CN210090071U - 一种沉积物无氧保护高分辨率分层收集装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种沉积物无氧保护高分辨率分层收集装置，包括切割器及其两侧的延伸管、采样管，切割器上设有通孔，切割器与延伸管、采样管可拆卸、密封连接；延伸管的另一端口封住，并置于惰性气体仓内，仓内还设有密封座；采样管内设有活塞；本实用新型可减小沉积物采集过程扰动，保持样品原状以及便捷取出样品，加强分层收集过程的无氧保护，深度上实现高分辨率定量收集，操作简单，携带方便。

Description

一种沉积物无氧保护高分辨率分层收集装置

技术领域

本实用新型涉及沉积物采样设备，特别是涉及一种沉积物无氧保护高分辨分层收集装置。

背景技术

湿地是陆生生态系统和水生生态系统间的关键过渡带，广泛分布在世界各地，对支持生态系统稳定性和维持生物多样性有重要意义。湿地通常土壤含水充足，主要包括各种咸水淡水沼泽地、湖泊、河流以及泛洪平原、湿草原等。随着我国快速工业化的进展，工业废弃物对湿地环境的胁迫日益加剧，随之导致如水体富营养化，沉积物中重金属、有机污染物累积，进而污染物在水体中通过物理传输、生物和化学转化作用而进一步威胁到水生生物甚至进入人体。因此，借助便利的原位采样装置探求湿地沉积物中污染物或生源要素的迁移转化机制的规律，有助于我们高效管理或修复被污染的湿地环境，而进行原位原状的沉积物样本采集也是最有效的开展相关研究工作的重要前提。

目前，已经存在的沉积物采样器主要为抓斗式采样器和柱状采样器。抓斗式采样器封闭性不佳，采样过程中易流失部分样品，难以保证沉积物样品原状，同时抓斗式采样器一般尺寸较大，难实现高分辨率分层采样的预期和采样后难以进行样品无氧保护。因此，针对以上问题，传统柱状采样器部分考虑了抓斗采样器存在的不足，通过垂直插入沉积物采集样品，根据需要采集相应深度的沉积物柱芯，但传统柱状采样器在取出样品时存在不便取出、取出过程易导致样品分层被破坏、样品被氧化等问题。通过不断的研究和改进，部分采样器已经能在尽可能少地破坏样品条件的情况下取出样品，如专利201110087077.3，该专利通过环切刀使沉积物内管与外管内壁分离，但该装置无无氧保护环节，且切割过程无法定量操作。专利申请号为201721054647.8的一种快速分层的沉积物采样管，该装置根据不同长度有机玻璃套管来实现不同沉积物样品的分层需求，由于套管长度固定，难实现深度上高分辨率样品收集的目的；此外，申请号为201711479977.6的一种柱状沉积物分层采样装置的设计较为完善，但操作相对复杂，样品收集过程无固定装置，无沉积物切割装置，且无法定量切割。

综上所述，抓斗式采样器采集过程扰动大，封闭性差，传统柱状采样器难以取出样品，并且易导致取样过程破坏样品，现有分层采样装置在沉积物的分层收集过程中缺少无氧保护措施，且无法实现深度上高分辨率定量收集的目的。分层切割收集和培养一体的装置研发存在较大空缺，有待进一步研究。

实用新型内容

实用新型目的：本实用新型解决的技术问题是现有的沉积物收集装置在采集样品时易破坏样品，缺少无氧保护装置，无法实现深度上高分辨率分层定量收集。

技术方案：本实用新型提供了一种沉积物无氧保护高分辨率分层收集装置，包括切割器及其两侧的延伸管、采样管，切割器上设有通孔，切割器与延伸管、采样管可拆卸、密封连接；延伸管的另一端口封住，并置于惰性气体仓内，仓内还设有密封座；采样管内设有活塞。

