海水中有機污染物富集裝置及富集方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于海洋環境監測技術領域，具體地說，是涉及一種應用于海水水樣前處理過程中，對海水水樣中的有機污染物進行萃取富集的裝置以及基于所述富集裝置提出的有機污染物富集方法。
【背景技術】
[0002]海水中的持久性有機污染物(Persistent Organic Pollutants, POPs)，雖然絕對含量非常低(10 12?10 9g/L)，但不易降解，且具有“三致”毒性，而且其毒性還可以累積并通過食物鏈傳遞，因此會對海洋生態系統造成嚴重的威脅，已成為目前海洋環境污染問題研究的焦點之一。
[0003]由于海水樣品中的POPs含量很低，而且基體復雜，因此在測定之前通常需要進行樣品的預處理，以降低或者消除干擾物，富集凈化目標物，最終實現目標污染物的高靈敏度檢測。然而，傳統的樣品預處理技術在對海水樣品進行處理時，通常存在以下問題:
(O目標污染物含量低，樣品預處理需要消耗大量的樣本溶液，耗時耗力，處理通量低；
(2)水體中雜質、海藻、浮游生物較多，一些常用的萃取方法(例如固相萃取SPE，固相微萃取SPME)難以直接實施；例如在使用傳統的SPE萃取方法對復雜樣品(含有懸浮物、浮游生物等)進行萃取的過程時，經常會遇到萃取柱堵塞等問題，從而影響了萃取過程的正常進行；
(3)缺乏采樣現場高效預處理設備，一個調查采樣航期一般比較長，特別是遠洋調查，難以實現現場采樣、現場分析。目前POPs含量調查均采用傳統的采樣-實驗室分析方法，即現場采樣一封裝一轉運一實驗室預處理一實驗室測定的處理流程。由于在樣品處理前需要經過封裝、運輸、存儲等過程，因此工作量大，實時性差，不能提供連續的數據；而且在采樣和儲運過程中，還可能造成樣品的“沾污”和“轉化”，導致檢測結果的不準確。同時，由于樣品的處理時間較長，因此不能快速地獲得檢測數據，難以實時反映海水的實際情況。
【發明內容】
[0004]本發明為了解決現有的海水污染物預處理方法工序繁瑣、銜接性差、耗時耗力的問題，提出了一種快速、高效、易于應用的海水中有機污染物富集裝置，可以大大縮短處理時間，提尚檢測效率。
[0005]為解決上述技術問題，本發明采用以下技術方案予以實現:
一種海水中有機污染物富集裝置，包括基座、自動進樣系統、渦旋系統、樣品瓶平移系統、攪拌轉移系統和運動系統；其中，所述自動進樣系統安裝在基座上，吸取海水樣品，并通過N路出樣管排出，所述N為大于I的正整數；所述渦旋系統安裝在基座上，包括用于固定試劑瓶的套筒以及用于使試劑瓶中的洗脫溶劑產生渦旋的渦旋部，所述套筒設置有N個，每一個套筒固定一個試劑瓶；所述樣品瓶平移系統安裝在基座上，且位于所述自動進樣系統和渦旋系統之間，包括承載板和動力部，在所述承載板上形成有N個用于限位樣品瓶的瓶座；在富集開始前，所述動力部驅動承載板平移，使N個樣品瓶的瓶口與N個所述的出樣管一一對應；所述攪拌轉移系統位于所述樣品瓶平移系統的上方，包括N個攪拌器和N個底部封閉的玻璃管，所述N個攪拌器用于對N個樣品瓶中的海水樣品進行攪拌；在每一個玻璃管中均安裝有永磁鐵，所述永磁鐵通過提拉繩連接卷升機構，通過卷升機構帶動永磁鐵在玻璃管中升降；所述運動系統安裝在基座上，包括橫向滑架和縱向滑架，所述攪拌轉移系統安裝在橫向滑架上，所述橫向滑架帶動攪拌轉移系統中的攪拌器和玻璃管在樣品瓶和試劑瓶之間移動；所述縱向滑架驅動橫向滑架上下移動，以分別控制攪拌器伸入或者脫離樣品瓶，玻璃管伸入或者脫離樣品瓶或試劑瓶。
[0006]為了實現自動進樣，在所述自動進樣系統中還設置有用于伸入到待測的海水樣品中的進樣管；連通所述的進樣管，用于過濾掉所述海水樣品中的雜質的過濾器；連通所述的過濾器，并通過進樣管吸取海水樣品的蠕動栗；設置在過濾器與蠕動栗之間或者設置在蠕動栗與所述的N路出樣管之間，通過控制電磁閥通斷，以控制進樣時間的電磁閥。
[0007]進一步的，在所述樣品瓶平移系統的動力部中設置有步進電機、絲桿、絲桿螺母、支撐所述絲桿的軸承座和滑軌；所述絲桿聯接步進電機，在步進電機的驅動下旋轉；所述絲桿螺母安裝在所述的絲桿上，并與所述的承載板固定連接，所述絲桿驅動絲桿螺母移動，繼而帶動承載板平移；所述滑軌沿平行于所述絲桿的方向布設，用于支撐所述的承載板，在所述滑軌上安裝有滑塊，所述滑塊與承載板安裝固定，支撐承載板沿滑軌平移。
