CN113607487B - 一种水样采集装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种水样采集装置及方法，水样采集装置包括承载座、定深浮球、定位浮标和DGT采样器；定位插杆的两侧设有连接件；承载座的底部设有第一螺柱和导向杆，第一组连接件与第一螺柱螺纹连接，第二组连接件与导向杆滑动连接；第一驱动装置与第一螺柱连接；螺纹杆与定位插杆转动连接；第二驱动装置与螺纹杆连接；移动件与螺纹杆螺纹连接，移动件的外周面倾斜设置转动件，转动件与定位齿转动连接；第一连接绳连接收卷辊和定深浮球，DGT采样器与第一连接绳连接；第二连接绳连接定深浮球和定位浮标。本发明结构简单，操作方便，在水中的稳定性更好，能够有效防止采样装置丢失，并且还方便对装置在水中所处深度进行调节，便于野外水样采集。

Description

一种水样采集装置及方法

技术领域

本发明涉及DGT采样技术领域，尤其涉及一种水样采集装置及方法。

背景技术

薄膜扩散梯度(DGT)技术主要利用自由扩散原理(Fick第一定律)，通过对目标物在扩散层的梯度扩散及其缓冲动力学过程的研究，获得目标物在环境介质中的(生物)有效态含量与空间分布、离子态-络合态结合动力学、以及固-液之间交换动力学的信息，DGT装置由固定层(即固定膜)和扩散层(扩散膜和滤膜)叠加组成，目标离子以扩散方式穿过扩散层，随即被固定膜捕获，并在扩散层形成线性梯度分布。

现有水样采集装置的结构简单，DGT在河流湖泊的投放和使用过程中，由于水流过急、水位变化过大等因素，往往会发生丢失，即装置的固定效果不佳，水样采集装置在水中的稳定性较差，并且也不方便对DGT采样器的所处深度进行调节，使用效果有待进行改善。

发明内容

(一)发明目的

为解决背景技术中存在的技术问题，本发明提出一种水样采集装置及方法，水样采集装置能够在水中进行有效固定，显著提高了装置在水中的稳定性，防止因水流过急、水位变化过大等因素而导致装置丢失，并且还方便对装置在水中所处深度进行调节，操作简单。

(二)技术方案

本发明第一方面提供一种水样采集装置，包括承载座、连接箱、定深浮球、定位浮标、DGT采样器、收卷辊和活动件；

承载座的下方设有定位插杆，定位插杆通过移动机构与承载座连接，移动机构用于驱动定位插杆在竖直方向上远离或靠近承载座；

连接箱设置在承载座的顶部，连接箱内横向设置转轴，且转轴上设有第一摇柄；收卷辊设置在转轴的中部，且收卷辊的两侧设有限位盘；连接箱内横向转动设置有双向螺杆，双向螺杆上设有第二摇柄；收卷辊的两侧均设置有活动件，活动件与双向螺杆螺纹连接；活动件上设有压紧盘，压紧盘抵住限位盘，且压紧盘和活动件上均设有供转轴穿过的通孔；

定深浮球位于连接箱的上方，收卷辊通过第一连接绳与定深浮球连接，且DGT采样器与第一连接绳连接；定深浮球通过第二连接绳与定位浮标连接。

进一步地，移动机构包括第一螺柱、导向杆和第一驱动装置，定位插杆上对称设有两组连接件，第一组连接件与第一螺柱螺纹连接，第二组连接件与导向杆滑动连接；第一驱动装置设于承载座上，第一驱动装置的输出端与第一螺柱连接。

进一步地，定位插杆的底端设置钻头，定位插杆内设有驱动钻头转动的第三驱动装置。

进一步地，定位插杆具有竖直设置的空腔，空腔内安装有横插组件，定位插杆的外周壁设置开口，开口与空腔连通，横插组件在第二驱动装置的驱动下伸出或缩回开口。

进一步地，横插组件包括螺纹杆、移动件和定位齿；

螺纹杆设于空腔内，螺纹杆的第一端与定位插杆转动连接，螺纹杆的第二端与第二驱动装置的输出端连接；

移动件螺纹套设于螺纹杆上，移动件与转动件的第一端转动连接；

定位齿位于开口内，定位齿与转动件的第二端转动连接。

进一步地，移动件的数目为多组并沿竖直方向等距设置，定位齿沿竖直方向等距设有多圈，且每圈定位齿围绕移动件呈环形阵列分布。

进一步地，第二连接绳的两端分别设有挂钩，定深浮球和定位浮标上分别设有固定环，且两挂钩分别勾住对应的固定环。

进一步地，水样采集装置还包括第二螺柱和配重件；承载座上设有连接板，连接板的底部设置三脚架支腿；第二螺柱竖直设置在连接板上，配重件的中部设有通孔，且配重件套在第二螺柱上。

