浅水沉积物和水样采集装置及其方法与流程

本发明属于实验仪器领域，具体涉及一种浅水沉积物和水样采集装置及其方法。

背景技术：

近年来，随着工农业的快速发展，水体受污染程度日益加剧，而其中水体与陆地交界部分是受人类活动影响最大的部分。近岸水体较浅，溶解氧、氧化还原电位等环境因子周期性变化，使得底部沉积物微生物种群多样性较高，具有多种代谢特性，有着重要的研究价值。

为了研究近岸浅水沉积物中污染物与微生物分布情况以及微生物种群多样性，需要采集水体底部沉积物及水样，并对沉积物加以分层研究，并且采样时要保持良好的原位分层状态并避免不同深度沉积物之间的相互污染。

目前，采集水体底部沉积物的方法主要有两种：钻孔采样和抓斗采样器采样。这两大类采样方法虽然可以获得水体底部沉积物，但这两种采样方法的缺陷在于存在严重的沉积物互混现象，后续无法进行污染物与微生物垂直分布的研究。此外，底部沉积物附近的水体样本对沉积物的研究有重要辅助作用，以上两种采样方法无法同时采集水体底部沉积物和水体样本。所以，为方便而有效地研究浅水水体底部沉积物与水样性质，设计一种新型的集沉积物采集和水样采集为一体的分层式采样装置很有必要。

技术实现要素：

本发明的目的是针对浅水沉积物及水样采集过程中存在的样品不易获得且样品在采集中易相互混合导致样品相互污染等问题，提供一种浅水沉积物和水样采集装置及其使用方法。

一种浅水沉积物和水样采集装置，包括采样管、带孔采样管盖、上闷头、下闷头、止回阀、延长杆、沉积物采集头、水样采集头和沉积物切片头；

所述的止回阀上端与所述的延长杆相连，内部垂直固定有托杆，托杆外部环绕有弹簧，止回阀下部内沿环绕有密封圈，弹簧一端支撑于止回阀内表面上部，另一端连接挡板，并将挡板顶于密封圈上，使挡板除了受到由下向上的作用力外，均与密封圈紧贴且止回阀上方的水无法通过止回阀回流；

所述的止回阀下方连接有带孔采样管盖，柱状的采样管可拆卸式固定于带孔采样管盖中，且两者连接部设有第一硅胶密封垫片；采样管下方根据使用需求可拆卸式固定沉积物采集头、水样采集头和沉积物切片头；

所述的沉积物采集头为圆环状楔形结构，用于插入沉积物时减小阻力；

所述的水样采集头为中空管状，底部内壁上设有环形凸起，环形凸起上一侧通过合页铰接有圆形挡板，圆形挡板通过第四硅胶密封垫片与环形凸起接触，圆形挡板贴合第四硅胶密封垫片时，水样采集头中的水无法从底部流出；所述的圆形挡板上连接有提绳；

所述的沉积物切片头本体呈中空管状，本体下部通过旋转卡口连接有环形的旋转头，旋转头上通过钢丝卡口沿横截面的直径固定有一条细钢丝；

上闷头和下闷头根据使用需求可拆卸式固定于采样管两端，上闷头和下闷头与采样管接触部位分别设有第二硅胶密封垫片和第三硅胶密封垫片。

作为优选，所述的带孔采样管盖上设有环形穿绳孔；使用状态下，所述的提绳穿过环形穿绳孔并由使用者控制。

作为优选，所述的延长杆为中空管，并与止回阀内腔连通；当圆形挡板脱离第四硅胶密封垫片时，止回阀内腔与采样管连通；所述的止回阀与延长杆连接部上设有排水孔，用于排出延长杆内部积水。

作为优选，还包括活塞推杆，所述的活塞推杆包括刻度杆、手柄托和橡胶滑块，刻度杆顶部固定有手柄托，底部连接橡胶滑块，所述的橡胶滑块横截面为圆形，且直径等于或略大于采样管内径。

作为优选，所述的可拆卸式固定均为螺纹连接。

作为优选，所述的延长杆为可拆卸式连接的多段式杆体。

本发明的另一目的在于提供一种使用所述装置的浅水沉积物和水样采集方法，步骤如下：

浅水沉积物采集方法：在采样管下端连接沉积物采集头，沉积物采集头尖锐面朝下，将安装上沉积物采集头的采样管竖直插入水体底部沉积物至指定深度，当沉积物充满采样管，上提延长杆，延长杆内的积水通过排水孔排出；取下沉积物采集头；

