專利名稱：原位沉積物-水界面水質(zhì)采樣器及其采樣方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及湖泊沉積物中與沉積物界面上覆水水中污染物的分析，特別涉及一種原 位沉積物-水界面水質(zhì)采樣器及其采樣方法。
背景技術(shù)：
目前，我國(guó)淺水湖泊污染嚴(yán)重，沉積物是其重要的污染源。特別是隨著流域的城市化進(jìn) 程與工農(nóng)業(yè)發(fā)展，過(guò)量的污染物蓄積在沉積物中，累積在沉積物中的大量污染物在一定條件 下，通過(guò)形態(tài)變化、界面特性改變與釋放等途徑嚴(yán)重影響湖泊上覆水的質(zhì)量，造成湖泊持續(xù) 的高污染。如淺水湖泊沉積物的氮磷釋放，可造成湖泊持續(xù)的富營(yíng)養(yǎng)化，嚴(yán)重影響治理效果 ，威脅湖泊生態(tài)系統(tǒng)安全和水質(zhì)安全。沉積物-水界面是湖泊生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)循環(huán)的重要環(huán)節(jié) 與界面，特別是界面PH、氧化還原電位和生物組成等的變化，對(duì)湖泊水環(huán)境質(zhì)量與生態(tài)系統(tǒng) 有著極為重要的影響。因此，沉積物-水界面始終是國(guó)內(nèi)外湖沼學(xué)家關(guān)注的熱點(diǎn)與研究重點(diǎn) 。準(zhǔn)確獲取原位沉積物-水界面的水質(zhì)樣品以及不同深度沉積物間隙水樣品是定量研究沉積 物污染通量、評(píng)價(jià)沉積物污染特征以及研究湖泊沉積物-水界面的微環(huán)境特征等的關(guān)鍵。
對(duì)沉積物-水界面過(guò)程的研究，通常先從湖泊中取出沉積物，而后采用破壞性的離心或 壓搾方法，間接從沉積物中得到間隙水樣品，而界面上覆水的水質(zhì)樣品則通過(guò)采水器直接獲 得，利用得到的間隙水樣品和界面上覆水樣品用于沉積物-水界面過(guò)程的研究。這樣采樣的 主要問(wèn)題是樣品不是原位獲取，其中沉積物長(zhǎng)期處于還原環(huán)境，從水底取出后，直接與空氣 接觸，環(huán)境特征發(fā)生較大變化，影響間隙水中污染物的含量分布，而且利用采水器也不能準(zhǔn) 確獲得界面上覆水樣品。因此，采用傳統(tǒng)方法得到的沉積物-水界面水質(zhì)樣品有很大的不確 定性，原位采集才是獲得沉積物-水界面水質(zhì)樣品的可靠方法。
平衡式擴(kuò)散采樣技術(shù)是一種應(yīng)用較多的原位水質(zhì)采樣方法。該方法的原理是利用滲透膜 將采樣室與沉積物或上覆水隔開(kāi)，采樣室溶液與間隙水或上覆水中的離子通過(guò)滲透膜擴(kuò)散達(dá) 到平衡后，分析采樣室溶液樣品即可獲得間隙水和上覆水的信息。基于平衡式擴(kuò)散采樣技術(shù) ，已發(fā)展了原位采樣裝置，以有機(jī)玻璃板為材料，通過(guò)滲透膜與玻璃板上的孔洞構(gòu)成兩端相 對(duì)封閉的采樣小室。裝置放入沉積物后，兩端間隙水離子向采樣小室進(jìn)行雙向擴(kuò)散，擴(kuò)散達(dá)
4到平衡的時(shí)間取決于采樣小室的厚度，垂直分辨率則由采樣小室高度和間距控制。現(xiàn)有裝置 僅僅是原位獲得了沉積物間隙水的樣品，而并沒(méi)有真正得到沉積物-水界面的水質(zhì)樣品，既 包括不同深度的沉積物間隙水樣品，也應(yīng)包括界面上覆水樣品，這樣才構(gòu)成了完整的沉積物 水界面水質(zhì)樣品。要想達(dá)到這一目的，必須要能準(zhǔn)確確定湖泊的沉積物-水界面位置，而且 還需要方便回收。另外，現(xiàn)有裝置采樣室的體積較小，樣品量一般在150-300磺，不能滿足 多指標(biāo)的分析。因此，獲取完整的沉積物-水界面水質(zhì)樣品，而且需要操作簡(jiǎn)單，方便回收 采樣器，且能獲得足夠的樣品量用于研究，是沉積物-水界面過(guò)程研究必須解決的關(guān)鍵問(wèn)題
