[发明专利]一种新型湿地土壤间隙水原位连续采样装置

说明书

技术领域

本专利涉及一种新型湿地土壤间隙水原位连续采样装置，特指利用基于透析膜的新型原位连续采样器及其配套组件构成的整体装置，可以对湿地土壤间隙水样品进行长期连续的原位采集与垂直分布的动态监测。

背景技术

湿地环境样品的原位采样与时空动态监测方法一直是科研工作者们努力研究/创新/完善的一项课题，尤其对湿地不同深度的土壤间隙水在不破坏原位环境的条件下进行连续地原位采样一直是一个未完成攻克的项目。传统的收集湿地土壤样品进行离心分离获得间隙水的方法对样品的水质组分尤其是易受氧化还原条件干扰的指标（如亚铁浓度等）带来很大干扰。现有环境监测和科学研究中使用的原位间隙水采样装置，包括透析膜装置（Peeper）、薄膜扩散平衡装置（DET）和薄膜扩散梯度装置（DGT）等（如Steinmann, Geochim. Cosmochim. 1997, 61:1143-l 163; Harper, Environ. Modell. Softw. 2000, 15:55-66; Menegário, Anal. Chim. Acta. 2010, 683:107-112），无法同时实现对间隙水的连续原位采样和空间分布的动态监测，即使通过反复放置-撤回步骤可部分实现对间隙水的时空动态监测，但由于反复操作过程不仅费时费力，还会对湿地环境会带来干扰，进而影响所监测到结果的真实性和准确性。专利CN 201724843 U曾经提出过一款“人工湿地孔隙水原位分层采样器”，该连续采样器需要人为上下移动采样管来实现不同深度湿地土壤间隙水的采集，既繁琐也易造成偏差，还会在移动中破坏土壤原位状态，影响样品数据准确性；同时它们所使用的陶土管/PVC管/管状滤筒等采样设备的透水孔孔径较大（1-5mm），无法有效防止土粒堵塞现象的发生。

发明内容

本专利针对目前湿地土壤间隙水原位采样装置的不足提出了一种新型原位连续采样装置。通过新型采样器上不同深度的采样室并连接采样/充水管来实现对湿地土壤不同深度间隙水的连续原位采集和垂直分布的动态监测，同时还考虑到对湿地原位环境尤其是不同深度厌氧条件的保护，引入惰性气体保护及去氧超纯水补充等机制，能够实现长期连续且不造成干扰破坏的原位采样监测。

本方法的核心装置为一套透析膜的原位连续采样器及其配套组件（惰性气体袋、超纯水容器、抽样器和样品收集容器）。

1)    原位连续采样器由开设有一系列采样室的采样器主体、两个面板、两个保护套及若干辅件（充水/采样管、尼龙螺丝）组成，采样室的正反面各固定透析膜，使采样室内水样与环境间隙水隔开。

(a)   采样器为聚甲基丙烯酸甲酯树脂(亚克力)材质，厚1cm，末端为尖端；采样器自上而下分布一系列垂直排列的采样室，具体采样室个数/尺寸/间距可根据实际需要设计；每个采样室左下端开设抽样孔，右上端开设换水孔；采样室四周分别设有螺丝孔，以固定透析膜并与主体和面板紧密连接，避免采样室内水样渗漏。

(b)   采样器面板为亚克力板，厚0.3-0.5cm，在与采样器主体相对应位置同样开设小室和螺丝孔。

(c)   透析膜作为采样时过滤使用，防止土粒进入采样室。其材质为孔径100-800纳米的抗污染且具有一定机械强度的惰性高分子膜（如聚偏二氟乙烯（PVDF）膜），还可根据样品测试需求选择相应的膜材质与孔径。

(d)  采样/充水管为耐腐蚀材质（如聚丙烯、聚乙烯或聚四氟乙烯），在采样室的侧面上端和另一侧面下端分别连接一根充水/采样管，同时两根管子通过接头相互连接起来，以保持采样室在不使用时与外界空气隔绝。

(e)   保护套作用是包括采样器两端样品管在插入湿地时不受损伤。其材质为亚克力，末端为尖端，靠近采样器一侧开设有与采样器对应的螺丝孔，在使用时可以固定成为一体。

2）惰性气体袋包括一个气袋，连接管及控制阀。

3）超纯水容器包括一个100-2000毫升的容器，配有密闭橡胶塞并与连接管及控制阀连接。

4）抽样器为1-50毫升的注射器，注射器材质和规格根据采样需求而定。

5）样品收集容器根据采集样品需求而定，常规指标检测可以使用玻璃或塑料管/瓶，涉及样品厌氧需求则应使用事先去氧的密封西林瓶。

该新型原位连续采样装置可以对湿地土壤间隙水展开原位连续采样和垂直分布动态监测，其具体操作步骤如下：