CN219224224U - 一种测定沉积物孔隙水污染物浓度的被动采样装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种测定沉积物孔隙水污染物浓度的被动采样装置，被动采样装置，包括柱体支撑架、无机被动采样瓶和有机污染物被动膜采样单元；所述柱体支撑架的侧壁设置有用于固定无机被动采样瓶的卡槽，该卡槽的长度方向与柱体支撑架长度方向一致，所述卡槽内能够从上到下固定一排无机被动采样瓶，所述无机被动采样瓶用于无机采样；所述柱体支撑架的侧壁从上到下设置有多层被动采样膜固定凹槽，所述有机污染物被动膜采样单元设置在被动采样膜固定凹槽内，所述有机污染物被动膜采样单元用于有机污染物采用。将该被动采样装置原位置于沉积物‑水界面，能同时获取垂向上高分辨率的无机污染物和有机污染物自由溶解态浓度。

Description

一种测定沉积物孔隙水污染物浓度的被动采样装置

技术领域

本实用新型涉及沉积物孔隙水污染物浓度检测技术领域，具体涉及一种测定沉积物孔隙水污染物浓度的被动采样装置。

背景技术

水体沉积物是水环境中各种污染物的主要蓄积库，对上覆水同时扮演着污染物“源”和“汇”的功能。进入水环境的污染物可以被水体中颗粒物络合、吸附、絮凝并最终沉降在沉积物中，当水体环境条件(如沉积物-水界面污染物浓度梯度、溶氧水平、水动力学条件)发生改变，这些污染物就会从沉积物中重新释放出来进而引起上覆水体的“二次污染”。沉积物中污染物以孔隙水作为传输媒介，通过表面扩散层向上覆水体迁移、扩散，进而影响上覆水水质。过多沉积物孔隙水中营养盐释放会在一定程度上加速水体的富营养化，而孔隙水中重金属及疏水性有机污染物由于具有难降解、生物富集和生物放大等作用而对水生态系统健康产生有较大的危害。因此，测定沉积物孔隙水中污染物垂向浓度分布对沉积物-水界面扩散通量计算、准确评估内源污染风险以及实施沉积物修复具有重要意义。

长期以来，沉积物污染物的环境风险评价大都是基于沉积物中污染物总浓度进行的。而污染物的自由溶解态浓度是反映污染物生物有效性的关键参数。这一参数对于科学评价污染物环境风险具有重要意义。沉积物孔隙水中自由溶解态污染物浓度被认为大部分可以被直接被底泥中底栖生物所利用，并通过食物链的传递对人类健康构成威胁。因此，准确测定沉积物孔隙水中的自由溶解态污染物浓度能用以正确地评估水环境中污染物的迁移特征和生态风险。

目前现有获取沉积物孔隙水中自由溶解态污染物浓度多为主动采样方法(如液液萃取、固相萃取等)，该类别方法对污染物的选择性差、实验工作量大且耗时长，同时获取的浓度只能反映样品中污染物的瞬时浓度。而近些年发展的被动采样方法能将样品采集、目标物分离与富集集成一体，不需要动力，降低了成本，获取污染物的浓度反映了目标物在水环境中时间平均浓度，更具有代表性和针对性。

现在最常用的测定沉积物孔隙水自由溶解态污染物浓度的被动采样技术按照污染物类别以下几种，测定营养盐的透析装置(dialysis peepers)、测定重金属的薄膜扩散平衡(diffusive equilibrium in thin-films，DET)技术和薄膜扩散梯度(diffusivegradients in thin-films，DGT)技术，以及基于固相微萃取(solid-phase micro-extraction，SPME)发展的用于测定疏水性有机物浓度的聚合物涂层的纤维萃取头以及具有吸附富集作用的聚乙烯被动采样装置等。通常这些被动采样装置对污染物具有选择性(即针对单一种类的污染物进行测定)。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种测定沉积物孔隙水污染物浓度的被动采样装置，将该被动采样装置原位置于沉积物-水界面，能同时获取垂向上高分辨率的无机污染物和有机污染物自由溶解态浓度。

