CN111006901A - 河流中痕量有机物的被动富集设备及其采样方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供河流中痕量有机物的被动富集设备及其采样方法，定位通讯装置包括GPS定位装置和无线通讯装置，GPS定位装置和无线通讯装置均安装在壳盖内；富集装置包括反渗透膜固定桩、反渗透膜、可调节螺母和隔层板，反渗透膜固定桩固装在壳体的底端，在反渗透膜固定桩上设置有螺纹，可调节螺母与反渗透固定桩螺纹连接，在隔层板上开设有与反渗透膜固定桩相对应的通孔，可调节螺母用于调节隔层板在反渗透膜固定桩上的位置，反渗透膜缠绕在反渗透膜固定桩上。通过反渗透膜吸附河流中的有机物，实现有机物的被动富集，有效的解决水样运输困难及现场富集时间过长等问题。

Description

河流中痕量有机物的被动富集设备及其采样方法
技术领域
本发明涉及河流水环境监测装置技术领域，更具体地说涉及一种河流中痕量有机物的被动富集设备及其采样方法。
背景技术
随着经济的发展和城市化的推进，人类活动影响进一步增大，越来越多的有机物输入河流。据报道,目前全世界在水中检出的有机污染物达2221种，其中765种存在于饮用水中，它们可能与人类某些肿瘤的发生有一定关系，被认为是影响人群健康的重要化学物质。水环境中的有机污染物对人体健康的影响越来越引起各国环境科学工作者的重视。因此，分析鉴定水环境中痕量有机污染物已成为环境科研、环境医学和环境监测的经常性任务。由于环境体系复杂，水体中有机污染物含量较低，一般是μg/L和ng/L数量级，直接测定存在许多困难，水样处理均需经过富集。
要对河流水体中的有机物进行测定，首先要进行水样样品的采集和前处理。传统的方法是将采样和前处理分别进行，其步骤包括大量样品采集—样品运输—样品保存—样品预处理。由于水体有机物含量较低，需要大量的水样才能得到满足测定要求的有机物量的要求，若采集水样运输到实验室再进行富集，受到野外采样用车的承载空间限制，难以装载大量的水样样品，且样品易发生变化和造成污染，影响分析结果的质量；若在采样现场进行有机物富集，虽然富集完有机物的SPE小柱占用空间变少，但富集的过程耗时久，基于河流采样沿程路程较长，时间紧迫的实际情况，现场富集有机物也难以实现。综上，按照传统方式采集河流有机物往往费时费力，对于青藏高原地区河流的采样工作来说，地理位置偏远且环境条件艰苦，工作开展则更为困难。
发明内容
本发明克服了现有技术中的不足，提供了一种河流中痕量有机物的被动富集设备及其采样方法，本设备的基本原理是基于被检测物质从样本到被动采样器的自由流动，该自由流动的驱动力是被检测物质在两个不同相之间的化学势能不同，本设备能够在野外河流中长时间放置，通过渗透膜吸附河流中的有机物，实现有机物的被动富集，有效的解决水样运输困难及现场富集时间过长等问题。
本发明的目的通过下述技术方案予以实现。
河流中痕量有机物的被动富集设备，包括外壳、固定装置、定位通讯装置和富集装置；
所述外壳包括壳体和壳盖，在所述壳体上均匀开设有进液孔；
所述固定装置包括固定环、固定锚和固定线，所述固定环固定在所述壳盖顶端，所述固定线的首端与所述固定环固定相连，所述固定线的尾端与所述固定锚相连；
所述定位通讯装置包括GPS定位装置和无线通讯装置，所述GPS定位装置和所述无线通讯装置均安装在所述壳盖内，所述GPS定位装置的位置信号输出端与所述无线通讯装置的信号接收端相连，所述无线通讯装置的信号输出端与接收终端的信号接收端相连；
所述富集装置包括渗透膜固定桩、渗透膜、可调节螺母和隔层板，所述渗透膜固定桩固装在所述壳体的底端，在所述渗透膜固定桩上设置有螺纹，所述可调节螺母与所述反渗透固定桩螺纹连接，在所述隔层板上开设有与所述渗透膜固定桩相对应的通孔，所述可调节螺母用于调节所述隔层板在所述渗透膜固定桩上的位置，所述渗透膜缠绕在所述渗透膜固定桩上。
所述GPS定位装置包括调理模块和GPS定位模块，所述GPS定位模块通过所述调理模块与所述无线通讯装置的信号接收端相连。
