CN113607605B - 一种水中离子快速采集系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种水中离子快速采集系统及方法，属于梯度扩散薄膜技术领域，解决了现有水下DGT装置的采样耗时久、效率低以及容易丢失的问题。水中离子快速采集系统，包括平行电场发生组件、DGT采样器、框架和固定机构，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，DGT采样器的轴线平行于平行电场的电场线布置；框架具有安装空间，以备安装DGT采样器和平行电场发生组件；固定机构与框架可拆卸连接，以将DGT采样器和平行电场发生组件限定在指定水深位置。本发明通过增加电场加快了离子吸附进程，提高了采样效率；通过设置固定机构提升了采集系统的稳定性，有效避免丢失。
Description
技术领域
本发明涉及梯度扩散薄膜技术领域，尤其涉及一种水中离子快速采集系统及方法。
背景技术
梯度扩散薄膜(Diffusive Gradients in Thin-films，DGT)技术主要利用Fick第一扩散定律，通过研究元素在DGT扩散层的梯度扩散及其缓冲动力学过程，获得元素在环境介质中的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技术可以应用于沉积物的地球化学特征、水质的监测、待测离子在DGT与土壤界面的动力学过程和重金属的生物有效性等多方面研究。
现有的DGT装置由固定层和扩散层叠加组成，目标离子以自由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，整个吸附过程耗时久，采集效率低，难以在短时间完成水样采集。
另外，现有DGT装置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，导致DGT采样装置在水下的稳定性较差往往会发生丢失，而且采样深度无法调节，无法实现定深采样。
发明内容
鉴于上述的分析，本发明旨在提供一种水中离子快速采集系统及方法，用以解决现有水下DGT装置的采样耗时久、效率低以及在水中采样容易丢失的问题。
本发明的目的主要是通过以下技术方案实现的：
一方面，提供一种水中离子快速采集系统，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，DGT采样器置于平行电场内，DGT采样器的轴线平行于平行电场的电场线布置；
框架，框架具有安装空间，以备安装DGT采样器和平行电场发生组件；
固定机构，固定机构与框架可拆卸连接，以将DGT采样器和平行电场发生组件限定在指定水深位置。
进一步地，固定机构包括承载座、连接箱、定深浮球和定位浮标；承载座的下方设有定位插杆，承载座的上部设有连接箱，连接箱内设有绕线组件，绕线组件上缠绕有第一连接绳，第一连接绳的一端与定深浮球连接；框架拆卸连接在第一连接绳上；定深浮球通过第二连接绳与定位浮标连接。
进一步地，DGT采样器包括同轴设置的第一DGT采样器与第二DGT采样器。
进一步地，平行电场发生组件包括阳极、阴极及直流电源；阳极与阴极平行设置，并分别与直流电源的正极和负极连接。
进一步地，DGT采样器包括外壳，外壳内同轴依次设置有过滤膜、扩散层和吸附层。
进一步地，第一DGT采样器的过滤膜与第二DGT采样器的过滤膜相对设置，第一DGT采样器的吸附层朝向阳极，第二DGT采样器的吸附层朝向阴极。
进一步地，第一DGT采样器的吸附层与第二DGT采样器的吸附层相对设置，第一DGT采样器的过滤膜朝向阳极，第二DGT采样器的过滤膜朝向阴极。
另一方面，提供一种水中离子快速采集方法，利用上述技术方案的水中离子快速采集系统。
进一步地，采集方法包括如下步骤：
将固定机构固定在水体中，利用平行电场发生组件在DGT采样器所在区域产生平行电场，DGT采样器的吸附层吸附水中金属元素。
进一步地，按照以下公式计算DGT采样器的吸附层上待测金属元素吸附量MDGT：
基于待测金属元素吸附量MDGT，按照以下公式计算溶液中待测离子浓度Cb：
其中，g为扩散层厚度，Cb为溶液中待测离子浓度，D为扩散系数，σ为电极参数，U为施加的电压，t是实验时间，A是E-DGT扩散层窗口面积。
与现有技术相比，本发明至少具有如下有益效果之一：
1、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，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。
2、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。
3、通过设置固定机构，能够将DGT采样器和平行电场发生组件限定在指定水深位置。
4、固定机构采用三脚架支腿提升采集系统的稳定性，并且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；通过设置多组配重组件，每组配重组件的重量可调节；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，从而提高装置的稳定性和应用广泛性。
本发明中，上述各技术方案之间还可以相互组合，以实现更多的优选组合方案。本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分优点可从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过说明书以及附图中所特别指出的内容中来实现和获得。
附图说明
附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本发明的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。