[0008]進一步的，在所述攪拌轉移系統中還包括為所述N個攪拌器的旋轉提供動力的攪拌電機、連接所述攪拌電機并在攪拌電機的驅動下旋轉的主同步輪以及N個從同步輪；在所述的N個從同步輪中，位于首位的從同步輪通過同步帶連接主同步輪，在主同步輪的帶動下旋轉；相鄰兩個從同步輪通過同步帶連接，傳遞動力；所述的N個從同步輪與N個攪拌器——對應連接，驅動N個攪拌器同步旋轉。
[0009]又進一步的，在所述攪拌轉移系統中還包括基板，安裝在所述的橫向滑架上，所述主同步輪、N個從同步輪和卷升機構安裝在基板的上方，所述攪拌電機、攪拌器和玻璃管位于基板的下方。
[0010]作為所述卷升機構的一種優選設計方案，在所述卷升機構中設置有步進電機、連接步進電機的卷軸和支撐所述卷軸的軸承座，在所述卷軸上形成有N圈凹槽，每一圈凹槽中纏繞一根提拉繩，每一根提拉繩連接一組永磁鐵，每一組永磁鐵套裝在一個所述的玻璃管中；在每一組永磁鐵中均設置有4-6個球形永磁鐵，所述4-6個球形永磁鐵連成一串，形成多個吸附區。
[0011]進一步的，在所述運動系統中，其橫向滑架和縱向滑架上分別安裝有作為動力部件的步進電機和由步進電機驅動的傳動機構；在所述橫向滑架上設置有用于檢測攪拌轉移系統橫向行走位置的左、中、右三個接近開關；在所述縱向滑架上設置有用于檢測所述橫向滑架垂直升降位置的上、中、下三個接近開關。
[0012]作為所述渦旋系統的一種優選設計方案，在所述渦旋系統中設置有N個渦旋部，分別與N個所述的套筒一一對應連接，在每一個所述的渦旋部中均設置有一根偏心軸，所述偏心軸的頂部通過偏心軸卡套連接所述套筒的底部，在所述偏心軸卡套的外側安裝有卡子，卡子上形成有耳板，耳板上掛接有彈簧，彈簧的另一端連接掛片，掛片安裝在所述的基座上；所述偏心軸的底部連接同步輪，相鄰兩個禍旋部中的同步輪通過同步帶傳遞動力，其中一個同步輪連接電機，通過電機提供動力。
[0013]為了實現自動控制，在所述富集裝置中還設置有控制單元，連接所述的自動進樣系統、樣品瓶平移系統、攪拌轉移系統、運動系統和渦旋系統，利用所述控制單元控制各系統中的電子部件動作，并接收反饋信號，例如所述接近開關反饋的檢測信號等。
[0014]基于上述海水中有機污染物富集裝置，本發明還提出了一種采用所述富集裝置設計的有機污染物富集方法，包括以下步驟:
a、控制樣品瓶平移系統和運動系統移動至初始位置，使攪拌器和玻璃管脫離樣品瓶和試劑瓶，并使N個樣品瓶的瓶口與N路出樣管一一對準；稱取定量的磁性萃取介質，倒入樣品瓶中；
b、啟動自動進樣系統，抽取定量的海水樣品，并通過N路出樣管注入到N個樣品瓶中； C、啟動樣品瓶平移系統向遠離出樣管的方向平移，并使樣品瓶的瓶口正對攪拌器；然后，啟動縱向滑架驅動橫向滑架下移，將攪拌器伸入到樣品瓶中；
d、驅動攪拌器旋轉，使磁性萃取介質在海水樣品中加速分散，吸附目標有機污染物，并在延時設定時間后，啟動縱向滑架驅動橫向滑架上移，使攪拌器脫離樣品瓶；
e、啟動橫向滑架驅動攪拌轉移單元移動，使玻璃管正對樣品瓶的瓶口；然后，啟動縱向滑架驅動橫向滑架下移，將玻璃管下放至樣品瓶中；
f、啟動卷升機構下放永磁鐵，將海水樣品中的磁性萃取介質吸附到玻璃管的底部位置；然后，啟動縱向滑架驅動橫向滑架上移，使所述玻璃管脫離樣品瓶；
g、啟動橫向滑架驅動攪拌轉移單元移動，使玻璃管正對試劑瓶的瓶口；然后，啟動縱向滑架驅動橫向滑架下移，將玻璃管伸入到試劑瓶中；
h、啟動卷升機構提升永磁鐵，使磁性萃取介質脫離玻璃管，分散到試劑瓶中；
1、啟動縱向滑架驅動橫向滑架上移，將玻璃管脫離試劑瓶；然后，啟動渦旋部運行，使磁性萃取介質在試劑瓶中的洗脫溶劑中渦旋分散；
j、啟動縱向滑架驅動橫向滑架下移，將玻璃管伸入到試劑瓶中；然后，啟動卷升機構下放永磁鐵，吸附洗脫溶劑中的磁性萃取介質；
k、啟動縱向滑架驅動橫向滑架上移，將玻璃管脫離試劑瓶；然后，啟動卷升機構提升永磁鐵，使磁性萃取介質脫離玻璃管并進行收集；此時，在試劑瓶中形成富集有目標有機污染物的制備溶劑。
[0015]優選的，在所述步驟i中，首先啟動渦旋部低速運行，使磁性萃取介質完全脫離玻璃管；然后，啟動縱向滑架驅動橫向滑架上移，將玻璃管脫離試劑瓶；接著，啟動渦旋部高速運行，使目標有機污染物分散到洗脫溶劑中。
[0016]與現有技術相比，本發明的優點和積極效果是:本發明專門針對海水中痕量持久性有機污染物設計富集裝置