[發明專利]湖泊水體DGT測試裝置及測試方法

在審

• 申請號: 202010012861.7
• 申請日: 2020-01-07
• 公開（公告）號: CN111044413A
• 公開（公告）日: 2020-04-21
• 發明（設計）人: 王書航;吳志皓;姜霞;張博;王坤;王雯雯;陳俊伊;趙麗;蔡青;姚程
• 申請（專利權）人: 中國環境科學研究院
• 主分類號: G01N13/00
• 分類號: G01N13/00;G01N27/27;G01N27/416;G01N1/14;G01R27/22;G01K13/02
• 代理公司: 北京中濟緯天專利代理有限公司 11429
• 代理人: 覃婧嬋

本發明提供了一種湖泊水體DGT測試裝置，包括：浮球和多個水樣采樣單元；每個水樣采樣單元均設置有DGT檢測裝置、水質多參探頭檢測裝置和水樣采集裝置；其中水樣采集裝置包括：多個采樣瓶，在每個采樣瓶上設置有進樣管和排氣管；在每個進樣管和排氣管上均設置有單向電磁閥；一個蠕動泵，蠕動泵的水樣出口通過第一多通接頭分別與多個采樣瓶的進樣管相連通；同時，多個采樣瓶的排氣管通過第二多通接頭連接至一根排氣總管上；控制裝置，與蠕動泵和每個單向電磁閥連接。本發明所述裝置能確保湖泊水體多層水深的圓形DGT原位測試，且能夠同步采集多層水樣以及測定理化性質，適用于深水湖泊剖面多層營養元素分布特征的研究。

技術領域

本發明屬于湖泊水體富營養化機制和DGT（梯度擴散薄膜）技術研究領域，具體涉及一種湖泊水體DGT測試裝置及測試方法。

背景技術

DGT（梯度擴散薄膜）技術可用于水體/沉積物/土壤中有效態金屬/營養鹽/含氧陰離子的監測。其原理在于，DGT測定了擴散通過擴散膠和濾膜的濃度梯度的溶質的量，溶質通過DGT設備的擴散層后，很快被固定膠所鍵合，固定膠在擴散膠后面，持續地對溶質進行去除，并保持了操作時的濃度梯度 (Zhang et al., 1995)。基于Fick’s 第一定律，就可以計算DGT的時間平均通量(F)和DGT/溶液界面的時間平均濃度(C_DGT) 。

現有技術中，圓形DGT通常可用于湖泊水體營養元素（氮/磷）的測定，從而揭示水體營養元素的生物有效性。目前，湖泊水體的DGT測試方法有二類：第一類是利用采樣瓶采集湖泊水樣，然后在實驗室內進行水樣的DGT異位測試；第二類是在測試裝置上安裝圓形DGT，將測試裝置置于湖泊水體中，對水體中的表層水或沉積物上覆水進行原位測試。

但是，上述的第一類方法存在以下問題：采集到實驗室的水樣，其水體理化性質，如Eh、pH、溫度和電導率等發生改變，會影響水化學反應和元素的形態，使采集到實驗室的水樣元素的形態，成份和生物有效性失真。因此，實驗室內異位圓形DGT測試，不能準確反映現場元素形態，生物有效性以及水樣理化性質。

第二類方法則是通過制作一些簡單裝置，實現圓形DGT在水體中的原位測試。現有技術中使用的設備包括以下幾種：（1）在PVC管中安裝DGT的簡易裝置，將PVC管放入表層水中，完成DGT對表層水的測試；（2）將DGT固定一個拐棍形的裝置，此裝置上端安放圓形DGT，下端插入沉積物中固定，實現沉積物上覆水的測試；（3）采用紡錘狀或平板裝置，將圓形DGT置于裝置中，用于沉積物上覆水測試。

上述測試裝置雖然可以完成DGT在湖泊表層水或上覆水中的測試，但是存在下列缺點：（1）不具備同時精確采集DGT測試區域的水樣的功能；只能在測試開始或結束時采集測試樣點附近的水樣。這樣的水體采樣方法采樣頻率較低，使得水樣分析結果不能和DGT的時間積分濃度相對比，即無法通過對照DGT時境平均濃度和不同時間采集的多個水樣的測試結果，來準確研究水體元素生物有效性和營養化程度。（2）現有裝置不能同步測定DGT測試區域的理化性質，只能在DGT測試前或結束時，采用手持水質分析儀測試表層水理化性質，無法原位測定中層水和沉積物上覆水理化性質（Eh，pH, DO，鹽度和溫度等）。而DGT時間平均濃度結合水樣理化性質，是研究不同水體深度的營養化機制的重要方法。

如何發明新型DGT測試裝置，既能實現DGT在表層、中層、沉積物上覆水三層水體的原位測試，又能同步采集三層水體的DGT測試區域水樣以及測定三層水體理化性質，實現同步獲得湖泊水體剖面氮磷的DGT濃度，常規分析方法獲得的多個時間節點的水體氮磷濃度和理化性質；使得研究結果能反映湖泊水體不同水深的水體營養化機制；這是開發水體DGT原位測試裝置的一個難點。

發明內容