海水中有机污染物富集装置及富集方法
【技术领域】
[0001]本发明属于海洋环境监测技术领域，具体地说，是涉及一种应用于海水水样前处理过程中，对海水水样中的有机污染物进行萃取富集的装置以及基于所述富集装置提出的有机污染物富集方法。
【背景技术】
[0002]海水中的持久性有机污染物(Persistent Organic Pollutants, POPs)，虽然绝对含量非常低(10 12?10 9g/L)，但不易降解，且具有“三致”毒性，而且其毒性还可以累积并通过食物链传递，因此会对海洋生态系统造成严重的威胁，已成为目前海洋环境污染问题研究的焦点之一。
[0003]由于海水样品中的POPs含量很低，而且基体复杂，因此在测定之前通常需要进行样品的预处理，以降低或者消除干扰物，富集净化目标物，最终实现目标污染物的高灵敏度检测。然而，传统的样品预处理技术在对海水样品进行处理时，通常存在以下问题:
(O目标污染物含量低，样品预处理需要消耗大量的样本溶液，耗时耗力，处理通量低；
(2)水体中杂质、海藻、浮游生物较多，一些常用的萃取方法(例如固相萃取SPE，固相微萃取SPME)难以直接实施；例如在使用传统的SPE萃取方法对复杂样品(含有悬浮物、浮游生物等)进行萃取的过程时，经常会遇到萃取柱堵塞等问题，从而影响了萃取过程的正常进行；
(3)缺乏采样现场高效预处理设备，一个调查采样航期一般比较长，特别是远洋调查，难以实现现场采样、现场分析。目前POPs含量调查均采用传统的采样-实验室分析方法，即现场采样一封装一转运一实验室预处理一实验室测定的处理流程。由于在样品处理前需要经过封装、运输、存储等过程，因此工作量大，实时性差，不能提供连续的数据；而且在采样和储运过程中，还可能造成样品的“沾污”和“转化”，导致检测结果的不准确。同时，由于样品的处理时间较长，因此不能快速地获得检测数据，难以实时反映海水的实际情况。
【发明内容】
[0004]本发明为了解决现有的海水污染物预处理方法工序繁琐、衔接性差、耗时耗力的问题，提出了一种快速、高效、易于应用的海水中有机污染物富集装置，可以大大缩短处理时间，提尚检测效率。
[0005]为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案予以实现:
一种海水中有机污染物富集装置，包括基座、自动进样系统、涡旋系统、样品瓶平移系统、搅拌转移系统和运动系统；其中，所述自动进样系统安装在基座上，吸取海水样品，并通过N路出样管排出，所述N为大于I的正整数；所述涡旋系统安装在基座上，包括用于固定试剂瓶的套筒以及用于使试剂瓶中的洗脱溶剂产生涡旋的涡旋部，所述套筒设置有N个，每一个套筒固定一个试剂瓶；所述样品瓶平移系统安装在基座上，且位于所述自动进样系统和涡旋系统之间，包括承载板和动力部，在所述承载板上形成有N个用于限位样品瓶的瓶座；在富集开始前，所述动力部驱动承载板平移，使N个样品瓶的瓶口与N个所述的出样管一一对应；所述搅拌转移系统位于所述样品瓶平移系统的上方，包括N个搅拌器和N个底部封闭的玻璃管，所述N个搅拌器用于对N个样品瓶中的海水样品进行搅拌；在每一个玻璃管中均安装有永磁铁，所述永磁铁通过提拉绳连接卷升机构，通过卷升机构带动永磁铁在玻璃管中升降；所述运动系统安装在基座上，包括横向滑架和纵向滑架，所述搅拌转移系统安装在横向滑架上，所述横向滑架带动搅拌转移系统中的搅拌器和玻璃管在样品瓶和试剂瓶之间移动；所述纵向滑架驱动横向滑架上下移动，以分别控制搅拌器伸入或者脱离样品瓶，玻璃管伸入或者脱离样品瓶或试剂瓶。
[0006]为了实现自动进样，在所述自动进样系统中还设置有用于伸入到待测的海水样品中的进样管；连通所述的进样管，用于过滤掉所述海水样品中的杂质的过滤器；连通所述的过滤器，并通过进样管吸取海水样品的蠕动栗；设置在过滤器与蠕动栗之间或者设置在蠕动栗与所述的N路出样管之间，通过控制电磁阀通断，以控制进样时间的电磁阀。
[0007]进一步的，在所述样品瓶平移系统的动力部中设置有步进电机、丝杆、丝杆螺母、支撑所述丝杆的轴承座和滑轨；所述丝杆联接步进电机，在步进电机的驱动下旋转；所述丝杆螺母安装在所述的丝杆上，并与所述的承载板固定连接，所述丝杆驱动丝杆螺母移动，继而带动承载板平移；所述滑轨沿平行于所述丝杆的方向布设，用于支撑所述的承载板，在所述滑轨上安装有滑块，所述滑块与承载板安装固定，支撑承载板沿滑轨平移。
