自动水采样器设备的制作方法

本发明涉及一种具有高收集能力的自动小体积水采样器以及一种对一个或多个预定水体进行采样的方法。

背景技术：

在过去30年中，地球化学和同位素示踪剂已成为水文学中的常用工具。它们是解密“事件前”水在暴雨流量响应中的作用、流域中的水龄、确定支持径流生成或植物水吸收的水源的关键。此外，水文过程在时间上是高度动态的，并且经常表现出非线性行为。因此，需要高频数据来改善我们对流域的机械理解。

最近，环境监测和分析方面的进展日益促进了高频率(例如分钟)的示踪剂数据的收集，包括营养物浓度(例如c、n、p)、种类(例如no3、no2、nh4)和组成(例如溶解的有机物dom)。blaenp.j.等人在scitot.environ.,2016,569-570,647-660中的评论描述了原位监测技术的原理(例如电化学检测、比色法、光学uv可见光谱和光学荧光光谱)。

然而，不存在用于分析水中氧和氢、某些主要离子以及某些参数(如磷酸盐和硫酸盐)的稳定同位素的原位分析仪。因此，在现场抓样并在实验室中进行后续分析仍然至关重要。此外，仍然需要对现场收集的水样进行实验室分析，以提供针对现场仪器漂移的基准、检测不可靠读数的交叉检查以及备用测量(kirchnerj.w.等人的hydrol.process.,2004,18,1353-1359)。

诸如icp-ms的高灵敏度多元素分析仪器的进步极大地减少了所需的样品量，并且可以对毫升大小的样品进行常规分析(chapint.p.等人的appl.geochem.,2015,59,118-124)。因此，不再需要大量样品。如本评论中有关自动水采样器的描述，理想的水采样器应具有以下属性：小型且易于运输、低成本、低功耗，提供过滤和样品保存，易于部署，能够长期部署并具有高样品容量。

然而，目前缺少具有上述所有属性并且能够同时从不同来源收集水的自动水采样器。实际上，所有已知的采样器都有一个或多个缺点，这使得高频水文学研究成为一项艰巨而费时的任务。

例如，来自isco的“虹吸自动采样器”(参见美国专利申请公开us4415011)可以从不同水源收集样品，但具有有限的24个容器的存储容量。该isco系统中的容器通常具有范围为500ml至1000ml的体积，并且无法预见样品保存。而且，isco采样器无法并行地从不同来源收集样品。

第二示例(kimh.等人的environ.sci.techno/.,2012,46,11220-11226)是“来自isco的联接到重力过滤系统的虹吸自动取样器”。同样，尽管样品被过滤以更长保存，但存储容量仅限于24个容器，因此不适合进行高频采样活动。

液体采样器的另一示例已经在美国专利申请公开us2002/0025255a1中描述。采样器主要设计成用于保存含有挥发性物质的液体样品。它还包括用于冷却液体并确保样品保存的冰箱。然而，其容量也仅限于24个容器。

在授权的美国专利us7687028b1中公开了一种用于以预设的时间间隔无人值守采集顺序的时间积分水样的设备。集水器的最大存储容量为96小瓶且可以收集小至0.5ml的样品。从填充每个样品时直到将其从收集器中取出，将每个小瓶压在平坦低摩擦片上，通过将每个样品小瓶的开口密封起来，将可能改变样品的同位素组成的蒸发最小化。然而，其容量也相对较低，并且该设备不在样品之间被冲洗以最小化污染和记忆效应。