进一步地，水样采集装置还包括锁紧螺母；锁紧螺母与第二螺柱螺纹连接，锁紧螺母压住位于最上方的配重件，且锁紧螺母的外周面设有多组加长杆。

进一步地，活动件的底部设有导向块，连接箱的内部底端横向设置导向槽，导向块位于导向槽内并与连接箱滑动连接。

进一步地，第一连接绳上设有刻度值。

进一步地，压紧盘上设有防滑层。

进一步地，导向杆的底部设有限位块。

进一步地，三脚架支腿上设有抓地板，三脚架支腿通过抓地板固定于河床基质上。

进一步地，抓地板固定设于三脚架支腿的端部，抓地板水平设置。

进一步地，抓地板上设有第一安装孔，三脚架支腿的至少一部分穿过第一安装孔，并与抓地板焊接，抓地板水平设置。

进一步地，抓地板上设有第二安装孔，第二安装孔内安装有球铰，三脚架支腿通过球铰与抓地板连接。

进一步地，三脚架支腿为伸缩结构，长度可调节，通过长度调节锁紧件实现三脚架支腿的长度调节；

三脚架支腿与连接板转动连接，连接板设有角度锁紧件，通过角度锁紧件调整三脚架支腿与连接板的角度。

进一步地，水样采集装置还包括中央处理器、遥控装置和无线通讯模块；中央处理器和遥控装置通过无线通讯模块通讯连接，中央处理器控制连接第一驱动装置、第二驱动装置和第三驱动装置。

进一步地，水样采集装置还包括定位模块；定位模块设置在承载座上，且定位模块通讯连接中央处理器。

进一步地，水样采集装置还包括平行电场发生组件，被配置为产生稳定的平行电场；DGT采样器置于平行电场内，以吸附水体中的离子。

本发明第二方面还提供一种水样采集方法，利用上述任一项技术方案的水样采集装置，所述水样采集方法包括以下步骤：

S1、摇动第一摇柄以使转轴进行转动，收卷辊释放第一连接绳，当释放到预定长度后停止放绳操作；

S2、摇动第二摇柄以使双向螺杆进行转动，两活动件进行相向运动，使得两压紧盘抵住限位盘，以对收卷辊进行固定；

S3、将整个采样装置投放入水中，定深浮球悬浮于水中，定位浮标漂浮在水面上，调整三脚架支腿的长度和各三脚架支腿上的配重件数量，使三脚架支腿的端部与河床基体稳定接触。

进一步地，水样采集方法还包括如下步骤：

S4、第一驱动装置驱动第一螺柱进行转动，第三驱动装置驱动钻头进行水平方向圆周转动，定位插杆在导向杆的导向作用下不断下降，即定位插杆不断向下插入淤泥中；

S5、当定位插杆下降到一定深度后，使第一驱动装置和第三驱动装置停止运作；第二驱动装置驱动螺纹杆进行转动，各移动件向下运动，转动件的倾斜角度发生改变并使定位齿穿出开口，各方向的定位齿水平插入淤泥中，实现对采样装置的有效固定。

与现有技术相比，本发明至少可实现如下有益效果之一：

1、通过设置三脚架支腿提升采样装置的稳定性。

2、通过在连接板上设置多组配重组件，每组配重组件的重量可调节，以提升装置的稳定性。

3、三脚架支腿长度可调节，通过设置长度调节锁紧件实现三脚架支腿的长度调节，三脚架支腿与连接板所呈角度可调节，通过调整三脚架支腿的长度、三脚架支腿与连接板角度，以适应不同地形的河床基质，提高装置的稳定性和应用广泛性。

4、通过在定位插杆的底端设置钻头，利用第三驱动装置驱动钻头钻进河床基质，从而提升定位插杆的安装稳定性。

5、通过在定位插杆的空腔内安装横插组件，定位插杆的侧壁设置与空腔连通的开口，横插组件能够在第二驱动装置的驱动下伸出或缩回开口，当定位插杆插入钻头施工的钻孔内后，第二驱动装置驱动横插组件伸出开口，插入钻孔的侧壁，从而提升定位插杆在河床基质的安装稳定性。

6、三脚架支腿通过抓地板固定于河床基质，利用抓地板增大三脚架支腿与河床基质的接触面积，从而提升采样装置的稳定性。

7、三脚架支腿通过球铰与抓地板连接，当三脚架支腿与河床基质接触后，三脚架支腿会插入一定深度，抓地板能够适应不同坡度河床基质，从而能够适用于不同倾斜度的河床基质的水体采样，增加了采样装置的稳定性和应用广泛性。