图1为DGT原理图；
图2为实施例中水中离子快速采集系统的结构示意图一；
图3为实施例中水中离子快速采集系统的结构示意图二；
图4为实施例中水中离子快速采集系统的结构示意图三；
图5为实施例中水中离子快速采集系统的立体图；
图6为实施例中水中离子快速采集系统的结构示意图四；
图7为实施例中水中离子快速采集系统的吸附层元素吸附量与电压的关系示意图；
图8为实施例中具有固定机构的水中离子快速采集系统的结构示意图；
图9为实施例中定位插杆的结构示意图；
图10为实施例中定位插杆的结构示意图；
图11为实施例中连接箱的结构示意图；
图12为图8中A部分的放大图；
图13为实施例中承载座和连接板的连接示意图。
附图标记：
100、DGT采样器；1001、过滤膜；1002、扩散层；1003、吸附层；1004、外壳；200、阳极；300、阴极；400、直流电源；500、框架；5001、电极连接件；5002、固定套管；
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、采样器安装部；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、开口；38、抓地板。
具体实施方式
下面结合附图来具体描述本发明的优选实施例，其中，附图构成本申请一部分，并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理，并非用于限定本发明的范围。
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，公开了一种水中离子快速采集方法，采集时，在DGT采样器100外设置平行电场，使得DGT采样器100在设置平行电场的吸附环境进行离子吸附。
与现有技术相比，本实施例提供的水中离子快速采集方法，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。不同于传统DGT的被动采样方式，本申请通过在DGT采样器外设置平行电场，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。
Fick第一扩散定律如公式(1)所示：
其中，J为待测元素扩散通量，D为待测元素扩散系数；c是待测元素浓度；l是扩散距离，dc/dl就是浓度扩散梯度。
DGT原理如图1所示，金属离子通过扩散层1002扩散进入吸附层1003，被吸附层1003吸附，吸附层吸附量与扩散速率，扩散层面积与厚度相关。基于公式(1)得到下述公式(1′)：
其中，D是扩散常数，g是扩散层厚度，Cb溶液中待测物质含量，C′则是吸附层表面待测物质的含量。
吸附层吸附的量MDGT的计算公式(2)为：
MDGT＝t×A×J (2)
其中，t为实验时间，A为扩散层窗口面积；
公式(1′)和(2)合并后可得到吸附层吸附的量MDGT的计算公式(3)为：
根据公式(3)计算溶液中的待测物质浓度，如果C'为0，则说明该元素为完全活性，其被吸附层全部吸收，因此得到溶液中待测物质含量Cb，计算公式为：
在外加平行电场的情况下，如图2所示，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3至图6所示，平行电场内设置2个DGT采样器，两个DGT采样器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。
本实施例中，由于DGT采样器100位于平行电场中，当对DGT采样器施加平行电场之后，带电粒子在电场驱动下运动，待测元素扩散通量计算公式(4)为:
公式(4)前半部分和Fick第一扩散定律一样，后半部分则是元素在电场作用下的运动，其中u是离子在电场作用下的迁移率(泳动度)，Cb是溶液中离子总浓度，E是电场强度，U为电势(电压)，l为距离。
因此，公式(4)可以改写为(4′)：
当稳定的扩散梯度形成之后，待测元素扩散通量计算公式表示为公式(5)：
其中，g是扩散层厚度Cb溶液中待测物质含量，c′是待测元素在DGT吸附层表面的浓度，ΔU为扩散层之间的电势差。
进一步地，如果c′忽略不计，即待测元素被吸附层完全吸收，则待测元素扩散通量计算公式为公式(6)：
由上述公式推算出金属元素在DGT采样器100吸附层1003上待测金属元素吸附量的计算公式(7)：
其中，ΔU与施加在电极上的电压U相关，即如下式公式(8)所示：
ΔU＝σ×U (8)
其中，σ为电极参数(常数)，与电极的形状、电极之间的距离、扩散膜的性质、介质的介电常数以及其他影响因子相关。
在一个确定的系统内，特定离子的u和σ的值都是确定的常数，如果将它们的乘积定义为电场扩散梯度(E-DGT)系数κ＝u×σ，则公式(7)可以改写为公式(9)：
其中，κ是可测量的量，MDGT与U理论上呈成线性关系，如果MDGT对U作图，其斜率s为通过加入已知浓度Cb的溶液，即可测定常数κ。
如图7所示，获得E-DGT吸附层的元素吸附量与电压的关系，在一定电压范围内，E-DGT的吸附量随电压增加而增加，吸附量与电压的关系近似为一条直线，在吸附量-电压图上，该直线的斜率s为g是扩散层厚度，Cb是溶液中待测物质含量(标准溶液中Cb是已知的)，t是实验时间，而A是E-DGT扩散层窗口面积，这些量均为已知，所以通过斜率可以计算出/>当获得κ的值之后，保持所有参数不变，就可以计算未知溶液的浓度Cb。
基于待测金属元素吸附量MDGT，当κ已知的情况下，由下述公式(10)计算获得未知溶液的浓度Cb：
本申请中所使用的符号/英文缩写如下表所示：
实施例2
本发明的又一具体实施例，公开了一种水中离子快速采集系统，应用于实施例1中的水中离子快速采集方法，如图2至图6所示，水中离子快速采集系统包括：
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100，DGT采样器100置于平行电场内，以吸附水体中的离子；