如上所述，这些系统的主要缺点是它们提供的存储容量相对较低，容器或小瓶的体积太大而无法在实验室中直接分析，和/或收集器没有设计成用于同时收集来自不同来源的水。

技术实现要素：

技术问题

本发明的技术问题是减轻现有技术中存在的至少一个缺点。

技术方案

本发明的第一目的是涉及一种自动水采样器设备，包括

a)适于收集水的输入单元(200)，所述输入单元(200)包括以下中的一个或至少两个：

i.用于降水的第一集水器，所述第一集水器包括降水量计，

ii.用于地表水的第二集水器，

iii.用于地下水的第三集水器，

iv.用于土壤水的第四集水器，

b)每个所述集水器各有的一个计量单元，

c)一个可移动注射单元，其包括每个所述集水器各有的至少一个针，

d)带有多个小瓶的一个托盘，通常多达1600个小瓶，所述小瓶的容积优选为1ml至200ml的范围，更优选为2ml至40ml，

e)每个所述集水器各有的输出单元，其适于将水排到所述设备外部，以及

f)主控制器单元，其适于控制所述输入单元、所述计量单元、所述可移动注射单元和所述输出单元，

其中，每个所述集水器独立地与所述计量单元和所述可移动注射单元流体连接，

其中，所述计量单元与所述输出单元流体连接，并且

其中，所述主控制器单元包括处理器，该处理器配置为执行：

-在所述输入单元包括所述集水器中的一个或多个的情况下，对所述集水器中的一个或多个进行采样，或者

-在所述输入单元包括所述集水器中的至少两个的情况下，对所述集水器中的所述至少两个进行同时采样。

根据优选实施例，所述处理器配置为以每分钟一个样品到每小时一个样品的最大速率执行高频采样或高频同时采样。

根据优选实施例，所述处理器配置为以每分钟一个样品到每月一个样品的速率执行采样或同时采样。

根据优选实施例，每个所述集水器各有的所述一个计量单元包括往复泵，优选为注射器。

根据优选实施例，所述输入单元至少包括用于降水的所述第一集水器，所述第一集水器包括：

a)适于收集降水的漏斗，

b)第一封闭容器，以及

c)第二封闭容器，

所述第一和第二封闭容器分别包括第一和第二空气释放开口、第一和第二入口以及第一和第二出口，

所述第一和第二封闭容器分别通过所述第一和第二出口借助于汇合元件流体地连接到所述一个计量单元，

所述漏斗包括导管，所述导管通过所述第一入口流体地连接至所述第一封闭容器。

根据优选实施例，所述输入单元至少包括用于降水的所述第一集水器，所述第一集水器包括：

a)适于收集降水的漏斗，

b)第一封闭容器，以及

c)第二封闭容器，

所述第一和第二封闭容器分别包括第一和第二空气释放开口、第一和第二入口以及第一和第二出口，

所述第一和第二封闭容器分别通过所述第一和第二出口借助于汇合元件流体地连接到所述一个计量单元，

所述漏斗包括导管，所述导管通过所述第二入口流体地连接到所述第二封闭容器。

根据优选实施例，所述导管是柔性导管。

根据优选实施例，所述第一和第二封闭容器分别通过所述第一和第二出口通过第一和第二三通旋塞阀流体地连接到所述一个计量单元。

根据优选实施例，所述第一和第二三通旋塞阀中的每个包括：

a)第一通路，其分别流体地连接到所述第一出口或所述第二出口，

b)第二通路，其通过所述汇合元件流体地连接到所述一个计量单元，以及

c)第三通路，所述第三通路分别是第一流体出口和第二流体出口。

根据优选实施例，所述第一和第二三通旋塞阀电和/或机械地连接至第一和第二致动器，所述第一和第二致动器分别包括第一和第二控制装置，所述第一和第二致动器优选是第一和第二伺服电动机。

