CN212658570U - 湖泊柱状沉积物dgt探针测试装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种湖泊柱状沉积物DGT探针测试装置，包括采样管，在采样管的外壁面上设置有沉降限位装置，在采样管内安装有DGT探针和多参水质探测电极；活动挡泥装置，包括连接杆和挡泥板，连接杆环绕旋转轴转动带动挡泥板由对采样管的下端敞口形成封闭的位置处移动至采样管侧方；限位机构以可拆卸方式安装在采样管的外部，用于对活动挡泥装置进行限位，将挡泥板限制在采样管的侧方；锤击装置位于采样管的上方，与采样管固定连接；浮球，位于锤击装置的上方，与锤击装置通过第一拉绳连接。本实用新型中的测试装置可进行原位DGT测试，同时可利用所述多参水质探测电极完成表层沉积物理化性质测试，并完成DGT测试区域的柱状沉积物样品的采集。

Description

湖泊柱状沉积物DGT探针测试装置

技术领域

本实用新型属于湖泊水环境科学和地球环境化学领域，具体涉及一种湖泊柱状沉积物DGT探针测试装置。

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技术可以应用于环境中的许多方面研究, 包括：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。

传统的湖泊沉积物空隙水中活性元素的分析主要通过采集沉积物柱状样，再经离心法和挤压法收集空隙水进行测试，传统实验方法的缺点在于，沉积柱在收集、运往实验室和剖柱离心的过程中会不可避免地发生某些物理、化学、生物等变化，从而导致所测样品不能真实反映实际存在形态。DGT技术是一种高空间分辨率的原位测量技术，将DGT探针安装在检测装置中，再将检测装置置于湖泊现场的沉积物中，可以实现原位测试，在不破坏湖泊沉积物柱结构的情况下准确地测量沉积物中的活性元素，为研究活性元素的成岩过程和受其环境过程的影响提供了有效的工具。现有的原位DGT检测装置主要包括以下几类： (1)简单的DGT探针测试装置，即采用工具将DGT探针插入沉积物，同时DGT 探针附近有一个锚形装置，它的顶端用一绳子和DGT探针顶端相接，而其顶端的另一绳子上端连接浮球，浮球浮在水面，用于辨认DGT探针的确切位置，以便取出DGT探针，这种简单的检测装置的缺点在于，由于取样过程中水流会对探针表面进行冲刷，因而无法精确地分辨出DGT探针的沉积物/水界面位置；(2) 重力式DGT测试装置，是一种下端具有凹槽的重力装置，将DGT探针安放至凹槽；DGT探针背后贴有一段带有许多小洞的海绵，DGT探针上端安装有一薄的塑料层，当重力装置安放DGT探针到沉积物后，塑料层会被水浮起，然后，提出重力装置；测试完毕，取出DGT探针后，塑料层会再次贴在DGT探针表面，保护DGT探针与海绵层界面的沉积物印迹不被水冲去；这样，取出DGT探针后，海绵层和DGT探针表面会留下清晰的沉积物/上覆水界面印迹，可以精确地确定 DGT探针的沉积物/水界面的位置。

但是上述重力式DGT测试装置仍旧存在的缺点在于，其并不具备沉积物采样功能，即在DGT探针测试同时，无法同步采集DGT测试区域的上覆水或沉积物样。而采集DGT测试区域的沉积物和上覆水样品，分析沉积物，空隙水和上覆水平，然后与DGT测试结果相对照，是DGT研究的理想方法。同时，现有装置也无法实现沉积物的环境条件参数的同步测定。同时，现有的DGT测试装置在湖泊水体中的操作并不方便和稳定，现场实验操作的难度较大。

实用新型内容

本实用新型解决的是现有技术中的DGT测试装置不具备沉积物采样功能、无法同步采集DGT测试区域的上覆水或沉积物样、无法实现沉积物的环境条件参数的同步测定且操作难度较大的技术问题，进而提供了一种操作简便、可实现同步采样和环境条件测定的湖泊柱状沉积物DGT探针测试装置。

