CN111076964B - 可溶性物质的原位采集装置及方法 - Google Patents

Abstract

一种可溶性物质的原位采集装置及方法，可溶性物质的原位采集装置包括：支架；微孔陶瓷采样头，呈管状，所述微孔陶瓷采样头固定于所述支架上，用于可溶性物质的原位采集；采样管，所述采样管与所述微孔陶瓷采样头相连通，用于将所述微孔陶瓷采样头内的采集物进行输送。本发明利用微孔陶瓷采样头和支架实现不同深度样品中可溶性物质的原位采集，便于进一步结合在线分析仪器实现目标物质的在线分析与实时监测。特别地，对于含水率低的土壤原位采样，本发明提出一种原位注入‑原位解吸‑原位提取的采样方法，从而可以实现低含水率土壤样品中可溶性物质的原位提取与采集。

Description

可溶性物质的原位采集装置及方法

技术领域

本发明涉及环境监测技术领域，尤其涉及一种可溶性物质的原位采集装置及方法。

背景技术

随着人们对环境质量的不断重视，环境监测的要求也越来越高。传统的现场采样、运输实验室分析的方法已经难以满足现代环境监测的需求，如何实现原位采样-在线分析是环境分析监测所面临的重要挑战之一，而发展新的原位采样方法首当其冲。土壤、沉积物或地下水的可溶性物质如可溶性有机碳(DOC)、可溶性有机氮(DON)、可溶性磷、可溶性硫、营养元素、重金属、有机污染物等的原位采样，特别是采集不同深度的和含水率低的样品尤其困难，传统方法往往需要破坏性采样然后在实验室进行提取，运输和提取的过程不但耗时，而且样品的某些组分往往会发生变化，难以反映真实情况。微孔陶瓷材料已经被广泛用做滤芯用于净水处理，其孔径可达0.1～0.5μm，而传统意义上定义的可溶性物质往往以能否透过0.7或0.45μm微孔滤膜为界限，因此，经微孔陶瓷过滤的溶液可被认为是可溶性物质。同时，微孔陶瓷具有机械强度高、亲水性强、抗腐蚀能力强、吸附能力弱等优点，特别适合作为原位采样器的滤头，对于含水率高的样品可以直接原位过滤进行可溶性物质的采集。对于不同深度的样品，如何设计简便实用的采样装置实现不同深度样品的原位采集是本发明要解决的问题。另一个更重要的问题，对于含水率低的土壤样品，由于水分不足，往往会导致样品采集速度慢等困难甚至无法进行可溶性物质的原位采集，而进行破坏性采样结合异位提取的操作往往会因为环境条件(如温度、pH、Eh等)的改变不能反映原位环境条件下溶解性物质的释放特征。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种可溶性物质的原位采集装置及方法，以期至少部分地解决上述提及的技术问题的至少之一。

作为本发明的一个方面，提供一种可溶性物质的原位采集装置，包括：

支架；

微孔陶瓷采样头，呈管状，所述微孔陶瓷采样头固定于所述支架上，用于可溶性物质的原位采集；

采样管，所述采样管与所述微孔陶瓷采样头相连通，用于将所述微孔陶瓷采样头内的采集物进行输送。

作为本发明的另一个方面，还提供一种采用如上述的可溶性物质的原位采集装置的可溶性物质的原位采集方法，所述方法包括如下步骤：

将所述支架和微孔陶瓷采样头插入到被采样位置；

对可溶性物质进行原位提取。

基于上述技术方案，本发明相对于现有技术至少具有以下有益效果的其中之一或其中一部分：

本发明提出了一种用于不同深度和不同含水率土壤/沉积物/地下水中可溶性物质原位采集的装置及方法，利用微孔陶瓷作为采样头，通过拼接式结构的支架可便捷的实现不同深度样品中可溶性物质如可溶性有机碳(DOC)、可溶性有机氮(DON)、可溶性磷、可溶性硫、营养元素、重金属、有机污染物等的原位采集，便于进一步与在线分析仪器结合实现目标物质的在线分析和实时监测。

特别地，对于含水率低的土壤样品，本发明提出一种原位注入-原位解吸-原位提取的采样方法，首先通过采样装置反向向采样头附近的土壤微区注入提取试剂(如水、稀盐、稀酸、稀碱等)，可溶性物质在浸润的微区解吸释放，然后利用采样装置进行正向采集，收集释放微区内的可溶性物质，从而可以实现低含水率土壤样品中可溶性物质的原位提取。

附图说明

图1是本发明实施例1支架单元结构示意图；

图2是本发明实施例1微孔陶瓷采样头示意图；

图3是本发明实施例1采样器结构示意图；

图4是本发明实施例1的可溶性物质的原位采集装置的采集状态示意图；

图5是本发明实施例2低含水率土壤原位注入-原位解吸-原位提取采样方法示意图。

上述附图中，附图标记含义如下：

1、支架；11、单元支架；111、插槽；112、螺纹孔；113、螺丝孔；2、微孔陶瓷采样头；21、封口端盖；22、聚四氟乙烯盖；23、不锈钢管；3、采样管；4、采样泵。

