一种原位自密封固相微萃取采样器及其操作方法技术

本发明专利技术公开了一种原位自密封固相微萃取采样器及其操作方法，包括设有嵌入涂层材料的不锈钢螺栓，耐热和化学腐蚀的PTFE塑料阀体和不锈钢弹簧，所述涂层材料和不锈钢螺栓之间通过粘合剂粘合。本发明专利技术还公开一种原位自密封固相微萃取采样器的操作方法。本发明专利技术采样时，通过ROV对弹簧的挤压，涂层暴露进行采样，采样结束后，ROV松开采样器，弹簧伸展顶起上面的塑料阀体来密封不锈钢螺栓涂层部分，从而稳定涂层富集到的代谢物，起到保真效果，实现了样品采集与保存同时完成，是满足人类对于开发和利用深海生物代谢物需要的原位采集与保存装置。

An in-situ self-sealing solid phase microextraction sampler and its operation method

【技术实现步骤摘要】
一种原位自密封固相微萃取采样器及其操作方法
本专利技术属于深海及深海高温热液喷口生物代谢物的采样设备
，涉及一种原位自密封固相微萃取采样器及其操作方法，具体地说，涉及一种基于ROV的深海及深海热液喷口生物代谢物的原位采集和保存的采样器及其操作方法。
技术介绍
深海（海平面下200米以上）是一个具有高压（200-600个大气压，每深10米，压力增加一个大气压）、缺氧、无光照、低温（2~4℃）（部分区域为高温，如下述的热液喷口）等特点的极端环境，由于人类少有接触，其环境几乎没有改变，因此，它可以提供一些已知最早的生物如何生存下来的信息。而自上世纪七十年代末发现深海热液喷口以来，活动的热液喷口及其形成的独特的海底热液区生态系统吸引了地球科学、海洋生物学以及生命科学等领域科学家的关注，成为现代科学研究的前沿阵地。科学家在热液区发现了很多全新的生物，并发现沿着热液喷口的嗜热极端微生物已经进化到能够在缺乏太阳能的缺氧环境中生存。为了适应深海的极端环境条件，微生物已经发展出许多独特的无机自养策略来产生能量，包括好氧、微氧或厌氧，硫酸盐、硫化物、氨、硝酸盐、氢、甲烷，甚至铁基化合物的氧化或还原。这些代谢途径可产生许多独特的尚未被发现的代谢物，这些代谢物，可能提供线索以了解一些早期存在的生物体的生化过程，这些生化过程对研究生命起源这一重大科学问题具有重要的科学意义，同时，这些独特的代谢物结构有可能成为先导化合物，具有广泛的应用前景。深海采样方法通常为抽取采样法，即由远程缆控的大容量注射器进行抽取采集。抽取的海水一旦运回海面，要么被直接分析，要么被培养成感兴趣的微生物群，以便进一步取样。抽取法虽然简单，但在样品溶液运回地面的过程中，很难保证样品溶液中代谢物的稳定性。当生物活性持续存在，氧化电位和压力发生巨大变化时，这种不稳定性尤其明显，而为了保证深海采集样品的稳定性，通常需使用价格昂贵的保温保压设备来保存采集到的水样，以便进一步发现深海代谢物，这虽然最大限度地保障了样品的稳定性，但是与原位直接采集代谢物并加以保存相比，这个过程还是经历了数个小时，因此增加了很多的不确定性。由此可知，目前国内外只有将深海样品保压、保温取回甲板的装置，并没有深海代谢物样品原位采集、保存的装置。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种原位自密封固相微萃取采样器及其操作方法，实现了样品采集与保存同时完成，是满足人类对于开发和利用深海生物代谢物需要的原位采集与保存装置。本专利技术的采样器包括耐高温、耐腐蚀的PTFE塑料阀体、不锈钢弹簧、不锈钢螺栓以及嵌入不锈钢螺栓的涂层材料。所述的PTFE塑料阀体为两块长方体，上下两块之间用不锈钢弹簧连接，上面那块中间连有一圆柱体，圆柱体有一孔洞可穿过方便运输的缆绳。两块阀体上有直径与不锈钢螺栓直径相同的空洞若干。所述的不锈钢弹簧的弹性系数为110kg·cm-1~120kg·cm-1，弹簧外可包覆PTFE，弹簧的上、下端分别嵌入上下两块PTFE塑料阀体中。所述的不锈钢螺栓可穿过上面的PTFE塑料阀体，下端固定在下面的PTFE塑料阀体中，插入上部PTFE塑料阀体的不锈钢螺栓可涂覆与插入的塑料阀体长度相同的涂层材料。