为了解决上述技术问题，本实用新型提供的技术方案如下：

一种湖泊柱状沉积物DGT探针测试装置，包括：采样管，所述采样管的下端敞口设置，在所述采样管的外壁面上设置有沉降限位装置，在所述采样管内安装有DGT探针和多参水质探测电极，所述DGT探针在竖直方向上由所述沉降限位装置的上方延伸至所述沉降限位装置的下方；活动挡泥装置，包括连接杆和挡泥板，所述连接杆的一端通过旋转轴安装在所述采样管的外部，所述挡泥板固定安装在所述连接杆的另一端；所述挡泥板在重力作用下环绕所述旋转轴转动，由所述采样管的侧方下落至所述采样管的下端敞口处对所述下端敞口形成封闭；限位机构，以可拆卸的方式安装在所述采样管的外部，用于对所述活动挡泥装置进行限位，将所述挡泥板限制在所述采样管的侧方；锤击装置，位于所述采样管的上方，与所述采样管固定连接；浮球，位于所述锤击装置的上方，与所述锤击装置通过第一拉绳连接。

在所述采样管的顶端开口处设置有密封盖，在所述密封盖上设置有通孔，所述密封盖通过所述通孔套装在沿竖直方向设置的中心立柱上，沿所述中心立柱滑动。

在所述采样管内设置有用于安装所述DGT探针和多参水质探测电极的锁紧装置，所述锁紧装置以可拆卸的方式安装在所述采样管内，所述锁紧装置包括设置在水平方向上的十字形框架，在所述十字形框架的中心交叉位置处沿竖直方向设置有安装孔，所述DGT探针的顶端手柄适宜插入所述安装孔，在所述安装孔的侧壁上设置有销孔，在所述销孔内设置有用于固定所述DGT探针的固定销；

所述多参水质探测电极通过塑料圈固定在所述十字形框架的4个侧边框中的至少一个上。

所述沉降限位装置为沉降限位板，所述沉降限位板安装在所述采样管的中部，在所述沉降限位板上设置有透水孔；在所述沉降限位板上安装有两个分别放置有电源和控制器的盒子，所述电源与控制器连接设置，所述多参水质探测电极与所述控制器的接口连接设置。

在所述采样管上方设置有双层铁圈，所述双层铁圈通过固定于上层铁圈和下层铁圈之间的立柱固定连接；所述下层铁圈与所述沉降限位板固定连接，所述锤击装置安装在所述上层铁圈的顶面上，所述采样管通过采样管固定夹固定在所述下层铁圈上，在所述下层铁圈上设置有穿孔，所述穿孔与所述采样管的顶端开口对应设置，所述中心立柱与所述上层铁圈固定连接。

所述锤击装置为圆柱形的锤击块，在所述锤击块的顶面上设置有吊环，所述吊环至少设置有三个，沿所述锤击块的顶面边缘均匀设置；每个所述吊环通过一根连接绳连接到一根第二拉绳的底端，所述第二拉绳的顶端与所述浮球连接设置。

所述限位机构为限位销，所述限位销的上端通过第三拉绳与所述浮球连接。

在所述采样管的管壁山沿竖直方向设置有Rhizon接口，在所述Rhizon接口上设置有堵塞装置。

所述锁紧装置通过可拆卸的方式固定在所述采样管的内壁上，所述采样管的两端均敞口设置。

基于所述的湖泊柱状沉积物DGT探针测试装置的测试方法，其特征在于，包括：(1)将所述湖泊柱状沉积物DGT探针测试装置置于湖泊水体中，所述采样管的下端与所述湖泊水体的沉积物表面相接触，拉动所述第一拉绳，带动所述锤击装置上浮，再松开所述锤击装置，使其在重力作用下下沉，反复多次使所述采样管插入所述沉积物中，直至所述沉积物表面与所述沉降限位装置相抵触，此时所述DGT探针的一部分插入所述沉积物中，可进行原位DGT测试，利用所述多参水质探测电极完成表层沉积物理化性质测试；(2)完成测试后，拔出所述限位机构，所述挡泥板在重力作用下由所述采样管的侧方落至所述采样管的下端敞口处，对所述下端敞口形成封闭；此时将所述湖泊柱状沉积物DGT探针测试装置移出水体，取出所述DGT探针，对所述DGT探针的固定胶进行切割和分析，计算每一段DGT固定胶对应的沉积物空隙水中的目标物质的DGT浓度；对所述采样管中的沉积物进行分层取样，进行沉积物的固相化学分析。