具体实施方式

本发明涉及一种用于不同深度和不同含水率土壤/沉积物/地下水中可溶性物质原位采集的装置和方法，利用微孔陶瓷作为采样头，通过拼接式结构的支架可便捷的实现不同深度样品中可溶性物质如可溶性有机碳(DOC)、可溶性有机氮(DON)、可溶性磷、可溶性硫、营养元素、重金属、有机污染物等的原位采集，便于进一步结合在线分析仪器实现目标物质的在线分析与实时监测。特别地，对于含水率低的土壤原位采样，本发明提出一种原位注入-原位解吸-原位提取的采样方法，从而可以实现低含水率土壤样品中可溶性物质的原位提取与采集。

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明作进一步的详细说明。

作为本发明的一个方面，提供一种可溶性物质的原位采集装置，包括：

支架；

微孔陶瓷采样头，呈管状，微孔陶瓷采样头固定于支架上，用于可溶性物质的原位采集；

采样管，采样管与微孔陶瓷采样头相连通，用于将微孔陶瓷采样头内的采集物进行输送。

在本发明的实施例中，支架为不锈钢材质，呈立方体，由多个立方单元拼接形成；在支架的端部，设置呈锥体的钻头单元；

其中，每个立方单元包括四个拼接的长方形板。

在本发明的实施例中，支架上设置采样头安装孔，采样头安装孔设置内螺纹；

微孔陶瓷采样头一端设置为陶瓷封端，微孔陶瓷采样头的陶瓷封端设置第一密封盖，第一密封盖设置外螺纹，第一密封盖与采样头安装孔螺接。

在本发明的实施例中，支架上阵列设置多个采样头安装孔，用于多个微孔陶瓷采样头同时进行可溶性物质的原位采集。

在本发明的实施例中，可溶性物质的原位采集装置还包括插板；支架上对应微孔陶瓷采样头的两侧位置设置插槽，插板插接于插槽内。

在本发明的实施例中，插板在进行原位采集过程时，是拆卸下来的，当微孔陶瓷采样头不使用时，插板起到保护、防尘等的作用。

在本发明的实施例中，微孔陶瓷采样头与陶瓷封端相对的一端设置为连接端，微孔陶瓷采样头与陶瓷封端相对的一端设置为连接端，微孔陶瓷采样头的连接端设置第二密封盖，第二密封盖上插设连接管，连接管的一端伸入微孔陶瓷采样头内，连接管的另一端与采样管相连通。

在本发明的实施例中，设计连接管与采样管进行可拆卸连接，防止采样管与第二密封盖直接连接，经常拆卸而造成密封不严的问题。

在本发明的实施例中，第一密封盖和第二密封盖为聚四氟乙烯材质。

在本发明的实施例中，采样管上设置采样泵，采样泵为真空泵或者蠕动泵；

其中，采样管为硅胶管或聚四氟乙烯管。

作为本发明的另一个方面，还提供一种采用如上述的可溶性物质的原位采集装置的可溶性物质的原位采集方法，方法包括如下步骤：

将支架和微孔陶瓷采样头插入到被采样位置；

对可溶性物质进行原位提取。

在本发明的实施例中，在进行原位提取步骤之前，方法还包括如下步骤：

通过采样管和微孔陶瓷采样头反向原位注射提取试剂；

进行原位解吸，使被采样位置的可溶性物质解吸释放到提取试剂中。

以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明的可溶性物质的原位采集装置及方法作进一步的解释说明。

实施例1

本发明提供一种不同深度和含水率土壤/沉积物/地下水中可溶性物质的原位采集装置，包括：

不锈钢支架1：如图1所示，为增加使用的灵活性和运输便利性，不锈钢支架1采用拼接式结构，整体支架1由同样的单元支架11(即立方单元)组成，一个单元支架11用厚度为5mm的不锈钢板制作如图1所示的长方体支架，单元支架11由A，B，C、D四块不锈钢板构成，A，B为宽4cm和长100cm的长方形，C、D面为宽4cm和长12cm的长方形，各开有两个螺丝孔113和两个插槽111，A，B板上每隔20cm开一个直径1cm的螺纹孔112(即采样头安装孔)。通过螺丝固定将四块板组成长方体，构成一个单元支架11。每个单元支架11之间通过上下板上的四个螺丝孔113用螺杆进行连接固定。一个钻头单元做成长方锥形，用于最前端，便于插入土壤或沉积物。

微孔陶瓷采样头2：如图2所示，选择孔径约为0.5μm的微孔陶瓷管作为采样头，微孔陶瓷采样头2的尺寸外径10mm，内径1mm，长10cm，一端陶瓷封端，一端用聚四氟乙烯材料制作成1cm长螺纹外圈，配以相应螺纹的聚四氟乙烯盖22(即第二密封盖)，聚四氟乙烯盖22内衬硅胶垫保证拧紧后溶液无法渗透，聚四氟乙烯盖22中心插入外径1.5mm内径0.8mm(长2cm)不锈钢管23(即连接管)。