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提出一種原位沉積物-水界面水質(zhì)采樣器及其采樣方法技術(shù)方案，該方 案提供了一種原位沉積物-水界面水質(zhì)同時(shí)采樣的采樣器，解決了傳統(tǒng)方法得到的沉積物-水 界面水質(zhì)樣品有很大的不確定性的問(wèn)題，采用充氮的方法將水質(zhì)采樣室中的溶解氧置換掉， 提高了采樣的準(zhǔn)確性。
基于水中物質(zhì)平衡擴(kuò)散原理本發(fā)明的技術(shù)方案是
原位沉積物-水界面水質(zhì)采樣器，包括兩塊長(zhǎng)條形平板和滲透膜； 一塊平板為采樣板， 另一塊平板為保護(hù)板，采樣板和保護(hù)板夾住滲透膜通過(guò)螺絲固定在一起；所述采樣板縱向順 序分為沉積物間隙水采樣段和界面上覆水采樣段，沿采樣板縱向，在沉積物間隙水采樣段和 界面上覆水采樣段設(shè)置有多個(gè)水質(zhì)采樣室，該水質(zhì)采樣室為縱向間距是2mm-3mm的橫置凹槽 ;所述四槽容積在2000微升至4000微升之間，滲透膜蓋住四槽，所述保護(hù)板對(duì)應(yīng)采樣板凹槽 位置設(shè)有尺寸相同的透孔，在所述凹槽中放有蒸餾水；所述滲透膜是聚醚砜膜，在沉積物間 隙水采樣段和界面上覆水采樣段間設(shè)置有分界限位板。
原位沉積物-水界面水質(zhì)采樣器采樣方法，取原位沉積物-水界面水質(zhì)采樣器，所述采樣 器包括兩塊長(zhǎng)條形平板和滲透膜； 一塊平板為采樣板，另一塊平板為保護(hù)板，采樣板和保護(hù) 板夾住滲透膜通過(guò)螺絲固定在一起；所述采樣板縱向順序分為沉積物間隙水采樣段和界面上 覆水采樣段，沿采樣板縱向，在沉積物間隙水采樣段和界面上覆水采樣段設(shè)置有多個(gè)水質(zhì)采 樣室，該水質(zhì)采樣室為縱向間距是2mm-3mm的橫置凹槽；所述凹槽容積在2000微升至4000微 升之間，滲透膜蓋住凹槽，所述保護(hù)板對(duì)應(yīng)采樣板凹槽位置設(shè)有尺寸相同的透孔，在所述凹 槽中放有蒸餾水；所述滲透膜是聚醚砜膜，在沉積物間隙水采樣段和界面上覆水采樣段間設(shè) 置有分界限位板；其采樣方法步驟包括a. 去除水質(zhì)采樣室蒸餾水中的溶解氧，將原位沉積物-水界面水質(zhì)采樣器放入一個(gè)盛水 的封閉容器中，采樣板上的采樣室向上，采樣器完全浸在水中，保持水溫在20度士2度，在 水中持續(xù)加入氮?dú)猓瑴y(cè)量水中的溶解氧的濃度，控制水中溶解氧濃度低于l毫克/升，持續(xù)30 分鐘；
b. 采樣，通過(guò)重錘將原位沉積物-水界面水質(zhì)采樣器的沉積物間隙水采樣段插入湖泊沉 積物中，利用分界限位板將采樣器界面上覆水采樣段留在沉積物界面以上的上覆水中，放置 7至15天;
c. 回收，通過(guò)回收繩將原位沉積物-水界面水質(zhì)采樣器從湖中取出，清洗表面污物，采 樣板在下，保護(hù)板在上放在平臺(tái)上，取下保護(hù)板和滲透膜，用移液器將采樣室中的溶液移出 分析；
d. 樣品分析，用微量比色方法測(cè)定樣品中的磷、硝酸鹽、氮、氨氮、硝態(tài)氮含量，用儀 器直接測(cè)定樣品中的有機(jī)碳、硫酸鹽含量。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)及有益效果 (1 )實(shí)現(xiàn)了沉積物-水界面水質(zhì)樣品的原位采集可原位獲得沉積物-水界面水質(zhì)樣品