所述渗透膜固定桩的数量为4-6，所述渗透膜固定桩的排列形状为正方形或正五边形或正六边形。
所述渗透膜固定桩的数量为5，所述渗透膜固定桩的排列形状为正五边形。
所述渗透膜的表面微孔的直径为0.3-15nm。
所述渗透膜的表面微孔的直径为0.5-10nm。
所述隔层板的数量为1-3个。
所述壳体为敞口的中空圆柱形容器，所述进液孔均匀开设在所述壳体的筒壁上。
所述渗透膜固定桩的高度为所述壳体高度的3/4-5/6。
所述隔层板的半径为所述壳体内径的2/3-3/4。
河流中痕量有机物的被动富集设备的采样方法，按照下述步骤：
步骤1，根据渗透膜的宽度，调节可调节螺母的位置后，将隔层板套装在渗透膜固定桩上，再将渗透膜缠绕在渗透膜固定桩上，安装好渗透膜后将壳盖盖紧；
步骤2，将被动富集设备投放至待检测水域，并将固定锚固定在该水域的水底，以避免被动富集设备被冲走导致丢失，开启GPS定位装置和无线通讯装置，以实时检测该设备位置状态；
步骤3，在待检测水域放置一段时间后，将被动富集设备取回，若由于固定锚的松动等原因没有找到被动富集设备，则可通过GPS定位装置和无线通讯装置进行定位找回，将渗透膜取出，洗脱上面的有机物即可进行测定工作。
本发明的有益效果为：将痕量有机物的被动富集设备在河流中放置一段时间，通过渗透膜的吸附作用就可以轻松实现河流的有机物采样，省去了大量水样运输以及实验室富集有机物的工作量；该设备可原位提取和富集有机物，有机物样品是通过长期富集得到的，反映的是河流中有机物含量水平的总体情况，样品比瞬时采样更具有代表性；该设备结构简单，操作十分容易，该设备的外壳和渗透膜能够拆卸，在完成一次采样后，更换内部的渗透膜便可进行下一次采样，重复利用性高；该设备用锚进行固定，锚的位置不显眼，不容易被周围的居民发现和偷窃，在设备上还安装了无线通讯装置，就算河流冲刷改变了采样器的位置或者锚产生了松动，也可重新找回采样器，无线通讯装置可以准确对采样点进行定位；该设备内设置有多个桩，渗透膜在这些桩上可以有多种缠绕方式，根据采样需求量的大小，通过改变渗透膜的缠绕方式，使渗透膜的面积发生改变，膜的面积越大，得到的样品越多，反之，膜的面积越小，则得到的样品越少。
附图说明
图1是本发明的剖面结构图；
图2是本发明中的圆柱形外壳的镂空形式示意图；
图3是本发明中实施例一的渗透膜固定桩的分布示意图(俯视)；
图4是本发明中的渗透膜的三种缠绕方式示意图(俯视)；
图中：1为壳盖，2为壳体，3为进液孔，4为固定环，5为固定线，6为固定锚，7为定位通讯装置，8为渗透膜固定桩，9为隔层板，10为可调节螺母，11为渗透膜，12为壳体底部。
对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，可以根据以上附图获得其他的相关附图。
具体实施方式
下面通过具体的实施例对本发明的技术方案作进一步的说明。
实施例一
河流中痕量有机物的被动富集设备，包括外壳、固定装置、定位通讯装置7和富集装置；
外壳包括壳体2和壳盖1，壳体2为敞口的中空圆柱形容器，进液孔3均匀开设在壳体2的筒壁上；
固定装置包括固定环4、固定锚6和固定线5，固定环4固定在壳盖1顶端，固定线5的首端与固定环4固定相连，固定线5的尾端与固定锚6相连；
定位通讯装置7包括GPS定位装置和无线通讯装置，GPS定位装置和无线通讯装置均安装在壳盖1内，GPS定位装置的位置信号输出端与无线通讯装置的信号接收端相连，无线通讯装置的信号输出端与接收终端的信号接收端相连，GPS定位装置包括调理模块和GPS定位模块，GPS定位模块通过调理模块与无线通讯装置的信号接收端相连。
富集装置包括渗透膜固定桩8、渗透膜11、可调节螺母10和隔层板9，渗透膜固定桩8固装在壳体2的底端，在渗透膜固定桩8上设置有螺纹，可调节螺母10与反渗透固定桩8螺纹连接，在隔层板9上开设有与渗透膜固定桩8相对应的通孔，可调节螺母10用于调节隔层板9在渗透膜固定桩8上的位置，渗透膜11缠绕在渗透膜固定桩8上，渗透膜固定桩8的数量为5，渗透膜固定桩8的排列形状为正五边形，渗透膜的表面微孔的直径为0.3-15nm。
