[發明專利]一種原位土壤孔隙水取樣器及取樣方法和應用

有效

• 申請號: 201811025505.8
• 申請日: 2018-09-04
• 公開（公告）號: CN108827704B
• 公開（公告）日: 2021-04-27
• 發明（設計）人: 陳正;袁召鋒;劉馥源
• 申請（專利權）人: 西交利物浦大學
• 主分類號: G01N1/10
• 分類號: G01N1/10
• 代理公司: 北京品源專利代理有限公司 11332
• 代理人: 鞏克棟

本發明提供了一種原位土壤孔隙水取樣器及取樣方法和應用。本發明的原位土壤孔隙水取樣器，包括導管，至少兩個二級擴散抑制器，間隔設置于所述導管的內部；納米中空纖維膜，套設于所述導管的外部，且位于相鄰的兩個所述二級擴散抑制器之間；以及兩個導管帽，分別可拆卸地設置于所述導管的兩端。本發明的原位土壤孔隙水取樣器，不堵膜，可重復利用，對孔隙水的擾動較小，能極大地保留濕地土壤孔隙水中元素的原狀性；將其用于原位土壤孔隙水中元素的分析時，可以在3分鐘內完成對元素的種類、含量的測試，檢測限低，可直接用于監測多種元素在濕地生態系統中的時空分布，可廣泛用于土壤中元素的轉化和遷移研究。

技術領域

本發明屬于孔隙水采集技術領域，涉及一種原位土壤孔隙水取樣器及取樣方法和應用。

背景技術

濕地土壤是濕地生態系統的重要組成部分，當污染物通過自然或人為因素匯集到濕地內，并逐漸積累在土壤沉積物表面時，外界環境的改變可能會引起污染物在孔隙水中含量以及形態的改變，從而引起其毒性的變化。以重金屬為例，重金屬元素在土壤孔隙水中的含量具有明顯的空間異質性和動態變化性，相關研究能夠為解析濕地土壤重金屬行為，以及降低其毒性提供關鍵參考。而污染物在濕地土壤孔隙水中的時空分布研究，顯著地受到分析方法的制約。

在早期的土壤剖面研究中，通常先取一定深度的土柱，并立即在厭氧條件下將土柱冷凍，隨后在厭氧和低溫條件下對土柱進行切割，最后采用浸提或離心法分離孔隙水，研究元素隨土壤剖面的分布規律(Ratering S,Schnell S.Biogeochemistry,1998,3(2):341-357.)。但土壤切片分層法的空間分辨率有限(厘米以上)，操作復雜，需要破壞性取樣，且取樣過程易受氧氣的影響。

CN102109422A公開了一種手持式土壤孔隙水采樣器，其由地上單元和地下單元組成；地上單元由手動真空發生器和取樣器組成，地下單元由過濾器組成；手持式土壤孔隙水采樣器，可在現場手動使真空發生器產生真空，不需要電力，特別適用于野外作業；通過真空發生器、取樣器和過濾器進行組合，即可完成一次取樣；然后，只需更換取樣器即可進行下一次取樣，操作方便；整個取樣過程中，樣品不與地上負壓產生裝置接觸，避免了樣品水質受玷污的風險。但是，該發明的手持式土壤孔隙水采樣器采集的水樣是一片區域內的水樣，空間分辨率低，且取樣過程易受氧氣影響。

為了盡可能減少采樣過程對樣品性質的影響，原位的孔隙水采樣技術逐漸成為主流。其中土壤溶液采樣器(Rhizon sampler)應用最為廣泛。現有技術中的土壤孔隙水采樣器主要由一根中空纖維膜和一個泵或者注射器組成。土壤孔隙水在泵或者注射器提供的負壓下，透過0.22或0.45微米孔徑的中空纖維膜進入收集管或折射器中。當多根采樣器按深度不同平行放置時，可采集不同深度的土壤孔隙水，分析結果能反映出土壤孔隙水的元素空間變化(Seeberg-Elverfeldt J.,et al.LimnologyOceanography Methods,2005,3(8):361-371.)。但是，土壤溶液采樣器法的空間分辨率不高且不確定，對土水界面元素分布的實際應用不多。另外，土壤溶液采樣器多次使用后，中空纖維膜上的濾孔會逐漸被堵塞而造成取樣困難，因此其對元素動態變化的研究能力有限。

微電極技術可以提供微米級的元素剖面分布圖。微電極法可以在很短的時間內給出元素信號的響應，是一種很好地分析元素動態變化的工具(Nielsen,L.P.,et al.Nature463.7284(2010):1071-1074.)。目前較為成熟的微電極有O₂、H₂S和pH微電極等，但是微電極技術可分析的元素有限，檢測限低。并且，玻璃材質的電極在使用過程中極易損壞，成本高昂。