其中，惰性气体仓内可以通入氮气、氩气等惰性气体，以保证沉积样品无氧保护。延伸管和采样管均是可拆卸的，可拆卸设置使得装置易组装，携带方便。

为了提高无氧保护的效果，惰性气体仓的仓体材质为软质材料。材料一般选择耐温、耐磨、耐老化、耐腐蚀等性能较好的合成橡胶，如丁基橡胶、氯丁橡胶、聚氨酯橡胶等；软质材料可在外力作用下凹陷，因此可以实现在取延伸管中的沉积物样品时，隔着惰性气体仓直接操作，无需打开仓体，提高了无氧保护效果。如实验室常用的手套箱。

优选地，延伸管与采样管的管内径相同。管内径相同的设置，使得原始采样沉积物和延伸管中的沉积物切割样在深度上保持一致，便于后续实验研究。

优选地，切割器的通孔孔径与延伸管、采样管的管内径相同。

进一步地，收集装置还包括底座和底座上的支撑杆，支撑杆上设有用于固定采样管的固定夹。采样管固定在固定夹内，提高了装置的稳定性，使得切割器在进行切割沉积物样品过程中精度较高。

进一步地，所述支撑杆上设有调节杆，调节杆一端设有齿轮，活塞杆沿其轴向方向上设有与齿轮适配的齿条，齿轮齿条啮合传动连接，旋动调节杆带动活塞杆。通过调节调节杆，带动活塞杆上移动，进而推动活塞向上移动，将沉积物推进延伸管，切割器进行切割。进一步地，支撑杆上设有与调节杆适配的通孔，调节杆穿过通孔。

优选地，所述采样管的外侧面标有刻度线。

优选地，所述支撑杆是可伸缩的。当活塞杆下端与底座的空间不够时，可以通过伸长支撑杆进行调节。

实用新型原理：本实用新型中的采样管垂直插入沉积物中，同时获得连续深度的沉积物样品及沉积物的上覆水，上覆水在样品出水时起无氧保护作用，并在此基础上增加无氧保护环节。首先采样管出水时利用氮气保护或直接坐到专门盛水容器，有气体或者水的保护，保证沉积物样品采样出水即处于无氧环境，其次，分层切割全过程均于惰性气体保护仓中进行，操作过程均不需要打开保护仓。将采样管与支撑、切割等结构组装后，支撑杆可以伸缩调节长短适应活塞杆长度，配合活塞，根据采样管上的刻度，较准确地定量切割获得不同深度的沉积物样品，实现深度上的高分辨率分层采集。

有益效果：与现有技术相比，

(1)本实用新型采样与分层切割一体化，将沉积物的采样与分层切割有机结合，操作简单高效；

(2)本实用新型可实现深度上高分辨率分层采样收集；收集装置引入活塞推动设计，可实现高分辨率逐层采样，最大程度地减小了沉积物层之间的扰动，保持沉积物原状使样品具有较好的代表性；

(3)本实用新型收集装置增加了无氧保护环节；沉积物样品从原位采集到沉积物转移至培养装置，整个过程均处于无氧保护状态，最大可能避免采样过程引入氧气而导致氧化还原敏感元素发生氧化还原反应、微生物失活而使分析结果产生误差甚至出现错误结果；

(4)本实用新型具有明显的结构优势；收集装置轻便、采样方便、成本低廉，采样过程中可替换采样管，短时间能进行多次多点采样，大大提升工作效率，缩短工作周期，该装置易于携带，能良好适用于室内及野外采样工作。

附图说明

图1是收集装置的结构示意图；

图2是活塞杆上齿条与调节杆的齿轮啮合示意图；

图3是固定夹的俯视图；

图4是培养装置的示意图。

具体实施方式

下面结合实施例进行进一步地详细描述。

如图1所示，沉积物无氧保护高分辨率分层收集装置包括底座11、支撑杆10、切割器2及位于其上、下两侧的延伸管1和采样管8，采样管8和延伸管1均为可拆卸的，通过螺纹连接密封固定在切割器2的两侧。延伸管1与采样管8的管内径相同，均为50mm，切割器2上设有圆形通孔，通孔的孔径与延伸管1、采样管8的管内径相同。切割器2内设有0.5mm的切割箔3，用于切割沉积物样品。