根据优选实施例，所述漏斗包括可移除水过滤器。

根据优选实施例，所述第一和第二封闭容器每个具有多达500ml的容积，优选是多达250ml的容积。

根据优选实施例，所述集水器中的每一个与所述相应计量单元之间的流体连接是相应的四通旋塞阀，

a)在输入单元至少包括用于降水的所述第一集水器的情况下，所述四通旋塞阀包括流体地连接到所述汇合元件的第一通路，和/或

在输入单元包括所述第二、第三和第四集水器中的至少一个的情况下，所述四通旋塞阀包括直接流体地连接到所述第二、第三或第四集水器的第一通路，

b)所述四通旋塞阀包括流体地连接到所述计量单元的第二通路，优选地通过水过滤器，

c)所述四通旋塞阀包括流体地连接到所述输出单元的第三通路，优选地通过止回阀，以及

d)所述四通旋塞阀包括流体地连接到所述可移动注射单元的第四通路。

根据优选实施例，所述四通旋塞阀电和/或机械地连接到第三致动器，所述第三致动器包括第三控制装置，所述第三致动器优选是第三伺服电动机。

根据优选实施例，所述可移动注射单元包括两个针。

根据优选实施例，所述设备装配在框架内，优选是铝框架，所述框架还包括两个定位单元，其配置成将所述至少一个可移动注射单元定位至所述托盘的预定位置。

根据优选实施例，所述自动水采样器设备还包括至少一个便携式电池，其配置为向所述自动水采样器设备供电。

根据优选实施例，所述处理器是单板计算机，优选是raspberrypi。

根据优选实施例，所述输入单元包括以下的任意组合：

a)用于降水的至少一个第一集水器，

b)用于地表水的至少一个第二集水器，

c)用于地下水的至少一个第三集水器，和/或

d)用于土壤水的至少一个第四集水器。

本发明的第二目的涉及一种对来自预定水体的水进行采样的方法，所述方法包括以下步骤：

a)提供自动水采样器设备，以对水体进行采样，

b)用来自所述水体的水冲洗所述自动水采样器设备，以及

c)收集所述水的多个样品，

所述方法的显著之处在于，所述自动水采样器设备是根据本发明的第一目的的自动水采样器设备。

根据优选实施例，多个样品包括多达1600个样品的量。

本发明的优点

本发明特别有意义，因为它提供了一种能够同时采样来自多个来源的水的自动水采样器设备。

可以收集的样品数量非常多(多达1600个小瓶)，并且样品直接存储在与实验室中的分析设备兼容的小瓶中，从而减少了预处理时间和成本。

采样频率和样品量可被控制。

该设备的设计简单并且能耗低。

该方法为每个水源使用不同的导管，从而最小化污染和记忆效应。

样品被过滤以更长保存并被密封以防止蒸发。

可以对水采样器设备进行编程和远程控制。

本发明是便携式的，并且将允许在远处收集高频数据。

本发明将进一步促进水采样，并为环境监测机构、废水处理厂、水文学家(科学家)和饮用水公司等提供广泛而独特的水化学数据集。最新获得的数据可能带来对长期水化学和污染模式与趋势以及水文系统短期动态的新见解。此外，最新获得的数据可能对自然或人工环境中的水监测、政策和处理产生重要影响。

附图说明

图1是带有两个注射单元的水采样器设备的示意图。

图2是带有四个注射单元的水采样器设备的示意图。

图3是所述水采样器设备的采样系统的示意图。

图4是外部降水收集器的示意图。

图5是外部降水收集器和四通旋塞阀之间连接处的示意图。

图6是四通旋塞阀功能的示意图。

图7是记忆效应的分析。

具体实施方式

本发明涉及一种用于无人值守/自动采水样的设备。水的采样包括经时间积累的降水(雨、雪、冰雹...)和来自不同来源(地表水/流水、地下水、土壤水、水处理厂的水、污水处理厂的水或废水...)的准时样品。

本发明使用机械系统将水样品转移到样品小瓶中，如已经所知(参见chapint.p.,appl.geochem.,2015,59,118-124)。

自动采样器设备100允许收集水以分析其性质，特别是水中氧和氢的稳定同位素。

下面将描述设备是如何被设计的。

如图1或2所示，自动样品设备100具有大致矩形的基座102，其上设置了具有多个小瓶(未示出)的托盘104，通常多达1600个小瓶。基座102赋予设备100的大致长方体形状。

托盘104可以包含多个标准实验室存储箱(例如，在图1或2上示出了16个箱)。

托盘104可以连接到冷却系统，以防止样品潜在降解。

小瓶的体积可以我1ml到200ml，优选为2ml到40ml。这些小瓶可直接用于实验室实验/分析。

图1还示出了配置成用于让两个注射单元(10.3、20.3)移动的两个定位单元(106)(图1上仅示出了两个注射单元，但这是本发明的设备100的可能示例之一，图2是示意性地示出具有四个注射单元10.3、20.3、30.3、40.3的另一示例的视图)。

因此，那些注射单元(10.3、20.3)相对于托盘104上的预定位置移动，更特别地相对于预定小瓶移动。

注射单元包括至少一个针(图1或图2均未示出)，其配置成穿透小瓶的盖，盖通常是隔膜(septum)(以防止样品蒸发及其潜在污染)。注射单元(10.3、20.3、30.3、40.3)可包括第二针，所述第二针配置成穿透小瓶(作为第一针)，以便在另一针将样品输送到小瓶中时释放小瓶中的压力。

注射单元与配置为收集水的相应输入单元200流体连接(参见图3)。输入单元200可以包括多个集水器以同时对不同水类型采样，优选是用于降水的第一集水器10.1、用于地表水/流水的第二集水器20.1、用于地下水的第三集水器30.1和/或用于土壤水的第四集水器40.1。