框架500，框架500具有安装空间，以备安装DGT采样器100和平行电场发生组件；
固定机构，固定机构与框架500拆卸连接，固定机构能够将DGT采样器100和平行电场发生组件限定在指定水深位置。
实施时，利用固定机构将DGT采样器100和平行电场发生组件置于水体中，并将其限定在指定水深位置，利用平行电场发生组件在DGT采样器100所在区域产生平行电场，DGT采样器100的吸附层1003吸附水中金属元素，经过一定吸附时间后，完成样品采集，将DGT采样器100和平行电场发生组件从水体中移出，进行后续试验操作。
与现有技术相比，本实施例提供的水中离子快速采集系统，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。而且，通过设置固定机构使DGT采样器100和平行电场发生组件能够稳定的限定在指定水深位置，进而实现指定水深的采样。
本实施例中，平行电场发生组件包括阳极200、阴极300及直流电源400，阳极200与阴极300平行设置，并分别与直流电源400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100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100包括外壳1004，外壳1004内同轴依次设置有过滤膜1001、扩散层1002和吸附层1003。
本实施例中，平行电场内可以设置1个或多个DGT采样器。
如图2所示，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3至图6所示，平行电场内设置2个DGT采样器，两个DGT采样器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100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100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1001与第二DGT采样器的过滤膜1001相对设置，第一DGT采样器的吸附层1003朝向阳极200，第二DGT采样器的吸附层1003朝向阴极300。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1003与第二DGT采样器的吸附层1003相对设置，第一DGT采样器的过滤膜1001朝向阳极200，第二DGT采样器的过滤膜1001朝向阴极300。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，框架500的安装空间与水体连通，安装空间内安装DGT采样器100和平行电场发生组件。通过设置框架500以提升DGT采样器100和平行电场发生组件的安装稳定性，使得DGT采样器100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，固定机构与框架500通过采样器安装部8可拆卸连接，采样器安装部8可以为绳索，方便拆卸安装。
进一步地，DGT采样器100通过固定套管5002与框架500连接，固定套管5002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5001与框架500连接。
为了便于更换拆卸DGT采样器100，第一DGT采样器和第二DGT采样器螺纹连接于固定套管5002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1004设有外螺纹，固定套管5002设有内螺纹，外壳1004的外螺纹与固定套管5002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200与阴极300均采用网状铂电极板，网状铂电极板的面积大于DGT采样器100的轴向面积，网状铂电极板的稳定性好，电场的稳定性更优。
本实施例中，固定机构主要起到固定DGT采样器100和平行电场发生组件的作用。如图8所示，固定机构包括承载座1、连接箱2、定深浮球6和定位浮标7；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；承载座1的上部设有连接箱2，连接箱2内设有绕线组件，绕线组件包括设置于连接箱2内的转轴29、双向螺杆33、收卷辊27、限位盘，转轴29连接有第一摇柄30，双向螺杆33连接有第二摇柄34；绕线组件上缠绕有第一连接绳9，第一连接绳9的一端与定深浮球6连接；框架500拆卸连接在第一连接绳9上；定深浮球6通过第二连接绳10与定位浮标7连接。
具体而言，如图11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；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。
本实施例中，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。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，固定机构还包括配重组件，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12至图13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37，开口37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37。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37，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9至图10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37，开口37与空腔17连通，也即定位插杆5上水平设置开口37，开口37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37。
