CN206369647U - 一种滨海潮滩湿地沉积物孔隙水采样器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种滨海潮滩湿地沉积物孔隙水采样器，包括三通阀、滤采单元、真空吸排水单元和储水单元，滤采单元包括一根一端封闭而另一端开口的中空采样管，中空采样管的封闭端的侧壁上开设有侧孔，且侧孔的外周部上套设有超滤膜夹套，以当中空采样管插入沉积物中时，沉积物孔隙水只能通过超滤膜进入中空采样管的侧孔，中空采样管的开口端与三通阀的一个换向口连通，储水单元的进水管与三通阀的另一个换向口连通，真空吸排水单元与三通阀的公共口连通，以通过抽真空从滤采单元吸入孔隙水，并向储水单元排出采集到的孔隙水。该采样器不仅可以快速、高效、准确地采集到滨海潮滩湿地沉积物的孔隙水，而且便于携带，操作简单，造价低廉。

Description

一种滨海潮滩湿地沉积物孔隙水采样器

技术领域

本实用新型涉及一种滨海潮滩湿地沉积物孔隙水采样器，适用于生态学、地球化学、土壤学和环境科学中沉积物孔隙水背景调查技术领域。

背景技术

滨海潮滩湿地是一个典型的海陆交互作用过渡带，是全球生产力最高的生态系统之一，同时受潮汐、径流双重输入的影响，使得滨海潮滩沉积物成为有机质的重要蓄积库。有机质矿化分解释放各种物质到孔隙水中，对沉积物——水界面的能量交换，以及上覆水体的营养水平和环境质量产生不可忽视的影响。沉积物孔隙水地球化学作为滨海潮滩湿地生态系统的敏感指示，已经成为生态学、地球化学、土壤学和环境科学的关注热点。定量分析滨海潮滩沉积物孔隙水的化学组成及其含量，有助于了解整个滨海生态系统中生源要素碳、氢、氧、氮、磷、硫和铁的生物地球化学行为，营养盐的吸附和解吸，有机质成岩途径和模型，温室气体的产生和排放过程。

目前，滨海潮滩湿地孔隙水的获取方法包括离心法、普通压榨法、改良压榨法、渗透离析法、毛细管法和负压抽滤法。离心法的原理是利用沉积物采样器采集柱状沉积物，在充满氮气的厌氧手套箱中进行分层切割，随后将一定体积的沉积物放入离心管中，通过高速离心获得上清液，过滤后制得孔隙水。普通压榨法与离心法相似，也是在充满氮气的厌氧手套箱中对柱状沉积物进行切割分层，然后放入压榨机中，在一定压力的作用下，使孔隙水透过滤膜压出。还有一种改良的整柱压榨法将柱状采样管插入箱式采样器的中心，在各个方向施加压力，使孔隙水从各个相应深度被压出。渗透离析法的装置是由有若干带开窗的有机玻璃板拼装组成一个空心的腔体，腔体上覆滤膜，随后将各部分组装固定好，在腔体内装满去离子水，并将此装置插入沉积物中，通过滤膜内外各种物质的浓度差发生渗透离析作用而获得水样。毛细管法的管壁为厚玻璃毛细管，下部为打孔的聚四氟乙烯套管，底部用玻璃塞密封。当采集沉积物孔隙水样品时，将装置插入一定深度，进行取样。负压抽滤法通常利用一个能产生负压的气压室，然后通过真空负压抽取沉积物孔隙水，为了不堵塞抽滤管，在抽滤管上通常要附上过滤网。

以上采样分析方法，各有利弊。离心法、普通压榨法、改良压榨法这三种孔隙水采样方法效率高，获得的水量大。但其缺点在于在采样过程中，沉积物孔隙水的化学还原成分会发生严重变化，这包括高压作用下微生物细胞裂解，离心时的高温促使孔隙水中的物质变化，操作过程中孔隙水的物质被氧化污染，或气体从沉积物中脱气。此外，在获取孔隙水的过程中的潮滩湿地沉积物压实可能会造成有偏差的深度剖面。渗透离析法和毛细管法是两种野外原位采集沉积物孔隙水的采样方法，但是采样速度较慢，通常需要将装置放在现场数周，且每次采集的孔隙水量少，装置的整体造价较高。最后，负压抽滤的孔隙水采样装置是目前较新颖的孔隙水采样装置，但存在两个缺点：第一，装置体积过大不适用于潮滩湿地野外作业，第二通过电力或者手动产生负压，在野外无法实现或者耗时耗力；第三，造价和耗材价格昂贵，附件繁多且组装繁琐，重复使用又会交叉污染，并不适用于大规模的野外采样。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种滨海潮滩湿地沉积物孔隙水采样器，该采样器不仅可以快速、高效、准确地采集到滨海潮滩湿地沉积物的孔隙水，而且便于携带，操作简单，造价低廉。