8、通过在DGT采样器的吸附环境中加设平行电场中，以增加了水体中金属离子的迁移率，在相同时间内可以吸附更多的离子，加快实验进程。

9、通过在平行电场内设置两个DGT采样器，能够区分阴阳离子，且通过不同化学形态的元素在电场中的迁移率差异，可以对其进行区分，是一种高效的化学形态分析手段。

附图说明

图1为本发明的水样采集装置的结构示意图；

图2为本发明的水样采集装置中定位插杆的结构示意图(正视)；

图3为本发明的水样采集装置中定位插杆的结构示意图(俯视)；

图4为本发明的水样采集装置中连接箱的结构示意图；

图5为本发明的水样采集装置中A部分的放大图；

图6为本发明的水样采集装置中承载座和连接板的连接示意图(俯视)；

图7为本发明的设置抓地板的水样采集装置的结构示意图一；

图8为本发明的设置抓地板的水样采集装置的结构示意图二；

图9为本发明的水样采集装置的控制框图；

图10为实施例中DGT采样器与平行电场发生组件的位置关系示意图；

图11为实施例中DGT采样器与平行电场发生组件的立体图；

图12为实施例中DGT采样器与平行电场发生组件安装在框架上的结构示意图。

附图标记：

1、承载座；2、连接箱；3、连接板；4、三脚架支腿；5、定位插杆；6、定深浮球；7、定位浮标；8、DGT采样器；8-1、过滤膜；8-2、扩散层；8-3、吸附层；8-4、外壳；9、第一连接绳；10、第二连接绳；11、连接件；12、第一螺柱；13、导向杆；14、第一驱动装置；15、第二驱动装置；16、螺纹杆；17、空腔；18、移动件；19、转动件；20、定位齿；21、第三驱动装置；22、钻头；23、第二螺柱；24、配重件；25、锁紧螺母；26、加长杆；27、收卷辊；28、限位盘；29、转轴；30、第一摇柄；31、活动件；32、压紧盘；33、双向螺杆；34、第二摇柄；35、导向槽；36、导向块；37、中央处理器；38、遥控装置；39、无线通讯模块；40、定位模块；41、开口；42、抓地板；43、阳极；44、阴极；45、直流电源；46、框架；46-1、电极连接件；46-2、固定套管。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

在本发明实施例的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接可以是机械连接，也可以是电连接可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

全文中描述使用的术语“顶部”、“底部”、“在……上方”、“下”和“在……上”是相对于装置的部件的相对位置，例如装置内部的顶部和底部衬底的相对位置。可以理解的是装置是多功能的，与它们在空间中的方位无关。

实施例1

本发明的一个具体实施例，公开了一种水样采集装置，如图1所示，包括承载座1、连接箱2、定位插杆5、定深浮球6、定位浮标7、DGT采样器8、第一连接绳9、第二连接绳10、导向杆13、收卷辊27、活动件31和双向螺杆33；

承载座1上设有连接板3，连接板3的底部倾斜设置三脚架支腿4；承载座1的下方设有定位插杆5，定位插杆5通过移动机构与承载座1连接，移动机构用于驱动定位插杆5在竖直方向上远离或靠近承载座1；

如图4所示，连接箱2设置在承载座1的顶部，连接箱2内横向设置转轴29，且转轴29上设有第一摇柄30；收卷辊27设置在转轴29的中部，且收卷辊27的两侧设有限位盘28；双向螺杆33横向设置于连接箱2内并与其转动连接，且双向螺杆33上设有第二摇柄34；活动件31滑动设置于连接箱2内并位于收卷辊27的两侧，活动件31与双向螺杆33螺纹连接；活动件31上设有压紧盘32，压紧盘32抵住限位盘28，且压紧盘32和活动件31上分别设有供转轴29穿过的通孔；定深浮球6位于连接箱2的上方，第一连接绳9连接收卷辊27和定深浮球6，且DGT采样器8与第一连接绳9连接；定位浮标7漂浮在水面上，第二连接绳10连接定深浮球6和定位浮标7。

在一个可选的实施例中，移动机构包括第一螺柱12、导向杆13和第一驱动装置14，第一螺柱12的第一端和导向杆13的第一端均连接于承载座1的底部，第一螺柱12的第二端和导向杆13的第二端通过连接件11与定位插杆5连接，具体的，定位插杆5的两侧对称设有两组连接件11，第一组连接件与第一螺柱12螺纹连接，第二组连接件与导向杆13滑动连接；第一驱动装置14设于承载座1上，第一驱动装置14的输出端与第一螺柱12连接。此结构的移动机构，结构简单，第一螺柱12与导向杆13平行设置，提高了定位插杆5的竖直移动稳定性，而且通过第一驱动装置14驱动定位插杆5向下移动，能够方便迅速插入河床基质，减少操作强度。

