專利名稱：一種沉積物孔隙水的野外原位分層采集裝置的制作方法
技術領域：
:本發(fā)明涉及I種沉積物孔隙水采樣的方法，特別涉及用多孔陶瓷管獲取沉積物孔隙水的野外原位分層采樣裝置。
背景技術：
:沉積物是流域來水攜帶顆粒在水底沉積而成，不同層次沉積物的污染物質含量與流域環(huán)境的污染程度密切相關，沉積物既可以是水體污染物的匯，也可能成為水體污染源?？紫端环矫孀鳛槌练e物中的液相組分與固相存在著溶解/沉淀、吸附/解吸附等物質平衡，另一方面通過濃度擴散和紊流等方式影響上覆水體的水質。根據界面擴散雙層模型，利用水-沉積物界面孔隙水濃度梯度變化可以計算出沉積物通過孔隙水向上層水體釋放的污染物通量，因此，水沉積物界面孔隙水的分層準確獲取對于孔隙水剖面變化的研究有決定性意義。由于水中溶解氧在水-沉積物界面的擴散受到沉積物顆粒的阻礙和有機質等的消耗，沉積物內部由表層的氧化態(tài)過渡為還原態(tài)，這種氧化還原狀態(tài)的改變極大的影響著沉積物與孔隙水中溶解物質的平衡。孔隙水采集過程中需要避免沉積物與空氣接觸，以防氧化還原狀態(tài)條件改變引起孔隙水中溶解物質與沉積物的平衡改變。目前沉積物孔隙水的采集方法分為兩類，一種是破壞性采樣，即非原位的孔隙水提取，主要通過壓榨，離心和真空抽濾等手段進行。此類采樣方法會導致土壤理化性狀改變，測定數據與實際情況不能完全符合。一種是野外原位采樣，包括透析膜平衡取樣器和多孔陶瓷管取樣設備。透析膜平衡取樣器需要提前埋入沉積物中平衡一段時間，此種方法需要在采樣點有標識，且受平衡時間制約較大。多孔陶瓷管是依托自重力沉積物采樣器采取的管狀沉積物柱，將多孔陶瓷管插入沉積物采樣柱，利用陶瓷管內部形成低壓，使沉積物中孔隙水在以陶瓷管內部低壓為中心的水勢作用下向陶瓷管滲流。這個方法依托自重力沉積物采樣器，可以根據研究需求改造采樣管，獲得不同分辨尺度的原位沉積物孔隙水。然而它的問題在于我們無法確定負壓形成的孔隙水滲流中多少直徑范圍內的沉積物孔隙水進入陶瓷管采樣器。在陶瓷管內部壓力不同和沉積物孔隙結構不同的情況下，沉積物中更容易出現某些方向上的優(yōu)先流，致使我們使獲得的孔隙水不是某一確定深度的孔隙水，導致孔隙水物質剖面失真。另外，I根陶瓷管(外徑5mm、長度5cm)周圍8mm直徑范圍內沉積物(按照沉積物含水量為80%，孔隙水獲取效率為60%計算)孔隙水僅為0.7mL，樣品量過少無法滿足孔隙水多個化學指標(ICP-mass需要lmL，離子色譜需要ImL)分析的需要。本發(fā)明主要解決用多孔陶瓷管野外原位獲取沉積物孔隙水時孔隙水范圍不確定和樣品量過少的問題
發(fā)明內容
:本發(fā)明沉積物孔隙水的野外原位分層采集裝置，用于解決多孔陶瓷管野外原位獲取沉積物孔隙水范圍不確定和樣品量過少的問題。
核心技術方案:沉積物采樣管:在透明沉積物采樣管的2個垂直方向上打對穿孔，每個方向上打η排孔，排與排的間隔根據孔隙水剖面所需的分辨率確定?？讖胶兔颗趴椎膫€數根據分析所需的孔隙水樣品量確定，每排內各穿孔間相互平行。選擇不同方向打對穿孔，主要是避免某一方向打孔過于密集引起采樣管機械強度降低，同時可以增加每個孔取樣時的操作空間?？紫端秶缍ü?帶活塞的薄壁塑料管，外徑與沉積物采樣管打孔的孔徑相同。多孔陶瓷管的負壓僅能在塑料管內沉積物中形成滲流，采集孔隙水范圍界定管內的孔隙水。塑料管的壁薄可以盡量少的擾動沉積物。固定器:包含可調距離的支桿，帶橡膠圈的鋼箍，多孔架。多孔架架上的孔徑可固定孔隙水范圍界定管活塞桿，多孔架的孔的數量和位置與沉積物采樣管的I個方向上的孔完全對應，共為η排?？紫端闉V裝置:多孔陶瓷管，真空樣品瓶。