延伸管1和采样管8的材质均为硬质丙烯酸塑料，且采样管8的外侧面上标有刻度，采样管8内设有活塞5，活塞5上套有密封圈6，活塞5下端连有活塞杆7，活塞杆7沿其轴向方向上设有齿条。如图2所示。

支撑杆10为硬质铝合金材质，并固定在底座11上，支撑杆10为可伸缩式的，分为外杆和内杆，外杆套在内杆外部，当需要伸长支撑杆10时，内杆抽出并卡牢，类似实验架。支撑杆10的上部设有固定夹9，如图3所示，图中右侧的小孔19穿入支撑杆10，左侧大孔18放入采样管，并通过旋钮夹紧固定。

支撑杆10下部还设有调节杆16，如图2所示，调节杆16的左端设有与活塞杆7齿条适配的齿轮20，右端为调节转动柄17；支撑杆10上设有与调节杆16适配的通孔，调节杆穿过通孔，通孔内设有轴套。活塞杆7沿其轴向方向上设有与齿轮适配的齿条，通过旋动调节杆16，齿轮齿条啮合传动连接，进而带动活塞杆7上下移动。调节杆16左端的齿轮20和活塞杆7啮合并由一卡槽固定，但卡槽并未卡死活塞杆7，只是起到保护和稳固齿轮20与活塞杆7连接处，活塞杆7仍可上下自由活动。

延伸管1的另一端口用橡胶盖12封住，并置于惰性气体仓14内，仓内通入氮气保护，在收集样品过程中仓内一直保持通气，在切割收集过程提供无氧保护。惰性气体仓14是由丁基橡胶制的软质仓体，在外力作用下可以凹陷，惰性气体仓14内还设有密封座13，切割器2右侧为水平延伸台4，密封座13置于水平延伸台4上。惰性气体仓14类似手套箱，操作时可在仓体外部隔绝空气直接将延伸管1进行平移至密封座13上进行密封。

具体采集过程为：

确定采样地点后，将上述收集装置中的采样管8垂直伸入沉积物中采集沉积物柱芯，采集完成后，样品出水即氮气保护或坐到专门的盛水容器中，保证样品不被氧化，组装前用带有密封圈6的活塞5塞住采样管8。分层切割前组装各部分，适当推动采样管8的活塞排出多余上覆水，后立即组装至切割器2的下端。

后将采样管8穿过固定夹9进行固定，旋动下部的调节杆16，活塞5向上移动，活塞5上装有密封圈6，保证沉积物样品在移动过程中不漏气。当沉积物被推向切割器2时，根据实际需要定量切割沉积物样品于延伸管1中。延伸管1中切割完成的样品沿水平延伸台4平移至事先准备的密封座13，快速将延伸管1底部扣于底座上密封。

随后可以将切割得到的样品转移到培养装置进行各项培养实验与研究，培养装置如图4所示。整个切割转移过程均在氮气仓的保护下进行，以隔绝氧气避免氧化还原敏感元素发生氧化还原反应。

工作原理：采样前，采样管8和支撑杆10、底座11、切割器2等结构为分开的，可置于手提箱中便于携带。采集沉积物样品时，采样管8垂直插入沉积物中，获得连续深度的沉积物样品及沉积物的上覆水。采样管出水时下端直接坐到专门盛水容器，而上端有上覆水的保护，保证沉积物样品采样出水即处于无氧环境；采样管8出水前，用带有密封圈6的活塞5将采样管8的下开口塞住，此时沉积物的上方有上覆水保护，出水也不会接触到空气。此处也可以采集到沉积物样品时，直接在水中就将采样管8下端直接用活塞5塞住，避免沉积物样品接触空气。