输入单元200还可包括两个或更多个集水器，以对相同类型的水进行采样。输入单元200还可包括多于四个的集水器。

还存在相应的计量单元(10.2、20.2、30.2、40.2)，其可包括往复泵，例如注射器。形成注射器的注射器的圆柱形管可以是带刻度的。注射器的容积量可以为1至250ml，优选地为60ml。

最后添加相应的输出单元(10.5、20.5、30.5、40.5)，用于水排出。

所有这些单元都流体连接在一起，如水采样器设备的采样系统的示意图所示(图3)。

与水接触的所有内部零件、导管、管子和旋塞阀都是可以轻松更换的常用实验室分配器。导管由惰性材料(例如特氟隆)制成。这使得该系统便宜，易于制造并且适合户外使用。

除了降水收集器10.1之外，所有部件都容纳在壳体(未示出)内，壳体保护水采样器设备100免受环境干扰(例如雨、冰雹、雪、温度变化、风...)。箱具有确保轻松取放带有采样容器的存储箱的开口。存储箱锁定在水采样器设备100的矩形基座102上。设备100具有使其可携带的重量和尺寸。

设备100的长度可以为80cm至160cm，优选地为100cm至140cm。例如，长度等于120cm。

设备100的宽度可以为80cm至160cm，优选地为100cm至140cm。例如，宽度等于120cm。

设备100的高度可以为60cm至140cm，优选地为80cm至120cm。例如，高度等于100cm。

设备的重量可以为40kg至100kg。设备的重量例如等于80kg。在所有情况下，设备100都足够轻以便于运输。

输入单元200

输入单元200适于收集将被引入小瓶内部的水。

输入单元200可以包括第一水收集器10.1，其用于收集降水(雨、雪、冰雹…)。在这种情况下，第一集水器10.1包括降水量计(或雨量计)(未示出)，其是检测降水的发生及其量所必需的。还可以添加降水传感器(在这种情况下，可能无法测量降水量)。一旦检测和/或测量到降水发生，主控制器单元就可以触发(或者可以不触发)降水采样(根据用户确定的采样方案)。

输入单元200可以包括第二集水器20.1，其用于收集地表水和/或流水。

输入单元200可以包括第三集水器30.1，其用于收集地下水。

输入单元200可以包括第四集水器40.1，其用于收集土壤水。

输入单元200可以包括额外集水器(未示出)。

输入单元200可以包括以下的任意组合：

a)用于降水的至少一个第一集水器10.1，

b)用于地表水的至少一个第二集水器20.1，

c)用于地下水的至少一个第三集水器30.1，和/或

d)用于土壤水的至少一个第四集水器40.1。

因此，输入单元200可以具有例如两个或更多个第一集水器10.1，而没有其他类型的集水器。

输入单元200包括多个泵，它们对于将水从采样点引导通过设备100并流向设备100的输出单元(10.5、20.5、30.5、40.5)来说是必需的。更具体地，第一集水器10.1包括泵10.10，第二集水器20.1包括泵20.10，第三集水器30.1包括泵30.10且第四集水器40.1包括泵40.10。在将额外集水器安装在设备100中的情况下，每个所述额外集水器还将包括泵。

在适于收集降水的第一集水器10.1的情况下，泵10.10实际上是两个泵(见下文)。

在图1的附图上，示出了仅具有两个注射单元(例如10.3、20.3)的自动水采样器设备100，所示出的设备的输入单元200则仅包括两个集水器。类似地，在图2的附图上，示出了具有四个注射单元(10.3、20.3、30.3、40.3)的自动水采样器设备100，所示出的设备的输入单元200则包括四个集水器。

本发明的水采样器设备的重要优点是主控制器单元通过其处理器可以同时触发所有集水器的采样。

外部降水收集器(图4和5)

在图4上示意性地示出了用于收集降水的第一集水器10.1或外部降水收集器。所述集水器10.1包括漏斗4(通过其收集降水)、第一封闭容器6和第二封闭容器8。封闭容器(6、8)可以是瓶子。