采样器制作：如图3所示，将微孔陶瓷采样头2通过A、B板上的孔插入，通过封口端盖21(即第一密封盖)的外螺纹与A、B板固定，采样管3为内径为0.5mm的硅胶管(或者聚四氟乙烯管，内径可视采样量进行调整)，将其与不锈钢管23连接，长度视深度而定，使采样管3可直接到达地面与采样泵4连接。根据实际深度需求进行单元组装拼接，完成后通过C、D面上的插槽插入1mm厚不锈钢板(长度视深度而定)，采样器组装完成。

如图4所示，将组装完成的采样器插入土壤/沉积物中，对于质地坚硬的土壤地块，需要借助专业土壤钻孔机进行打孔，抽出两侧插入的不锈钢板，静置等待扰动区域复原。采样泵4可采取真空泵采样器和蠕动泵采样器两种模式，具体采用那种模式需要根据具体情况而定。采样装置可以与在线分析仪器直接连接进行实时监测。

实施例2

本发明实施例提出原位注射-原位解吸-原位提取采集的方法，能够实现低含水率土壤样品中可溶性物质的原位提取。

对于含水率低的土壤，采用原位注射-原位解吸-原位提取采样的方法，借助专业土壤钻孔机进行打孔，将采样器插入，土壤原位回填，长时间静置等待扰动区域恢复。方法运行过程如图5所示，原位注射提取试剂，通过蠕动泵向微孔陶瓷采样头2泵入去离子水(或者超纯水)或者其他提取试剂(如稀盐、稀酸、稀碱等)，具体视提取目标物性质而定，提取试剂通过采样管3和微孔陶瓷采样头2直接注入微孔陶瓷采样头2周围的土壤微区，反应一段时间待溶解性物质解吸释放进入孔隙水中，蠕动泵正向运行，进行原位提取采样，收集解吸释放的可溶性物质，可以与在线分析仪器直接连接进行实时监测。

传统的提取方法不能在含水量低的土壤中实现，取样时间也非常长，仅限于采集土壤孔隙水，比较单一化，局限性也很大。而本发明在于提出原位注入提取试剂、原位解吸和原位采集的方法，可以根据不同目标设置不同提取试剂，应用广泛。本发明采用该方法在于采样是非破坏性的，而且不改变样品所处的环境条件，更接近实际情况。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种可溶性物质的原位采集装置，其特征在于，包括：

支架；所述支架上设置采样头安装孔，所述采样头安装孔设置内螺纹；

微孔陶瓷采样头，呈管状，用于可溶性物质的原位采集；其中，所述微孔陶瓷采样头一端设置为陶瓷封端，所述微孔陶瓷采样头的陶瓷封端设置第一密封盖，所述第一密封盖设置外螺纹，所述第一密封盖与所述采样头安装孔螺接；所述微孔陶瓷采样头与所述陶瓷封端相对的一端设置为连接端，所述微孔陶瓷采样头的连接端设置第二密封盖，所述第二密封盖上插设连接管，所述连接管的一端伸入所述微孔陶瓷采样头内；

采样管，所述采样管与所述连接管的另一端相连通，所述采样管上设置采样泵，所述采样泵为真空泵或者蠕动泵；用于将所述微孔陶瓷采样头内的采集物进行输送。

2.如权利要求1所述的一种可溶性物质的原位采集装置，其特征在于，所述支架为不锈钢材质，呈立方体，由多个立方单元拼接形成；在支架的端部，设置呈锥体的钻头单元；

其中，每个立方单元包括四个拼接的长方形板。

3.如权利要求1所述的一种可溶性物质的原位采集装置，其特征在于，所述支架上阵列设置多个采样头安装孔，用于多个微孔陶瓷采样头同时进行可溶性物质的原位采集。

4.如权利要求1所述的一种可溶性物质的原位采集装置，其特征在于，所述可溶性物质的原位采集装置还包括插板；所述支架上对应所述微孔陶瓷采样头的两侧位置设置插槽，所述插板插接于所述插槽内。

5.如权利要求1所述的一种可溶性物质的原位采集装置，其特征在于，所述第一密封盖和第二密封盖为聚四氟乙烯材质。

6.如权利要求1所述的一种可溶性物质的原位采集装置，其特征在于，其中，所述采样管为硅胶管或聚四氟乙烯管。

7.一种采用如权利要求1至6任一项所述的可溶性物质的原位采集装置的可溶性物质的原位采集方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

将所述支架和微孔陶瓷采样头插入到被采样位置；

对可溶性物质进行原位提取。

8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，在进行原位提取步骤之前，所述方法还包括如下步骤：

通过采样管和微孔陶瓷采样头反向原位注射提取试剂；

进行原位解吸，使所述被采样位置的可溶性物质解吸释放到提取试剂中。

Images