在一个可选的实施例中，三脚架支腿4的数量为3个，均匀布置在连接板3的底部，且三脚架支腿4为伸缩结构，长度可调节，通过设置长度调节锁紧件实现三脚架支腿4的长度调节；三脚架支腿4与连接板3所呈角度可调节，三脚架支腿4与连接板3转动连接，连接板3设有角度锁紧件，通过角度锁紧件调整三脚架支腿4与连接板3的角度。通过调整三脚架支腿4的长度、三脚架支腿4与连接板3角度，以适应不同地形的河床基质，提高装置的稳定性和应用广泛性。

在一个可选的实施例中，第二连接绳10的两端分别设有挂钩，定深浮球6和定位浮标7上分别设有固定环，且两挂钩分别勾住对应的固定环，方便对第二连接绳10进行更换，有助于使用。

在一个可选的实施例中，水样采集装置还包括配重组件，配重组件的数量为多组，多组配种组件均匀布设在连接板3上，每组配重组件的重量可调节。如图5至图6所示，配重组件包括第二螺柱23、配重件24和锁紧螺母25；第二螺柱23竖直设置在连接板3上，配重件24的中部设有通孔，且配重件24套在第二螺柱23上；锁紧螺母25与第二螺柱23螺纹连接，锁紧螺母25压住位于最上方的配重件24，且锁紧螺母25的外周面设有多组加长杆26。工作中，根据需要将一定数量的配重件24套在第二螺柱23上，然后将锁紧螺母25与第二螺柱23螺纹连接，并对加长杆26施加力的作用以使锁紧螺母25进行转动，锁紧螺母25进行转动的同时还向下运动，直至锁紧螺母25压住位于最上方的配重件24，实现对所有配重件24的固定，配重件24的设置能够增加装置的重量以提高装置在水中的稳定性。

在一个可选的实施例中，活动件31的底部设有导向块36，连接箱2的内部底端横向设置导向槽35，导向块36位于导向槽35内并与连接箱2滑动连接。

在一个可选的实施例中，第一连接绳9上设有刻度值，能够直接了解第一连接绳9的释放长度，方便调节；压紧盘32上设有防滑层，有助于提高对收卷辊27的固定效果；导向杆13的底部设有限位块，限位块对定位插杆5起到限位作用，有效防止其与导向杆13脱离。

在一个可选的实施例中，定位插杆5的底端转动设置钻头22，定位插杆5内设有第三驱动装置21，且第三驱动装置21的输出端与钻头22连接，安装时，第一驱动装置14驱动定位插杆5下降，直至定位插杆5前端的钻头22与河床基质接触，第三驱动装置21动作驱动钻头22钻进河床基质，从而提升定位插杆5的安装稳定性。

为了进一步提升定位插杆5在河床基质的安装稳定性，定位插杆5为空心结构，具有竖直设置的空腔17，空腔17内安装有横插组件，定位插杆5的侧壁设置开口41，开口41与空腔17连通，横插组件能够在第二驱动装置15的驱动下伸出或缩回开口41。初始状态下，横插组件完全缩回至定位插杆5的空腔17内，当定位插杆5插入钻头22施工的钻孔内后，第二驱动装置15驱动横插组件伸出开口41，插入钻孔的侧壁，从而提升定位插杆5在河床基质的安装稳定性。

具体而言，如图2至图3所示，横插组件包括螺纹杆16、移动件18、定位齿20；定位插杆5内竖直设置空腔17，空腔17内竖直安装有螺纹杆16，螺纹杆16与定位插杆5转动连接；定位插杆5上设有第二驱动装置15，且第二驱动装置15的输出端与螺纹杆16连接，用于驱动螺纹杆16在空腔17内转动；螺纹杆16上螺纹安装有移动件18，移动件18的外周面倾斜设置转动件19，转动件19与移动件18的外周面转动连接；定位插杆5的侧壁设置开口41，开口41与空腔17连通，也即定位插杆5上水平设置开口41，开口41内安装有定位齿20，且定位齿20通过转动件19与移动件18连接，转动件19的两端分别与定位齿20、移动件18转动连接。当第二驱动装置15驱动螺纹杆16转动时，移动件18沿螺纹杆16的轴向移动，移动件18与螺纹杆16的倾斜角度发生变化，使得定位齿20伸出或缩回开口41。

