[发明专利]一种获取和保存沉积物间隙水样品的装置和方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种对湖泊和河流沉积物间隙水样品的快速获取和保存的装置和方法，适用于沉积物背景调查和沉积物污染评价等领域。

背景技术

随着人类生活水平的提高和工业化进程的不断发展，环境污染日益成为困扰人类社会发展的重大问题。其中，水体污染是一个较为突出的问题，而沉积物污染是重要起因。沉积物中累积了大量的污染物，当环境条件发生变化时，污染物从沉积物中释放到水体，对水体造成持续的、高强度的污染，威胁生态平衡和供水安全。沉积物间隙水作为溶解态部分，是反映沉积物变化的敏感指标。获取污染物在间隙水中的含量和垂直分布信息，是评价其污染水平、定量估算污染通量的重要资料。

对沉积物污染物信息的获取主要有主动和被动两种方式。主动方式是将沉积物取出后进行分析，沉积物性质遭到破坏，所得到的信息存在不同程度的失真。被动采样是原位获取沉积物中污染物信息，得到的信息反映沉积物的真实情况，因而更具科学性。

平衡式间隙水采样技术（Pore Water Equilibrators, Peeper）是一种应用较多的原位采样方法。该方法的原理是利用渗透膜将采样小室与沉积物隔开，采样小室溶液与间隙水中的离子通过渗透膜扩散达到平衡后，分析采样小室溶液样品即可获得间隙水的信息。基于平衡式间隙水采样技术，已设计开发的原位采样装置，通常以塑料制品为材料，通过渗透膜与玻璃板上的孔洞构成相对封闭的采样小室。装置放入沉积物后，间隙水离子向采样小室进行扩散，扩散达到平衡的时间取决于采样小室的深度，垂直分辨率则由采样小室宽度和间距控制。传统装置垂直分辨率一般为1cm，扩散时间需要20天以上。该技术特征已远远不能满足当前快速、高分辨率获取间隙水信息的要求。最近研发的一种微型间隙水扩散平衡装置（ZL 200810242606），已将该类型装置的尺寸微型化到极致，所获得的垂向分辨率为4mm，平衡时间仅需要24-48h，在快速、高分辨获取间隙水样品方面取得较大的进展。然而，该装置的空间分辨率在准确表征沉积物-水界面污染物分布特征时仍显不足。

利用扩散平衡装置获取间隙水时，间隙水样品的保存一直被人们忽略。绝大部分沉积物处于还原环境，造成间隙水中很多离子以还原态的形式存在，如绝大部分溶解态铁是以二价的形式存在。一旦间隙水样品被取出后接触空气，还原态的离子就会迅速被空气中的氧气氧化，如二价铁会迅速生成氧化铁沉淀，而生成的氧化铁沉淀又会吸附磷离子，造成间隙水样品中溶解态磷含量的变化。目前，利用间隙水平衡装置对间隙水样品获取技术的改进主要针对获取时间的缩短和空间分辨率的提高，如何采取合适的保存方法，避免间隙水样品接触空气被氧化，则没有相关报道。尤其在扩散平衡装置微型化的条件下，获取的间隙水样品量大大减少，如保存不当，间隙水样品的性质会发生根本性的变化，导致测定结果失真。如何在快速、高分辨获取沉积物间隙水样品的同时妥善保存间隙水样品，是该技术发展的瓶颈之一。

发明内容

本发明的目的在于提供了一种快速、高分辨获取和保存间隙水样品的装置和方法，所获得的间隙水样品可用于各种离子含量的分析，为评价沉积物污染状况提供可靠的依据。

本发明的上述目的通过如下技术方案加以实现：

一种获取和保存沉积物间隙水样品的装置，包括主体和采样格室，其特征在于，所述的主体上，自上而下栅状分布一组水平凹槽，表面覆盖孔径为0.45μm的渗透膜，渗透膜四周由边框固定在主体上；凹槽内注满去离子水，构成能自由渗透离子的采样格室；所述的采样格室长10-30mm、宽1mm，容积10-30μL，相邻凹槽间隔为1.0mm。

所述的主体优选采用塑料制成，如聚四氟乙烯或有机玻璃。

所述的渗透膜四周由边框固定。边框覆盖在渗透膜四周并固定在主体上，紧固后可将渗透膜固定在采样格室表面。边框的一种形式是采用矩形方框，并在边框四周和主体相应位置上开设小孔，边框压在渗透膜四周，用尼龙线穿孔系紧后，将渗透膜固定。边框还可以采用如渗透膜四周的压条等其它形式，或者由螺钉、弹簧夹等其它方式固定。

所述的主体上还可以设置手柄，方便取样操作。

本发明还涉及一种利用所述装置获取和保存沉积物间隙水样品的方法，采用的技术方案为：基于平衡式间隙水采样原理，将采样装置垂直插入沉积物中，间隙水中的离子通过渗透膜扩散进入采样格室，至采样格室与沉积物间隙水中的离子扩散达到平衡；取出采样装置，在隔绝空气的条件下，将采样格室内的间隙水样品冷却成冰，然后冷冻保存；分析前，将采样装置取出，在隔绝空气的条件下室温解冻，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。