专利名称：一种土壤或沉积物可溶性铁的原位采样装置及其原位采样测定方法
技术领域：
本发明涉及一种土壤或沉积物可溶性铁采样装置及其采样测定方法。
背景技术：
土壤溶液和沉积物孔隙水中的可溶性铁对环境变化响应敏感，在很大程度上参与 了土壤和沉积物内部进行的很多物质转化过程(如可溶物质的运移、矿物的溶解、有机物质 的分解与合成等)，对其它微量元素及核素的地球化学循环起着一定的控制作用。已有研究 表明，可溶性铁浓度的升高到一定程度后，可导致植物受到毒害、土壤溶液PH值的升高、土 壤晶体交换位点上阳离子的置换以及磷和硅溶解性的增大等直接后果。因此，准确测定土 壤或沉积物中的可溶性铁成为相关研究的基础和前提之一。首先，传统上对可溶性铁的测定都需要破坏性采样，将土壤或沉积物掘出，送实验 室离心，获得土壤溶液或沉积物孔隙水，难以重复连续监测该点的可溶性铁动态。实验表明 当PH = 7，氧气的分压为0.21大气压时，Fe2+的半氧化时间只有4分钟，这是铁价态难以 稳定的内因，而铁赋存环境中的铁氧化或还原微生物作用与光化学氧化或还原作用又进一 步增加了铁价态的易变性。此外，有实验证明即使使用邻菲罗啉，样品放置2. 5小时后再固 定Fe2+，对Fe2+的测值将显著降低，因此需要快速的现场测定。传统方法破坏性大，耗时长， 无论酸化还是冷藏保存样品都难以保证Fe2+不被氧化，测定结果准确度不高。由此可见，开 发现场直接采样测定技术是相关领域研究和应用的迫切需求。其次，传统方法直接利用邻菲罗啉或菲洛嗪与Fe2+络合显色后，比色测定Fe2+含 量，并利用化学还原剂光还原Fe3+后，比色测定总铁含量，最后计算二者之差，得到Fe3+含 量。然而，无论邻菲罗啉法还是菲洛嗪法，单一络合剂的使用在根本上都有一个缺憾，即单 独对Fe2+或Fe3+的络合可能导致Fe2+-Fe3+平衡方程因为质量作用而向发生络合的一侧移 动，从而使得被络合铁离子的测定值偏高。因此，比较理想的方法是同时稳定Fe2+和Fe3+。
发明内容
本发明的目的是为了解决传统可溶性铁的原位采样测定方法存在的破坏性大，耗 时长，无法同时稳定Fe2+和Fe3+，测定结果准确度低的问题，进而提供一种土壤或沉积物可 溶性铁的原位采样装置及其原位采样测定方法。本发明的一种土壤或沉积物可溶性铁的原位采样装置由不锈钢钻头、陶土集水 管、第一不锈钢管、第二不锈钢管、塑料抽气管、塑料抽水管、旋柄、抽气管接口阀门、抽水管 接口阀门和抽吸器组成，所述不锈钢钻头固定安装在陶土集水管的下端面上，第二不锈钢 管固定安装在陶土集水管的上端面上，所述第一不锈钢管的管壁上均勻开设有多个进水 孔，第一不锈钢管包覆在陶土集水管的外壁上，所述旋柄密封固定安装在第二不锈钢管的 上端面上，所述塑料抽气管和塑料抽水管并列插装在第二不锈钢管内，塑料抽气管的上端 穿出旋柄与抽气管接口阀门连接，塑料抽气管的下端置于陶土集水管内且位于陶土集水管的上部，塑料抽水管的上端穿出旋柄与抽水管接口阀门连接，塑料抽水管的下端置于陶土 集水管内且位于陶土集水管的下部，所述抽吸器抽气时与抽气管接口阀门连接，抽吸器抽 水时与抽水管接口阀门连接。本发明的一种土壤或沉积物可溶性铁的原位采样测定方法的步骤为
步骤一、在待测样点压住旋柄，不锈钢钻头协同陶土集水管钻入土壤或沉积物一定深
度；
步骤二、关闭抽水管接口阀门，将抽吸器通过抽气管接口阀门与塑料抽气管连通，抽出 陶土集水管内的空气，获得负压；
步骤三、关闭抽气管接口阀门，在土壤或沉积物中收集孔隙水40 50 mL ； 步骤四、分别配置体积摩尔浓度为0. 001 mol/L的EDTA和BPDS显色剂； 步骤五、拔出抽吸器分别吸入15 mLEDTA和BPDS显色剂后，与塑料抽水管连通； 步骤六、再利用抽吸器将收集的孔隙水30 mL吸入抽吸器，并与EDTA和BPDS显色剂混 合均勻后一起转入50 mL棕色磨口玻璃瓶中，待液体溢出排出棕色磨口玻璃瓶内空气后，旋 紧盖，送入实验室；