在一个可选的实施例中，移动件18的数目为多组，并沿竖直方向等距设置，定位齿20沿竖直方向等距设有多圈，且每圈定位齿20围绕移动件18呈环形阵列分布，多组移动件18使得装置的稳定性更好，而且对称设置便于定位齿20伸出或缩回开口41，提高装置的工作可靠性。

考虑到河床基质类型多样，河床基质包括污泥、细砂质、沙泥混合质、鹅卵石等多种类型，不同类型河床基质的硬度差异影响三脚架支腿4的安装稳定性。基于上述原因，在一个可选的实施例中，三脚架支腿4上设有抓地板42，三脚架支腿4通过抓地板42与河床基质接触固定，利用抓地板42增大三脚架支腿4与河床基质的接触面积，从而提升采样装置的稳定性。

抓地板42与三脚架支腿4的设置方式，包括以下三种结构：

第一种结构，如图7所示，抓地板42固定设于三脚架支腿4的端部，抓地板42水平设置，抓地板42与河床基质直接面接触，增大了三脚架支腿4与河床基质的接触面积，从而增加了采样装置的稳定性，此结构适用于平面河床基质的水体采样。

第二种结构，抓地板42上设有第一安装孔，三脚架支腿4的至少一部分穿过第一安装孔，并与抓地板42焊接，抓地板42水平设置，当三脚架支腿4与河床基质接触后，三脚架支腿4会插入一定深度，抓地板42的下表面会与河床基质接触，此结构适用于纵向上硬度差异性明显的河床基质，如表层为淤泥层，淤泥层下为硬度大的水平河床基质，相对于第一种结构，稳定性更好。

第三种结构，如图8所示，抓地板42上设有第二安装孔，第二安装孔内安装有球铰(图8中未示出)，三脚架支腿4通过球铰与抓地板42连接，当三脚架支腿4与河床基质接触后，三脚架支腿4会插入一定深度，抓地板42的下表面会与河床基质接触，通过增大三脚架支腿4与河床基质的接触面积增加采样装置的稳定性，而且由于三脚架支腿4与抓地板42通过球铰连接，抓地板42能够适应不同坡度河床基质的固定，提升了采样装置的稳定性，应用前景更为广泛。

与现有技术相比，本实施例提供的水样采集装置至少可实现如下有益效果之一：

1、通过设置三脚架支腿提升采样装置的稳定性。

2、通过在连接板上设置多组配重组件，每组配重组件的重量可调节，以提升装置的稳定性。

3、三脚架支腿长度可调节，通过设置长度调节锁紧件实现三脚架支腿的长度调节，三脚架支腿与连接板所呈角度可调节，通过调整三脚架支腿的长度、三脚架支腿与连接板角度，以适应不同地形的河床基质，提高装置的稳定性和应用广泛性。

4、通过在定位插杆的底端设置钻头，利用第三驱动装置驱动钻头钻进河床基质，从而提升定位插杆的安装稳定性。

5、通过在定位插杆的空腔内安装横插组件，定位插杆的侧壁设置与空腔连通的开口，横插组件能够在第二驱动装置的驱动下伸出或缩回开口，当定位插杆插入钻头施工的钻孔内后，第二驱动装置驱动横插组件伸出开口，插入钻孔的侧壁，从而提升定位插杆在河床基质的安装稳定性。

6、三脚架支腿通过抓地板固定于河床基质，利用抓地板增大三脚架支腿与河床基质的接触面积，从而提升采样装置的稳定性。

7、三脚架支腿通过球铰与抓地板连接，当三脚架支腿与河床基质接触后，三脚架支腿插入一定深度，抓地板能够适应不同坡度河床基质，从而能够适用于不同倾斜度的河床基质的水体采样，增加了采样装置的稳定性和应用广泛性。

实施例2

本发明的又一具体实施例，公开了一种水样采集装置，如图9所示，在实施例1的水样采集装置的基础上还可以包括中央处理器37、遥控装置38、无线通讯模块39和定位模块40；中央处理器37和遥控装置38通过无线通讯模块39通讯连接，中央处理器37控制连接第一驱动装置14、第二驱动装置15和第三驱动装置21；定位模块40设置在承载座1上，且定位模块40通讯连接中央处理器37。

工作中，通过遥控装置38发送指令至中央处理器37，中央处理器37控制第一驱动装置14、第二驱动装置15和第三驱动装置21进行运转，操作简单，使用方便，并且定位模块40起到定位作用并将定位信息发送至中央处理器37，遥控装置38接收定位信息，也有助于了解装置所处位置。

本实施例中，中央处理器37、遥控装置38、无线通讯模块39、定位模块40、第一驱动装置14、第二驱动装置15和第三驱动装置21等电动部件和电子设备都需要防水，电动部件和电子设备均具备防水功能，保证采样装置的工作可靠性和使用寿命。