，即同時(shí)獲得界面上覆水樣品和不同深度沉積物間隙水樣品，進(jìn)而原位獲得上覆水和沉積物 間隙水中不同元素和離子含量以及垂向分布信息，可真正揭示沉積物-水界面物質(zhì)交換過(guò)程
(2) 科學(xué)確定沉積物-水界面本水質(zhì)采樣器有界面確定裝置，克服了以前采樣器不能 準(zhǔn)確確定沉積物-水界面的不足，能準(zhǔn)確確定沉積物-水界面；且本采樣器配有重錘和回收繩 ，可在水生較深的湖泊中使用，可操作性強(qiáng)，現(xiàn)場(chǎng)投放和回收方便；
(3) 樣品量增加明顯該發(fā)明裝置布置兩排水質(zhì)采樣室，而且采樣板較厚，每一層水 質(zhì)采樣室的容積達(dá)到4000磺，而遠(yuǎn)超過(guò)目前多數(shù)取樣器150-300磺的容積，可以同時(shí)完成更 多指標(biāo)的分析；
(4) 攜帶方便該發(fā)明裝置的不同部件，包括采樣板、保護(hù)板、分界限位板、放置回 收桿以及回收繩等均可以拆裝，因此，運(yùn)輸、攜帶、使用以及安裝等均極為便捷；
(5) 操作方便，適用范圍廣該發(fā)明是通過(guò)重錘把采樣器放置在采樣位置，利用回收 繩完成回收。因此，操作方便，可以適用不同深度的湖泊；
(6) 尺寸設(shè)計(jì)科學(xué)該裝置尺寸的設(shè)計(jì)綜合考慮了有機(jī)玻璃板制作工藝、沉積物界面 起伏特性、水質(zhì)采樣室內(nèi)溶液采集、樣品微量分析等多方面因素，在保證工藝質(zhì)量和樣品分 析基礎(chǔ)上，盡可能縮短擴(kuò)散時(shí)間、提高垂向分辨率。
6下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作一詳細(xì)描述。
圖1為原位沉積物-水界面水質(zhì)采樣器結(jié)構(gòu)示意圖; 圖2為采樣器縱向剖視示意圖。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例l，
原位沉積物-水界面水質(zhì)采樣器實(shí)施例，參見(jiàn)圖1和圖2，所述采樣器包括兩塊長(zhǎng)條形平 板和滲透膜2; —塊平板為采樣板l，另一塊平板為保護(hù)板3，采樣板和保護(hù)板夾住滲透膜通 過(guò)螺絲固定在一起；所述采樣板縱向順序分為沉積物間隙水采樣段2-1和界面上覆水采樣段 2-2，沿采樣板縱向在沉積物間隙水采樣段和界面上覆水采樣段設(shè)置有多個(gè)縱向間距是 2mm-3mm的橫置凹槽2-3作為水質(zhì)采樣室，所述凹槽的容積在2000微升至4000微升之間，滲透 膜覆蓋住凹槽，所述保護(hù)板對(duì)應(yīng)采樣板凹槽位置設(shè)有尺寸相同的透孔3-l，在所述凹槽中放 有蒸餾水，所述滲透膜是聚醚砜膜，該膜具有非常好的生物惰性，滲透膜孔徑為0.2微米至 0. 45微米，在沉積物間隙水采樣段和界面上覆水采樣段之間設(shè)置有分界限位板4，分界限位 板的寬度大于25厘米。
實(shí)施例中所述采樣板采用亞克力(PMMA聚甲基丙烯酸甲酯)板，保護(hù)板采用厚15mm普通 有機(jī)玻璃板，采樣板長(zhǎng)度為600mm，厚15mm，所述凹槽為矩形凹槽，凹槽的開(kāi)口寬度和深度 相同，凹槽在采樣板上橫向并排設(shè)置兩排，縱向凹槽與凹槽間距為2mm，間距過(guò)小，采集的 樣品區(qū)別太小浪費(fèi)資源，間距過(guò)大分析又過(guò)于粗糙，精度不夠，因此間距在2mm至3mm為合適 間距，本實(shí)施例采用2mm。
由于界面上覆水采樣段采集的樣品只是界面處的上覆水樣品，為了得到不同深度沉積物 間隙水中的信息，所述沉積物間隙水采樣段長(zhǎng)度大于界面上覆水采樣段長(zhǎng)度，大于比例在3
:l至4: l之間。