为实现上述目的，本实用新型的技术方案是：一种滨海潮滩湿地沉积物孔隙水采样器，包括三通阀、滤采单元、真空吸排水单元和储水单元，所述滤采单元包括一根一端封闭而另一端开口的中空采样管，所述中空采样管的封闭端的侧壁上开设有侧孔，且所述侧孔的外周部上套设有超滤膜夹套，以当所述中空采样管插入沉积物中时，沉积物孔隙水只能通过超滤膜进入所述中空采样管的侧孔，所述中空采样管的开口端与所述三通阀的一个换向口连通，所述储水单元的进水管与所述三通阀的另一个换向口连通，所述真空吸排水单元与所述三通阀的公共口连通，以通过抽真空从所述滤采单元吸入孔隙水，并向所述储水单元排出采集到的孔隙水。

进一步的，所述三通阀为鲁尔考克三通阀。

进一步的，所述中空采样管为肛门管，且管中穿设有直径小于肛门管内径的有机玻璃细棒，所述超滤膜夹套为中空纤维超滤膜丝，所述中空纤维超滤膜丝一端套设有密封帽，另一端通过密封材料密封连接在所述中空采样管的侧壁上。

进一步的，所述肛门管的长度为120mm，直径为2.33mm，侧孔的长度为2.5mm，宽度为1.5 mm，所述有机玻璃细棒的直径为1mm，长度为120mm，所述中空纤维超滤膜丝的直径为2.8mm，微孔尺寸为0.01~0.1μm，孔隙率为60~70%，所述密封帽为硅胶帽，所述硅胶帽的直径为4mm。

进一步的，所述储水单元由用于与所述三通阀的换向口连接的直通接头、静脉输液针和真空采血管构成。

进一步的，所述真空吸排水单元为注射器。

进一步的，所述注射器的芯杆上开设有一限位孔，所述采样器还配设有一可穿过所述限位孔的刚性细棒，以当所述芯杆抽真空到达设定位置时，将所述刚性细棒穿过限位孔并架在所述注射器的针筒端面上。

进一步的，所述限位孔的直径为3.5mm，所述刚性细棒的直径为3mm，长度为3cm。

本实用新型的有益成果是：1、与传统的孔隙水采样装置及方法相比，该采样器可以满足高精度的分层采样要求，也可用于室内控制实验、微区实验等的孔隙水采样，适用范围广；2、将该采样器插入不同深度土壤进行孔隙水采样，可实现无干扰采样需求，尤其在避免破坏沉积物采样方面具有技术优势，采样过程及结果快速、高效、准确；3、设计选用的所有材料价格低廉，且均可在市面上购买；4、构造轻盈，便于携带，占用空间小，单件采样器总质量不超过20g；5、操作简单、省力，注射器抽真空后产生的负压可以满足潮滩湿地孔隙水的抽滤要求；6、结构简单，整个采样器仅由几个部件组成，加工方式简单易行，容易量产；7、材料制作方便，一次性使用无需清洗采样器，避免样品交叉污染。

附图说明

图1是本发明实施例的结构示意图。

图2是图1中局部a的大样图。

图3是图1中局部b的大样图。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本实用新型作进一步的详细说明。

本实用新型的滨海潮滩湿地沉积物孔隙水采样器，如图1所示，包括三通阀3、滤采单元、真空吸排水单元4和储水单元，滤采单元包括一根一端封闭而另一端开口的中空采样管2，中空采样管2的封闭端的侧壁上开设有侧孔，且侧孔的外周部上套设有超滤膜夹套1，以当中空采样管2插入沉积物中时，沉积物孔隙水只能通过超滤膜进入中空采样管2的侧孔，中空采样管2的开口端与三通阀3的一个换向口连通，储水单元的进水管与三通阀的另一个换向口连通，真空吸排水单元4与三通阀3的公共口连通，以通过抽真空从滤采单元吸入孔隙水，并向储水单元排出采集到的孔隙水。

