[发明专利]一种用于原位富集水体中磷酸盐的采样装置及采样方法

说明书

本发明公开了一种用于原位富集水体中磷酸盐的采样装置及采样方法，采样装置包括圆筒形采样容器，采样容器内填充有大孔型强碱性苯乙烯系阴离子交换树脂，采样容器的筒顶和筒底上均形成有筛孔型通道；采样容器的进水端连接有进水仓，进水仓通过进水接头连接有蠕动泵。采样方法基于前述的采样装置实施，并将采样装置置于岸上实施，并能实现24小时连续富集超过1000L水样的磷酸盐。本发明的有益效果是，采样装置磷酸盐富集能力强、结构紧凑、重量轻，且可置于岸上使用，采样操作方便。采样方法基于前述采样装置执行，可获得高浓度、较高纯度的磷酸盐溶液样本，再经过后续的纯化处理可以实现高纯度Ag₃PO₄的制备，为氧同位素检测结果的准确性提供了保障。

技术领域

本发明涉及一种水体中磷酸盐采样技术，具体涉及一种用于原位富集水体中磷酸盐的采样装置及采样方法。

背景技术

20世纪以来，伴随着经济、工农业迅猛发展，人类活动使水环境资源遇到一系列的问题，其中水体富营养化问题尤为突出。其中，磷酸盐是引起湖泊、河流、水库等区域水体富营养化的关键性污染物质。水体磷酸盐来源既包含工农业废水、生活污水、地表径流以及大气干湿沉降等外源性输入，也包含内源性的生物残体降解、沉积物磷释放等。磷酸盐输入进湖泊水体后，发生一系列的迁移转化如吸附/解吸、沉淀/溶解、动植物吸收/转移/释放等，又通过出湖河流径流输出以及人工捕捞、植物收割等途径输出。不同磷酸盐来源种类与输入输出量的年际动态变化会产生不同的环境效应。受限于合适的研究手段，依靠水化学特征分析、水文模型或放射性同位素示踪存在一定局限性，目前磷的溯源及迁移研究仍十分薄弱。而磷酸盐氧同位素作为一种新型有效的指纹示踪工具已逐渐受到广泛关注，并应用到水环境磷的来源解析及其生物地球化学循环研究中。

为了监测水体中的磷酸盐氧同位素，必须先将待测水体中的磷酸盐富集、分离、提纯进而转化成高纯度、稳定且足量的Ag₃PO₄固样，然后再利用高温热解-同位素比值质谱仪来测试Ag₃PO₄中的磷酸盐氧同位素。现有方法通常是利用容器在某一时间点集中采集几十到几百升的原水，以便富集到测试所需的PO₄量，集中采集存在一定的随机性，难以准确反映原水中磷酸盐动态变化信息；富集方法普遍采用Mg(OH)₂-PO₄共沉淀法，需要对采集回的原水进行过滤、添加试剂材料等，其操作过程繁琐，并且沉淀时还会吸附较多溶解性有机质等干扰因素，容易造成磷酸盐回收率低，也会加大氧同位素分馏，从而影响δ¹⁸O_p测试结果的准确性。为此，本领域技术人员经过努力，研发了一种原位富集水体磷酸盐连续采样装置，该装置通过在由孔板构成的箱子中设置夹在两个孔板中间的吸附膜片，并在将箱子置于流动水体后，在水体流经膜片的过程中，磷酸盐富集在膜片上。但由于吸附膜片呈片状结构，其富集能力有限，采集所需时间长，在需要采集满足氧同位素检测所需磷酸盐总量时，只能增大膜片面积或采用多个采样装置，从而导致结构笨重，且采样时，必须置于被采样水体中，造成采样操作不方便。为此，需要对采样方法和相关装置继续改进。

发明内容

本发明的第一目的就是针对现有原位富集水体磷酸盐连续采样装置因富集能力受限，采集所需时间长，在满足氧同位素检测的磷酸盐总量需求时，采样装置笨重，且必须置于被采样水体中，导致采样操作不方便的不足，提供一种用于原位富集水体中磷酸盐的采样装置，该装置通过将采样容器设置为圆筒形，并在容器内填充内大孔型强碱性苯乙烯系阴离子交换树脂，使其形成吸附柱结构，显著增加了富集能力；同时，通过设置水泵使水体强制流经采样装置，极大地增加了样本水量，利用吸附柱吸附能力显著增大的特性，能够富集到氧同位素检测所需磷酸盐总量，其结构紧凑，重量轻，且采样时，无需置入被采水样中，操作方便。本发明的第二目的就是提供一种利用前述采样装置的原位富集水体磷酸盐连续采样方法。

为实现第一目的，本发明采用如下技术方案。