专利名称：一种沉积物孔隙水的野外原位分层采集装置的制作方法
技术领域：
:本发明涉及I种沉积物孔隙水采样的方法，特别涉及用多孔陶瓷管获取沉积物孔隙水的野外原位分层采样装置。
背景技术：
:沉积物是流域来水携带颗粒在水底沉积而成，不同层次沉积物的污染物质含量与流域环境的污染程度密切相关，沉积物既可以是水体污染物的汇，也可能成为水体污染源。孔隙水一方面作为沉积物中的液相组分与固相存在着溶解/沉淀、吸附/解吸附等物质平衡，另一方面通过浓度扩散和紊流等方式影响上覆水体的水质。根据界面扩散双层模型，利用水-沉积物界面孔隙水浓度梯度变化可以计算出沉积物通过孔隙水向上层水体释放的污染物通量，因此，水沉积物界面孔隙水的分层准确获取对于孔隙水剖面变化的研究有决定性意义。由于水中溶解氧在水-沉积物界面的扩散受到沉积物颗粒的阻碍和有机质等的消耗，沉积物内部由表层的氧化态过渡为还原态，这种氧化还原状态的改变极大的影响着沉积物与孔隙水中溶解物质的平衡。孔隙水采集过程中需要避免沉积物与空气接触，以防氧化还原状态条件改变引起孔隙水中溶解物质与沉积物的平衡改变。目前沉积物孔隙水的采集方法分为两类，一种是破坏性采样，即非原位的孔隙水提取，主要通过压榨，离心和真空抽滤等手段进行。此类采样方法会导致土壤理化性状改变，测定数据与实际情况不能完全符合。一种是野外原位采样，包括透析膜平衡取样器和多孔陶瓷管取样设备。透析膜平衡取样器需要提前埋入沉积物中平衡一段时间，此种方法需要在采样点有标识，且受平衡时间制约较大。多孔陶瓷管是依托自重力沉积物采样器采取的管状沉积物柱，将多孔陶瓷管插入沉积物采样柱，利用陶瓷管内部形成低压，使沉积物中孔隙水在以陶瓷管内部低压为中心的水势作用下向陶瓷管渗流。这个方法依托自重力沉积物采样器，可以根据研究需求改造采样管，获得不同分辨尺度的原位沉积物孔隙水。然而它的问题在于我们无法确定负压形成的孔隙水渗流中多少直径范围内的沉积物孔隙水进入陶瓷管采样器。在陶瓷管内部压力不同和沉积物孔隙结构不同的情况下，沉积物中更容易出现某些方向上的优先流，致使我们使获得的孔隙水不是某一确定深度的孔隙水，导致孔隙水物质剖面失真。另外，I根陶瓷管(外径5mm、长度5cm)周围8mm直径范围内沉积物(按照沉积物含水量为80%，孔隙水获取效率为60%计算)孔隙水仅为0.7mL，样品量过少无法满足孔隙水多个化学指标(ICP-mass需要lmL，离子色谱需要ImL)分析的需要。本发明主要解决用多孔陶瓷管野外原位获取沉积物孔隙水时孔隙水范围不确定和样品量过少的问题
发明内容
:本发明沉积物孔隙水的野外原位分层采集装置，用于解决多孔陶瓷管野外原位获取沉积物孔隙水范围不确定和样品量过少的问题。
核心技术方案:沉积物采样管:在透明沉积物采样管的2个垂直方向上打对穿孔，每个方向上打η排孔，排与排的间隔根据孔隙水剖面所需的分辨率确定。孔径和每排孔的个数根据分析所需的孔隙水样品量确定，每排内各穿孔间相互平行。选择不同方向打对穿孔，主要是避免某一方向打孔过于密集引起采样管机械强度降低，同时可以增加每个孔取样时的操作空间。孔隙水范围界定管:带活塞的薄壁塑料管，外径与沉积物采样管打孔的孔径相同。多孔陶瓷管的负压仅能在塑料管内沉积物中形成渗流，采集孔隙水范围界定管内的孔隙水。塑料管的壁薄可以尽量少的扰动沉积物。固定器:包含可调距离的支杆，带橡胶圈的钢箍，多孔架。多孔架架上的孔径可固定孔隙水范围界定管活塞杆，多孔架的孔的数量和位置与沉积物采样管的I个方向上的孔完全对应，共为η排。孔隙水抽滤装置:多孔陶瓷管，真空样品瓶。
