CN120063818A - 一种用于地下水挥发性有机物的真空采样器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于地下水挥发性有机物的真空采样器，涉及地下水采样技术领域，包括：真空采样组件，所述真空采样组件至少包括：相互卡接的环件、U型管，其中，所述环件的内部一体成型有限位环；所述U型管远离所述环件的一端具有排气座，所述排气座采用气管与所述真空泵的真空发生端相连通；单向阀组件，其设置于所述环件中；活塞，其密封滑动设置于所述环件和U型管中，且所述活塞的上移位置被所述限位环限制；连接于单向阀组与活塞之间的自分离组件和拉绳，当所述活塞下移时，通过自分离组件和拉绳的配合能够使得所述单向阀组件解除封堵状态，整体的稳定性高，自动化程度高。

Description

一种用于地下水挥发性有机物的真空采样器

技术领域

本发明涉及地下水采样技术领域，具体是一种用于地下水挥发性有机物的真空采样器。

背景技术

地下水挥发性有机物（Volatile Organic Compounds，简称VOCs）是指因人类活动而进入地下水环境中，致使地下水水质恶化的挥发性有机物。关于VOCs的定义，不同的国家或组织存在一定的差别，但通常都包括以下几类特征：

化学性质：VOCs具有挥发性，沸点通常在50℃~260℃之间，室温下饱和蒸气压超过133.32帕，常温下以蒸汽形式存在于空气中。

毒性：VOCs具有迁移性、持久性和毒性，可通过呼吸道、消化道和皮肤进入人体产生危害。其毒性主要表现在对人体具有致畸、致癌和致突变作用。当体内达到一定浓度时，短时间内人们会感到头痛、恶心、呕吐、乏力等，严重时会出现抽搐、昏迷，并会伤害到人的肝脏、肾脏、大脑和神经系统，造成记忆力减退等严重后果。

种类：按化学结构，地下水中挥发性有机污染物可进一步分为烷类、芳烃类、烯类、卤烃类、酯类、醛类、酮类和其他化合物等8类。常见的包括氯仿、氯甲烷、氯乙烷、苯、甲苯、二甲苯（邻、间、对）、乙苯、丙酮等有机化合物。

在当前的地下水采样技术领域中，尽管已有多种采样方法被广泛应用，但针对挥发性有机物（VOCs）的采样仍面临诸多挑战。一个显著的问题是采样过程的自动化程度相对较低，主要依赖于人工操作来控制采样的开始和结束。这种人工控制方式虽然具有一定的灵活性，但受限于人为因素的干扰，如操作熟练度、反应速度等，往往难以实现高精度的定量采样。

此外，即使引入了程序化操控技术，也大多采用简单的定时采样方式。然而，地下水环境复杂多变，水压、水速等外部因素的变化往往导致定时采样仍然无法达到定量采样的效果。同时，无论是人工控制还是程序控制，都需要在取样设备的入口处设置阀体来控制采样流量，然而在实际使用中，这种方式很难实现，原因在于，阀体占用体积较大，而且阀体的控制通常需要额外的电气或液压设备来实现，另外，对于这种阀体的清洁较为困难。

因此，有必要提供一种用于地下水挥发性有机物的真空采样器，以解决上述问题。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供如下技术方案：一种用于地下水挥发性有机物的真空采样器，包括：

