[发明专利]一种高分辨测定孔隙水自由溶解态污染物浓度被动采样器

说明书

技术领域：

本发明涉及一种测定沉积物孔隙水污染物浓度的被动采样装置，特别是能够获取沉积物 孔隙水垂向高分辨率自由溶解态污染物浓度的剖面曲线。

背景技术：

水体沉积物是水环境中各种污染物的主要蓄积库，对上覆水同时扮演着污染物“源”和 “汇”的功能。进入水环境的污染物可以被水体中颗粒物络合、吸附、絮凝并最终沉降在沉 积物中，当水体环境条件(如沉积物-水界面污染物浓度梯度、溶氧水平、水动力学条件)发 生改变，这些污染物就会从沉积物中重新释放出来进而引起上覆水体的“二次污染”。沉积物 中污染物以孔隙水作为传输媒介，通过表面扩散层向上覆水体迁移、扩散，进而影响上覆水 水质。过多沉积物孔隙水中营养盐释放会在一定程度上加速水体的富营养化，而孔隙水中重 金属及疏水性有机污染物由于具有难降解、生物富集和生物放大等作用而对水生态系统健康 产生有较大的危害。因此，测定沉积物孔隙水中污染物垂向浓度分布对沉积物-水界面扩散通 量计算、准确评估内源污染风险以及实施沉积物修复具有重要意义。

长期以来，沉积物污染物的环境风险评价大都是基于沉积物中污染物总浓度进行的。而 污染物的自由溶解态浓度是反映污染物生物有效性的关键参数。这一参数对于科学评价污染 物环境风险具有重要意义。沉积物孔隙水中自由溶解态污染物浓度被认为大部分可以被直接 被底泥中底栖生物所利用，并通过食物链的传递对人类健康构成威胁。因此，准确测定沉积 物孔隙水中的自由溶解态污染物浓度能用以正确地评估水环境中污染物的迁移特征和生态风 险。目前现有获取沉积物孔隙水中自由溶解态污染物浓度多为主动采样方法(如液液萃取、 固相萃取等)，该类别方法对污染物的选择性差、实验工作量大且耗时长，同时获取的浓度只 能反映样品中污染物的瞬时浓度。而近些年发展的被动采样方法能将样品采集、目标物分离 与富集集成一体，不需要动力，降低了成本，获取污染物的浓度反映了目标物在水环境中时 间平均浓度，更具有代表性和针对性。现在最常用的测定沉积物孔隙水自由溶解态污染物浓 度的被动采样技术按照污染物类别以下几种，测定营养盐的透析装置(dialysispeepers)、测 定重金属的薄膜扩散平衡(diffusiveequilibriuminthin-films，DET)技术和薄膜扩散梯度 (diffusivegradientsinthin-films，DGT)技术，以及基于固相微萃取(solid-phase micro-extraction，SPME)发展的用于测定疏水性有机物浓度的聚合物涂层的纤维萃取头以及 具有吸附富集作用的聚乙烯被动采样装置等。通常这些被动采样装置对污染物具有选择性(即 针对单一种类的污染物进行测定)，在“复合污染效应”研究趋势下，本发明设计一种被动 采样器，能原位同步获取沉积物孔隙水中沉积物-水界面的典型无机、有机污染物自由溶解态 浓度，并获取较高的垂向分辨率，为水界面通量定量计算、沉积物毒害风险评估、以及沉积 物修复效果评估等科学研究提供基础依据。

发明内容：

本发明研发了一种用于测定水体沉积物-水界面自由溶解态污染物浓度的被动采样器，将 被动采样装置原位置于沉积物-水界面，能同时获取垂向上高分辨率的无机污染物和有机污染 物自由溶解态浓度，为研究水体沉积物-水界面扩散通量计算、毒害风险及生物有效性评估提 供数据基础。

本发明由三个部分组成，被动采样装置支撑框架、无机污染物被动单元和有机污染物被 动采样单元。具体操作为，被动采样装置支撑框架呈“工”形，在两侧固定两面不锈钢钢板 形成凹槽。在原位放置前，分别利用固定螺丝将无机污染物被动采样单元和有机污染物被动 采样单元安装在支撑框架上。将整个系统保持竖直状态，利用本身的自重力结合底部楔形尖 端插入水体沉积物中。一段时间后，孔隙水中污染物由于扩散作用会与无机污染物被动采样 单元中达到平衡，而有机污染物会被有机被动采样单元中的低密度聚乙烯膜吸附富集。然后， 分层取出无机被动采样小瓶和有机被动采样膜，按照相应的方法进行处理，并测定其中的营 养盐、重金属及典型有机污染物等相关污染物指标，即可获得垂向上高分率的沉积物-水界面 自由溶解态污染物浓度。