[0008]进一步的，在所述搅拌转移系统中还包括为所述N个搅拌器的旋转提供动力的搅拌电机、连接所述搅拌电机并在搅拌电机的驱动下旋转的主同步轮以及N个从同步轮；在所述的N个从同步轮中，位于首位的从同步轮通过同步带连接主同步轮，在主同步轮的带动下旋转；相邻两个从同步轮通过同步带连接，传递动力；所述的N个从同步轮与N个搅拌器——对应连接，驱动N个搅拌器同步旋转。
[0009]又进一步的，在所述搅拌转移系统中还包括基板，安装在所述的横向滑架上，所述主同步轮、N个从同步轮和卷升机构安装在基板的上方，所述搅拌电机、搅拌器和玻璃管位于基板的下方。
[0010]作为所述卷升机构的一种优选设计方案，在所述卷升机构中设置有步进电机、连接步进电机的卷轴和支撑所述卷轴的轴承座，在所述卷轴上形成有N圈凹槽，每一圈凹槽中缠绕一根提拉绳，每一根提拉绳连接一组永磁铁，每一组永磁铁套装在一个所述的玻璃管中；在每一组永磁铁中均设置有4-6个球形永磁铁，所述4-6个球形永磁铁连成一串，形成多个吸附区。
[0011]进一步的，在所述运动系统中，其横向滑架和纵向滑架上分别安装有作为动力部件的步进电机和由步进电机驱动的传动机构；在所述横向滑架上设置有用于检测搅拌转移系统横向行走位置的左、中、右三个接近开关；在所述纵向滑架上设置有用于检测所述横向滑架垂直升降位置的上、中、下三个接近开关。
[0012]作为所述涡旋系统的一种优选设计方案，在所述涡旋系统中设置有N个涡旋部，分别与N个所述的套筒一一对应连接，在每一个所述的涡旋部中均设置有一根偏心轴，所述偏心轴的顶部通过偏心轴卡套连接所述套筒的底部，在所述偏心轴卡套的外侧安装有卡子，卡子上形成有耳板，耳板上挂接有弹簧，弹簧的另一端连接挂片，挂片安装在所述的基座上；所述偏心轴的底部连接同步轮，相邻两个祸旋部中的同步轮通过同步带传递动力，其中一个同步轮连接电机，通过电机提供动力。
[0013]为了实现自动控制，在所述富集装置中还设置有控制单元，连接所述的自动进样系统、样品瓶平移系统、搅拌转移系统、运动系统和涡旋系统，利用所述控制单元控制各系统中的电子部件动作，并接收反馈信号，例如所述接近开关反馈的检测信号等。
[0014]基于上述海水中有机污染物富集装置，本发明还提出了一种采用所述富集装置设计的有机污染物富集方法，包括以下步骤:
a、控制样品瓶平移系统和运动系统移动至初始位置，使搅拌器和玻璃管脱离样品瓶和试剂瓶，并使N个样品瓶的瓶口与N路出样管一一对准；称取定量的磁性萃取介质，倒入样品瓶中；
b、启动自动进样系统，抽取定量的海水样品，并通过N路出样管注入到N个样品瓶中； C、启动样品瓶平移系统向远离出样管的方向平移，并使样品瓶的瓶口正对搅拌器；然后，启动纵向滑架驱动横向滑架下移，将搅拌器伸入到样品瓶中；
d、驱动搅拌器旋转，使磁性萃取介质在海水样品中加速分散，吸附目标有机污染物，并在延时设定时间后，启动纵向滑架驱动横向滑架上移，使搅拌器脱离样品瓶；
e、启动横向滑架驱动搅拌转移单元移动，使玻璃管正对样品瓶的瓶口；然后，启动纵向滑架驱动横向滑架下移，将玻璃管下放至样品瓶中；
f、启动卷升机构下放永磁铁，将海水样品中的磁性萃取介质吸附到玻璃管的底部位置；然后，启动纵向滑架驱动横向滑架上移，使所述玻璃管脱离样品瓶；
g、启动横向滑架驱动搅拌转移单元移动，使玻璃管正对试剂瓶的瓶口；然后，启动纵向滑架驱动横向滑架下移，将玻璃管伸入到试剂瓶中；
h、启动卷升机构提升永磁铁，使磁性萃取介质脱离玻璃管，分散到试剂瓶中；
1、启动纵向滑架驱动横向滑架上移，将玻璃管脱离试剂瓶；然后，启动涡旋部运行，使磁性萃取介质在试剂瓶中的洗脱溶剂中涡旋分散；
j、启动纵向滑架驱动横向滑架下移，将玻璃管伸入到试剂瓶中；然后，启动卷升机构下放永磁铁，吸附洗脱溶剂中的磁性萃取介质；
k、启动纵向滑架驱动横向滑架上移，将玻璃管脱离试剂瓶；然后，启动卷升机构提升永磁铁，使磁性萃取介质脱离玻璃管并进行收集；此时，在试剂瓶中形成富集有目标有机污染物的制备溶剂。
[0015]优选的，在所述步骤i中，首先启动涡旋部低速运行，使磁性萃取介质完全脱离玻璃管；然后，启动纵向滑架驱动横向滑架上移，将玻璃管脱离试剂瓶；接着，启动涡旋部高速运行，使目标有机污染物分散到洗脱溶剂中。
[0016]与现有技术相比，本发明的优点和积极效果是:本发明专门针对海水中痕量持久性有机污染物设计富集装置