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37，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，如图8所示，三脚架支腿4上设有抓地板38，抓地板38固定设于三脚架支腿4的端部，抓地板38水平设置，三脚架支腿4通过抓地板38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，从而增加了采集系统的稳定性，此结构适用于平面河床基质的水体采样。
固定机构的操作步骤如下：
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、将整个采集系统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24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，保证采集系统的中心位于其重心线上，实现对采集系统的固定；
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37，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。
与现有技术相比，本实施例提供的水中离子快速采集系统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集系统的稳定性，并且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。
2、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，从而提升采集系统的稳定性。
3、通过设置多组配重组件，每组配重组件的重量可调节，以提升装置的稳定性。
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。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种水中离子快速采集方法，其特征在于，利用水中离子快速采集系统，所述水中离子快速采集系统包括：
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(100)，所述DGT采样器(100)置于平行电场内，所述DGT采样器(100)的轴线平行于所述平行电场的电场线布置；
框架(500)，所述框架(500)具有安装空间，以备安装DGT采样器(100)和平行电场发生组件；
固定机构，所述固定机构与所述框架(500)可拆卸连接，以将DGT采样器(100)和平行电场发生组件限定在指定水深位置；
所述采集方法包括如下步骤：
将所述固定机构固定在水体中，利用所述平行电场发生组件在所述DGT采样器(100)所在区域产生平行电场，所述DGT采样器(100)的吸附层(1003)吸附水中金属元素；
所述吸附层(1003)上待测金属元素吸附量MDGT的计算公式计算为：
基于待测金属元素吸附量MDGT，得到溶液中待测离子浓度Cb的计算公式为：
其中，ΔU＝σ×U，g为扩散层厚度，Cb为溶液中待测离子浓度，D为扩散系数，σ为电极参数，U为施加的电压，t是实验时间，A是E-DGT扩散层窗口面积。
2.根据权利要求1所述的水中离子快速采集方法，其特征在于，所述固定机构包括承载座(1)、连接箱(2)、定深浮球(6)和定位浮标(7)；
所述承载座(1)的下方设有定位插杆(5)，所述承载座(1)的上部设有连接箱(2)，连接箱(2)内设有绕线组件，绕线组件上缠绕有第一连接绳(9)，第一连接绳(9)的一端与定深浮球(6)连接；所述框架(500)拆卸连接在第一连接绳(9)上；定深浮球(6)通过第二连接绳(10)与定位浮标(7)连接。
3.根据权利要求1所述的水中离子快速采集方法，其特征在于，所述DGT采样器(100)包括同轴设置的第一DGT采样器与第二DGT采样器。
4.根据权利要求3所述的水中离子快速采集方法，其特征在于，所述平行电场发生组件包括阳极(200)、阴极(300)及直流电源(400)；
所述阳极(200)与阴极(300)平行设置，并分别与所述直流电源(400)的正极和负极连接。
5.根据权利要求4所述的水中离子快速采集方法，其特征在于，所述DGT采样器(100)包括外壳(1004)，所述外壳(1004)内同轴依次设置有过滤膜(1001)、扩散层(1002)和吸附层(1003)。
6.根据权利要求5所述的水中离子快速采集方法，其特征在于，所述第一DGT采样器的过滤膜(1001)与所述第二DGT采样器的过滤膜(1001)相对设置，所述第一DGT采样器的吸附层(1003)朝向所述阳极(200)，所述第二DGT采样器的吸附层(1003)朝向所述阴极(300)。
7.根据权利要求5所述的水中离子快速采集方法，其特征在于，所述第一DGT采样器的吸附层(1003)与所述第二DGT采样器的吸附层(1003)相对设置，所述第一DGT采样器的过滤膜(1001)朝向所述阳极(200)，所述第二DGT采样器的过滤膜(1001)朝向所述阴极(300)。
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