本实用新型中所述的湖泊柱状沉积物DGT探针测试装置及测试方法，优点在于：

本实用新型中的测试装置在使用时，将所述湖泊柱状沉积物DGT探针测试装置置于湖泊水体中，拉动所述第一拉绳，带动所述锤击装置上浮，再松开所述锤击装置，使其在重力作用下下沉，在塑料标尺的辅助下，反复多次可使所述采样管插入所述沉积物中，直至所述沉积物表面与所述沉降限位装置相抵触，此时所述DGT探针的一部分插入所述沉积物中，可进行原位DGT测试，同时可利用所述多参水质探测电极完成表层沉积物理化性质测试。

本实用新型中的测试装置，设置有活动挡泥装置，所述活动挡泥装置包括连接杆和挡泥板，所述连接杆的一端通过旋转轴安装在所述采样管的外部，所述挡泥板固定安装在所述连接杆的另一端；所述挡泥板在重力作用环绕所述旋转轴转动，由所述采样管的侧方下落至所述采样管的下端敞口处对所述下端敞口形成封闭。本实用新型同时还设置有限位机构，以可拆卸的方式安装在所述采样管的外部，用于对所述活动挡泥装置进行限位，将所述挡泥板限制在所述采样管的侧方，从而形成一种临时的“稳定”状态，而在DGT测试完成后，拔出所述限位机构，临时的稳定状态被破坏，所述挡泥板会在重力作用下由所述采样管的侧方落至所述采样管的下端敞口处，对所述下端敞口形成封闭，此时将所述湖泊柱状沉积物DGT探针测试装置移出水体，取出所述DGT探针，即可对所述DGT探针的固定胶进行切割和分析。由于此时采样管的下端敞口已经被封闭，所以采样管中的沉积物在移动的过程中不会发生脱落，从而同步完成DGT 测试区域的柱状沉积物样品的采集。

作为优选的实施方式，所述采样管还设置有用于提供后续沉积物空隙水采样的Rhizon接口，从而便于后续对空隙水进行采集和分析。

为了使本实用新型所述的湖泊柱状沉积物DGT探针测试装置的技术方案更加清楚明白，以下结合具体附图及具体实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。

附图说明

如图1所示是本实用新型所述的带有浮球和拉绳的湖泊柱状沉积物DGT 探针测试装置结构示意图；

如图2所示是本实用新型所述的湖泊柱状沉积物DGT探针测试装置的挡泥板位于侧边时的结构示意图；

如图3所示是本实用新型所述的锁紧装置的结构示意图；

如图4和图5所示是本实用新型所述的湖泊柱状沉积物DGT探针测试装置的挡泥板位于底部时的结构示意图；

如图6所示是本实用新型所述的塑料标尺的结构示意图；

其中，附图标记为：

1-采样管；2-沉降限位板；21-透水孔；3-下层铁圈；4-上层铁圈；5-锤击块；6-连接杆；7-浮球；8-挡泥板；9-塑料标尺；91-放置有电源的盒子；92- 放置有控制器的盒子；10-第一立柱；101-第一拉绳；100-中心立柱；102-第二拉绳；103-第三拉绳；104-采样管固定夹；105-采样管顶端的密封盖；11-第二立柱；12-限位销；13-DGT探针；14-多参水质探测电极；15-十字形框架； 16-Rhizon接口；151-塑料圈；152-销孔；17-横杆。

具体实施方式

本实施方式提供了一种湖泊柱状沉积物DGT探针测试装置，如图1和图2所示，包括：

采样管1，所述采样管1的直径为10cm；高为50cm；所述采样管1的下端和顶端均敞口设置，在所述采样管1的管壁上沿竖直方向设置有Rhizon接口16，在所述Rhizon接口16上设置有堵塞装置，具体为堵头。