与现有技术相比，本实施例提供的水样采集装置，通过设置遥控装置、中央处理器，利用遥控装置在岸边控制第一驱动装置、第二驱动装置和第三驱动装置进行运转，能够准确实现指定深度的水样采集，操作简单，使用方便，提高野外工作的安全性。

实施例3

本发明的又一具体实施例，公开了一种水样采集方法，利用实施例1或实施例2的水样采集装置，所述采集方法包括以下步骤：

S1、摇动第一摇柄30以使转轴29进行转动，收卷辊27随之进行转动并不断释放第一连接绳9，当释放到一定长度后停止放绳操作；

S2、放绳操作停止后，摇动第二摇柄34以使双向螺杆33进行转动，两活动件31进行相向运动，两压紧盘32之间的距离不断减小并最终抵住限位盘，以对收卷辊27进行固定；

S3、将整个采样装置投放入水中定深浮球6悬浮于水中，定位浮标7漂浮在水面上，调整三脚架支腿4的长度和各三脚架支腿4上的配重件24数量，使三脚架支腿4的端部与河床基体稳定接触，保证采样装置的中心位于其重心线上，实现对采样装置的固定。

由于河床基质类型多样，包括污泥、细砂质、沙泥混合质、鹅卵石等多种类型，而且同一条河流中不同流段、不同深度处河底基质类型也有一定差异，尤其河床基质硬度差异影响采样装置的固定。因此，在步骤S3中，可以根据河床基质情况采取不同的固定措施。

示例性的，对于河底基质硬度大，如鹅卵石等，钻头钻进难度大，则钻头不对高硬度河床基质进行钻进，只需调整钻头位置使之与河床基质接触，作为一个支撑接触点，调整三脚架支腿4的脚端在河床基质上的凹凸位置，并通过增加配重件24，增加三脚架支腿4的稳定性，实现采样装置的有效固定。

示例性的，对于河底基质硬度小，如污泥、细砂质、沙泥混合质等，则利用钻头钻进、调整三脚架支腿4位置以及增加配重件24，实现采样装置的有效固定，具体的，在步骤S3之后，还包括如下步骤：

S4、第一驱动装置14驱动第一螺柱12转动，第三驱动装置21驱动钻头22进行水平方向圆周转动，定位插杆5在导向杆13的导向作用下不断下降，即定位插杆5不断向下插入淤泥中；

S5、当定位插杆5下降到一定深度后，使第一驱动装置14和第三驱动装置21停止运作；第二驱动装置15驱动螺纹杆16进行转动，各移动件18向下运动，转动件19的倾斜角度发生改变并使定位齿20穿出开口41，各方向的定位齿水平插入淤泥中，在此过程中可以同时调整三脚架支腿4的脚端在河床基质上的凹凸位置，并通过增加配重件24，实现对装置的有效固定。

在步骤S1之前，将DGT采样器8与第一连接绳9连接。

与现有技术相比，本实施例提供的水样采集方法，操作方便，劳动强度低，摇动第一摇柄30以使转轴29进行转动，收卷辊27随之进行转动并不断释放第一连接绳9，方便调节所释放第一连接绳9的长度，即能够调节DGT采样器8在水中的深度；放绳操作停止后，摇动第二摇柄34以使双向螺杆33进行转动，两活动件31进行相向运动，两压紧盘32之间的距离不断减小并最终抵住限位盘，以对收卷辊27进行固定，有效防止收卷辊27进行转动而导致DGT采样器8所处深度发生改变；整个采样装置投放入水中，调整三脚架支腿4的安装位置，定深浮球6悬浮于水中，定位浮标7漂浮在水面上，实现对装置的初步固定；第一驱动装置14使第一螺柱12进行转动，第三驱动装置21使钻头22进行水平方向圆周转动，定位插杆5在导向杆13的导向作用下不断下降，即定位插杆5不断向下插入淤泥中；当定位插杆5下降到一定深度后，第二驱动装置15使螺纹杆16进行转动，各移动件18向下运动，转动件19的倾斜角度发生改变并使定位齿20穿出开口41，各方向的定位齿水平插入淤泥中，实现对装置的有效固定，显著提高了装置在水中的稳定性，有效防止因水流过急、水位变化过大等因素而导致其丢失，使用效果好。

实施例4

本发明的又一具体实施例，公开了一种水样采集装置，与实施例1的水样采集装置的区别在于，本实施例的水样采集装置采用设置平行电场的E-DGT采样器，在实施例1的DGT采样器外设置平行电场发生组件，平行电场发生组件用于在DGT采样器在水体吸附环境中产生平行电场，如图10至图12所示。

