一种沉积物间隙水营养盐的原位采样装置的制作方法

本实用新型涉及一种沉积物采样装置，特别是涉及一种沉积物间隙水营养盐的原位采样装置，能准确获取沉积物间隙水营养盐浓度高时间分辨率的变化信息，适用于沉积物污染评价领域。

背景技术：

我国目前湖泊、河流等淡水水体富营养化问题严重。五大淡水湖鄱阳湖、洞庭湖、太湖、洪泽湖和巢湖均处于水体富营养化蓝藻频繁暴发的状态；而河流水体，尤其是城市河道水体富营养化问题突出，河道水体黑臭现象普遍存在。淡水水体的受污严重威胁整个淡水生态系统的健康稳定，甚至对人体健康构成严重的威胁。而底泥沉积物作为水体污染物的源和汇，在外源输入降低的情况下，沉积物内源释放可使得水体持续富营养化10-15年。因此，准确获取沉积物间隙水中营养盐浓度的变化信息，明确内源释放量，对于水体富营养化的预警预报极其重要。

传统的沉积物间隙水采集方法包括离心法和压榨法，不可避免的破坏沉积物原本结构，在取样过程中容易将样品暴露在空气中，改变沉积物的性质，易造成采样误差。最近发展的透析技术可原位采样，有效地降低采样误差，比如：中国专利申请201110323121.6提出了“一种获取和保存沉积物间隙水样品的装置和方法”，包括主体和采样格室，所述主体上栅状分布一组水平凹槽，表面覆盖孔径0.45μm渗透膜，渗透膜四周由边框固定在主体上；凹槽内注满去离子水构成采样格室；所述采样格室长10-30mm、宽1mm，容积10-30μl，间隔1.0mm。将该装置垂直插入沉积物中，离子扩散平衡后取出，刺穿渗透膜后依次吸取采样格室内的间隙水样品供分析用。该发明的装置和方法获取间隙水样品的垂向分辨率为2mm，在沉积物中的平衡时间仅为1-3天。虽然该技术可以做到高空间分辨率(2mm)，但是其无法实现高时间分辨率(如小时尺度)重复采样。因此，如何在高空间分辨率的条件下实现重复采样，是该技术发展的瓶颈。

技术实现要素：

本实用新型的目的是提供一种沉积物间隙水的原位高时间分辨率采样装置，解决高空间分辨率的条件下重复采样的技术问题，可原位高时间分辨率采集沉积物不同深度间隙水样品，适用于湖泊、湿地及河流沉积物的污染评价。

本实用新型的上述目的通过以下技术方案实现的：

一种沉积物间隙水营养盐的原位采样装置，其特征在于：包括采集沉积物的有机玻璃采样管，底部由橡胶塞密封，所述的采样管管壁上开设一组不同高度的小孔，任一所述的小孔中水平插入一根rhizon间隙水采集器并由防水材料密封，rhizon间隙水采集器的末端连接注射器；所述的采样管内至少包括以下一组插入的rhizon间隙水采集器，以沉积物-水界面为基准，分别位于沉积物-水界面或以下0cm、0.5cm、1cm、2cm、5cm和10cm。

其中，所述的rhizon间隙水采集器由三部分组成：前端为白色多孔亲水性滤膜组成的取样头，中间为无色透明延长管(材质为pe/pvc管)、末端为阳性鲁尔接头用于连接注射器。

本实用新型的原理为：采样管原位采集沉积物间隙水样后，沉积物间隙水可自由扩散至rhizon中，维持扩散平衡，平衡后抽取少量间隙水进行分析获取间隙水中营养盐的浓度信息，待下一次平衡后(3小时后可恢复)再进行间隙水采集，实现同一位置间隙水的高时间分辨率采样。

优选地，所述的采样管采用聚甲基丙烯酸甲酯有机玻璃管，推荐的尺寸高度30～50cm，内径≥9cm。

所述装置获取间隙水的垂直分辨率至少可以达到沉积物-水界面以下0.5cm、1cm、2cm、5cm和10cm。当采样体积为1ml时，可高时间分辨率(每3小时)重复采样。结合酶标仪(每个指标分析只需要200μl)可原位获取沉积物间隙水中氮、磷、铁和硫等营养盐浓度的高时间分辨率变化信息。

