[發明專利]一種高分辨測定孔隙水自由溶解態污染物濃度被動采樣器

在審

• 申請號: 201610130251.0
• 申請日: 2016-03-08
• 公開（公告）號: CN105784415A
• 公開（公告）日: 2016-07-20
• 發明（設計）人: 雷沛;張洪;單保慶
• 申請（專利權）人: 中國科學院生態環境研究中心
• 主分類號: G01N1/10
• 分類號: G01N1/10
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域：

本發明涉及一種測定沉積物孔隙水污染物濃度的被動采樣裝置，特別是能夠獲取沉積物 孔隙水垂向高分辨率自由溶解態污染物濃度的剖面曲線。

背景技術：

水體沉積物是水環境中各種污染物的主要蓄積庫，對上覆水同時扮演著污染物“源”和 “匯”的功能。進入水環境的污染物可以被水體中顆粒物絡合、吸附、絮凝并最終沉降在沉 積物中，當水體環境條件(如沉積物-水界面污染物濃度梯度、溶氧水平、水動力學條件)發 生改變，這些污染物就會從沉積物中重新釋放出來進而引起上覆水體的“二次污染”。沉積物 中污染物以孔隙水作為傳輸媒介，通過表面擴散層向上覆水體遷移、擴散，進而影響上覆水 水質。過多沉積物孔隙水中營養鹽釋放會在一定程度上加速水體的富營養化，而孔隙水中重 金屬及疏水性有機污染物由于具有難降解、生物富集和生物放大等作用而對水生態系統健康 產生有較大的危害。因此，測定沉積物孔隙水中污染物垂向濃度分布對沉積物-水界面擴散通 量計算、準確評估內源污染風險以及實施沉積物修復具有重要意義。

長期以來，沉積物污染物的環境風險評價大都是基于沉積物中污染物總濃度進行的。而 污染物的自由溶解態濃度是反映污染物生物有效性的關鍵參數。這一參數對于科學評價污染 物環境風險具有重要意義。沉積物孔隙水中自由溶解態污染物濃度被認為大部分可以被直接 被底泥中底棲生物所利用，并通過食物鏈的傳遞對人類健康構成威脅。因此，準確測定沉積 物孔隙水中的自由溶解態污染物濃度能用以正確地評估水環境中污染物的遷移特征和生態風 險。目前現有獲取沉積物孔隙水中自由溶解態污染物濃度多為主動采樣方法(如液液萃取、 固相萃取等)，該類別方法對污染物的選擇性差、實驗工作量大且耗時長，同時獲取的濃度只 能反映樣品中污染物的瞬時濃度。而近些年發展的被動采樣方法能將樣品采集、目標物分離 與富集集成一體，不需要動力，降低了成本，獲取污染物的濃度反映了目標物在水環境中時 間平均濃度，更具有代表性和針對性。現在最常用的測定沉積物孔隙水自由溶解態污染物濃 度的被動采樣技術按照污染物類別以下幾種，測定營養鹽的透析裝置(dialysispeepers)、測 定重金屬的薄膜擴散平衡(diffusiveequilibriuminthin-films，DET)技術和薄膜擴散梯度 (diffusivegradientsinthin-films，DGT)技術，以及基于固相微萃取(solid-phase micro-extraction，SPME)發展的用于測定疏水性有機物濃度的聚合物涂層的纖維萃取頭以及 具有吸附富集作用的聚乙烯被動采樣裝置等。通常這些被動采樣裝置對污染物具有選擇性(即 針對單一種類的污染物進行測定)，在“復合污染效應”研究趨勢下，本發明設計一種被動 采樣器，能原位同步獲取沉積物孔隙水中沉積物-水界面的典型無機、有機污染物自由溶解態 濃度，并獲取較高的垂向分辨率，為水界面通量定量計算、沉積物毒害風險評估、以及沉積 物修復效果評估等科學研究提供基礎依據。

發明內容：

本發明研發了一種用于測定水體沉積物-水界面自由溶解態污染物濃度的被動采樣器，將 被動采樣裝置原位置于沉積物-水界面，能同時獲取垂向上高分辨率的無機污染物和有機污染 物自由溶解態濃度，為研究水體沉積物-水界面擴散通量計算、毒害風險及生物有效性評估提 供數據基礎。

本發明由三個部分組成，被動采樣裝置支撐框架、無機污染物被動單元和有機污染物被 動采樣單元。具體操作為，被動采樣裝置支撐框架呈“工”形，在兩側固定兩面不銹鋼鋼板 形成凹槽。在原位放置前，分別利用固定螺絲將無機污染物被動采樣單元和有機污染物被動 采樣單元安裝在支撐框架上。將整個系統保持豎直狀態，利用本身的自重力結合底部楔形尖 端插入水體沉積物中。一段時間后，孔隙水中污染物由于擴散作用會與無機污染物被動采樣 單元中達到平衡，而有機污染物會被有機被動采樣單元中的低密度聚乙烯膜吸附富集。然后， 分層取出無機被動采樣小瓶和有機被動采樣膜，按照相應的方法進行處理，并測定其中的營 養鹽、重金屬及典型有機污染物等相關污染物指標，即可獲得垂向上高分率的沉積物-水界面 自由溶解態污染物濃度。