也就是说，本实施例的水样采集装置还包括平行电场发生组件，平行电场发生组件被配置为产生稳定的平行电场，DGT采样器8置于平行电场内，以吸附水体中的离子。

与现有技术相比，本实施例提供的水样采集装置，通过在传统DGT采样器外增设平行电场，使得DGT采样器置于一个稳定的平行电场环境中，增加了水体中金属离子的迁移率，在相同时间内可以吸附更多的离子，加快实验进程。

本实施例中，平行电场发生组件包括阳极43、阴极44及直流电源45，阳极43与阴极44平行设置，并分别与直流电源45的正极和负极连接。

进一步地，平行电场的电场线与DGT采样器8的轴线平行，以提升离子的吸附效率及吸附量。

本实施例中，DGT采样器8包括外壳8-4，外壳8-4内同轴依次设置有过滤膜8-1、扩散层8-2和吸附层8-3。

本实施例中，平行电场内可以设置1个或多个DGT采样器。

平行电场内设置1个DGT采样器，则阳离子沿着电场方向从电场正极向负极迁移，叠加上浓度扩散梯度使得在吸附层吸附的阳离子的量比无电场情况下增加；而阴离子则会相对减少；中性分子不受电场影响，吸附的量与无电场情况下相同。

如图10至图12所示，平行电场内设置2个DGT采样器，两个DGT采样装置相对分别置于电场正负两极，则正极附近的DGT吸附层中，阴离子吸附量增加，阳离子吸附量下降；负极附近DGT吸附层中，阳离子吸附量增加，阴离子吸附量下降；对于中性分子，正负两极附近的DGT吸附层吸附量均不变。通过设置两个DGT采样器，可以区分阴阳离子，且通过不同化学形态的元素在电场中的迁移率差异，可以对其进行区分，是一种高效的化学形态分析手段。

具体而言，DGT采样器8的数量为两个，第一DGT采样器与第二DGT采样器同轴设置。两个采样器8优选采用如下两种布置方式：

第一种布置方式，第一DGT采样器的过滤膜8-1与第二DGT采样器的过滤膜8-1相对设置，第一DGT采样器的吸附层8-3朝向阳极43，第二DGT采样器的吸附层8-3朝向阴极44。第一DGT采样器吸附水体中的阴离子，第二DGT采样器吸附水体中的金属阳离子。

第二种布置方式，第一DGT采样器的吸附层8-3与第二DGT采样器的吸附层8-3相对设置，第一DGT采样器的过滤膜8-1朝向阳极43，第二DGT采样器的过滤膜8-1朝向阴极44。第一DGT采样器吸附水体中的金属阳离子，第二DGT采样器吸附水体中的阴离子。

本实施例的一个可选实施方式，DGT采样器8和平行电场发生组件固定安装在框架46中，框架46具有安装空间，安装空间与水体连通，安装空间内安装DGT采样器8和平行电场发生组件。通过设置框架46以提升DGT采样器8和平行电场发生组件的安装稳定性，使得DGT采样器8的轴线与平行电场的电场线始终平行，从而保证二者具有相对稳定的位置关系，确保吸附效率。

进一步地，DGT采样器8通过固定套管46-2与框架46连接，固定套管46-2的轴线平行于平行电场的电场线布置；平行电场发生组件通过电极连接件46-1与框架46连接。

为了便于更换拆卸DGT采样器8，第一DGT采样器和第二DGT采样器螺纹连接于固定套管46-2的两端。第一DGT采样器和第二DGT采样器的结构相同，DGT采样器的外壳8-4设有外螺纹，固定套管46-2设有内螺纹，外壳8-4的外螺纹与固定套管46-2的外螺纹相适配。采用螺纹连接方式，便于拆装，提升试验效率。

本实施例的一个可选实施方式，阳极43与阴极44均采用网状铂电极板，网状铂电极板的面积大于DGT采样器8的轴向面积，网状铂电极板的稳定性好，电场的稳定性更优。

利用本实施例的水样采集装置进行水样采集时，包括如下操作步骤：

将DGT采样器8与第一连接绳9连接，沉入水体中，利用平行电场发生组件在DGT采样器8所在区域产生平行电场，DGT采样器8的吸附层8-3吸附水中金属元素。

与现有技术相比，本实施例提供的水样采集装置，结构简单，通过在传统DGT采样器外增设平行电场，使得DGT采样器置于一个稳定的平行电场环境中，增加了水体中金属离子的迁移率，在相同时间内可以吸附更多的离子，加快实验进程。通过在平行电场内设置两个DGT采样器，能够区分阴阳离子，且通过不同化学形态的元素在电场中的迁移率差异，可以对其进行区分，是一种高效的化学形态分析手段。不同于传统DGT的被动采样方式，本申请通过电场可以增加金属离子迁移率，还能够模拟生物的某些主动吸附方式，具有广泛的应用前景。