第一封闭容器6和第二封闭容器8彼此相同，如图5所示，它们与水采样器设备100的其余部分连接。

每个封闭容器(6、8)包括三个开口：用于排出过大压力的空气释放开口(6.1、8.1)、入口(6.2、8.2)和出口(6.3、8.3)。封闭容器的入口(6.2、8.2)用于通过导管4.1将容器(6、8)流体地连接到漏斗4。封闭容器(6、8)的出口(6.3、8.3)用于将容器(6、8)流体地连接到相应的计量单元10.2。

降水收集器10.1收集经时间积累的样品。水采样器的主控制器单元控制降水采样器的操作。它是从降水量计接收信号并启动降水采样的主控制器单元。因此，降水采样器并非独立运行，而是需要来自降水量计或降雨传感器的输入信号。

降水落入漏斗4内部，并穿过可移除水过滤器10.9(如图3所示)，即捕集垃圾或悬浮颗粒的可移除筛。这是为了防止堵塞导管。

筛网尺寸相当粗大。它可以为0.5mm到5mm，优选尺寸为2mm。实际上，筛旨在防止“大”垃圾比如树叶或石头进入水采样器设备中。

漏斗4优选地由减少水保留的材料制成。它也可以用铝制成，并与恒温器和融化固体降水(雪、冰雹…)的加热器连接。然而，后者将增加能耗，降低便携性并增强水的氧和氢同位素的分离(fractionation)。漏斗4的尺寸可以根据预期的降水(例如强度)和在不同气候条件和/或采样周期下要收集的样品量而变化。

漏斗4的底部连接到短柔性导管4.1，其允许降水通过重力直接流入(a)第一容器6、(b)第二容器8或(c)被引到降水采样器外部，以将其去除。

机械放置装置(未示出)在三个位置之间移动导管4.1。在图4上，导管4.1与第一容器6流体连接。图4的虚线表示导管4.1也可以与第二容器8流体连接。当采样器未被主控制器单元激活时，落入漏斗4的水始终被引导到采样器外部。一旦激活，降水就会在预定的时间间隔内或在累积一定的降水量之后流入容器(6、8)之一以均质化。当采样间隔结束时，控制器将放置装置引导到另一容器(其可能会因降水而被填充)或者引导到采样器外部。放置装置在几秒钟内在一些位置之间移动柔性导管4.1，防止水分流失和样品混合。

当收集降水时，水由于通过导管4.1而在其中一个容器中结束，然后通过第一容器6的出口6.3或通过第二容器8的出口8.3而被引导至计量单元10.2或输出单元10.5。

第一三通旋塞阀60将存储在第一封闭容器6中的水引导到计量单元10.2或输出单元10.5中。

第二三通旋塞阀80将存储在第二封闭容器8中的水引导到计量单元10.2或输出单元10.5中。

汇合元件75，优选地是管三通连接器或y形连接器，经由四通旋塞阀10.6流体地连接到第一和第二三通旋塞阀(60、80)以及计量单元10.2和输出单元10.5(参见以下细节)。

当计量单元10.2对降水进行采样时，由于泵60.10引导的流入，第一三通旋塞阀60使来自第一封闭容器6的水流过四通旋塞阀10.6中的汇合元件75，而降水同时收集在第二封闭容器8中，反之亦然。换句话说，由于泵80.10引导的流入，来自第二封闭容器8的水还可以通过汇合元件75流向四通旋塞阀10.6，而降水同时收集在第一封闭容器6中。

图5上的两个泵(60.10、80.10)都示意性地等同于图3的泵10.10。

实际上，四通旋塞阀10.6是降水收集器10.1与相应计量单元10.2之间的流体连接。

两个三通旋塞阀(60、80)中都有流体出口(60.1、80.1)，以允许从系统中排出水。例如，当第一和第二封闭容器(6、8)由于降水过多而满或需要清洁时，可以排出水(而非采样)。可替代地，如果用户对采样降水不感兴趣，则如果其包含水，则仍需要清空降水容器。

两个三通旋塞阀(60、80)均通过由主控制器单元控制的控制装置电和/或机械地连接到致动器。致动器可以是伺服电动机，这种致动器允许精确控制角或直线位置、速度和加速度。

可能的方案是泵送足够的降水来冲洗三通旋塞阀(60、80)、四通旋塞阀10.6、计量单元10.2(具有注射器)和注射单元10.3，以防止任何污染或记忆效应。换句话说，水采样器设备100特别是属于第一集水器的管线被其后将要采样的水洗涤。