关于渗透膜的选择：
富集物为离子态的有机物时，渗透膜选择反渗透膜，渗透膜的结构外侧是反渗透膜套筒，反渗透膜的孔径为0.3-15nm，内侧装有蒸馏水，采样器进入河流中，压力差会让水中的有机物富集在反渗透膜上。
富集物为分子量较小的溶解态有机物或亲脂性有机物，渗透膜的结构为膜外侧是聚乙烯膜套筒或其他非极性的低密度聚合膜(如离子硅化树脂或聚丙烯)制成的套筒，内侧装有大分子量(分子量大于600g/mol)的中性脂(三油酸甘油脂)或从生物体内提纯的类脂物或类脂有机溶剂。由于聚合物分子的不规则运动会造成外侧膜的表面出现一些小孔，随即消失，当水中的有机物孔径与小孔孔径接近时，有机物分子便可扩散进入渗透膜内。进入渗透膜的有机物最终可以从有机溶剂中定量的透析出来。
实施例二
在实施例一的基础上，渗透膜固定桩8的数量为4，渗透膜固定桩8的排列形状为正方形，渗透膜11的表面微孔的直径为0.5-10nm，隔层板9的数量为1-3个，渗透膜固定桩8的高度为壳体2高度的3/4-5/6，隔层板9的半径为壳体2内径的2/3-3/4。
实施例三
河流中痕量有机物的被动富集设备的采样方法，按照下述步骤：
步骤1，根据渗透膜的宽度，调节可调节螺母的位置后，将隔层板套装在渗透膜固定桩上，再将渗透膜缠绕在渗透膜固定桩上，安装好渗透膜后将壳盖盖紧；
步骤2，将被动富集设备投放至待检测水域，并将固定锚固定在该水域的水底，以避免被动富集设备被冲走导致丢失，开启GPS定位装置和无线通讯装置，以实时检测该设备位置状态；
步骤3，在待检测水域放置一段时间后，将被动富集设备取回，若由于固定锚的松动等原因没有找到被动富集设备，则可通过GPS定位装置和无线通讯装置进行定位找回，将渗透膜取出，洗脱上面的有机物即可进行测定工作，测定采样结果如下表所示。
富集物为离子态有机物：
序号 TOC(mg/L) NPOC(mg/L) 序号 TOC(mg/L) NPOC(mg/L)
D1 1.62 2.723 Y1 1.50 2.567
D1(平行) 1.86 2.723 Y10 1.63 2.649
D2 1.75 2.783 Y11 1.40 2.644
d2 1.66 2.872 Y12 1.77 2.729
D3 2.06 3.123 Y13 1.84 2.902
L1 1.26 2.714 Y14 0.88 2.569
L2 1.29 2.798 Y15 0.35 2.565
L3 1.22 2.627 Y16 3.19 3.272
L4 1.18 2.885 Y17 1.45 2.480
L5 1.28 2.797 Y18 1.30 2.537
L6 1.30 2.906 Y2 1.14 2.648
L7 1.60 3.280 Y20 1.05 2.897
L8 1.44 2.763 Y21 0.74 2.800
M1 0.92 3.074 Y22 1.02 2.579
M2 1.01 3.247 Y23 1.26 3.172
M3 1.00 3.219 Y24 1.60 3.312
N1 1.92 2.553 Y25 1.40 3.064
N2 1.17 2.825 Y26 1.44 3.264
N3 1.23 2.603 Y27 1.46 2.988
P1 0.67 2.876 Y28 1.48 2.761
P2 0.64 2.476 Y29 1.46 3.020
P3 0.73 2.540 Y3 1.62 2.545
P4 0.72 2.503 Y30 1.68 2.976
P5 0.90 2.671 Y4 1.38 2.650
X1 1.08 2.844 Y5 1.19 2.734
X2 1.41 2.889 Y6 1.17 2.506
Y7 1.48 2.936
Y8 1.13 2.711
Y9 1.29 2.926