:圖1是沉積物采樣管的正視圖和左視圖。圖2是沉積物孔隙水的野外原位分層采集裝置的A-A剖面圖。圖3是沉積物孔隙水的野外原位分層采集裝置的B-B剖面圖。圖4是沉積物孔隙水的野外原位分層采集裝置的俯視圖。圖5是孔隙水抽濾裝置示意圖。圖中:1-沉積物采樣管，2-孔隙水范圍界定管，2 (I)-薄壁塑料管，2 (2)-活塞桿，3-固定器，3 (I)-可調距離支桿，3 (2)-可調內徑橡膠圈，3 (3)-多孔架，4-孔隙水抽濾裝置，4(I)-多孔陶瓷管，4(2)-真空樣品瓶。
具體實施方式
:1.如圖1所示，用塑料防水膠帶將沉積物采樣管的孔封上，將沉積物采樣管裝在自重力沉積物采樣器上采集沉積物，沉積物采樣管提出水面后將采樣管的底部封上，防止沉積物移動。2.如圖3、圖4所示，安置固定器和孔隙水范圍界定管。將可調內徑的橡膠圈3(1)箍到沉積物采樣管I上，通過支桿3(2)螺絲調節(jié)固定板3到沉積物采樣管I的距離，從水-沉積物界面以上一定距離的位置開始將孔隙水范圍界定管2的活塞桿2(2)卡入固定器多孔架3上的小孔，孔隙水范圍界定管另一端對準沉積物采樣管上的排孔。3.如圖5所示，刺破沉積物采樣管上的防水膠帶，拉動孔隙水范圍界定管的外管2(1)穿過沉積物采樣管孔，直至對面孔位置停止；用多孔陶瓷管4(I)刺破對面孔處防水膠帶插入孔隙水范圍界定管內部沉積物，陶瓷管末端連接真空樣品瓶4(2)，等待孔隙水范圍界定管內沉積物中的孔隙水在負壓下自流到真空樣品瓶中。4.將同一排孔連接的真空樣品瓶中的樣品混勻，作為該層孔隙水的最終樣品用于各種化學分析。
權利要求
1.沉積物孔隙水的野外原位分層采集裝置，其特征包括:沉積物采樣管、孔隙水范圍界定管、固定器、多孔陶瓷管、真空樣品瓶。
2.根據權利I要求，沉積物采樣管每排孔的個數和孔徑由所需孔隙水樣品量決定，各排孔之間的間隔由所需孔隙水分層間隔決定。
3.根據權利I及權利2要求，固定器與沉積物采樣管孔相對應，固定孔隙水范圍界定管。
4.根據權利I及權利3要求，從孔隙水范圍界定管對面孔插入多孔陶瓷管，陶瓷管另一端連接真空樣品瓶。
5.根據權利1、權利2及權利3要求，同一排真空樣品瓶中的樣品混合后作為該層沉積物孔隙水。
全文摘要
本發(fā)明公開了1種沉積物孔隙水的野外原位分層采集裝置，該裝置用于采取沉積物孔隙水，解決野外原位獲取沉積物孔隙水中的多孔陶瓷管吸取范圍不確定和樣品量過少問題。該裝置包括沉積物采樣管、孔隙水范圍界定管、固定器、孔隙水抽濾裝置。通過孔隙水范圍界定管精確控制孔隙水的分層，通過調節(jié)沉積物采樣管的孔數量和孔徑大小達到所需孔隙水樣品量。
文檔編號G01N1/16GK103105317SQ20111035452
公開日2013年5月15日 申請日期2011年11月10日 優(yōu)先權日2011年11月10日
發(fā)明者張洪, 溫勝芳, 單保慶, 孔學紅 申請人:中國科學院生態(tài)環(huán)境研究中心