降水容器(6、8)(即第一和第二容器)的体积可以变化(例如高达500ml，优选250ml)。这些封闭容器(6、8)设计成收集按时间或按体积积累的样品，并避免在采样期间蒸发。为此，其被设计为减少与空气接触的水的表面。从漏斗4落下的降水通过向下达到至容器的底部的导管4.1而流入容器中。只有位于容器上部且具有小内径的导管4.1才允许调节容器内部的气压。

封闭容器(6、8)优选具有特殊形状，以便能够处理小的和大的降水量。落入容器的降水将首先填充具有圆锥形状和较小下部直径的容器底部，然后填充具有较大直径的上部。

实际上，容器(6、8)被盖(6.4、8.4)封闭。然而，直径与容器最大部分的内径相当的可移动且浮动的塑料件可以立在容器内部并在水上升时移动。其目的是密封容器以防蒸发。

漏斗4和降水收集器10.1的容器(6、8)在隔绝盖内部被保护，隔绝盖最好是不透明的，以保护样品免受uv辐射，特别是免受太阳的影响，然后应将其安装在遵循标准雨量计安装指南的桅杆上。

其他集水器

自动水采样器设备100可包括：适于对地表水/流水进行采样的第二集水器20.1、适于对地下水进行采样的第三集水器30.1以及适于对土壤水进行采样的第四集水器40.1。可以将额外集水器(未示出)连接到水采样器设备。

作为降水集水器10.1，每个其他集水器独立地与相应的计量单元、注射单元和/或输出单元流体连接。

可以在第二、第三和第四集水器的上游放置粗水过滤器(20.9、30.9、40.9)，以去除悬浮的颗粒或垃圾并防止堵塞导管。这些过滤器(20.9、30.9、40.9)具有与外部降水收集器10.1中使用的过滤器10.9类似的功能，并且随后在网眼尺寸方面具有相同的特征。

如上所述，第二、第三和第四集水器(20.1、30.1、40.1)中的每个都包括泵(20.10、30.10、40.10)，其用于控制待分析的水流过系统并流向相应的输出单元(20.5、30.5、40.5)。

计量单元

每个集水器(10.1、20.1、30.1、40.1)与一个相应的计量单元(10.2、20.2、30.2、40.2)流体连接。因此，在图1的示例中，由于只有两个集水器，因此存在两个计量单元。类似地，在图2的示例中，存在四个计量单元，它们与相应的四个集水器流体连接。一个计量单元可以包括往复泵。往复泵的示例是注射器，其可以容纳1ml至250ml的体积并且可以根据需要重新注射样品。

每个所述集水器(10.1、20.1、30.1、40.1)和相应计量单元(10.2、20.2、30.2、40.2)之间的流体连接是四通旋塞阀(10.6、20.6、30.6、40.6)，如图5示意性所示。四通旋塞阀(10.6、20.6、30.6、40.6)还将系统与注射单元(10.3、20.3、30.3、40.3)和输出单元(10.5、20.5、30.5、40.5)流体连接。

四通旋塞阀(10.6、20.6、30.6、40.6)被设计为用于控制液体的流量。它耐化学腐蚀且可以用不同的材料(例如聚碳酸酯)制成。它包括让液体在其中流动的壳体和装配在壳体内的塞子。为此，塞子还包括外部手柄(图6中的黑色圆圈)，其允许相对于四个通路更改流动路径。还可通过将旋塞阀手柄转到中间位置来关闭流体路径。该操作由电动机驱动并由主控制器单元控制。

采用外部降水收集器

采用外部降水收集器10.1，四通旋塞阀10.6通过汇合元件75(其将存储在封闭容器(6、8)之一中的水引入计量单元10.2)与第一和第二三通旋塞阀(60、80)流体连接。这是通过四通旋塞阀10.6的第一通路完成的。

四通旋塞阀10.6的第二通路优选地通过相应的水过滤器10.7流体地连接到相应的计量单元10.2或注射器，以允许去除可能已经经过粗水过滤器的其余颗粒。

所述水过滤器10.7因此比水过滤器10.9更细。水过滤器10.7的孔径为0.300μm至10μm。例如，水过滤器10.7的孔径为5μm。

四通旋塞阀10.6的第三通路优选地通过相应的止回阀10.8流体地连接到水采样器设备的相应输出单元10.5。

四通旋塞阀10.6的第四通路流体地连接到相应的注射单元10.3，其包括至少一个相应的针10.4。

采用其他集水器

采用其他集水器(20.1、30.1、40.1)，相应的四通旋塞阀(20.6、30.6、40.6)且特别是第一通路优选地通过管道或导管直接流体地连接到相应的集水器。所述管道或导管优选是柔性的。

