一种水下自动化时间序列被动采样器及其应用制造技术

本发明专利技术属于环境监测技术领域，涉及一种水下自动化时间序列被动采样器，按照设定时间连续采集水环境中的持久性有毒物质，实现持久性有毒物质的筛查和时间序列监测。本发明专利技术首先公开了一种智能化被动采样单元，其从上到下依次包括顶部密封盖、上部控制仓、下部流通腔和底部密封盖。本发明专利技术还公开了一种包括上述智能化被动采样单元的水下自动化时间序列被动采样器，该采样器可以连续地进行被动采样操作，以定时地控制采样顺序、时间和频率，进而实现不同时段污染物的自动采集和样品封存，无需每次前往现场采集大体积水样并带回实验室进行处理，可以节约大量的人力物力。

A passive sampler for underwater automatic time series and its application

【技术实现步骤摘要】
一种水下自动化时间序列被动采样器及其应用
本专利技术属于环境监测
，涉及一种水下自动化时间序列被动采样器，按照设定时间连续采集水环境中的持久性有毒物质，实现持久性有毒物质的筛查和时间序列监测。
技术介绍
持久性有毒物质(PersistentToxicSubstances,PTS)是一类具有很强的毒性且非常持久，在环境中难降解，可远距离传输，并随食物链在动物和人体中累积、放大，具有内分泌干扰特性的污染物，其已经引起全球范围的高度关注。目前，在联合国环境规划署(UNEP)2000年制订的27种PTS名单中，包括各种有机氯农药、多氯联苯、二恶英、多溴联苯醚等持久性有机污染物(POPs)以及多环芳烃、有机汞、有机铅、有机锡、邻苯二甲酸酯和烷基酚等。即使大多数PTS在开阔水体中的浓度很低，尤其是人迹罕至的大洋、深海和极地水体，但是某些PTS在1ng/L浓度水平下就可能对水生生物产生危害，因此，监测水环境中痕量PTS赋存种类及浓度水平的长期变化对于水生态环境保护与管理具有非常重要的意义。目前，这些痕量PTS的监测主要通过主动采样法：现场采集大体积水样，经实验室萃取、富集、浓缩后进行检测来实现。分层采水器、卡盖式采水器(NISKIN采水器)等传统采水器、各类温盐深探测仪(Conductivity-Temperature-DepthProfiler，CTD)、多通道采水器或时间序列采水器(如RAS-500，美国Mclane公司)等水下自动采样器均可以满足采集水样的任务，但采样器本身没有对痕量的污染物起到富集的作用。这些水下自动采样器一般由多个采水通道和一个控制器组成，到达指定位置或者深度的时候通过手动或自动方式闭合采样器，获得一定体积的水样。利用这些采样器在前往大洋、深海和极地水体，甚至内陆的河流、湖泊或水库采样时，都涉及到大体积水样的运输和保存等问题。这种情况下，可以考虑利用被动采样法开展PTS等污染物的监测。被动采样法仅依靠目标化合物在环境中的化学势差自动扩散进入采样器的吸附剂中，这是一种接近于污染物在生物体内富集的采样方式。常见的一些被动采样器，如半透膜采样装置(Semi-PermeableMembraneDevice，SPMD)、聚乙烯膜采样装置(PolyethyleneDevice,PED)、三油酸甘油酯-醋酸纤维素复合膜(TrioleinEmbeddedCelluloseAcetateMembranes，TECAM)、聚苯乙烯-N-吡咯烷酮共聚物-醋酸纤维素复合膜(HLB-EmbeddedAcetateMembranes，HECAM)、氧化铁/醋酸纤维素复合膜(IronOxideEmbeddedCelluloseAcetateMembranes，FeO/CAM)等，被动采样作业过程环境友好，目标化合物在运输、存储及分析过程中损耗较低，可以较大地简化采样及前处理步骤。当然，一般PTS的被动采样器投放历时较长(通常在两周至一个月)，对采样器实施和回收有一定要求。此外，对于有些较难到达或者到达机会有限的水环境，如极地考察通常是在当地夏季，无论是主动采样法还是被动采样法获得的夏季样品数据只能反映考察时期的水体污染物特征，而无法推导出其它月份或季节污染物的赋存特征。市场上能见到的时间序列沉积物捕获器，可定时采集沉降颗粒物，也用于PTS等污染物分析，但并不能反映水相中PTS的赋存特征。法国TECHNICAP公司专利产品自动化被动采样器(AutomaticPassive)，是基于DGTResearchTM制造的DGT被动采样技术用于水体中金属及极性有机化合物分析样品的采样器。但是DGT技术主要针对离子或极性有机物，并不适用于大多数PTS物质(以疏水性较强的POPs居多)的监测，且其核心的DGT采样器件作为耗材，成本较高。因此，为了能够更好地实现对水体中以持久性有毒物质(PTS)，尤其是疏水性较强的POPs的时间序列监测，需要设计一款具有自主知识产权的新型自动化被动采样器。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术的目的是研制一款水下自动化时间序列被动采样器，用于大洋、深海和极地水体及淡水水源地等水域中PTS的时间序列采样，以获得已富集了PTS的被动样品，进一步用于持久性有毒物质的筛查及其赋存特征长期变化的监测。同时，可以通过扩展功能单元模块选择加载水下摄像仪，用于监控仪器状态和周围底栖生物分布状况的变化，还可选择加载多参数水质连续监测仪，用于海底科学观测系统或近岸水域缺氧区的连续观测。该水下自动化时间序列被动采样器可以连续的地进行被动采样操作，以定时地控制采样顺序、时间和频率，进而实现不同时段污染物的自动采集和样品封存，无需每次前往现场采集大体积水样并带回实验室进行处理，可以节约大量的人力物力。为实现上述目的，本专利技术采取以下技术方案：本专利技术首先公开了一种智能化被动采样单元，所述智能化被动采样单元从上到下依次包括顶部密封盖、上部控制仓、下部流通腔和底部密封盖；所述上部控制仓内设置有马达控制单元、可编程逻辑控制器、可控制屏、继电器和电源，所述控制可编程逻辑控制器和所述可控制屏电路连接；所述马达控制单元和下部流通腔之间设置有机械杆；所述下部流通腔包括内腔和外腔，所述内腔和所述外腔均开设有至少一个流通孔，所述内腔内设置有中心支撑杆，所述中心支撑杆上套设有被动采样器件，所述被动采样器件上设置有被动采样膜组件。优选的，所述电源为电池组。优选的，所述马达控制单元、可编程逻辑控制器、可控制屏、继电器和电源一体化设计。马达控制单元包括马达。优选的，所述被动采样膜组件为被动采样膜条带；所述被动采样器件还包括至少一个固定组件，所述固定组件包括至少两个平行套设于所述中心支撑杆上的三角固定架，所述三角固定架的至少一条边上设置有固定条块，所述被动采样膜条带与所述固定条块可拆卸连接。每个固定组件中包括的三角固定架之间的间距可以自由调节，优选的，间距为6-10cm。在本专利技术的一具体实施例中，所述固定条块的两端设置有锁紧孔，所述被动采样膜条带与所述固定条块通过锁紧孔和螺丝固定连接，每个固定组件中的三角固定架的间距为8cm，被动采样膜条带的宽度为3cm。在本专利技术的一具体实施例中，每个三角固定架的三边均设置有固定条块，每个固定组件可以连接三条被动采样膜条带(平行样)。优选的，所述智能化被动采样单元还设置有蓝牙模块。在本专利技术的一具体实施例中，所述蓝牙模块位于所述马达控制单元的一侧。通过蓝牙模块可以实现与电脑或者智能手机的通讯连接，对采样的时间进行设定。优选的，所述流通孔为竖条形。在本专利技术的一具体实施例中，智能化被动采样单元在闭合状态的时候内外流通孔错开，将内部与外界水体隔离，被动采样器件不能从外界水体捕集污染物，设置时间到后由马达控制单元带动中间支撑杆与内腔一起旋转至内腔和外腔壁上的条形通孔对齐，实现内外水体相通，安装在中间支撑杆上的被动采样器件对进入腔中水的污染物进行一段时间的平衡富集，待预设时间到达后由上部控制仓内安装的马达控制单元启动马达进行反转，错开流通孔，使得内外水体进行隔离；然后，打开下一个智能化被动采样单元的流通孔，开始下一个时段的采样。其中，马达控制单元控制流通孔的开闭，旋转角度范围是20-70度，可以是该范围内任意角度，打开时顺时针旋本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种智能化被动采样单元，其特征在于，从上到下依次包括顶部密封盖、上部控制仓、下部流通腔和底部密封盖；所述上部控制仓内部设置有马达控制单元、可编程逻辑控制器、可控制屏、继电器和电源，所述控制可编程逻辑控制器和所述可控制屏电路连接；所述马达控制单元和下部流通腔之间设置有机械杆；所述下部流通腔包括内腔和外腔，所述内腔和所述外腔均开设有至少一个流通孔，所述内腔内部设置有中心支撑杆，所述中心支撑杆上套设有被动采样器件，所述被动采样器件上设置有被动采样膜组件。