本实用新型通过下述技术方案实现：

一种测定沉积物孔隙水污染物浓度的被动采样装置，包括柱体支撑架、无机被动采样瓶和有机污染物被动膜采样单元；

所述柱体支撑架的侧壁设置有用于固定无机被动采样瓶的卡槽，该卡槽的长度方向与柱体支撑架长度方向一致，所述卡槽内能够从上到下固定一排无机被动采样瓶，所述无机被动采样瓶用于无机采样；

所述柱体支撑架的侧壁从上到下设置有多层被动采样膜固定凹槽，所述有机污染物被动膜采样单元设置在被动采样膜固定凹槽内，所述有机污染物被动膜采样单元用于有机污染物采样，包括叠加放置的第一微孔滤膜和污染物被动富集膜。

本实用新型所述的柱体支撑架能够从上到下固定一排无机被动采样瓶，用于无机采样；和/或能够从上到下固定一排有机污染物被动膜采样单元用于有机污染物采样。

其中，无机被动采样瓶的无机污染物被动采样是基于透析平衡原理，在沉积物中放置一定时间后，沉积物孔隙水中的无机污染物会与被动采样小瓶中的超纯水进行交互直至平衡，由此通过测定瓶内水样浓度来反映孔隙水中的无机污染物的浓度。在被动采样小瓶中采样前预装超纯水可直接用来测定定孔隙水中自由溶解态的营养盐；而当测定孔隙水中重金属时，被动采样小瓶在采样前应在预装超纯水的同时添加3％(体积分数)优级纯硝酸，防止瓶内重金属的沉淀；将每个独立的采样小瓶水平放置于(从即采样瓶垂直于柱体支撑架的轴向)在柱体支撑架侧壁的卡槽中，以实现沉积物-水界面垂向上的高分辨率样点浓度的获取。

有机污染物被动膜采样单元中的额第一微孔滤膜的孔径优选为0.45μm，第一微孔滤膜能确保进入到吸附膜的有机污染物以自由溶解态浓度的形式被测定。污染物被动富集膜为对典型疏水性有机污染物(如POPs、PPCPs等)具有良好吸附富集作用的片状(50μm厚)低密度聚乙烯(low-density polyethylene，LDPE)膜或对重金属具有良好吸附富集作用的DGT膜，其中，叠放时，污染物被动富集膜设置在第一微孔滤膜的底部，即第一微孔滤膜先对污染水进行过滤，然后再进入污染物被动富集膜吸附。

将本实用新型所述的被动采样装置原位置于沉积物-水界面，能同时获取垂向上高分辨率的无机污染物和有机污染物自由溶解态浓度，为研究水体沉积物-水界面扩散通量计算、毒害风险及生物有效性评估提供数据基础。

进一步地，还包括抽屉，所述抽屉可拆卸式安装于卡槽内，所述无机被动采样瓶可拆卸式固定于抽屉内，所述抽屉内能够从上到下固定一排无机被动采样瓶。

进一步地，抽屉内从上到下设置有一排限位槽，所述无机被动采样瓶与限位槽采用间隙配合。

进一步地，还包括用于封闭卡槽的插板，当不进行无机采样时，可采用插板封闭卡槽，插板与卡槽可采用螺栓或固定螺丝连接。

进一步地，还包括设置在柱体支撑架外侧的筛网。

筛网主要是防止水体中的颗粒物对内部吸附膜造成污染，且能够对无机被动采样瓶和机污染物被动膜采样单元在水平方向进行限位，提高二者在柱体支撑架侧壁上固定的稳定性。

进一步地，无机被动采样瓶包括瓶盖、第二微孔滤膜和采样瓶体；

所述瓶盖具有与采样瓶体连通的通孔，瓶盖与采样瓶体的瓶口可拆卸式连接；

所述第二微孔滤膜设置在采样瓶体的瓶口处。

进一步地，无机被动采样瓶采用棕色瓶。

进一步地，柱体支撑架的底部具有楔形尖端部。

柱体支撑架利用本身的自重力结合底部楔形尖端部插入水体沉积物中，楔形尖端部更加利于柱体支撑架插入水体沉积物中。

进一步地，柱体支撑架的顶部设置有吊装孔，便于对柱体支撑架的起吊和下方操作。

进一步地，柱体支撑架为中空的不锈钢圆柱体，有利于减少柱体支撑架的整体重量。

本实用新型与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

1、本实用新型能获取水体沉积物孔隙水无机污染物(营养盐、重金属)和典型有机污染物(如POPs和PPCPs等)自由溶解态浓度的测定，同时具有较高的垂向分辨率，可达到1cm。