四通旋塞阀(20.6、30.6、40.6)的第二通路优选地通过相应的水过滤器(20.7、30.7、40.7)流体地连接到相应的计量单元(20.2、30.2、40.2)或注射器，以允许去除可能已经经过粗水过滤器的其余颗粒。

所述水过滤器(20.7、30.7、40.7)的孔径与水过滤器10.7相同。

四通旋塞阀(20.6、30.6、40.6)的第三通路优选通过相应的止回阀(20.8、30.8、40.8)流体地连接到水采样器设备的相应输出单元(20.5、30.5、40.5)。

四通旋塞阀(40.6、30.6、40.6)的第四通路流体地连接到相应的注射单元(20.3、30.3、40.3)，其包括至少一个相应的针(20.4、30.4、40.4)。

所有的四通旋塞阀(10.6、20.6、30.6、40.6)都电和/或机械地连接到包括控制装置的致动器，所述致动器是伺服电动机。主控制器单元控制所述致动器，这种致动器允许精确地控制角位置或线性位置、速度和加速度。

注射单元

注射单元(10.3、20.3、30.3、40.3)保持用于被采样的每种水类型的针(10.4、20.4、30.4、40.4)。在水采样期间，注射单元到达将样品输送到预定小瓶的确切位置。可替代地，注射单元可以移动到“垃圾”储存器或移动到可以直接从采样器中排出的位置(特别是在冲洗的情况下)。主控制器单元定义了要达到的x-y位置(参见图1)并通过绝对定位传感来激活电动机控制器，其将操作线性马达驱动器。一旦到达该位置并且准备好将采样体填充到小瓶中，则主控制器单元将上下(z方向)移动针，以将样品输送到预定的小瓶中。

注射单元(10.3、20.3、30.3、40.3)由框架保持，优选被内置在铝中(因其重量轻)。

带有集成马达控制器的两个线性定位单元被安装在框架上，它们确保在x-y平面上的运动。该系统允许注射单元移动到非常特定的位置，即预定义的小瓶位置。运动和精确坐标(x-y)由主控制器单元确定。x-y定位与绝对位置感应系统一起使用，从而允许关闭整个系统而不会丢失有关位置的信息。位置分辨率为3mm/1000个计数。

注射单元包括至少一个针，优选为两个针。

输出单元

自动水采样器设备100特别是每个集水器具有其自己的输出单元(10.5、20.5、30.5、40.5)，其配置为将水排到所述设备外部或用于废物处理。

在相应输出单元(10.5、20.5、30.5、40.5)的上游和相应四通旋塞阀(10.6、20.6、30.6、40.6)的下游可以存在止回阀(10.8、20.8、30.8、40.8)，以防止排出的水返回设备100。

主控制器单元

为了控制输入单元、计量单元和输出单元，在设备中存在包括处理器的主控制器单元。处理器通常是单板计算机。例如，处理器是来自raspberrypifoundation的raspberrypi。可以例如通过无线通信以远程方式管理主控制器单元，从而用户可以从实验室控制水采样器设备。主控制器单元由便携式电池供电，该便携式电池也是水采样器设备的一部分。

便携式电池可以具有重装系统(例如太阳能电池板或风力发电机)。为此，主控制器单元通过关闭未处于活动操作的每个装置的电源来确保将待机能耗降至最低。

处理器的作用之一是引导水的采样。处理器根据连接到水采样器设备的集水器的数量来控制水的采样。在示例中，当有两个集水器(例如降水集水器和流水集水器)时，处理器能够进行顺序采样(一个接一个地)或同时采样(所有收集器同时进行采样)。

处理器可以以每分钟一个样品到每小时一个样品的最大速率执行高频(同时)采样。显然，该过程可以以较低速率进行工作，即速率介于每两小时一个样品到每月一个样品。主控制器单元还配备有进行远程控制的通信单元，例如调制解调器。

用户友好的采样器界面允许定义采样方案并询问与采样有关的元数据。可以将水采样器连接到外部传感器和数据记录器，并且可以通过传感器信号或测量(例如水位、水电导率和/或来自降水传感器以及降水量计的信号)触发采样操作。还可以使用便携式传输单元(例如usb记忆棒)将存储的数据传输到外部设备。