在本实施例中，三通阀3为鲁尔考克三通阀，为PP聚丙烯材质，可以通过该三通阀调整三个方向的水流开关。

中空采样管2为一次性使用肛门管，且管中穿设有直径小于肛门管内径的有机玻璃PMMA细棒8，如图2所示，超滤膜夹套1为PVDF增强增粗型中空纤维超滤膜丝，中空纤维超滤膜丝一端套设有密封帽7，另一端通过密封材料密封连接在中空采样管2的侧壁上，如图3所示。较佳地，一次性使用肛门管（规格型号：7#）的长度为120mm，直径为2.33mm，侧孔的长度为2.5mm，宽度为1.5 mm。有机玻璃PMMA细棒的直径为1mm，长度为120mm，耐高温，可进行高温杀菌处理。中空纤维超滤膜丝的直径为2.8mm，微孔尺寸为0.01~0.1μm，孔隙率为60~70%。中空纤维超滤膜丝为一种超纤维滤膜，现多用于净水器的滤芯或电泳油漆的滤布，价格低廉，带内衬MBR膜丝。MBR膜丝又称膜生物反应器，是一种由活性污泥法与膜分离技术相结合的新型水处理技术。在本发明中，中空纤维超滤膜丝的内径需稍大于一次性使用肛门管。密封帽7采用防烤喷砂螺柱硅胶帽，耐高温，可进行高温杀菌处理，硅胶帽的直径为4mm。

储水单元由用于与三通阀3的换向口连接的直通接头9、一次性使用静脉输液针5和真空无菌采血管6构成。其中，直通接头9为PP聚丙烯材质，用于将鲁尔考克三通阀的母头转换为公头。真空无菌采血管（规格型号：10ml）的瓶口为真空橡胶，可多次刺穿不漏气。一次性使用静脉输液针5由针座、采集针、硅胶软管、翼片组成，一端是采集针，外包单叶翼片，另一端为针座，可与直通接头连接，针座与采集针之间通过硅胶软管连接。

真空吸排水单元4为一次性使用无菌注射器。注射器的芯杆上开设有一限位孔10，采样器还配设有一可穿过限位孔10的刚性细棒，以当芯杆抽真空到达设定位置时，将刚性细棒穿过限位孔10并架在注射器的针筒端面上。较佳地，一次性使用无菌注射器（规格型号：50 mL）上的限位孔的直径为3.5mm，刚性细棒采用304不锈钢圆棒，直径为3mm，长度为3cm。

使用时，先将有机玻璃PMMA细棒8和硅胶帽7进行杀菌消毒，将有机玻璃PMMA细棒8插入一次性使用肛门管2内部作为强度支撑。一次性使用肛门管2的顶部套上一段长度约为5cm的中空纤维超滤膜丝1，中空纤维超滤膜丝1需覆盖住一次性使用肛门管2的侧孔并向一次性使用肛门管2尾端延伸2 cm左右，在中空纤维超滤膜丝1底部（靠近一次性使用肛门管2底端一侧）涂上硅胶进行密封，中空纤维超滤膜丝1的顶端（靠近一次性使用肛门管2顶端一侧）套上硅胶帽7封口，并在底部涂上硅胶密闭，细节参照图3。

将此部分连接在关闭的鲁尔考克三通阀3上，并通过鲁尔考克三通阀3连接注射器4。鲁尔考克三通阀3的侧向连接直通接头9，通过直通接头9转接一次性使用静脉输液针5。

采样时，拉动注射器4的活塞芯杆，插上不锈钢圆棒，注射器内就形成了真空负压状态，打开鲁尔考克三通阀3即可以开始抽取潮滩湿地沉积物中的孔隙水。抽水完毕后，将一次性使用静脉输液针5插入真空无菌采血管6。随后将鲁尔考克三通阀3调整至真空无菌采血管6方向，推动注射器4，将孔隙水推入真空无菌采血管6，即可以封装孔隙水样品。