2、本实用新型的被动采样单元(有机、无机采用单元)呈模块化，便于统一制作、加工。

3、本实用新型的被动采样单元与柱体支撑架可拆卸、安装简单，便于野外应用。

4、本实用新型的被动采样单元相互独立，避免沉积物孔隙水中污染物在垂直方向上的交换。

5、本实用新型的柱体支撑架为中空的不锈钢圆柱体，降低了采样器投放到沉积物-水界面的阻力，便于使用，且有利于减少柱体支撑架的整体重量。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本实用新型实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本实用新型实施例的限定。在附图中：

图1为本实用新型被动采样装置的三视图，其中，a为背视图，b为正视图，c为左视图；

图2为本实用新型被动采样装置的俯视图；

图3为本实用新型被动采样装置的横向截面图；

图4为本实用新型筛网的主视图；

图5为本实用新型抽屉结构示意图，其中，a为正视图，b为侧视图，c为俯视图；

图6为本实用新型无机被动采样瓶的结构示意图。

附图中标记及对应的零部件名称：

1-柱体支撑架；2-吊装孔；3-被动采样膜固定凹槽；4-固定螺丝；5-无机被动采样瓶；6-抽屉；7-筛网；51-瓶盖；52-第二微孔滤膜；53-采样瓶体。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本实用新型作进一步的详细说明，本实用新型的示意性实施方式及其说明仅用于解释本实用新型，并不作为对本实用新型的限定。

实施例1：

如图1-图6所示，一种测定沉积物孔隙水污染物浓度的被动采样装置，包括柱体支撑架1、无机被动采样瓶5和有机污染物被动膜采样单元，其中，无机被动采样瓶5和有机污染物被动膜采样单元构成被动采样单元，分别用于无机采样和有机采样。

柱体支撑架1的具体形状不受限定，可以是多面柱体或圆柱体，优选为圆柱体，圆柱体向下插入水体中时具有较小阻力，进一步优选的，柱体支撑架1中空的圆柱体，即在圆柱体上设置一个轴向通孔，无机被动采样瓶5和有机污染物被动膜采样单元均安装在中空圆柱体的环形侧壁上。柱体支撑架1的材料优选为不锈钢，具有耐腐蚀的优点，

柱体支撑架1的侧壁设置有用于固定无机被动采样瓶5的卡槽，该卡槽的长度方向与柱体支撑架1长度方向一致，所述卡槽内能够从上到下固定一排无机被动采样瓶5，所述无机被动采样瓶5用于无机采样。

在本实施例中，无机被动采样瓶5包括瓶盖51、第二微孔滤膜52和采样瓶体53；

瓶盖51具有与采样瓶体53连通的通孔，瓶盖51与采样瓶体53的瓶口可拆卸式连接；第二微孔滤膜52设置在采样瓶体53的瓶口处，无机被动采样瓶5呈水平放置，即当柱体支撑架1为圆柱体时，无机被动采样瓶5垂直于其轴向。

在一个优选方案中，无机被动采样瓶5采用棕色瓶；第二微孔滤膜52的孔径可以为0.45μm。

柱体支撑架1的侧壁从上到下设置有多层被动采样膜固定凹槽3，每个被动采样膜固定凹槽3的数量是一个或多个，当柱体支撑架1为圆柱体时，每侧可以沿圆柱体周向布置多个被动采样膜固定凹槽3，有机污染物被动膜采样单元设置在被动采样膜固定凹槽3内，所述有机污染物被动膜采样单元用于有机污染物采样，包括叠加放置的第一微孔滤膜和污染物被动富集膜，第一微孔滤膜可以是0.45μm，被动采样膜固定凹槽3的开口方向为圆柱体的径向方向，第一微孔滤膜设置在污染物被动富集膜外侧，即水体先经过第一微孔滤膜过滤后再被污染物被动富集膜吸附。