卷扬机，其具有一收放端，所述收放端固定有收放绳；

基板，其固定于所述收放绳的自由端，且所述基板上固定有真空泵；

多个分布于所述基板下方的真空采样组件；

其中，所述真空采样组件至少包括：

相互卡接的环件、U型管，其中，所述环件的内部一体成型有限位环；所述U型管远离所述环件的一端具有排气座，所述排气座采用气管与所述真空泵的真空发生端相连通；

单向阀组件，其设置于所述环件中；

活塞，其密封滑动设置于所述环件和U型管中，且所述活塞的上移位置被所述限位环限制；

连接于单向阀组与活塞之间的自分离组件和拉绳，当所述活塞下移时，通过自分离组件和拉绳的配合能够使得所述单向阀组件解除封堵状态。

进一步，作为优选，所述单向阀组件包括：

挡环，其固定嵌入于所述环件的内部；

圆台堵头，其滑动设置于所述环件的内部，且能够封堵所述挡环；

第一弹簧，其安装于所述限位环与圆台堵头之间；

其中，所述拉绳与所述圆台堵头相连。

进一步，作为优选，所述自分离组件包括：

上分离件，其具有容置槽以及与容置槽贯通的第一引流孔，所述容置槽内滑动设置有两个呈对称设置的限位块，所述限位块与所述容置槽之间还设置有第二弹簧；

下分离件，其顶部具有T型头，所述T型头能够越过限位块并伸入至所述容置槽中，且所述下分离件的中部固定嵌入有蜂窝块，所述蜂窝块中填充有膨胀海绵；

两个呈对称设置的滑块，其滑动设置于所述下分离件中，所述滑块与所述蜂窝块相连，且所述滑块对应于所述限位块。

进一步，作为优选，所述T型头上开设有第二引流孔，用于向蜂窝块引入水体；

所述限位块的底部为弧形。

进一步，作为优选，所述拉绳为弹性绳，且所述拉绳的长度满足：当所述单向阀组件为封堵状态时，所述拉绳在自然状态下始终位于所述环件的内部。

进一步，作为优选，所述拉绳为非弹性绳，且所述拉绳的长度满足：当所述单向阀组件为封堵状态时，所述拉绳在自然状态下能够伸出所述环件；

所述限位环中嵌入有磁吸块；

所述活塞为磁吸材质。

进一步，作为优选，所述环件远离所述U型管的一端安装有滤网，所述环件与所述基板之间采用定位架相连。

进一步，作为优选，所述环件的外壁还开设有外阶梯槽和第一卡槽；

所述U型管的内壁开设有对应于外阶梯槽的内阶梯槽，所述U型管的外壁开设有第二卡槽；

所述环件和U型管的外部贴附有两个呈对称设置的磁吸弧板，两个所述磁吸弧板上均具有相互对应的磁吸柱，以便使得两个磁吸弧板相互磁吸并构成一个环形，所述磁吸弧板的内壁上还具有分别对应于第一卡槽和第二卡槽的卡头。

与现有技术相比，本发明提供了一种用于地下水挥发性有机物的真空采样器，具备以下有益效果：

本发明中，通过单向阀组件和自分离组件的设计，有效地防止了水样回流和外界气体的进入，保证了采样的稳定性和可靠性，并且设置的活塞能够有效地阻碍水体进入至气管中，保证真空泵的稳定运行。

本发明中，当真空泵启动并对U型管进行抽真空处理时，U型管内部形成负压环境，此时，活塞在负压作用下开始下移，并拉动拉绳，使圆台堵头离开挡环，地下水通过单向阀组件进入环件和U型管中，整体控制较为简单高效。

本发明中，随着水体进入U型管，自分离组件实现自分离，拉绳的拉力消失，此时，第一弹簧的弹力使圆台堵头复位并紧密封堵挡环，单向阀组件再次恢复封堵状态，这一过程确保了水样的单向流动和采样系统的稳定性，整体自动化程度高。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为一种用于地下水挥发性有机物的真空采样器的主视结构示意图；

图2为一种用于地下水挥发性有机物的真空采样器中真空采样组件的结构示意图一；

图3为一种用于地下水挥发性有机物的真空采样器中环件的结构示意图；

图4为一种用于地下水挥发性有机物的真空采样器中U型管的结构示意图；

图5为一种用于地下水挥发性有机物的真空采样器中磁吸弧板的结构示意图；

图6为图2的A处放大结构示意图；

图7为一种用于地下水挥发性有机物的真空采样器中真空采样组件的结构示意图二；

图8为图7的B处放大结构示意图。

附图标记如下：1、卷扬机；2、收放绳；3、基板；4、真空泵；5、真空采样组件；6、气管；

51、环件；52、U型管；53、磁吸弧板；54、单向阀组件；55、滤网；56、定位架；57、活塞；58、自分离组件；59、拉绳；510、磁吸块；

511、外阶梯槽；512、第一卡槽；513、限位环；

521、内阶梯槽；522、第二卡槽；

531、卡头；532、磁吸柱；

541、挡环；542、圆台堵头；543、第一弹簧；544、排液孔；

581、上分离件；582、下分离件；583、滑块；584、蜂窝块；585、第一引流孔；586、第二引流孔；587、限位块；588、第二弹簧。

具体实施方式

本申请的说明书和权利要求书及上述附图说明中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的术语在适当情况下可以互换，这仅仅是描述本申请的实施例中对相同属性的对象在描述时所采用的区分方式。此外，术语“包括”和“具有”以及它们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，以便包含一系列单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于那些单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它单元。