为了易于说明，实施例中使用了诸如“上”、“下”、“左”、“右”等空间相对术语，用于说明图中示出的一个元件或特征相对于另一个元件或特征的关系。应该理解的是，除了图中示出的方位之外，空间术语意在于包括装置在使用或操作中的不同方位。例如，如果图中的装置被倒置，被叙述为位于其他元件或特征“下”的元件将定位在其他元件或特征“上”。因此，示例性术语“下”可以包含上和下方位两者。装置可以以其他方式定位(旋转90度或位于其他方位)，这里所用的空间相对说明可相应地解释。
而且，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个与另一个具有相同名称的部件区分开来，而不一定要求或者暗示这些部件之间存在任何这种实际的关系或者顺序。
以上对本发明进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。

Claims (10)

1.河流中痕量有机物的被动富集设备，其特征在于：包括外壳、固定装置、定位通讯装置和富集装置；
所述外壳包括壳体和壳盖，在所述壳体上均匀开设有进液孔；
所述固定装置包括固定环、固定锚和固定线，所述固定环固定在所述壳盖顶端，所述固定线的首端与所述固定环固定相连，所述固定线的尾端与所述固定锚相连；
所述定位通讯装置包括GPS定位装置和无线通讯装置，所述GPS定位装置和所述无线通讯装置均安装在所述壳盖内，所述GPS定位装置的位置信号输出端与所述无线通讯装置的信号接收端相连，所述无线通讯装置的信号输出端与接收终端的信号接收端相连；
所述富集装置包括渗透膜固定桩、渗透膜、可调节螺母和隔层板，所述渗透膜固定桩固装在所述壳体的底端，在所述渗透膜固定桩上设置有螺纹，所述可调节螺母与所述反渗透固定桩螺纹连接，在所述隔层板上开设有与所述渗透膜固定桩相对应的通孔，所述可调节螺母用于调节所述隔层板在所述渗透膜固定桩上的位置，所述渗透膜缠绕在所述渗透膜固定桩上。
2.根据权利要求1所述的河流中痕量有机物的被动富集设备，其特征在于：所述GPS定位装置包括调理模块和GPS定位模块，所述GPS定位模块通过所述调理模块与所述无线通讯装置的信号接收端相连。
3.根据权利要求1所述的河流中痕量有机物的被动富集设备，其特征在于：所述渗透膜固定桩的数量为4-6，所述渗透膜固定桩的排列形状为正方形或正五边形或正六边形。
4.根据权利要求3所述的河流中痕量有机物的被动富集设备，其特征在于：所述渗透膜固定桩的数量为5，所述渗透膜固定桩的排列形状为正五边形。
5.根据权利要求1所述的河流中痕量有机物的被动富集设备，其特征在于：所述渗透膜的表面微孔的直径为0.3-15nm。
6.根据权利要求5所述的河流中痕量有机物的被动富集设备，其特征在于：所述渗透膜的表面微孔的直径为0.5-10nm。
7.根据权利要求1所述的河流中痕量有机物的被动富集设备，其特征在于：所述隔层板的数量为1-3个。
8.根据权利要求1所述的河流中痕量有机物的被动富集设备，其特征在于：所述壳体为敞口的中空圆柱形容器，所述进液孔均匀开设在所述壳体的筒壁上。
9.根据权利要求1所述的河流中痕量有机物的被动富集设备，其特征在于：所述渗透膜固定桩的高度为所述壳体高度的3/4-5/6，所述隔层板的半径为所述壳体内径的2/3-3/4。
10.如权利要求1-9任一所述的河流中痕量有机物的被动富集设备的采样方法，其特征在于：按照下述步骤：
步骤1，根据渗透膜的宽度，调节可调节螺母的位置后，将隔层板套装在渗透膜固定桩上，再将渗透膜缠绕在渗透膜固定桩上，安装好渗透膜后将壳盖盖紧；
步骤2，将被动富集设备投放至待检测水域，并将固定锚固定在该水域的水底，以避免被动富集设备被冲走导致丢失，开启GPS定位装置和无线通讯装置，以实时检测该设备位置状态；
步骤3，在待检测水域放置一段时间后，将被动富集设备取回，若由于固定锚的松动等原因没有找到被动富集设备，则可通过GPS定位装置和无线通讯装置进行定位找回，将渗透膜取出，洗脱上面的有机物即可进行测定工作。
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