在一个优选案例中，第一微孔滤膜和污染物被动富集膜具有相同尺寸，且与被动采样膜固定凹槽3具有相同尺寸，当被动采样膜固定凹槽3的底部为长方形时，第一微孔滤膜和污染物被动富集膜具有长方形。

在一个优选案例中，还包括用于封闭卡槽的插板，当不固定无机被动采样瓶5时，将插板通过螺栓或固定螺丝4固定在卡槽开口处。插板的材料优选为不锈钢。

在一个优选案例中，还包括抽屉6，所述抽屉6可拆卸式安装于卡槽内，所述无机被动采样瓶5可拆卸式固定于抽屉6内，所述抽屉6内能够从上到下固定一排无机被动采样瓶5。

具体地，抽屉6内从上到下设置有一排限位槽，所述无机被动采样瓶5与限位槽采用间隙配合。抽屉6的材料优选为不锈钢。

在一个优选案例中，还包括设置在柱体支撑架1外侧的筛网7，筛网7的尺寸略大于柱体支撑架1，筛网7的形状与柱体支撑架1的形状匹配，当柱体支撑架1为圆柱体时，筛网7为圆筒状，且筛网7的内径略大于柱体支撑架1的外径。筛网7的材料优选为不锈钢，筛网7可通过固定螺丝4与柱体支撑架1连接。

在一个优选案例中，柱体支撑架1的底部具有楔形尖端部。

在一个优选案例中，柱体支撑架1的顶部设置有吊装孔2。

本实施例所述被动采样装置的应用过程为：

在采样前分别对无机、有机被动采样单元进行前处理。向采样瓶体53中加满超纯水(TOC<1ppb)用来测定孔隙水中的营养盐，然后依次盖上0.45μm的第二微孔滤膜52，盖紧含有通孔的瓶盖51。当用来测定重金属时，需要向瓶中添加3％(体积分数)的浓硝酸以防止瓶内重金属沉淀。将用于对孔隙水中POPs、PPCPs等典型疏水性有机污染物具有富集作用的低密度聚乙烯(LDPE)膜按照尺寸要求切割成长条状，分别置于二氯甲烷、甲醇和纯水中浸泡48h、24h和24h，用以去除杂质，并在使用之前一直浸泡在纯水以防止空气带来的污染。DGT膜在使用之前装于密封袋中，并在4℃下保存。

2.如需要，则将多个预装好的无机被动采样瓶5垂直放在抽屉6中，并将抽屉6插入柱体支撑架1的侧壁上的卡槽中；如无需此部分，则用插板封闭卡槽。分别将固定尺寸已剪裁好的0.45μm的第一微孔滤膜、污染物被动采样膜进行叠加，然后将叠加后的有机污染物被动膜采样单元放置在被动采样膜固定凹槽3中，利用固定螺丝4将筛网7固定在柱体支撑架1上。

3.野外应用时，将绳穿过吊装孔2，并手提绳，将组装好的被动采样装置整体提到选定的样点，从水面自上而下缓慢垂直放入整套被动采样装置，在自重力作用下插入沉积物中，保证整个被动采样装置呈竖直状态。

4.将被动采样装置原位静置一段时间(根据污染物的不同几天到几周)，直至沉积物孔隙水中的污染物与被动采样单元中达到平衡。取出被动采样装置，分别收集无机被动采样瓶5进行编号，用纯水洗净瓶身外壁污泥，除去瓶盖51和第二微孔滤膜52，避免瓶内水样洒出，加上密封隔垫盖紧瓶盖使样品密封(可以在筛网7上用于取出无机被动采样瓶5的通孔)。拆卸固定螺丝4，除去筛网7和第一微孔滤膜，取出污染物被动采样膜并进行相应编号，用纯水冲洗膜上污泥等杂质，然后将其置于棕色玻璃瓶中。将待测样品置于车载冰箱保存，尽快运回实验室进行实验分析。