在本实用新型的其他实施例中，可采用直径为2mm的ABS管代替一次性使用肛门管，利用直径为1mm的不锈钢圆棒代替有机玻璃PMMA细棒，可将中空采样管的长度由120mm加至250mm，可用于采集淤泥质或砂层以下250mm以内的孔隙水。

在本实用新型的其他实施例中，可采用直径为2mm的不锈钢钝头针代替一次性使用肛门管，可将中空采样管的长度由120mm加至500mm，可用于采集地面以下500mm以内的孔隙水。

在本实用新型的其他实施例中，可在一次性使用肛门管、ABS管、不锈钢管的外侧用小扎带绑上不锈钢铁棒增加硬度，可更容易贯穿潮滩沉积物。

在本实用新型的其他实施例中，可将抽取的孔隙水通过鲁尔考克三通阀连接直通接头后转接针头注入真空玻璃瓶，配合顶空法测定孔隙水中CH₄，CO₂等溶解性气体。

在本实用新型的其他实施例中，可在真空无菌采血管中先加入盐酸或醋酸锌等物质，可用于保存易变质的DOC、Fe²⁺和H₂S。

在本实用新型的其他实施例中，可将注射器换成20mL、或者100mL的规格，以根据需要施加不同的负压力。或者将注射器替换为循环水真空泵，可加快抽水的速度。

以上是本实用新型的较佳实施例，凡依本实用新型技术方案所作的改变，所产生的功能作用未超出本实用新型技术方案的范围时，均属于本实用新型的保护范围。

Claims (8)

1.一种滨海潮滩湿地沉积物孔隙水采样器，其特征在于：包括三通阀、滤采单元、真空吸排水单元和储水单元，所述滤采单元包括一根一端封闭而另一端开口的中空采样管，所述中空采样管的封闭端的侧壁上开设有侧孔，且所述侧孔的外周部上套设有超滤膜夹套，以当所述中空采样管插入沉积物中时，沉积物孔隙水只能通过超滤膜进入所述中空采样管的侧孔，所述中空采样管的开口端与所述三通阀的一个换向口连通，所述储水单元的进水管与所述三通阀的另一个换向口连通，所述真空吸排水单元与所述三通阀的公共口连通，以通过抽真空从所述滤采单元吸入孔隙水，并向所述储水单元排出采集到的孔隙水。

2.根据权利要求1所述的一种滨海潮滩湿地沉积物孔隙水采样器，其特征在于：所述三通阀为鲁尔考克三通阀。

3.根据权利要求1所述的一种滨海潮滩湿地沉积物孔隙水采样器，其特征在于：所述中空采样管为肛门管，且管中穿设有直径小于肛门管内径的有机玻璃细棒，所述超滤膜夹套为中空纤维超滤膜丝，所述中空纤维超滤膜丝一端套设有密封帽，另一端通过密封材料密封连接在所述中空采样管的侧壁上。

4.根据权利要求3所述的一种滨海潮滩湿地沉积物孔隙水采样器，其特征在于：所述肛门管的长度为120mm，直径为2.33mm，侧孔的长度为2.5mm，宽度为1.5 mm，所述有机玻璃细棒的直径为1mm，长度为120mm，所述中空纤维超滤膜丝的直径为2.8mm，微孔尺寸为0.01~0.1μm，孔隙率为60~70%，所述密封帽为硅胶帽，所述硅胶帽的直径为4mm。

5.根据权利要求1所述的一种滨海潮滩湿地沉积物孔隙水采样器，其特征在于：所述储水单元由用于与所述三通阀的换向口连接的直通接头、静脉输液针和真空采血管构成。

6.根据权利要求1所述的一种滨海潮滩湿地沉积物孔隙水采样器，其特征在于：所述真空吸排水单元为注射器。

7.根据权利要求6所述的一种滨海潮滩湿地沉积物孔隙水采样器，其特征在于：所述注射器的芯杆上开设有一限位孔，所述采样器还配设有一可穿过所述限位孔的刚性细棒，以当所述芯杆抽真空到达设定位置时，将所述刚性细棒穿过限位孔并架在所述注射器的针筒端面上。

8.根据权利要求7所述的一种滨海潮滩湿地沉积物孔隙水采样器，其特征在于：所述限位孔的直径为3.5mm，所述刚性细棒的直径为3mm，长度为3cm。