為了便于采樣器的放置與回收，在采樣板和保護(hù)板的頂部設(shè)置有捶擊板5和漂浮回收繩6 實(shí)施例2，
原位沉積物-水界面水質(zhì)采樣器優(yōu)選實(shí)施例，參見(jiàn)實(shí)施例l，與實(shí)施例l不同的是，所述 的縱向凹槽與凹槽間距為2. 5mm，所述凹槽的容積是3000微升。
7實(shí)施例3，
原位沉積物-水界面水質(zhì)采樣器采樣方法，取原位沉積物-水界面水質(zhì)采樣器，所述采樣 器是實(shí)施例l所述原位沉積物-水界面水質(zhì)采樣器；其采樣方法步驟包括
a. 去除水質(zhì)采樣室蒸餾水中的溶解氧，將原位沉積物-水界面水質(zhì)采樣器放入一個(gè)盛水 的封閉容器中，采樣板上的采樣室向上，采樣器完全浸在水中，保持水溫在20度士2度，在 水中持續(xù)加入氮?dú)?，測(cè)量水中的溶解氧的濃度，控制水中溶解氧濃度低于l毫克/升，持續(xù)30 分鐘；
b. 采樣，通過(guò)重錘將原位沉積物-水界面水質(zhì)采樣器的沉積物間隙水采樣段插入湖泊沉 積物中，利用分界限位板將采樣器界面上覆水采樣段留在沉積物界面以上的上覆水中，放置 7至15天;
c. 回收，通過(guò)回收繩將原位沉積物-水界面水質(zhì)采樣器從湖中取出，清洗表面污物，采 樣板在下，保護(hù)板在上放在平臺(tái)上，取下保護(hù)板和滲透膜，用移液器將采樣室中的溶液移出 分析；
d. 樣品分析，用微量比色方法測(cè)定樣品中的磷、硝酸鹽、氮、氨氮、硝態(tài)氮等含量，用 儀器直接測(cè)定樣品中的有機(jī)碳、硫酸鹽等含量。
水質(zhì)采樣室蒸餾水中過(guò)多的溶解氧將影響采樣的結(jié)果，本實(shí)施例控制水中溶解氧濃度為 0. 6至0. 8毫克/升。
微量比色方法是已知的通用方法，儀器為公知儀器。
本發(fā)明的原理是通過(guò)溶解氧去除工藝，保證水質(zhì)采樣室中的蒸餾水的氧濃度低于l毫 克/升，通過(guò)O. 45價(jià)孔徑的滲透膜將水質(zhì)采樣室與外界隔離，使得上覆水和沉積物間隙水中 的離子通過(guò)擴(kuò)散作用進(jìn)入水質(zhì)采樣室，當(dāng)擴(kuò)散達(dá)到平衡后，采集水質(zhì)采樣室的中溶液，可原 位獲得沉積物-水界面水質(zhì)樣品，包括界面上覆水樣品和不同深度沉積物間隙水樣品，通過(guò) 微量比色法或儀器法分析水質(zhì)采樣室中的溶液，根據(jù)研究目的，可原位獲得界面上覆水和沉 積物間隙水中不同元素和離子含量以及垂向分布信息。
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權(quán)利要求
1.原位沉積物-水界面水質(zhì)采樣器，其特征在于，包括兩塊長(zhǎng)條形平板和滲透膜；一塊平板為采樣板，另一塊平板為保護(hù)板，采樣板和保護(hù)板夾住滲透膜通過(guò)螺絲固定在一起；所述采樣板縱向順序分為沉積物間隙水采樣段和界面上覆水采樣段，沿采樣板縱向，在沉積物間隙水采樣段和界面上覆水采樣段設(shè)置有多個(gè)水質(zhì)采樣室，該水質(zhì)采樣室為縱向間距是2mm-3mm的橫置凹槽；所述凹槽容積在2000微升至4000微升之間，滲透膜蓋住凹槽，所述保護(hù)板對(duì)應(yīng)采樣板凹槽位置設(shè)有尺寸相同的透孔，在所述凹槽中放有蒸餾水；所述滲透膜是聚醚砜膜，在沉積物間隙水采樣段和界面上覆水采樣段間設(shè)置有分界限位板。
2.根據(jù)權(quán)利要求l所述原位沉積物-水界面水質(zhì)采樣器，其特征在于 ，所述采樣板采用亞克力板，采樣板長(zhǎng)度為600mm，厚15mm;保護(hù)板采用厚15mm的普通有機(jī) 玻璃板；在采樣板和保護(hù)板的頂部設(shè)置有捶擊板和漂浮回收繩。