【技术特征摘要】
1.一种智能化被动采样单元，其特征在于，从上到下依次包括顶部密封盖、上部控制仓、下部流通腔和底部密封盖；所述上部控制仓内部设置有马达控制单元、可编程逻辑控制器、可控制屏、继电器和电源，所述控制可编程逻辑控制器和所述可控制屏电路连接；所述马达控制单元和下部流通腔之间设置有机械杆；所述下部流通腔包括内腔和外腔，所述内腔和所述外腔均开设有至少一个流通孔，所述内腔内部设置有中心支撑杆，所述中心支撑杆上套设有被动采样器件，所述被动采样器件上设置有被动采样膜组件。2.根据权利要求1所述的智能化被动采样单元，其特征在于，所述被动采样膜组件为被动采样膜条带；所述被动采样器件还包括至少一个固定组件，所述固定组件包括至少两个平行套设于所述中心支撑杆上的三角固定架，所述三角固定架的至少一条边上设置有固定条块，所述被动采样膜条带与所述固定条块可拆卸连接。3.根据权利要求1所述的智能化被动采样单元，其特征在于，所述智能化被动采样单元还设置有蓝牙模块。4.根据权利要求1所述的智能化被动采样单元，其特征在于，所述智能化被动采样单元的外侧还设置有防护网。5.根据权...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄清辉，许宜平，陈玲，王东红，饶凯锋，陆志波，陈皓，王子健，
申请(专利权)人：同济大学，中国科学院生态环境研究中心，
类型：发明
国别省市：上海,31