在所述采样管1的外壁面上设置有沉降限位装置，所述沉降限位装置具体为固定安装在所述采样管1外壁面上的沉降限位板2，所述沉降限位板2为环绕所述采样管1外壁面设置的环形采样板，通过螺丝固定在所述采样管1外壁面上，在所述沉降限位板2的表面上均匀分布有10个透水孔21，从而使得在放下测试装置时，使水流能通过沉降限位板2，同时，沉降限位板2也会不阻止采泥管外上覆水和沉积物间的物质交换。在所述采样管1内安装有DGT探针13和多参水质探测电极14，所述DGT探针13在竖直方向上由所述沉降限位板2的上方延伸至所述沉降限位装置的下方，在所述采样管1内设置有用于安装所述DGT探针13和多参水质探测电极14的锁紧装置，如图3所示，所述锁紧装置包括设置在水平方向上的十字形框架15，所述十字形框架15由两个一字型边框交叉制成，所述十字形框架与所述采样管1的内壁固定连接，本实施方式中所述十字形框架15通过可拆卸的方式安装在所述采样管1的内壁上，如可通过螺钉固定安装。在所述十字形框架15的中心交叉位置处沿竖直方向设置有安装孔，所述DGT探针13的顶端手柄适宜插入所述安装孔，在所述安装孔的侧壁上设置有销孔152，作为优选的实施方式，所述销孔152设置的一个所述一字型边框上，所述销孔152的一端开口位于所述一字型边框的一端端面上，另一端开口朝向所述安装孔。在所述销孔152 内设置有用于固定所述DGT探针13的固定销，本实施方式中所述十字形框架15 的下表面与所述沉降限位板2的下表面之间的高度差值为5.0cm。所述多参水质探测电极14通过塑料圈151固定在所述十字形框架15的两侧，具体为固定在一个所述一字型边框位于安装孔两侧的边框上。本实施方式中，在所述沉降限位板2 还上安装有两个分别放置有电源和控制器的盒子91、92，所述电源与控制器连接设置，所述多参水质探测电极14与所述控制器的接口连接设置，所述两个盒子在所述沉降限位板2上对称分布，且通过放置配重铁块保证二者的重量相同。

本实施方式中所述DGT探针13使用了两个，分别为用于测磷的DGT探针和用于测金属阳离子的DGT探针，两个DGT探针背靠背放置，其中所述测磷的DGT 探针包括依次设置的将PES(聚醚砜)滤膜、ZrO固定胶、聚丙烯酰胺扩散胶、 PES滤膜；所述用于测金属阳离子的DGT探针包括依次设置的PES(聚醚砜)滤膜、Chelex固定胶、聚丙烯酰胺扩散胶、PES滤膜；两个所述DGT探针在置于测试装置中进行测试实验之前均进行过预处理，预处理的方法为：先在装有0.01M NaCl溶液中通高纯氮气，将测磷和测金属阳离子的两个DGT探针放置入此溶液中，去氧24h并放置于充满氮气的气袋中保存，直至需要使用所述测试装置时再进行安装。

活动挡泥装置，包括连接杆6和挡泥板8，所述连接杆6的一端通过旋转轴安装在所述采样管1的外部，所述挡泥板8固定安装在所述连接杆6的另一端；所述连接杆6环绕所述旋转轴转动，带动所述挡泥板8由对所述采样管1的下端敞口形成封闭的位置处移动至所述采样管1的侧方，本实施方式中，所述连接杆6设置有两根，分别位于所述采样管1的两侧，所述旋转轴的轴心设置在过所述采样管 1的中轴线的平面的两侧，且位于同一水平高度处，从而形成“摆臂”结构。

本实施方式中所述挡泥板8朝向所述旋转轴一侧设置为平面，所述平面垂直于所述连接杆6设置。本实施方式中所述挡泥板8采用金属材质，具有一定的重量，使得所述挡泥板8位于所述采样管1的侧方时，可在重力作用下环绕所述旋转轴转动，由所述采样管1的侧方下落至所述采样管1的下端敞口处对所述下端敞口形成封闭，如图4和图5所示。作为优选的实施方式，可在所述挡泥板8背向所述旋转轴的一侧加装重物，从而加速所述挡泥板8的回落。

在所述采样管1上方设置有双层铁圈，双层铁圈与所述采样管1同轴设置，双层铁圈之间相距10cm。所述双层铁圈通过固定于上层铁圈4和下层铁圈3之间的第一立柱固定连接，下层铁圈3则通过四个第二立柱11与所述沉降限位板2连接，所述第二立柱11的底端通过可拆卸的螺丝固定在所述沉降限位板2上。