当无需立即取出沉积物样品时，取下沉积物采集头，用上闷头和下闷头密封采样管两端后，将采样管置于保存容器中；当需要取出沉积物样品时，取出上闷头和下闷头，在采样管下端连接沉积物切片头，利用活塞推杆将采样管中的沉积物推出预定长度后，旋转沉积物切片头中的旋转头，利用细钢丝切断沉积物样品；再利用活塞推杆和旋转头重复进行样品切割；

水样采集方法：在采样管下端连接水样采集头后，拉紧提绳使圆形挡板贴合第四硅胶密封垫片，再将水样采集头下沉至预设水深，松开提绳使圆形挡板脱离第四硅胶密封垫片，静置或晃动一定时间后，拉动提绳使圆形挡板贴合第四硅胶密封垫片，上提延长杆将水样采集头拉出水面，再将水样采集头中的水样进行收集。

发明与现有技术相比具有的有益效果：1)浅水沉积物及水样采集装置上端通过延长杆增加长度，解决了人工采样需要进入水体的难点。

2)设计止回阀，采集沉积物时，提升采样管的过程中止回阀截住液体，使采样管内形成负压，避免了上提采样管时沉积物的滑落；同时也使中空的延长杆杆体中的积水直接通过排水孔排出，防止回流冲击沉积物样品或水样。

3)特殊设计水样采集头，采样时，拉紧提绳扣紧圆形挡板，使采样头下端封闭，避免了上提采样管时不同层位水样之间的污染，实现了分层采样功能。

4)设计活塞推杆与沉积物切片头，用于对沉积物样品分层切割，可有效获得不同层次的沉积物样品并且避免样品互混造成的污染。

附图说明

图1是浅水沉积物及水样采集装置结构示意图(连接沉积物采集头状态)。

图2(a)是本发明采样管结构示意图，图2(b)是本发明上闷头和下闷头结构示意图，图2(c)是本发明活塞推杆结构示意图。

图3是本发明的止回阀剖面图。

图4是本发明的水样采集头剖面图。

图5是本发明的沉积物切片头剖面图和俯视图。

图中：采样管1、带孔采样管盖2、活塞推杆3、上闷头4、下闷头5、止回阀6、延长杆7、沉积物采集头8、水样采集头9、沉积物切片头10、环形穿绳孔11、第一硅胶密封垫片12、第二硅胶密封垫片13、第三硅胶密封垫片14、刻度杆15、手柄托16、橡胶滑块17、挡板18、弹簧19、密封圈20、托杆21、排水孔22、圆形挡板23、合页24、第四硅胶密封垫片25、提绳26、旋转卡口27、旋转头28、细钢丝29、钢丝卡口30。

具体实施方式

如图1、2(a)、2(b)、2(c)、3、4和5所示，沉积物及水样采集装置包括采样管1、带孔采样管盖2、活塞推杆3、上闷头4、下闷头5、止回阀6、延长杆7、沉积物采集头8、水样采集头9和沉积物切片头10。其中，带孔采样管盖2包括环形穿绳孔11、第一硅胶密封垫片12；上闷头4内置第二硅胶密封垫片13，下闷头5内置第三硅胶密封垫片14；活塞推杆3包括刻度杆15、手柄托16、橡胶滑块17；止回阀6包括挡板18、弹簧19、密封圈20、托杆21、排水孔22，下部内侧攻有内螺纹，上部外侧攻有外螺纹；水样采集头9包括圆形挡板23、合页24、第四硅胶密封垫片25和提绳26，上端内部攻有内螺纹；沉积物切片头10包括旋转卡口27、旋转头28，上端内部攻有内螺纹，旋转头上通过钢丝卡口30固定细钢丝29。

浅水沉积物和水样采集装置各部件的具体连接方式如下：

所述的止回阀6上端与所述的延长杆7相连，内部垂直固定有托杆21，托杆21外部环绕有弹簧19，止回阀6下部内沿环绕有密封圈20，弹簧19一端支撑于止回阀6内表面上部，另一端连接挡板18，并将挡板18顶于密封圈20上，使挡板18除了受到由下向上的作用力外，均与密封圈20紧贴且止回阀6上方的水无法通过止回阀6回流；

所述的止回阀6下方连接有带孔采样管盖2，柱状的采样管1可拆卸式固定于带孔采样管盖2中，且两者连接部设有第一硅胶密封垫片12；采样管1下方根据使用需求可拆卸式固定沉积物采集头8、水样采集头9和沉积物切片头10。带孔采样管盖2上设有环形穿绳孔11；使用状态下，所述的提绳26穿过环形穿绳孔11并由使用者控制。

所述的沉积物采集头8为圆环状楔形结构，用于插入沉积物时减小阻力。

所述的水样采集头9为中空管状，底部内壁上设有环形凸起，环形凸起上一侧通过合页24铰接有圆形挡板23，圆形挡板23通过第四硅胶密封垫片25与环形凸起接触，圆形挡板23贴合第四硅胶密封垫片25时，水样采集头9中的水无法从底部流出；所述的圆形挡板23上连接有提绳26。