实施例1

请参照图1-图6，本发明实施例中，提供了一种用于地下水挥发性有机物的真空采样器，包括：

卷扬机1，其具有一收放端，所述收放端固定有收放绳2；

基板3，其固定于所述收放绳2的自由端，且所述基板3上固定有真空泵4；

多个分布于所述基板3下方的真空采样组件5；

其中，所述真空采样组件5至少包括：

相互卡接的环件51、U型管52，其中，所述环件51的内部一体成型有限位环513；所述U型管52远离所述环件51的一端具有排气座，所述排气座采用气管6与所述真空泵4的真空发生端相连通；

单向阀组件54，其设置于所述环件51中；

活塞57，其密封滑动设置于所述环件51和U型管52中，且所述活塞57的上移位置被所述限位环513限制；

连接于单向阀组54与活塞57之间的自分离组件58和拉绳59，当所述活塞57下移时，通过自分离组件58和拉绳59的配合能够使得所述单向阀组件54解除封堵状态。

在实施时，包括如下步骤：

步骤一：利用卷扬机1的收放功能，将基板3及其下方的真空采样组件5平稳地下入地下水中。此过程需确保采样组件5能够准确到达预定的采样深度。

步骤二：开启真空泵4，对U型管52进行抽真空处理。此时，U型管52内部形成负压环境，为后续的采样过程做准备。

步骤三：在负压作用下，活塞57开始下移，并带动圆台堵头542一同下移。这一过程中，单向阀组件54的封堵状态被解除，允许地下水进入环件51和U型管52中。

步骤四：水体进入采样系统后，通过自分离组件58的作用，实现自分离。此时，圆台堵头542在第一弹簧543的弹力作用下复位，单向阀组件54再次恢复封堵状态，防止水样回流和外界气体进入。

步骤五：完成上述步骤后，水体已被成功采集并保存在U型管52中。此时，可以关闭真空泵4，并通过卷扬机1将基板3及其下方的真空采样组件5提升至地面，进行后续的水样分析。

整个采样过程高度自动化，减少了人工操作的干扰，提高了采样精度和效率。

通过单向阀组件54和自分离组件58的设计，有效地防止了水样回流和外界气体的进入，保证了采样的稳定性和可靠性，并且设置的活塞57能够有效地阻碍水体进入至气管6中，保证真空泵4的稳定运行。

本实施例中，所述单向阀组件54包括：

挡环541，其固定嵌入于所述环件51的内部；

圆台堵头542，其滑动设置于所述环件51的内部，且能够封堵所述挡环541，所述圆台堵头542上还具有排液孔544；

第一弹簧543，其安装于所述限位环513与圆台堵头542之间；

其中，所述拉绳59与所述圆台堵头542相连。

那么，在采样过程中，当真空泵4启动并对U型管52进行抽真空处理时，U型管52内部形成负压环境。此时，活塞57在负压作用下开始下移，并拉动拉绳59。拉绳59的拉力使圆台堵头542离开挡环541，单向阀组件54解除封堵状态。地下水通过单向阀组件54进入环件51和U型管52中。

随着水体的进入，自分离组件58实现自分离，拉绳59的拉力消失。此时，第一弹簧543的弹力使圆台堵头542复位并紧密封堵挡环541，单向阀组件54再次恢复封堵状态。这一过程确保了水样的单向流动和采样系统的稳定性。

另外，圆台堵头542的表面可以经过特殊处理，以确保其具有良好的密封性能和耐磨性能。

本实施例中，所述自分离组件58包括：

上分离件581，其具有容置槽以及与容置槽贯通的第一引流孔585，所述容置槽内滑动设置有两个呈对称设置的限位块587，所述限位块587与所述容置槽之间还设置有第二弹簧588；