采样的方法

图6a至6i示出了四通旋塞阀10.6的流动选项的图示。流动由普通箭头指示。为了便于表示，图6a至6i上的表示也适用于四通旋塞阀20.6、30.6和40.6。

下面将描述顺序采样步骤：

步骤1：在图6a中，液体(例如水)穿过四通旋塞阀，而没有被相应的计量单元吸入，也没有被引导/喷射到小瓶中。实际上，液体直接流向输出单元(例如10.5)。相应的泵10.10因此被切换到开。通过被引向输出单元，可以抽出设备导管中的任何死体积(deadvolume)。

步骤2：在图6b中，计量单元被激活：计量单元或注射器(例如10.2)吸入液体。

步骤3：在图6c中，将先前步骤中已吸入的水重新注射到导管中，以冲洗计量单元或注射器并冲洗回过滤器(例如图2所示的过滤器10.7)。激活冲洗模式时采用此配置。

可以可选地重复步骤2和3，以改善系统的冲洗。例如，这些步骤可以重复三次。冲洗注射器的次数和其收集的体积可以变化，并由主控制器单元直接或通过远程控制设定到所述主控制器的接口。因此用待采样的水进行冲洗，以使污染和记忆效应最小化。

步骤4：一旦冲洗完成，泵送单元(或注射器)就吸入水(图6d)。吸入的水量相当于注射器的全部体积容量(通常为60ml水)。必须采样的计量体积在1ml和200ml水之间变化，优选在2ml至40ml之间。也可以是例如2ml、4ml、10ml和12ml。需要考虑对应于泵送单元和针之间的管道容积的死体积(从1ml至5ml，优选是1.5ml)。

步骤5：然后，流入停止，意味着主控制器单元将关闭泵10.10。

步骤6：在图6e中，计量单元通过注射单元(和针)推出死体积，该死体积被喷射到垃圾储存器中或采样器外部，以冲洗注射单元和针。

步骤7：将注射单元(和针)精确地移到必须在其中注射液体的预定小瓶上方。这要归功于两个定位单元106。

步骤8：在图6f中，其实际上是与图6e相似的四通旋塞阀的位置，计量单元将计量体积的液体(例如1ml、2ml、4ml、10ml、12ml或40ml)喷射到预定的小瓶中。由此实现了实际采样。对于小瓶，带有预先刺穿的隔片的封闭件可在注射样品时促进空气的去除。这些是通过在隔片上做出狭缝来制造的。替代地，可以使用注射单元中的第二针来释放过大压力。第二针则仅与周围的大气有关。

步骤9：注射单元(或针)因此从小瓶取出。

步骤10：如图6g中的虚线箭头所示，计量单元在将液体输送到预定小瓶中之后吸入空气。这将允许将计量单元设置在配置为清空计量单元内部包含的其余液体(在下一步骤中)的位置。

步骤11：再次打开泵10.10，将多余的液体从计量单元喷射到输出单元(例如10.5)中(图6h)。

步骤12：液体(水)再次穿过四通旋塞阀，而没有被相应的计量单元吸入，也没有被引向小瓶(图6i)。液体直接流向输出单元。

整个循环(步骤1至12)可以再次开始，以便在另一小瓶中对水采样。进行采样，直到填充多达1600个小瓶。之后，在实验室中分析小瓶的同时，可以手动和/或自动地用另一托盘替换托盘104以保持采样。

保存和记忆效应

用于采样的方法对所收集样品的质量影响很大。自动水采样器设备的主要目标是收集完全具有代表性的样品。为此，应尽量减少水样品的污染和交叉污染，并且应在采样期间保存样品。

记忆效应是指先前样品对当前采样的影响。在提出的自动水采样器设备中，可以通过在收集新样品之前冲洗计量和注射单元来避免记忆效应。

图7表示参考水样品中的以及在没有冲洗之后、在冲洗计量和注射单元一次之后以及在冲洗它们两次之后用自动水取样器设备收集的样品(称为“采样”)中的氯化物浓度。从图7可以明显看出，采样设备应在两次连续的采样之间冲洗两次，以避免污染和记忆效应。只有在冲洗设备两次之后，设备才能够收集与参考样品完全可比的样品。