:图1是沉积物采样管的正视图和左视图。图2是沉积物孔隙水的野外原位分层采集装置的A-A剖面图。图3是沉积物孔隙水的野外原位分层采集装置的B-B剖面图。图4是沉积物孔隙水的野外原位分层采集装置的俯视图。图5是孔隙水抽滤装置示意图。图中:1-沉积物采样管，2-孔隙水范围界定管，2 (I)-薄壁塑料管，2 (2)-活塞杆，3-固定器，3 (I)-可调距离支杆，3 (2)-可调内径橡胶圈，3 (3)-多孔架，4-孔隙水抽滤装置，4(I)-多孔陶瓷管，4(2)-真空样品瓶。
具体实施方式
:1.如图1所示，用塑料防水胶带将沉积物采样管的孔封上，将沉积物采样管装在自重力沉积物采样器上采集沉积物，沉积物采样管提出水面后将采样管的底部封上，防止沉积物移动。2.如图3、图4所示，安置固定器和孔隙水范围界定管。将可调内径的橡胶圈3(1)箍到沉积物采样管I上，通过支杆3(2)螺丝调节固定板3到沉积物采样管I的距离，从水-沉积物界面以上一定距离的位置开始将孔隙水范围界定管2的活塞杆2(2)卡入固定器多孔架3上的小孔，孔隙水范围界定管另一端对准沉积物采样管上的排孔。3.如图5所示，刺破沉积物采样管上的防水胶带，拉动孔隙水范围界定管的外管2(1)穿过沉积物采样管孔，直至对面孔位置停止；用多孔陶瓷管4(I)刺破对面孔处防水胶带插入孔隙水范围界定管内部沉积物，陶瓷管末端连接真空样品瓶4(2)，等待孔隙水范围界定管内沉积物中的孔隙水在负压下自流到真空样品瓶中。4.将同一排孔连接的真空样品瓶中的样品混匀，作为该层孔隙水的最终样品用于各种化学分析。
权利要求
1.沉积物孔隙水的野外原位分层采集装置，其特征包括:沉积物采样管、孔隙水范围界定管、固定器、多孔陶瓷管、真空样品瓶。
2.根据权利I要求，沉积物采样管每排孔的个数和孔径由所需孔隙水样品量决定，各排孔之间的间隔由所需孔隙水分层间隔决定。
3.根据权利I及权利2要求，固定器与沉积物采样管孔相对应，固定孔隙水范围界定管。
4.根据权利I及权利3要求，从孔隙水范围界定管对面孔插入多孔陶瓷管，陶瓷管另一端连接真空样品瓶。
5.根据权利1、权利2及权利3要求，同一排真空样品瓶中的样品混合后作为该层沉积物孔隙水。
全文摘要
本发明公开了1种沉积物孔隙水的野外原位分层采集装置，该装置用于采取沉积物孔隙水，解决野外原位获取沉积物孔隙水中的多孔陶瓷管吸取范围不确定和样品量过少问题。该装置包括沉积物采样管、孔隙水范围界定管、固定器、孔隙水抽滤装置。通过孔隙水范围界定管精确控制孔隙水的分层，通过调节沉积物采样管的孔数量和孔径大小达到所需孔隙水样品量。
文档编号G01N1/16GK103105317SQ20111035452
公开日2013年5月15日 申请日期2011年11月10日 优先权日2011年11月10日
发明者张洪, 温胜芳, 单保庆, 孔学红 申请人:中国科学院生态环境研究中心