作为优选的实施方式，本实施方式在所述采样管的顶端开口处设置有密封盖105，如图4所示，在所述密封盖105上设置有通孔，所述密封盖105通过所述通孔套装在沿竖直方向设置的中心立柱100上，适宜沿所述中心立柱100滑动，由位于所述采样管的顶端开口处的位置滑动至所述顶管开口的上方，当所述密封盖105位于所述采样管的顶端开口处时对所述采样管的顶端开口形成密封。本实施方式中所述采样管的顶端通过采样管固定夹固定在所述下层铁圈上，在所述下层铁圈上设置有穿孔，所述中心立柱100设置在所述上层铁圈和下层铁圈的中轴线上，且与所述上层铁圈固定连接，本实施方式中所述采样管的顶端敞口设置，所述采样管的顶端延伸至所述下层铁圈的顶面处，且所述采样管的顶端边缘略高出所述下层铁圈的顶面，当所述密封盖105沿所述中心立柱100向下滑动时可与所述采样管的顶端开口相接触，形成密封结构。但作为可选择的实施方式，所述采样管的顶端开口也可以设置在所述下层铁圈的穿孔的下方或者位于所述穿孔内。本实施方式中，所述的采样管固定夹为一个圆环形夹子，由两个半圆环组成，一端为铰链结构，另一端采用螺栓连接，旋紧螺栓，可以夹紧固定采样管，旋松螺栓，可以将采样管取下。采样管放入水中时，密封盖105在水的冲力下自动打开；采样管提出水时，密封盖105在重力作用下自动封闭采样管的顶端开口，采样管内上端会形成负压，从而进一步阻止底泥溢出采泥管底部。

所述测试装置还设置有限位机构，所述限位机构以可拆卸的方式安装在所述采样管1的外部，本实施方式中所述限位机构为安装在所述下层铁圈3上的限位销12，与所述下层铁圈13连接设置有横杆17，所述横杆17沿所述下层铁圈13 的径向方向设置，所述限位销平行于所述下层铁圈的轴向设置，安装在所述横杆17远离所述下层铁圈13的一端，所述限位销插在所述横杆17上，适宜从所述横杆17上拔出。所述限位销12将所述挡泥板8限制在所述采样管1的侧方，如图1 和图2所示。当拔出所述限位销12时，所述挡泥板8下落。

在所述上层铁圈4的上表面上还设置有锤击装置，本实施方式中所述锤击装置安装在上层铁圈4的顶面上，所述锤击装置为圆柱形锤击块5，与所述采样管1 同轴设置。在所述锤击块5的顶面上设置有吊环，具体包括三个靠近锤击块5边缘的吊环，三个靠近边缘的吊环沿所述锤击块5的顶面边缘均匀设置。所述中心立柱100贯穿所述锤击块5的顶端，延伸至所述锤击块5的上方，在所述中心立柱 100的顶端同样设置有吊环，在所述锤击装置的上方设置有浮球7，所述浮球7通过第一拉绳101与所述锤击装置的粗立柱顶端吊环连接，所述浮球7的底部还设置有第二拉绳102，第二拉绳的上端与所述浮球7连接，位于边缘的每个所述吊环则通过一根连接绳连接到所述第二拉绳102的下端，所述浮球7通过第三拉绳 103与所述限位销12连接。本实施方式中所述中心立柱100的下部设置为细杆结构，上部设置为粗杆结构，所述活动顶盖沿所述中心立柱100的细杆结构部滑动，从而可减小活动顶盖上通孔的尺寸，减小通孔与中心立柱100间间隙的面积，提高密封效果。所述粗杆结构部分则具有更高的强度。

本实施方式中所述的湖泊柱状沉积物DGT探针测试装置的使用方法为：

(1)安装柱状沉积物DGT探针测试装置，将DGT探针13和电极14安装在所述锁紧装置上，也就是：先将一个或二个背对背放置的DGT探针放置在所述锁紧装置的安装孔中，同时，推动所述锁紧装置上的固定销，将DGT探针的手柄部位固定在安装孔中。然后使用塑料圈151将两个电极14固定在所述十字形框架 15的两侧，所述塑料圈151通过固定镙丝固定在所述十字形框架15上；③最后将十字型装置通过螺丝固定在采样管1内部。

