可和推广使用。

发明内容

本发明的目的是提供一种大气降水同位素分析月累积样品采集装置，有效控制样品采集过程中水样的蒸发，提高所采集的大气降水同位素分析月累积样品的代表性，进而获得准确可靠的大气降水同位素监测成果。

本发明的技术方案是：大气降水同位素分析月累积样品采集装置，包括集水漏斗和储样瓶，集水漏斗设有罩网，储样瓶设有储样瓶盖。装置设有导水管、泄压管和浮球，集水漏斗的下部设有漏斗汇流口，漏斗汇流口通过支承件安装在导水管的上部。储样瓶底部设有集水套管，集水套管的底部为封闭状态。导水管下部设有开孔，导水管与集水套管通过螺纹连接。导水管上部与漏斗汇流口连接，下部穿过储样瓶盖连接到集水套管，浮球位于漏斗汇流口的导水管入口处。储样瓶盖设有卸压孔管，漏斗汇流口设有排气口，卸压孔管通过泄压管与排气口连通。

导水管的上部设有槽口，槽口内安装密封圈，导水管和漏斗汇流口通过密封圈密封。储样瓶盖与储样瓶的瓶口之间通过密封圈密封。密封圈为丁晴橡胶圈，浮球为乒乓球。集水漏斗通过可拆装的支架固定，支架通过螺栓固定在集水漏斗上。集水漏斗、储样瓶、罩网和导水管的材质为不锈钢。泄压管为PU塑料管，PU塑料管缠绕在导水管上。

本发明大气降水同位素分析月累积样品采集装置，克服了以往同类采集设备的不足，用少量储水在干热夏季完成的水样蒸发与水气交换试验证实，可有效阻止水样蒸发与水气交换。对于一般性研究项目，可参照本设计以市售塑料桶、塑料管和塑料漏斗等易得材料制作简易采样装置，对于重大研究项目完整采用本发明采样装置设计。

本发明大气降水同位素分析月累积样品采集装置，有效控制了样品采集过程中水样的蒸发，提高了所采集大气降水同位素分析月累积样品的代表性，进而获得准确可靠的大气降水同位素监测成果。与现有技术相比本发明的优点是：⑴避免了封闭油膜的使用，嵌入丁腈橡胶圈的各组件衔接口拆装简单，使月末分取样品十分方便。⑵ 采取小液面蒸发、小内径长泄压管阻隔和浮球封闭等多重措施，对水样蒸发与水气交换实现了更为有效的控制。⑶独特的导水管出水口设计使少量的雨水即可形成小液面，更适于在干旱地区使用。⑷小内径长泄压管设计对与外界水气交换的控制效果更佳。⑸将泄压口引向浮球底部不仅使水气逃逸和交换被进一步阻断，而且可以利用降水结束后储水容器中残存压力引起的浮球浮动延迟，使少量不再能使2.7g乒乓球浮起的残留雨水得以继续流入储水容器。

附图说明

图1为本发明大气降水同位素分析月累积样品采集装置的结构示意图；

图2为漏斗汇流口处的放大图；

图3为储样瓶盖的放大图；

图4为集水套管的放大图；

其中：1—集水漏斗、2—罩网、3—浮球、4—泄压管、5—储样瓶盖、6—储样瓶、7—螺栓、8—漏斗汇流口、9—导水管、10—支架、11—丁晴橡胶圈、12—集水套管、13—瓶口、14—开孔、15—支承件、16—螺纹、17—排气口、18—泄压孔管。

具体实施方式

下面结合实施例和附图对本发明进行详细说明。本发明保护范围不限于实施例，本领域技术人员在权利要求限定的范围内做出任何改动也属于本发明保护的范围。

本发明大气降水同位素分析月累积样品采集装置如图1所示，包括集水漏斗1、导水管9、泄压管4和浮球3和储样瓶6，集水漏斗通过可拆装的支架10固定，支架通过螺栓7固定在集水漏斗上。集水漏斗1设有罩网2，储样瓶设有储样瓶盖5，集水漏斗、导水管、泄压孔管、储样瓶、储样瓶盖和罩网的材质为不锈钢。集水漏斗的下部设有漏斗汇流口8，如图2所示。漏斗汇流口通过支承件15安装在导水管的上部，导水管的上部设有槽口，槽口内安装丁晴橡胶圈11，导水管和漏斗汇流口通过丁晴橡胶圈密封。如图4所示。储样瓶底部设有集水套管12，集水套管的底部为封闭状态、导水管下部设有开孔14，导水管与集水套管通过螺纹16连接。如图3所示。储样瓶盖5与储样瓶的瓶口13之间通过丁晴橡胶圈密封。导水管上部与漏斗汇流口连接，下部穿过储样瓶盖连接到集水套管，浮球3位于漏斗汇流口的导水管入口处，浮球为乒乓球。储样瓶盖设有卸压孔管18，漏斗汇流口设有排气口17，卸压孔管通过泄压管4与排气口连通。泄压管为PU塑料管， PU塑料管缠绕在导水管上。