所述的不锈钢螺栓涂层材料为氮参杂中空碳纳米球（Hollowcarbonnanospheres，HCNs）、亲水亲油平衡聚合物（Hydrophilic-lipophilicbalance，HLB）等具有广谱富集性能的材料，所述涂层材料和不锈钢螺栓之间的粘合剂为聚四氟乙烯无定型氟塑料（Polytetrafluoroethyleneamorphousfluoroplastics，PTFEAF2400）、聚丙烯晴（PAN）等，其中的耐热的HCNs、PTFEAF2400可为深海高温热液喷口处的涂层材料，其余不耐热的PAN、HLB等可为一般深海采样的涂层材料。所述的涂层材料与不锈钢螺栓的粘合方式为嵌入式，即涂层材料涂覆于不锈钢螺栓的凹槽中，涂层表面与不锈钢螺栓表面相平或略低。其技术方案如下：一种原位自密封固相微萃取采样器，包括设有嵌入涂层材料的不锈钢螺栓，耐热和化学腐蚀的PTFE塑料阀体和不锈钢弹簧，所述涂层材料和不锈钢螺栓之间通过粘合剂粘合。进一步，所述的涂层材料为氮参杂的中空碳纳米球（HCNs）、亲水亲油平衡聚合物（HLB）等具广谱富集性的纳米材料和聚合物。进一步，所述的涂层材料的粘合剂为聚四氟乙烯无定型氟塑料（PTFEAF2400）、聚丙烯晴(PAN)等。进一步，所述的涂层材料与不锈钢螺栓的粘合方式为嵌入式，即嵌入粘合入腐蚀后的不锈钢螺栓的凹槽，涂覆涂层材料后的表面不高于不锈钢螺栓的表面。进一步，所述的不锈钢螺栓为多个，可插入用弹簧相连的两块PTFE塑料阀体的孔洞中固定，且有涂层材料嵌入的螺栓上半部可密封于上面那块PTFE塑料阀体中。进一步，所述的PTFE塑料阀体为上下两块，两块均有多个与不锈钢螺栓外径相等的孔洞，上面那块长方体塑料阀体尚有连在一起的突出的一块长方体塑料阀体，上面有供揽绳穿过，方便运输的孔洞。进一步，所述的不锈钢弹簧，用于连接上下两块塑料阀体，其弹性系数为110kg·cm~120kg·cm，当ROV的机械手夹住上下两块塑料阀体施加压力时，可将弹簧压缩，不锈钢螺栓涂层从上面那块塑料阀体中暴露出来，进行采样；采样结束后，ROV的机械手松开，弹簧伸展，顶起和弹簧相连的那块塑料阀体将不锈钢螺栓涂层密封于其中。进一步，所述不锈钢螺栓及不锈钢弹簧采用18-8型不锈钢。进一步，处于最下面的的长方体塑料阀体的长、宽、高分别为6~6.5cm、4~4.5cm、1.2~1.5cm，其上有用来固定不锈钢螺栓下端直径为0.6~0.7cm的的空洞四个，对称分布于距离长方体最近的长边、和宽边0.7~0.8cm处。进一步，上面那块塑料阀体由两部分组成，其一是长度等于或略小于最下面那块塑料阀体的长度（5.5cm~6cm），宽度与最下面那块塑料阀体的宽度相等（4~4.5cm），高度为2.5cm的长方体塑料阀体，在其上与下面那块塑料阀体孔洞位置相同处有穿透阀体的孔洞，直径为0.6~0.7cm的不锈钢螺栓可穿过其上孔洞并可插入下面塑料阀体的空洞中，且不锈钢螺栓涂层长度正好等于上面那块塑料阀体的高度。其二是在长方体的中心处有一直径为2~2.5cm，高度为1.2~1.5cm的圆柱体塑料阀体，在其高度一半处有一直径为0.5~0.8cm的孔洞，孔洞的作用是方便缆绳穿过，方便海底采样时采样器的运输。进一步，两块塑料阀体之间的距离为1~1.2cm，不锈钢螺栓弹簧焊接于两块塑料阀体之间，不锈钢螺栓弹簧可被PTFE包封。进一步，不锈钢螺栓直径0.6~0.7cm，长度为5.5~6.5cm（从螺帽到螺栓底部），螺帽的直径为0.8~1.0cm。螺帽平面与上面那块塑料阀体平面相平，螺栓底部插入下面那块塑料阀体孔洞中的深度为0.5~1cm。进一步，嵌入式不锈钢螺栓涂层材料的长度为为2~2.5cm，小于或等于上面那块塑料阀体的高度。本专利技术所述原位自密封固相微萃取采样器的操作方法，包括以下步骤：首先要选择耐受温度量程宽及耐高压的材质作为采样器的组装件，聚四氟乙烯塑料块和18-8型不锈钢耐热，耐溶剂腐蚀，为自制深海采样器的组件材料的首选。嵌入式不锈钢螺栓涂层装本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种原位自密封固相微萃取采样器，其特征在于：包括设有嵌入涂层材料的不锈钢螺栓，耐热和化学腐蚀的PTFE塑料阀体和不锈钢弹簧，所述涂层材料和不锈钢螺栓之间通过粘合剂粘合。