采样完成将沉积物样品带回实验室，对切割和支撑结构进行组装。首先将支撑架组装好：支撑杆10上端穿过固定夹右侧小孔19并卡紧，其靠下端有一通孔，调节杆16穿过通孔装配好，支撑杆10的底部固定在底座11上，同时支撑杆10为可伸缩的，沉积物尚未进行推动和切割前，将支撑杆10外杆套住的内杆抽出，整个支撑杆10调节到最大高度，保证切割前活塞杆7有足够的高度活动，此外注意下端通孔中调节杆16方向，适当转动以使调节杆16另一端的齿轮20能与活塞杆7吻合(如有方向不对，适当转动支撑杆调整)。然后采样管8穿过固定夹9左侧较大的孔，采样管8上刻度调整在能清晰观察的方向，拧紧固定夹9上的固定螺丝将采样管8固定住，将活塞5与活塞杆7固定，活塞杆7与调节杆16的齿轮20啮合，并将两者固定好，旋转调节杆16另一侧的转动柄17就可通过齿轮啮合传动带动活塞5上下运动。支撑固定结构组装完毕后，惰性气体仓14的仓罩在采样管8上端，仓体内一直通氮气，通气一段时间后，一边观察一边转动调节杆16使活塞杆7缓缓向上推动沉积物，排出其上的上覆水，继而立即在采样管8顶端安置好切割器2，并在切割器2上端安装延伸管1(切割器2和延伸管1提前置于保护仓内)，延伸管1下端与切割器2相连，上端盖有橡胶塞12。以上为采样到切割收集前的所有工作。此后，转动调节杆16使活塞杆7缓慢推动沉积物到切割器2，根据需要切割不同深度的沉积物样品于延伸管1中，沿着水平延伸台4平移至密封座上13，快速将延伸管1底部扣于底座上密封。沉积物排出上覆水至组装切割器和延伸管，到进行分层切割和收集，全过程均于惰性气体保护仓内进行，此过程不需要打开惰性气体仓14，仓体为软质材料制成，类似于实验室手套箱，操作时可在仓体外部隔绝空气方便隔绝空气进行一系列操作。

Claims (8)

1.一种沉积物无氧保护高分辨率分层收集装置，其特征在于：包括切割器(2)及其两侧的延伸管(1)、采样管(8)，切割器(2)上设有通孔，切割器(2)与延伸管(1)、采样管(8)可拆卸、密封连接；所述延伸管(1)的另一端口封住，并置于惰性气体仓(14)内，仓内还设有密封座(13)；采样管(8)内设有活塞(5)。

2.根据权利要求1所述的沉积物无氧保护高分辨率分层收集装置，其特征在于：惰性气体仓(14)的仓体材质为软质材料。

3.根据权利要求1所述的沉积物无氧保护高分辨率分层收集装置，其特征在于：延伸管(1)与采样管(8)的管内径相同。

4.根据权利要求3所述的沉积物无氧保护高分辨率分层收集装置，其特征在于：切割器(2)的通孔孔径与延伸管(1)、采样管(8)的管内径相同。

5.根据权利要求1所述的沉积物无氧保护高分辨率分层收集装置，其特征在于：还包括底座(11)和底座(11)上的支撑杆(10)，支撑杆(10)上设有用于固定采样管(8)的固定夹(9)。

6.根据权利要求5所述的沉积物无氧保护高分辨率分层收集装置，其特征在于：所述支撑杆(10)上设有调节杆(16)，调节杆(16)一端设有齿轮(20)，活塞杆(7)沿其轴向方向上设有与齿轮(20)适配的齿条，齿轮齿条啮合传动连接，旋动调节杆(16)带动活塞杆(7)上下运动。

7.根据权利要求1所述的沉积物无氧保护高分辨率分层收集装置，其特征在于：所述采样管(8)的外侧面标有刻度线。

8.根据权利要求5所述的沉积物无氧保护高分辨率分层收集装置，其特征在于：所述支撑杆(10)是可伸缩的。

Images