下分离件582，其顶部具有T型头，所述T型头能够越过限位块587并伸入至所述容置槽中，且所述下分离件582的中部固定嵌入有蜂窝块584，所述蜂窝块584中填充有膨胀海绵；

两个呈对称设置的滑块583，其滑动设置于所述下分离件582中，所述滑块583与所述蜂窝块584相连，且所述滑块583对应于所述限位块587。

其在工作时，包括如下步骤：

步骤一：安装上分离件581和下分离件582时，将上分离件581的容置槽对准下分离件582的T型头，并向下推动。

步骤二：T型头会越过限位块587并伸入至容置槽中，此时限位块587被T型头推动，并在第二弹簧588的作用下复位，形成对T型头的限位。

步骤三：当水体进入至蜂窝块584中时，膨胀海绵会吸收一定量的水体并膨胀。膨胀后的膨胀海绵和蜂窝块584会推动滑块583移动，滑块583进一步推动限位块587。当限位块587被推动到足够程度时，会解除对T型头的限位，此时上分离件581和下分离件582会相互脱离，无需人工干预。

步骤四：自分离组件58分离后，上分离件581则随拉绳59上升，避免水样回流。

值得一提的是，自分离组件58采用膨胀海绵作为触发元件，当进入膨胀海绵中的水体达到足够量时，膨胀海绵会吸水膨胀并推动滑块583移动。这一机制是自动且一致的，不受地下水流速流压的影响。

进一步地，所述T型头上开设有第二引流孔586，用于向蜂窝块584引入水体；

所述限位块587的底部为弧形。

本实施例中，所述拉绳59为非弹性绳，且所述拉绳59的长度满足：当所述单向阀组件54为封堵状态时，所述拉绳59在自然状态下能够伸出所述环件51；

所述限位环513中嵌入有磁吸块510；

所述活塞57为磁吸材质。

那么在安装上分离件581和下分离件582阶段，由于拉绳59的长度满足：当所述单向阀组件54为封堵状态时，所述拉绳59在自然状态下能够伸出所述环件51，因此，可以在环件51的外部将上分离件581和下分离件582进行相互卡接，之后，将活塞57贴附在限位环513的下方，利用磁吸块510实现对于活塞57的定位吸附，最后再将环件51和U型管52进行相互卡接即可。

本实施例中，所述环件51远离所述U型管52的一端安装有滤网55，所述环件51与所述基板3之间采用定位架56相连。

本实施例中，所述环件51的外壁还开设有外阶梯槽511和第一卡槽512；

所述U型管52的内壁开设有对应于外阶梯槽511的内阶梯槽521，所述U型管52的外壁开设有第二卡槽522；

所述环件51和U型管52的外部贴附有两个呈对称设置的磁吸弧板53，两个所述磁吸弧板53上均具有相互对应的磁吸柱532，以便使得两个磁吸弧板53相互磁吸并构成一个环形，所述磁吸弧板53的内壁上还具有分别对应于第一卡槽512和第二卡槽522的卡头531。

通过将环件51和U型管52相互卡接可以实现对于U型管52中样品的快速提取，以及对自分离组件58的快速清洗、组装，并且环件51和U型管52相互卡接后，通过两个磁吸弧板53即可对二者的轴向进行限制，保证二者的卡接效果。

实施例2

请参照图7和图8，其与实施例1不同的地方在于：所述拉绳59为弹性绳，且所述拉绳59的长度满足：当所述单向阀组件54为封堵状态时，所述拉绳59在自然状态下始终位于所述环件51的内部。

那么在安装上分离件581和下分离件582阶段，由于所述拉绳59为弹性绳，且所述拉绳59的长度满足：当所述单向阀组件54为封堵状态时，所述拉绳59在自然状态下始终位于所述环件51的内部，因此，可以拉长所述拉绳59，进而使得在环件51的外部将上分离件581和下分离件582进行相互卡接，之后，活塞57在拉绳59的拉动作用下自然贴附在限位环513的下方，最后再将环件51和U型管52进行相互卡接即可。

相较于实施例1中的方案，本方案中减少对于活塞57的材质要求，减少对于磁吸块510的安装，但是可能会增加对于拉绳59的更换频率。

以上所述的，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，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种用于地下水挥发性有机物的真空采样器，其特征在于，包括：