【技术特征摘要】
1.一种原位自密封固相微萃取采样器，其特征在于：包括设有嵌入涂层材料的不锈钢螺栓，耐热和化学腐蚀的PTFE塑料阀体和不锈钢弹簧，所述涂层材料和不锈钢螺栓之间通过粘合剂粘合。2.根据权利要求1所述的原位自密封固相微萃取采样器，其特征在于：所述的涂层材料为氮参杂的中空碳纳米球、亲水亲油平衡聚合物。3.根据权利要求1所述的原位自密封固相微萃取采样器，其特征在于：所述的涂层材料的粘合剂为聚四氟乙烯无定型氟塑料、聚丙烯晴。4.根据权利要求1所述的原位自密封固相微萃取采样器，其特征在于：所述的涂层材料与不锈钢螺栓的粘合方式为嵌入式，即嵌入粘合入腐蚀后的不锈钢螺栓的凹槽，涂覆涂层材料后的表面不高于不锈钢螺栓的表面。5.根据权利要求1所述的原位自密封固相微萃取采样器，其特征在于：所述的不锈钢螺栓为多个，插入用弹簧相连的两块PTFE塑料阀体的孔洞中固定，且有涂层材料嵌入的螺栓上半部密封于上面那块PTFE塑料阀体中。6.根据权利要求1所述的原位自密封固相微萃取采样器，其特征在于：所述的PTFE塑料阀体为上下两块，两块均有多个与不锈钢螺栓外径相等的孔洞，上面那块长方体塑料阀体尚有连在一起的突出的一块长方体塑料阀体，上面有供揽绳穿过，方便运输的孔洞。7.根据权利要求1所述的原位自密封固相微萃取采样器，其特征在于：所述的不锈钢弹簧，用于连接上下两块塑料阀体，其弹性系数为110kg·cm~120kg·cm，当ROV的机械手夹住上下两块塑料阀体施加压力时，将弹簧压缩，不锈钢螺栓涂层从上面那块塑料阀...

【专利技术属性】
技术研发人员：程靖，
申请(专利权)人：华中师范大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42