应当理解的是，本发明的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本发明的原理，而不构成对本发明的限制。因此，在不偏离本发明的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。此外，本发明所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。

Claims (9)

1.一种水样采集装置，其特征在于，包括承载座(1)、连接箱(2)、定深浮球(6)、定位浮标(7)、DGT采样器(8)、收卷辊(27)和活动件(31)；

所述承载座(1)的下方设有定位插杆(5)，定位插杆(5)通过移动机构与承载座(1)连接，移动机构用于驱动定位插杆(5)在竖直方向上远离或靠近承载座(1)；

所述连接箱(2)设置在承载座(1)的顶部，连接箱(2)内横向设置转轴(29)，且转轴(29)上设有第一摇柄(30)；所述收卷辊(27)设置在转轴(29)的中部，且收卷辊(27)的两侧设有限位盘(28)；连接箱(2)内横向转动设置有双向螺杆(33)，双向螺杆(33)上设有第二摇柄(34)；收卷辊(27)的两侧均设置有活动件(31)，活动件(31)与双向螺杆(33)螺纹连接；活动件(31)上设有压紧盘(32)，压紧盘(32)抵住限位盘(28)，且压紧盘(32)和活动件(31)上均设有供转轴(29)穿过的通孔；

所述定深浮球(6)位于连接箱(2)的上方，收卷辊(27)通过第一连接绳(9)与定深浮球(6)连接，且DGT采样器(8)与第一连接绳(9)连接；定深浮球(6)通过第二连接绳(10)与定位浮标(7)连接。

2.根据权利要求1所述的水样采集装置，其特征在于，所述定位插杆(5)的底端设置钻头(22)，定位插杆(5)内设有驱动钻头(22)转动的第三驱动装置(21)。

3.根据权利要求2所述的水样采集装置，其特征在于，所述定位插杆(5)具有竖直设置的空腔(17)，空腔(17)内安装有横插组件，所述定位插杆(5)的外周壁设置开口(41)，开口(41)与空腔(17)连通，所述横插组件在第二驱动装置(15)的驱动下伸出或缩回开口(41)。

4.根据权利要求3所述的水样采集装置，其特征在于，所述横插组件包括螺纹杆(16)、移动件(18)和定位齿(20)；所述螺纹杆(16)设于空腔(17)内，螺纹杆(16)的第一端与定位插杆(5)转动连接，第二端与第二驱动装置(15)的输出端连接；所述移动件(18)螺纹套设于螺纹杆(16)上，移动件(18)与转动件(19)的第一端转动连接；所述定位齿(20)位于开口(41)内，并与转动件(19)的第二端转动连接。

5.根据权利要求4所述的水样采集装置，其特征在于，所述移动件(18)的数目为多组并沿竖直方向等距设置，所述定位齿(20)沿竖直方向等距设有多圈，且每圈定位齿(20)围绕移动件(18)呈环形阵列分布。

6.根据权利要求1至5任一项所述的水样采集装置，其特征在于，还包括第二螺柱(23)和配重件(24)；所述承载座(1)上设有连接板(3)，连接板(3)的底部设置三脚架支腿(4)；所述第二螺柱(23)竖直设置在连接板(3)上，所述配重件(24)套在第二螺柱(23)上。

7.根据权利要求6所述的水样采集装置，其特征在于，所述活动件(31)的底部设有导向块(36)，所述连接箱(2)的内部底端横向设置导向槽(35)，导向块(36)位于导向槽(35)内并与连接箱(2)滑动连接。

8.根据权利要求1至5任一项所述的水样采集装置，其特征在于，所述第一连接绳(9)上设有刻度值。

9.一种水样采集方法，其特征在于，利用权利要求6或7所述的水样采集装置，所述水样采集方法包括如下步骤：

S1、摇动第一摇柄(30)以使转轴(29)进行转动，收卷辊(27)释放第一连接绳(9)，当释放到预定长度后停止放绳操作；

S2、摇动第二摇柄(34)以使双向螺杆(33)进行转动，两活动件(31)进行相向运动，使得两压紧盘(32)抵住限位盘，以对收卷辊(27)进行固定；

S3、将整个采样装置投放入水中，定深浮球(6)悬浮于水中，定位浮标7漂浮在水面上，调整三脚架支腿(4)的长度和各三脚架支腿(4)上的配重件(24)数量，使三脚架支腿(4)的端部与河床基体稳定接触。