所述的沉积物切片头10本体呈中空管状，本体下部通过旋转卡口27连接有环形的旋转头28，旋转头28上通过钢丝卡口30沿横截面的直径固定有一条细钢丝29。

上闷头4和下闷头5根据使用需求可拆卸式固定于采样管1两端，上闷头4和下闷头5与采样管1接触部位分别设有第二硅胶密封垫片13和第三硅胶密封垫片14。

延长杆7为中空管，并与止回阀6内腔连通；当圆形挡板23脱离第四硅胶密封垫片25时，止回阀6内腔与采样管1连通；所述的止回阀6与延长杆7连接部上设有排水孔22，用于排出延长杆7内部积水。

上述装置中还可以配套设置活塞推杆3，活塞推杆3包括刻度杆15、手柄托16和橡胶滑块17，刻度杆15顶部固定有手柄托16，底部连接橡胶滑块17，所述的橡胶滑块17横截面为圆形，且直径等于或略大于采样管1内径。

上述各部件中，可拆卸式可选择不同方式，但考虑到使用简便性，优选为螺纹连接。同时，延长杆7优选为可拆卸式连接的多段式杆体，以便于调整长度。

一种使用所述装置的浅水沉积物和水样采集方法，步骤如下：

浅水沉积物采集方法：在采样管1下端连接沉积物采集头8，沉积物采集头8尖锐面朝下，将安装上沉积物采集头8的采样管1竖直插入水体底部沉积物至指定深度，当沉积物充满采样管1，上提延长杆7，延长杆7内的积水通过排水孔22排出；取下沉积物采集头8；

当无需立即取出沉积物样品时，取下沉积物采集头8，用上闷头4和下闷头5密封采样管1两端后，将采样管1置于保存容器中；当需要取出沉积物样品时，取出上闷头4和下闷头5，在采样管1下端连接沉积物切片头10，推动活塞将沉积物推出采样管1，每推出指定长度即拧转旋转头28一周将沉积物切段分装，用于后续实验。

浅水水体水样采集方法：首先，采样管1采样管1上端螺纹处拧上带孔采样管盖2，下端螺纹处拧上水样采集头9，提绳26通过带孔采样管盖2上的环形穿绳孔11手持，水样采集头9朝下，带孔采样管盖2上端螺纹连接口拧上止回阀6，并在止回阀6上端螺纹处拧上延长杆7，延长杆7可根据实际需要选择安装长度，拉紧提绳26并将安装上水样采集头9的采样管1竖直插入水体至指定深度，松开提绳26此时水样充满采样管1，并且止回阀6允许液体通过并从排水孔22排出，拉紧提绳26，上提采样装置，此时，止回阀6闭合，水样随采样管1被提出；然后，打开圆形挡板23将水样倒入指定容器，运输至实验室。

上述各部件的形状和尺寸可以具体设计如下，以便于更方便地使用：采样管1为圆筒形，外径为60～100mm，壁厚为2～4mm，长度为600～1000mm，材质为不锈钢管。所述的带孔采样管盖2主体为圆筒形，其内径与采样管外径的差值为1～2mm，壁厚为4～6mm，顶盖的中部通过螺纹连接止回阀6，连接口外径20mm，材质为不锈钢。所述的止回阀阀体为不锈钢材质，下端与带孔采样管盖通过螺纹连接，连接口内径20mm，内部挡板18为铝合金材质，上部设排水孔22，直径为5mm，顶部通过螺纹连接延长杆7。所述的活塞推杆3为圆柱长杆，材质为不锈钢，横截面直径10mm，长度为600mm～1000mm，侧面有刻度可计长度，顶部通过螺纹连接手柄托16，下端固定有橡胶滑块17。所述的延长杆7为圆柱形不锈钢管，长度为500mm，外径为20mm，壁厚4mm，上端攻有外螺纹，下端攻有内螺纹，可依次通过螺纹连接。所述的沉积物采集头8为圆筒形，外径60～100mm，上部内侧攻有内螺纹，下部纵向截面为倒三角形结构，上部壁厚4mm，下端壁厚1mm，材质为不锈钢。所述的水样采集头9外径60～100mm，壁厚4mm，挡板为直径60～100mm圆形不锈钢片，厚度为2mm。所述的沉积物切片头10为圆筒形，外径60～100mm，壁厚4mm，所嵌细钢丝29直径1mm。

以上所述的实施例只是本发明的一种较佳的方案，然其并非用以限制本发明。有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型。因此凡采取等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围内。