导水管为内径9mm、上端外径14mm的不锈钢管，储样瓶为10L（φ22cm，h26cm）不锈钢容器。导水管在管口之下3mm处开1.5mm深、2mm宽的槽口，嵌入内径11mm、线径2mm的丁腈橡胶圈。橡胶圈起到漏斗汇流口和导水管间的密封作用。导水管的下端底部为螺口（外螺纹），在紧靠螺纹上端的管壁上开有4个均匀分布的开孔14。将内径18mm、长28mm、一端封闭的集水套管借助其底封上的螺孔套在导水管底部，进入导水管的降水只在注满套管后方流入储水器，使初次少量的降水储存在导水管内形成小液面，避免大面积水样蒸发。集水漏斗的口径根据区域最大和最小月降水量设计，以保证水样既不从容器溢出，又能收集尽量多的降水（不少于完成T、D和¹⁸O分析所需水样体积）。集水漏斗底部为曲率半径20mm的光滑球面。用φ40mm乒乓球（浮球）封闭集水汇流口。乒乓球上部加设不锈钢罩网2，防止异物掉入并保护乒乓球不致因风吹或者暴雨冲击而丢失。在无风沙地区，使用单层大孔径（φ5mm）罩网，有风沙地区则须用双层罩网，两网之间加填聚酯纤维。

储样瓶的开口为外径41mm（壁厚2.5mm）、长45mm的剖光不锈钢管。一个能够完全覆盖该不锈钢管的上开孔的不锈钢储样瓶盖5。不锈钢盖上方设有一内径2mm、壁厚0.5mm的不锈钢泄压孔管18，并通过一内径2mm、长8m的PU塑料管（缠绕在导水管上的泄压管）与集水漏斗底部被浮球覆盖的排气口相连接。当降水过程结束后，由小内径长泄压管对气流的阻力引起的残存压力使浮球短时继续浮动，从而降水全部流入储样瓶。

将300mL蒸馏水装入储样瓶，每5天取出10ml水装入带螺旋盖（内衬聚四氟乙烯垫）的高密度聚乙烯小瓶中，50天后一起进行δ ¹⁸O分析。结果（表1）显示，在分析方法不确定度（0.2‰）内未发现可识别的变化。

表1 采样装置中水样δ¹⁸O随时间的变化

时间(d)	0	5	10	15	20	25	30	35	40	45	50
												δ<sup>18</sup>O/‰	-7.7	-7.8	-7.8	-7.8	-7.8	-7.5	-7.7	-7.9	-7.8	-7.6	-7.5

Claims (8)

1.一种大气降水同位素分析月累积样品采集装置，包括集水漏斗（1）和储样瓶（6），所述集水漏斗（1）设有罩网（2），所述储样瓶设有储样瓶盖（5），其特征是：所述装置设有导水管（9）、泄压管（4）和浮球（3），所述集水漏斗的下部设有漏斗汇流口（8），所述漏斗汇流口通过支承件（15）安装在导水管的上部；所述储样瓶底部设有集水套管（12），所述集水套管的底部为封闭状态；所述导水管下部设有开孔（14），导水管与集水套管通过螺纹（16）连接；所述导水管上部与漏斗汇流口连接，下部穿过储样瓶盖连接到集水套管，所述浮球位于漏斗汇流口的导水管入口处；所述储样瓶盖设有卸压孔管（18），所述漏斗汇流口设有排气口（17），所述卸压孔管通过泄压管（4）与排气口连通。

2.根据权利要求1所述的大气降水同位素分析月累积样品采集装置，其特征是：所述导水管（9）的上部设有槽口，槽口内安装密封圈，导水管和漏斗汇流口通过密封圈密封。

3.根据权利要求1所述的大气降水同位素分析月累积样品采集装置，其特征是：所述储样瓶盖（5）与储样瓶的瓶口（13）之间通过密封圈密封。

4.根据权利要求2或3所述的大气降水同位素分析月累积样品采集装置，其特征是：所述密封圈为丁晴橡胶圈（11）。

5.根据权利要求1所述的大气降水同位素分析月累积样品采集装置，其特征是：所述浮球（3）为乒乓球。

6.根据权利要求1所述的大气降水同位素分析月累积样品采集装置，其特征是：所述集水漏斗（1）通过可拆装的支架（10）固定，所述支架通过螺栓（7）固定在集水漏斗上。

7.根据权利要求1所述的大气降水同位素分析月累积样品采集装置，其特征是：所述集水漏斗（1）、储样瓶（6）、罩网（2）和导水管（9）的材质为不锈钢。

8.根据权利要求1所述的大气降水同位素分析月累积样品采集装置，其特征是：所述泄压管（4）为PU塑料管，所述PU塑料管缠绕在导水管上。