卷扬机（1），其具有一收放端，所述收放端固定有收放绳（2）；

基板（3），其固定于所述收放绳（2）的自由端，且所述基板（3）上固定有真空泵（4）；

多个分布于所述基板（3）下方的真空采样组件（5）；

其中，所述真空采样组件（5）至少包括：

相互卡接的环件（51）、U型管（52），其中，所述环件（51）的内部一体成型有限位环（513）；所述U型管（52）远离所述环件（51）的一端具有排气座，所述排气座采用气管（6）与所述真空泵（4）的真空发生端相连通；

单向阀组件（54），其设置于所述环件（51）中；

活塞（57），其密封滑动设置于所述环件（51）和U型管（52）中，且所述活塞（57）的上移位置被所述限位环（513）限制；

连接于单向阀组（54）与活塞（57）之间的自分离组件（58）和拉绳（59），当所述活塞（57）下移时，通过自分离组件（58）和拉绳（59）的配合能够使得所述单向阀组件（54）解除封堵状态。

2.根据权利要求1所述的一种用于地下水挥发性有机物的真空采样器，其特征在于，所述单向阀组件（54）包括：

挡环（541），其固定嵌入于所述环件（51）的内部；

圆台堵头（542），其滑动设置于所述环件（51）的内部，且能够封堵所述挡环（541）；

第一弹簧（543），其安装于所述限位环（513）与圆台堵头（542）之间；

其中，所述拉绳（59）与所述圆台堵头（542）相连。

3.根据权利要求1所述的一种用于地下水挥发性有机物的真空采样器，其特征在于，所述自分离组件（58）包括：

上分离件（581），其具有容置槽以及与容置槽贯通的第一引流孔（585），所述容置槽内滑动设置有两个呈对称设置的限位块（587），所述限位块（587）与所述容置槽之间还设置有第二弹簧（588）；

下分离件（582），其顶部具有T型头，所述T型头能够越过限位块（587）并伸入至所述容置槽中，且所述下分离件（582）的中部固定嵌入有蜂窝块（584），所述蜂窝块（584）中填充有膨胀海绵；

两个呈对称设置的滑块（583），其滑动设置于所述下分离件（582）中，所述滑块（583）与所述蜂窝块（584）相连，且所述滑块（583）对应于所述限位块（587）。

4.根据权利要求3所述的一种用于地下水挥发性有机物的真空采样器，其特征在于，所述T型头上开设有第二引流孔（586），用于向蜂窝块（584）引入水体；

所述限位块（587）的底部为弧形。

5.根据权利要求1所述的一种用于地下水挥发性有机物的真空采样器，其特征在于，所述拉绳（59）为弹性绳，且所述拉绳（59）的长度满足：当所述单向阀组件（54）为封堵状态时，所述拉绳（59）在自然状态下始终位于所述环件（51）的内部。

6.根据权利要求1所述的一种用于地下水挥发性有机物的真空采样器，其特征在于，所述拉绳（59）为非弹性绳，且所述拉绳（59）的长度满足：当所述单向阀组件（54）为封堵状态时，所述拉绳（59）在自然状态下能够伸出所述环件（51）；

所述限位环（513）中嵌入有磁吸块（510）；

所述活塞（57）为磁吸材质。

7.根据权利要求1所述的一种用于地下水挥发性有机物的真空采样器，其特征在于，所述环件（51）远离所述U型管（52）的一端安装有滤网（55），所述环件（51）与所述基板（3）之间采用定位架（56）相连。

8.根据权利要求1所述的一种用于地下水挥发性有机物的真空采样器，其特征在于，所述环件（51）的外壁还开设有外阶梯槽（511）和第一卡槽（512）；

所述U型管（52）的内壁开设有对应于外阶梯槽（511）的内阶梯槽（521），所述U型管（52）的外壁开设有第二卡槽（522）；

所述环件（51）和U型管（52）的外部贴附有两个呈对称设置的磁吸弧板（53），两个所述磁吸弧板（53）上均具有相互对应的磁吸柱（532），以便使得两个磁吸弧板（53）相互磁吸并构成一个环形，所述磁吸弧板（53）的内壁上还具有分别对应于第一卡槽（512）和第二卡槽（522）的卡头（531）。