(2)将沉降限位板2安装在采样管中部，确保所述十字形框架15的下表面与所述沉降限位板2的下表面之间的高度差值为5cm，同时；在采样管限位板上部安装两个放置电极的电源和控制器的盒子，其中一个盒子内部放置电源，另一个盒子内部放置控制器，在其中较轻的盒子里放置配重铁块，使两个盒子的重量相同；然后，在采样管顶端和外部安装密封盖105和采样管固定夹104；同时，将中心立柱100固定在密封盖105上面的通孔中。再将采样管上部通过所述采样管固定夹104固定在所述下层铁圈上，通过四个第二立柱将下层铁圈3和沉降限位板2固定连接，通过第一立柱10将上层铁圈4和下层铁圈3固定连接；最后，将锤击块5安装在上层铁圈4的上部。

(3)将连接杆6的一端安装在在所述沉降限位板2上；再将限位销12固定在上层铁圈4上。

(4)在采样点处，先用便携式超声波测深仪测定水深，然后选定合适三个拉绳的长度，使三个拉绳长度适用于样点水深。然后，将三个拉绳安装在测试装置上：第一拉绳将浮球连接在空心锤击块的中心立柱100顶端吊环处；第二拉绳则将浮球和锤击块边缘上的吊环相连接；再用第三拉绳连接限位销和浮球。按下放置电极的电源和控制器的盒子的启动开关，启动多参水质探测电极；拉动第一拉绳放下DGT探针测试装置至水底，然后反复拉动第二拉绳102，使用锤击块将采样管砸入底泥中，一直到沉降限位板2与水底沉积物接触，采样管不再下降为止。此时DGT测试装置放置于沉积物/水界面处，可进行DGT测定。

(5)24h后，来到浮球7附近，提一下第二拉绳101，拔出限位销12，使挡泥板8在重力作用下转动，直至其朝向所述旋转轴一侧的平面与采样管的下端敞口抵触形成封闭。然后，提起第一拉绳101拉动装置，挡泥板在提起过程中，在重力作用下继续转动到，与采样管的下端敞口抵触形成封闭的位置，封住采泥管的下端敞口；将整个DGT测试装置放置在采样船上，改用密封垫封堵采样管1 的下端，通过操作控制器，停止多参水质探测电极的测试。

(6)取下采样管上的沉降限位板2以及连接的挡泥板8、两个铁圈及连接的限位销12、锤击块5，然后，取下采样管顶端密封盖105和采样管固定夹104，拆除十字形框架15，取出DGT探针13，保存在加冰样品盒中。运回实验室后，进行后续的DGT切割处理，分析测试，DGT运算以及氮磷剖面分布曲线的绘制；同时，取出多参水质探测电极14以及电源和控制器，读出电极测定的表层沉积物理化性质参数。然后，用橡胶塞封闭采泥管顶端，将整个采样管运回实验室，平稳的放置在实验室地面上。

(7)实验室中，取出采样管壁的一系列Rhizon接口上的堵头，将Rhizon连接管依次连接在一系列Rhizon接口上，按照1cm垂直空隙分辨率，提取和收集沉积物空隙水，进行后续空隙水化学分析；完成水样采样后再用堵头堵住采样管壁的一系列Rhizon接口。然后，对采样管的柱状沉积物进行分层切割，取出1cm 垂直空间分辨率的分层沉积物样品，进行后续的沉积物固相化学分析。

基于本实施方式中所述的测试装置在进行现场测试时，首先选定研究区域，本实施方式在云南滇池选择研究区域，共选择了5个样点；上述区域的水深为 4～10m。具体的测试方法包括以下步骤：

(1)将所述湖泊柱状沉积物DGT探针测试装置置于湖泊水体中，所述采样管的下端与所述湖泊水体的沉积物表面相接触，拉动所述第一拉绳101，带动所述锤击装置上浮，再松开所述锤击装置，使其在重力作用下垂直下沉，反复多次使所述采样管插入所述沉积物中，直至所述沉积物表面与所述沉降限位装置相接触。此操作可采用一根塑料标尺9辅助完成，如图6所示，所述标尺为直径 1cm的细圆柱形，底端是一直径为2cm的圆形平面；使用时事先在塑料标尺9 上标一刻度，此刻度代表的深度＝样点水深—沉降限位板厚度2cm；然后，将标尺垂直放入水中，其标尺末端正好放置在沉降限位板的顶面；锤击装置锤击采样管时，标尺随之下降，直至水面到达标尺刻度时为止,此时沉降限位板的底面刚好和沉积物顶端平面相接触。

