[发明专利]一种沉积物剖面孔隙水中溶解态Fe(II)和S(-II)的原位检测装置及其应用

说明书

本发明公开了一种沉积物剖面孔隙水中溶解态Fe(II)和S(‑II)的原位检测装置及其应用，包括一外壳、一凝胶富集显色单元、一图像采集单元和一控制单元。本发明采用凝胶技术对沉积物剖面孔隙水中的Fe(II)和S(‑II)进行原位富集并显色，利用小型集成化的剖面成像仪原位获取并保存凝胶的显色图像，回实验室分析图像即可得到Fe(II)和S(‑II)的浓度数据。本发明方便、快捷、规避了采样和样品处理过程中可能出现的样品被污染及Fe(II)和S(‑II)被氧化等诸多问题，具有良好的应用前景，实现了沉积物剖面孔隙水中Fe(II)和S(‑II)的原位检测。

技术领域

本发明属于环境监测技术领域，具体涉及一种沉积物剖面孔隙水中溶解态Fe(II)和S(-II)的原位检测装置及其应用。

背景技术

沉积物孔隙水是沉积物与上覆水进行物质交换的重要场所和媒介，富含多种与生物地球化学循环和生物活动密切相关的重要元素，其中最主要的是铁和硫。前者在植物的呼吸、固氮和光合过程中起关键作用，后者参与蛋白质和维生素的合成。二者在沉积物孔隙水中主要以还原态即Fe(II)和S(-II)的形式存在。测定沉积物孔隙水中Fe(II)和S(-II)的常规方法为异位分析法，即采样后带回实验室进行分析。该法的最大不足是在采样、运输和处理过程中易造成Fe(II)和S(-II)的氧化。因此，发展能够现场富集采样和测定的原位分析方法对于沉积物孔隙水中铁和硫的生物地球化学研究具有重要意义。然而，现有的原位分析方法及应用仍局限于原位富集或实验室试验，未有真正意义上的能用于现场的原位分析方法。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术缺陷，提供一种沉积物剖面孔隙水中溶解态Fe(II)和S(-II)的原位检测装置。

本发明的另一目的在于提供一种沉积物剖面孔隙水中溶解态Fe(II)和S(-II)的检测方法。

本发明的原理为：结合凝胶显色技术及成像技术，通过负载有显色剂的凝胶片对沉积物剖面孔隙水中Fe(II)和S(-II)进行原位富集并显色，利用小型图像传感器原位获取并保存显色图像，以图像处理软件得到图像像素点灰度值，最后依据校正曲线计算出目标物的浓度分布。

本发明的技术方案如下：

一种沉积物剖面孔隙水中溶解态Fe(II)和S(-II)的原位检测装置，包括一外壳、一凝胶富集显色单元、一图像采集单元和一控制单元，其中，

外壳，包括一具有上开口的下壳体和一上盖，上盖密封盖设于下壳体的上开口上，下壳体的下端设有一尖端朝下的楔形插入件；

凝胶富集显色单元包括一凝胶夹持机构和夹持在该凝胶夹持机构中的一富集凝胶，该富集凝胶由一聚醚砜过滤膜、一扩散相凝胶和一富集相凝胶依次层叠而成，其中富集相凝胶中负载有能够与溶解态Fe(II)和S(-II)发生反应并显色的显色剂；

图像采集单元包括一扫描组件、一步进电机、一同步带直线传动机构和二限位开关，扫描组件设于同步带直线传动机构的同步带上，步进电机通过该同步带直线传动机构带动扫描组件位移，二限位开关设于扫描组件的位移方向的两侧并与步进电机电连接，该扫描组件的图像传感器为线阵CCD传感器，且设有用于存储线阵CCD传感器所获得的图像的存储介质；

凝胶富集显色单元的凝胶加持机构设于下壳体的侧壁上，图像采集单元设于下壳体内，其扫描组件的线阵CCD传感器正对上述侧壁以扫描凝胶夹持机构中的富集凝胶的图像并将该图像直接存储于上述存储介质中，控制单元与扫描组件、步进电机和二限位开关均防水电连接以控制步进电机的开启、扫描组件的扫描间隔和扫描组件的位移行程。

在本发明的一个优选实施方案中，所述下壳体包括通过一隔板相间隔的一上腔体和一下腔体，所述上开口设于上腔体，所述步进电机和相应的线缆设于上腔体内，所述扫描组件、同步带直线传动机构和二限位开关设于下腔体内。