3.根據(jù)權(quán)利要求l所述原位沉積物-水界面水質(zhì)采樣器，其特征在于 ，所述凹槽為矩形凹槽，凹槽的開(kāi)口寬度和深度相同，凹槽在采樣板上橫向并排設(shè)置兩排， 沿縱向，凹槽與凹槽間距為2mm。
4.根據(jù)權(quán)利要求l所述原位沉積物-水界面水質(zhì)采樣器，其特征在于 ，所述沉積物間隙水采樣段的長(zhǎng)度大于界面上覆水采樣段的長(zhǎng)度。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述原位沉積物-水界面水質(zhì)采樣器，其特征在于 ，所述沉積物間隙水采樣段的長(zhǎng)度與界面上覆水采樣段的長(zhǎng)度比例在3: l至4: l之間。
6.根據(jù)權(quán)利要求l所述原位沉積物-水界面水質(zhì)采樣器，其特征在于 ，所述滲透膜孔徑為0.45微米。
7.根據(jù)權(quán)利要求l所述原位沉積物-水界面水質(zhì)采樣器，其特征在于 ，所述的縱向凹槽與凹槽間距為2. 5mm，所述凹槽的容積是3000微升。
8.原位沉積物-水界面水質(zhì)采樣器采樣方法，其特征在于，取原位沉 積物-水界面水質(zhì)采樣器，所述采樣器是權(quán)利要求l所述原位沉積物-水界面水質(zhì)采樣器，其 采樣方法步驟包括a. 去除水質(zhì)采樣室蒸餾水中的溶解氧，將原位沉積物-水界面水質(zhì)采樣器放入一個(gè)盛水 的封閉容器中，采樣板上的采樣室向上，采樣器完全浸在水中，保持水溫在20度士2度，在 水中持續(xù)加入氮?dú)?，測(cè)量水中的溶解氧的濃度，控制水中溶解氧濃度低于l毫克/升，持續(xù)30 分鐘；b. 采樣，通過(guò)重錘將原位沉積物-水界面水質(zhì)采樣器的沉積物間隙水采樣段插入湖泊沉 積物中，利用分界限位板將采樣器界面上覆水采樣段留在沉積物界面以上的上覆水中，放置 7至15天;c. 回收，通過(guò)回收繩將原位沉積物-水界面水質(zhì)采樣器從湖中取出，清洗表面污物，采 樣板在下，保護(hù)板在上放在平臺(tái)上，取下保護(hù)板和滲透膜，用移液器將采樣室中的溶液移出 分析；d. 樣品分析，用微量比色方法測(cè)定樣品中的磷、硝酸鹽、氮、氨氮、硝態(tài)氮含量，用 儀器直接測(cè)定樣品中的有機(jī)碳、硫酸鹽含量。
全文摘要
本發(fā)明涉及原位沉積物-水界面水質(zhì)采樣器及其采樣方法；采樣器采用一組采樣板和保護(hù)板夾住滲透膜通過(guò)螺絲固定在一起；采樣板縱向分為沉積物間隙水采樣段和界面上覆水采樣段，在沉積物間隙水采樣段和界面上覆水采樣段設(shè)置有多個(gè)縱向間距是2mm-3mm的橫置凹槽，凹槽容積在2000微升至4000微升之間，在沉積物間隙水采樣段和界面上覆水采樣段間設(shè)置有分界限位板；本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了沉積物-水界面水質(zhì)樣品的原位采集；采用界面限位裝置，能準(zhǔn)確確定沉積物-水界面；且本采樣器配有重錘和回收繩，能夠在水生較深的湖泊中使用，可操作性強(qiáng)，現(xiàn)場(chǎng)投放和回收方便；每一層水質(zhì)采樣室的容積達(dá)到4000微升，可以同時(shí)完成更多指標(biāo)的分析。
文檔編號(hào)G01N1/10GK101608982SQ20091030478
公開(kāi)日2009年12月23日 申請(qǐng)日期2009年7月24日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月24日
發(fā)明者儲(chǔ)昭升, 吳豐昌, 王圣瑞, 金相燦 申請(qǐng)人:中國(guó)環(huán)境科學(xué)研究院