所述沉积物表面与所述沉降限位装置相接触时，所述DGT探针的一部分插入所述沉积物中，也就是DGT窗口部分的2cm深度在上覆水中，再向下的13cm 深度在沉积物内部。可进行原位DGT测试，同时，所述多参水质探测电极完成表层沉积物理化性质测试；

(2)24小时后完成测试，拆除采泥管的沉降限位板、下层铁圈、上层铁圈、锤击块、连接杆、挡泥板、采样管固定夹、采样管顶端的密封盖和限位销等；然后，拆除十字形框架，取出电极和两个DGT探针；再将控制器和电源取出；DGT 探针放置于冰盒中保存。采泥管顶端用橡胶塞封闭，采泥管运回实验室。

实验室内，将控制器存储的数据导入电脑中进行处理，获得表层沉积物Eh, pH,温度和电导率等数值。

在实验室内，对所述DGT探针的固定胶进行切割和分析，计算每一段DGT 固定胶对应的沉积物空隙水中的目标物质的DGT浓度，具体方法为：打开两个 DGT探针，取出ZrO和chelex-100胶，按照2mm的空间分辨率进行切割，然后，将两种固定胶分别放置入5mL浓度为1.0mol/L的NaOH和2mL浓度为1.0 mol/LHNO₃洗脱液中浸泡24h，然后，对ZrO的洗脱液采用1.0mol/L的H₂SO₄进行中和至pH＝7，采用磷钼蓝光度法测定其洗液中磷浓度；然后，采用HR-ICP-MS 仪对chelex-100洗脱液进行金属阳离子(Fe,Zn,Pb,Cd)进行测定。最后采用 DGT运算公式，计算每一段DGT固定胶对应的沉积物空隙水磷或金属阳离子 DGT浓度。

C_DGT的计算方法为：

先根据测定得到的所述洗脱液中磷或金属阳离子的浓度，计算吸收的磷或金属阳离子的质量M，所述M的计算公式如下所示：

M＝C_e(V_gel+V_elution)/f_e

其中，C_e是洗脱液中磷或金属阳离子的浓度；V_gel是水合氧化铁固定胶的体积；V_elution是洗脱液的体积；f_e是洗脱系数，取值为0.95(磷)或0.80(金属阳离子)；再将所述M代入下述公式中计算ZrO DGT探针或Chelex-100 DGT探针 /沉积物界面的磷或金属阳离子的时间平均浓度C_DGT：

C_DGT＝MΔg/DAt

其中，t为DGT探针的操作时间；A为固定胶暴露的面积；D为在扩散胶中溶质的扩散系数；Δg为固定胶的厚度。

然后，根据上述运算出的DGT浓度，以2mm垂直空间分辨率绘制出磷和金属阳离子的剖面曲线。

同时，进行沉积物空隙水的收集和测试：取出采样管壁的接口上的堵塞装置，将Rhizon连接管依次连接在接口上，按照1cm垂直空隙分辨率，提取和收集沉积物空隙水，空隙水过0.45μm微孔的醋酸纤维素滤膜后，采用磷钼蓝光度法测定其磷浓度；采用HR-ICP-MS仪进行金属阳离子(Fe,Zn,Pb,Cd)的测定。

然后，还对所述采样管中的沉积物进行分层取样，进行沉积物的固相化学分析。具体为采用活塞顶升装置对采样管的柱状沉积物进行分层切割，取出1cm 垂直空间分辨率的分层沉积物样品，本实施方式中一共取出13段，后续的沉积物固相化学分析具体包括：采用Psenner and Pucsko(1988)的五步连续提取法和磷钼蓝光度法分析磷形态；采用BCR四步连续提取法和HR-ICP-MS仪对各层沉积物进行金属阳离子的形态分析。

此外，沉积物进行分层取样时，可采用配套的活塞顶升装置和切割刀对采样管的柱状沉积物进行分层切割，活塞顶升装置沿所述采样管的内壁向上移动，从而将沉积物缓缓地推出，推出的过程中，每隔1cm高度，用切割刀切割沉积物柱一次；每次取出一段高度为1cm的层沉积物样品，一共13段，进行后续的沉积物固相化学分析。