本实用新型的有益效果为：(1)对沉积物无破坏，可重复采集间隙水样品。传统的离心和压榨法在采集间隙水样品时对沉积物进行分层或挤压，破坏沉积物原有结构，只能进行一次性采样，无法重复获取间隙水样品。而中国专利申请201110323121.6的装置虽然可以进行原位采样，但是短时间内不可能在相同的位置进行采样。本实用新型采用在沉积物中埋藏rhizon的方法，有效地解决该问题，在没有破坏沉积物的前提下，可在同一位置重复采样间隙水样品。(2)时间分辨率高，可在小时尺度上获取沉积物间隙水营养盐的浓度变化信息。对于沉积物间隙水的普遍采样方法在采样过程中对沉积物都有不同程度的破坏，因此无法过道重复采样。本实用新型不但能做到重复采样，而且时空分辨率极高，空间分辨率至少为0.5cm，还可以增设间隙水采集器进一步提高空间分辨率，时间分辨率可做到每3小时采样。对于沉积物间隙水的每3小时采样达到目前最高的时间分辨率。

附图说明

图1是本实用新型的沉积物间隙水营养盐的原位采样装置的结构示意图。

图2是本实用新型每3小时采样对沉积物间隙水中溶解态磷和溶解态亚铁的影响图。

具体实施方式

下面对本实用新型的具体实施方式进行详细说明，但是需要指出的是，本实用新型的保护范围并不受这些具体实施方式的限制，而是由权利要求书来确定。

下面结合附图进一步说明本实用新型的沉积物间隙水营养盐的原位采样装置及其工作原理。如图1，一种沉积物间隙水营养盐的原位高时间分辨率采样装置，包括有机玻璃采样管1，用于采集间隙水样品的rhizon间隙水采集器3，用于收集间隙水样品的注射器4，橡胶塞6。采样管1内包含上覆水体2和原位沉积物5。

所述的采样管1用于采集沉积物，为有机玻璃管，高50cm、内径为9cm，底部为锥形橡胶塞6，上圆直径8.5cm，下圆直径11cm；采样管1管壁上开设一组不同高度的小孔，以沉积物-水界面为基准，分别位于沉积物-水界面以下0cm、0.5cm、1cm、2cm、5cm和10cm，每个小孔中水平插入一根rhizon间隙水采集器3并由防水材料密封，rhizon间隙水采集器3的末端连接10ml注射器4。

所述的rhizon间隙水采集器3由三部分组成：前端为白色多孔亲水性滤膜组成的取样头(直径2.5mm，平均孔径0.15μm，内有加固丝，长5cm)，中间为无色透明延长管(材质为pe/pvc管)、末端为阳性鲁尔接头用于连接注射器4。

采用所述的装置，以采样管原位在湖泊或者河流中采集原状沉积物，沉积物深度约20cm，上覆水柱高约10cm，底部用橡胶塞子塞紧，并用防水胶带粘紧，防止沉积物及上覆水泄露。在沉积物-上覆水面0cm、沉积物-上覆水界面以下0.5cm、1cm、2cm、5cm和10cm处用电钻分别钻直径为3mm的孔，每个孔中水平插入一根rhizon间隙水采集器，插入rhizon间隙水采集器后用防水的硅胶粘好，避免间隙水泄露，装置组装完成后稳定1-2天，等待防水硅胶干燥。采集间隙水样品时，首先把rhizon间隙水采集器末端的阳性鲁尔接头帽子扭开，接上10ml的注射器，不同的位置可以同时采样。轻抽注射器，每根注射器采集1ml左右样品，同时获取0cm、0.5cm、1cm、2cm、5cm和10cm处间隙水溶解态样品，结合酶标仪可测定间隙水中溶解态氮、磷和铁等营养盐的浓度信息。

由于采集样品体积小至1ml，每次采样后3小时沉积物可恢复到原来的水平可进行下一次采样。图2为每3小时采样对沉积物间隙水中溶解态磷和溶解态亚铁浓度的影响，可知：无论是沉积物-水界面以下5cm还是10cm，每3小时采样对间隙水中的溶解态磷和溶解态亚铁的浓度几乎没有影响，浓度曲线比较平稳，没有太大的波动。因此，本实用新型可实现沉积物间隙水的高时间分辨率采样。