步骤七、采用比色法测定Fe2+的含量，比色法的检测波长为535 nm ； 步骤八、转入无色玻璃瓶，暴露在荧光灯下1周，将Fe3+-EDTA全部转化为Fe2+-BPDS后， 采用比色法测定总铁的含量，比色法的检测波长为535 nm ； 步骤九、总铁的含量与Fe2+的含量差减得到Fe3+的含量。本发明与现有技术相比具有以下有益效果本发明即插即采即固定，操作简单有 序，节省时间，避免破坏性取样对采样点造成的危害，有效避免了采样过程中因引入空气导 致的价态变化，准确地同时测定Fe2+和Fe3+，不需另外的缓冲剂和屏蔽剂，且Fe2+的检出下 限达0.05 mg/L。本发明在国家自然科学基金项目“不同水文地貌下的湿地土壤铁迁移转 化及其环境指证”、“湿地铁通量时空变化及其与氮磷营养盐耦合过程研究”等项目支持下 在三江平原沼泽湿地得以应用，通过对测定结果的统计检验，比之传统测定方法精度平均 提高8%以上。
图1是本发明的原位采样装置的抽气状态主视图，图2是本发明的原位采样装置 的抽水状态主视图，图3是图1的a处局部放大图。
具体实施例方式具体实施方式
一结合图1-图3说明本实施方式，本实施方式的一种土壤或沉积 物可溶性铁的原位采样装置由不锈钢钻头1、陶土集水管2、第一不锈钢管3、第二不锈钢管 4、塑料抽气管5、塑料抽水管6、旋柄7、抽气管接口阀门8、抽水管接口阀门9和抽吸器10 组成，所述不锈钢钻头1固定安装在陶土集水管2的下端面上，第二不锈钢管4固定安装在 陶土集水管2的上端面上，所述第一不锈钢管3的管壁上均勻开设有多个进水孔3-1，第一 不锈钢管3包覆在陶土集水管2的外壁上，所述旋柄7密封固定安装在第二不锈钢管4的 上端面上，所述塑料抽气管5和塑料抽水管6并列插装在第二不锈钢管4内，塑料抽气管5 的上端穿出旋柄7与抽气管接口阀门8连接，塑料抽气管5的下端置于陶土集水管2内且位于陶土集水管2的上部，塑料抽水管6的上端穿出旋柄7与抽水管接口阀门9连接，塑料 抽水管6的下端置于陶土集水管2内且位于陶土集水管2的下部，所述抽吸器10抽气时与 抽气管接口阀门8连接，抽吸器10抽水时与抽水管接口阀门9连接。本实施方式中的抽吸器10为现有技术，例如可采用注射器。
具体实施方式
二 结合图1-图3说明本实施方式，本实施方式的一种土壤或沉积 物可溶性铁的原位采样测定方法的步骤为
步骤一、在待测样点压住旋柄7，不锈钢钻头1协同陶土集水管2钻入土壤或沉积物一 定深度；具体深度根据样品采取时候的取样深度布设需要，例如深度为5cm、10cm、20cm或 40cm ；
步骤二、关闭抽水管接口阀门9，将抽吸器10通过抽气管接口阀门8与塑料抽气管5连 通，抽出陶土集水管2内的空气，获得负压；
步骤三、关闭抽气管接口阀门8，在土壤或沉积物中收集孔隙水40 50 mL ； 步骤四、分别配置体积摩尔浓度为0. 001 mol/L的EDTA和BPDS显色剂； 步骤五、拔出抽吸器10分别吸入15 mLEDTA和BPDS显色剂后，与塑料抽水管6连通； 步骤六、再利用抽吸器10将收集的孔隙水30 mL吸入抽吸器10，并与EDTA和BPDS显 色剂混合均勻后一起转入50 mL棕色磨口玻璃瓶中，待液体溢出排出棕色磨口玻璃瓶内空 气后，旋紧盖，送入实验室；
步骤七、采用比色法测定Fe2+的含量，比色法的检测波长为535 nm ； 步骤八、转入无色玻璃瓶，暴露在荧光灯下1周，将Fe3+-EDTA全部转化为Fe2+-BPDS后， 采用比色法测定总铁的含量，比色法的检测波长为535 nm ； 步骤九、总铁的含量与Fe2+的含量差减得到Fe3+的含量。本实施方式的步骤一中，由于陶土集水管2的孔隙为0. 2 μ m，因此不需要对土壤 溶液样品做0. 45 μ m滤膜过滤的前处理，即可直接测定可溶性总铁含量；步骤四中的EDTA 的英文全称为Ethylene Diamine Tetraacetic Acid，中文含义为乙二胺四乙酸；步骤四中 的 BPDS 的英文全称为 Bathophenanthrolinedisulfonic acid disodium salt，中文含义 为红菲绕啉二磺酸钠。本实施方式的原位采样测定方法是基于具体实施方式