以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以权利要求为准。

Claims (9)

1.一种湖泊柱状沉积物DGT探针测试装置，其特征在于，包括：

采样管，所述采样管的下端敞口设置，在所述采样管的外壁面上设置有沉降限位装置，在所述采样管内安装有DGT探针和多参水质探测电极，所述DGT探针在竖直方向上由所述沉降限位装置的上方延伸至所述沉降限位装置的下方；

活动挡泥装置，包括连接杆和挡泥板，所述连接杆的一端通过旋转轴安装在所述采样管的外部，所述挡泥板固定安装在所述连接杆的另一端；所述挡泥板在重力作用下环绕所述旋转轴转动，由所述采样管的侧方下落至所述采样管的下端敞口处对所述下端敞口形成封闭；

限位机构，以可拆卸的方式安装在所述采样管的外部，用于对所述活动挡泥装置进行限位，将所述挡泥板限制在所述采样管的侧方；

锤击装置，位于所述采样管的上方，与所述采样管固定连接；

浮球，位于所述锤击装置的上方，与所述锤击装置通过第一拉绳连接。

2.根据权利要求1所述的湖泊柱状沉积物DGT探针测试装置，其特征在于，在所述采样管的顶端开口处设置有密封盖，在所述密封盖上设置有通孔，所述密封盖通过所述通孔套装在沿竖直方向设置的中心立柱上，沿所述中心立柱滑动。

3.根据权利要求2所述的湖泊柱状沉积物DGT探针测试装置，其特征在于，在所述采样管内设置有用于安装所述DGT探针和多参水质探测电极的锁紧装置，所述锁紧装置以可拆卸的方式安装在所述采样管内，所述锁紧装置包括设置在水平方向上的十字形框架，在所述十字形框架的中心交叉位置处沿竖直方向设置有安装孔，所述DGT探针的顶端手柄适宜插入所述安装孔，在所述安装孔的侧壁上设置有销孔，在所述销孔内设置有用于固定所述DGT探针的固定销；

所述多参水质探测电极通过塑料圈固定在所述十字形框架的4个侧边框中的至少一个上。

4.根据权利要求3所述的湖泊柱状沉积物DGT探针测试装置，其特征在于，所述沉降限位装置为沉降限位板，所述沉降限位板安装在所述采样管的中部，在所述沉降限位板上设置有透水孔；在所述沉降限位板上安装有两个分别放置有电源和控制器的盒子，所述电源与控制器连接设置，所述多参水质探测电极与所述控制器的接口连接设置。

5.根据权利要求4所述的湖泊柱状沉积物DGT探针测试装置，其特征在于，在所述采样管上方设置有双层铁圈，所述双层铁圈通过固定于上层铁圈和下层铁圈之间的立柱固定连接；所述下层铁圈与所述沉降限位板固定连接，所述锤击装置安装在所述上层铁圈的顶面上，所述采样管通过采样管固定夹固定在所述下层铁圈上，在所述下层铁圈上设置有穿孔，所述穿孔与所述采样管的顶端开口对应设置，所述中心立柱与所述上层铁圈固定连接。

6.根据权利要求5所述的湖泊柱状沉积物DGT探针测试装置，其特征在于，所述锤击装置为圆柱形的锤击块，在所述锤击块的顶面上设置有吊环，所述吊环至少设置有三个，沿所述锤击块的顶面边缘均匀设置；每个所述吊环通过一根连接绳连接到一根第二拉绳的底端，所述第二拉绳的顶端与所述浮球连接设置。

7.根据权利要求6所述的湖泊柱状沉积物DGT探针测试装置，其特征在于，所述限位机构为限位销，所述限位销的上端通过第三拉绳与所述浮球连接。

8.根据权利要求7所述的湖泊柱状沉积物DGT探针测试装置，其特征在于，在所述采样管的管壁上沿竖直方向设置有Rhizon接口，在所述Rhizon接口上设置有堵塞装置。

9.根据权利要求8所述的湖泊柱状沉积物DGT探针测试装置，其特征在于，所述锁紧装置通过可拆卸的方式固定在所述采样管的内壁上，所述采样管的两端均敞口设置。

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