5.用全自动化学分析仪直接测定无机被动采样瓶5中水样营养盐指标；用电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)测定无机被动采样瓶5中重金属指标。分析由有机污染物被动采样膜(低密度聚乙烯膜)富集的有机污染物指标(如POPs和PPCPs等)时，用不锈钢镊子在棕色瓶中取出低密度聚乙烯膜(污染物被动采样膜)，并用定量滤纸擦干表面水分、用电子天平称重，然后将膜置于正己烷/二氯甲烷(体积比1:1)中，重复3次超声提取，最后合并3次提取液并转移至K-D浓缩瓶中，进行氮吹浓缩、定容，并在气相质谱(GC-MS)进行分析测试。结合膜水分配系数(K_LDPE)来推算出平衡状态下孔隙水中自由溶解态典型疏水性有机污染物浓度。分析由梯度扩散薄膜(DGT)富集的无机污染物指标(如重金属、类金属、营养元素P和S等)时，用不锈钢镊子在棕色瓶中取出DGT膜，并用定量滤纸擦干表面水分、用电子天平称重，然后将膜置于样品管中，添加1ml的1M HNO₃溶液，确保DGT膜全部进入HNO₃溶液。在分析之前浸泡24小时，并用移液枪吸附等分样品进样品管，用超纯水稀释，并在电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)进行分析测试。

本实施例的被动采样装置能原位同步获取沉积物孔隙水中沉积物-水界面的典型无机、有机污染物自由溶解态浓度，并获取较高的垂向分辨率，为水界面通量定量计算、沉积物毒害风险评估、以及沉积物修复效果评估等科学研究提供基础依据。

以上所述的具体实施方式，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本实用新型的具体实施方式而已，并不用于限定本实用新型的保护范围，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

需要注意的是，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本实用新型可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本实用新型所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本实用新型所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本实用新型可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本实用新型可实施的范畴。

Claims (6)

1.一种测定沉积物孔隙水污染物浓度的被动采样装置，其特征在于，包括柱体支撑架（1）、无机被动采样瓶（5）和有机污染物被动膜采样单元；

所述柱体支撑架（1）的侧壁设置有用于固定无机被动采样瓶（5）的卡槽，该卡槽的长度方向与柱体支撑架（1）长度方向一致，所述卡槽内能够从上到下固定一排无机被动采样瓶（5），所述无机被动采样瓶（5）用于无机采样；

所述柱体支撑架（1）的侧壁从上到下设置有多层被动采样膜固定凹槽（3），所述有机污染物被动膜采样单元设置在被动采样膜固定凹槽（3）内，所述有机污染物被动膜采样单元用于有机污染物采样，包括叠加放置的第一微孔滤膜和污染物被动富集膜；

所述柱体支撑架（1）为中空的不锈钢圆柱体；

还包括抽屉（6），所述抽屉（6）可拆卸式安装于卡槽内，所述无机被动采样瓶（5）可拆卸式固定于抽屉（6）内，所述抽屉（6）内能够从上到下固定一排无机被动采样瓶（5）；抽屉（6）内从上到下设置有一排限位槽，所述无机被动采样瓶（5）与限位槽采用间隙配合；

还包括设置在柱体支撑架（1）外侧的筛网（7）。

2.根据权利要求1所述的一种测定沉积物孔隙水污染物浓度的被动采样装置，其特征在于，还包括用于封闭卡槽的插板。

3.根据权利要求1所述的一种测定沉积物孔隙水污染物浓度的被动采样装置，其特征在于，所述无机被动采样瓶（5）包括瓶盖（51）、第二微孔滤膜（52）和采样瓶体（53）；

所述瓶盖（51）具有与采样瓶体（53）连通的通孔，瓶盖（51）与采样瓶体（53）的瓶口可拆卸式连接；

所述第二微孔滤膜（52）设置在采样瓶体（53）的瓶口处。

4.根据权利要求1所述的一种测定沉积物孔隙水污染物浓度的被动采样装置，其特征在于，所述无机被动采样瓶（5）采用棕色瓶。

5.根据权利要求1所述的一种测定沉积物孔隙水污染物浓度的被动采样装置，其特征在于，所述柱体支撑架（1）的底部具有楔形尖端部。

6.根据权利要求1所述的一种测定沉积物孔隙水污染物浓度的被动采样装置，其特征在于，所述柱体支撑架（1）的顶部设置有吊装孔（2）。

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