一所述的一种土壤或沉积 物可溶性铁的原位采样装置实现的。
权利要求
一种土壤或沉积物可溶性铁的原位采样装置，其特征在于所述原位采样装置由不锈钢钻头(1)、陶土集水管(2)、第一不锈钢管(3)、第二不锈钢管(4)、塑料抽气管(5)、塑料抽水管(6)、旋柄(7)、抽气管接口阀门(8)、抽水管接口阀门(9)和抽吸器(10)组成，所述不锈钢钻头(1)固定安装在陶土集水管(2)的下端面上，第二不锈钢管(4)固定安装在陶土集水管(2)的上端面上，所述第一不锈钢管(3)的管壁上均匀开设有多个进水孔(3 1)，第一不锈钢管(3)包覆在陶土集水管(2)的外壁上，所述旋柄(7)密封固定安装在第二不锈钢管(4)的上端面上，所述塑料抽气管(5)和塑料抽水管(6)并列插装在第二不锈钢管(4)内，塑料抽气管(5)的上端穿出旋柄(7)与抽气管接口阀门(8)连接，塑料抽气管(5)的下端置于陶土集水管(2)内且位于陶土集水管(2)的上部，塑料抽水管(6)的上端穿出旋柄(7)与抽水管接口阀门(9)连接，塑料抽水管(6)的下端置于陶土集水管(2)内且位于陶土集水管(2)的下部，所述抽吸器(10)抽气时与抽气管接口阀门(8)连接，抽吸器(10)抽水时与抽水管接口阀门(9)连接。
2.基于权利要求1所述的一种土壤或沉积物可溶性铁的原位采样装置实现的一种土 壤或沉积物可溶性铁的原位采样测定方法，其特征在于原位采样测定方法的步骤为步骤一、在待测样点压住旋柄(7)，不锈钢钻头(1)协同陶土集水管(2)钻入土壤或沉 积物一定深度；步骤二、关闭抽水管接口阀门(9)，将抽吸器(10)通过抽气管接口阀门(8)与塑料抽气 管(5)连通，抽出陶土集水管(2)内的空气，获得负压；步骤三、关闭抽气管接口阀门(8)，在土壤或沉积物中收集孔隙水40 50 mL ；步骤四、分别配置体积摩尔浓度为0. 001 mol/L的EDTA和BPDS显色剂；步骤五、拔出抽吸器(10)分别吸入15 mL EDTA和BPDS显色剂后，与塑料抽水管(6)连通；步骤六、再利用抽吸器(10)将收集的孔隙水30 mL吸入抽吸器(10)，并与EDTA和BPDS 显色剂混合均勻后一起转入50 mL棕色磨口玻璃瓶中，待液体溢出排出棕色磨口玻璃瓶内 空气后，旋紧盖，送入实验室；步骤七、采用比色法测定Fe2+的含量，比色法的检测波长为535 nm ； 步骤八、转入无色玻璃瓶，暴露在荧光灯下1周，将Fe3+-EDTA全部转化为Fe2+-BPDS后， 采用比色法测定总铁的含量，比色法的检测波长为535 nm ； 步骤九、总铁的含量与Fe2+的含量差减得到Fe3+的含量。
全文摘要
一种土壤或沉积物可溶性铁的原位采样装置及其原位采样测定方法，它涉及一种土壤或沉积物可溶性铁采样装置及其采样测定方法。本发明解决了传统可溶性铁的原位采样测定方法存在的破坏性大，耗时长，无法同时稳定Fe2+和Fe3+，测定结果准确度低的问题。本发明的采样装置，不锈钢钻头、陶土集水管和第二不锈钢管由下至上固定安装，塑料抽气管和塑料抽水管插装在第二不锈钢管内。工艺步骤为钻头钻入测样点，抽气获得负压，等候集水，配置显色剂，吸入显色剂和孔隙水并注入棕色磨口玻璃瓶，比色法测定Fe2+的含量，比色法测定总铁的含量，总铁的含量与Fe2+的含量差减得到Fe3+的含量。本发明适用于土壤或沉积物可溶性铁的原位采样测定技术中。
文档编号G01N1/14GK101915682SQ201010240920
公开日2010年12月15日 申请日期2010年7月30日 优先权日2010年7月30日
发明者吕宪国, 姜明, 邹元春 申请人:中国科学院东北地理与农业生态研究所