一种湖泊沉降颗粒物捕获装置及样品处理方法

技术领域

本发明涉及采集装置及样品处理方法技术领域，具体来说，涉及一种湖泊沉降颗粒物捕获装置及样品处理方法。

背景技术

颗粒物是水体中的主要污染物质载体，并通过界面交换与吸附水体污染物影响磷和重金属为主的污染物迁移转化过程。沉降颗粒物是悬浮颗粒物和沉积物之间的纽带，是沉积物的前驱体，在淡水湖库生态系统的物质循环和能量传输中起着重要作用。目前针对颗粒物的研究大多集中于悬浮颗粒物，对沉降颗粒物的研究更集中于海洋与河口区域，多关注于其物质组分及在食物链中的作用。海洋中存在海洋上部透光层的有机物生产活动产生的海洋雪，然而湖库中也存在大量水生生物凋亡代谢产物，具有重要的研究意义。然而沉降颗粒物的采集却面临较大挑战，许多学者取沉积物表层1cm的样品作为沉降颗粒物分析，但湖泊沉积需要大量时间该操作并不能准确代表水体沉降颗粒物的性质，如何准确且具有代表性的采集湖库沉降颗粒物成为该领域研究不可回避的问题。目前国内外比较准确的采集方法是用0.45μm滤膜过滤沉积物捕获器中物质，但是其在实际操作中面临诸多难题，如滤膜上颗粒物的提取以及颗粒物沉降量较少分样器取平行样品量不足等问题。

用于获取沉降颗粒物的沉积物捕获器在海洋中应用广泛，已有成套的设备，但是在使用的过程及后续样品收集与处理方面仍然面临诸多问题，如：

(1)用于海洋与河口的捕获器较为大型复杂，尤其不适用于浅水湖泊中；

(2)捕获器下部锥形坡度影响颗粒物收集效果，坡度不够容易堆积在壁上而非容器底部；

(3)湖库中大型生物进入装置会扰动内部沉降的颗粒物，另一方面会影响装置平衡；

(4)捕获器中大量上覆水导致装置过重难以取出水面，且含大量悬浮颗粒物质，无法较好的与沉降物质分离；

(5)对于沉降量较小的水体，单通道捕获器所得到的样品用分样器分样后样品量不足以后续分析，且用0.45μm滤膜过滤后颗粒物镶嵌吸附在膜上难以剥离；

针对相关技术中的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

发明内容

针对相关技术中的上述技术问题，本发明提出一种湖泊沉降颗粒物捕获装置及样品处理方法，能够克服现有技术的上述不足。

为实现上述技术目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种湖泊沉降颗粒物捕获装置及样品处理方法，包括支架竖杆，所述支架竖杆的底部与平衡支架的顶部连接，所述支架竖杆的上端与十字支架的中心连接，所述支架竖杆与所述十字支架垂直，所述十字支架的前后端和左右端均设有圆环，四个所述圆环分别与四个收集桶的中部连接，所述收集桶包括上部的圆柱桶和下部的锥形桶，所述圆柱桶和锥形桶的顶部和底部均设有开口，所述圆柱桶的下端和所述锥形桶的上端连接，所述锥形桶的下端设有止水阀，所述圆柱桶的下端设有多个出水堰，多个所述出水堰呈环形分布。

进一步的，所述平衡支架为活动三角支架。

进一步的，所述支架竖杆的顶部通过尼龙绳与浮球连接，所述支架竖杆的底部通过尼龙绳与固定锚连接，所述固定锚锚固在沉积物上。

进一步的，四个所述收集桶顶部的开口处均设有粒径8mm的尼龙网。

进一步的，多个所述出水堰均为三角堰。

进一步的，所述收集桶由多块亚克力板弯曲拼接而成，相邻所述亚克力板之间通过密封胶连接。

一种以上任一所述的装置捕获的湖泊沉降颗粒物的样品处理方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤A：将四个所述收集桶中捕获的沉降颗粒物样品分别放至四个离心瓶中；

步骤B：明确捕获的样品的用途，样品是用于通量分析实验还是成分分析实验；

步骤C：若用于通量分析实验：则预先将0.45μm玻璃纤维膜在550℃条件下灼烧4h，然后记录0.45μm玻璃纤维膜重量m1，将四个离心瓶中的样品分别通过预先灰化处理的0.45μm玻璃纤维膜过滤，过滤完成后将0.45μm玻璃纤维膜置于烘箱干燥至恒重，记录干燥后0.45μm玻璃纤维膜重量m2，结合沉降时间和装置沉降面积计算通量；

若用于成分分析实验：则将盛有样品的离心瓶置于离心机中离心，倒去上清液，收集剩余的固体样品，若样品用于生物分析，则将样品保存在-20℃条件下待检测，若样品用于理化分析，则将样品冷冻后用冷干机冷干，将冷干后的样品研磨，过100目筛待后续使用。

进一步的，所述步骤C中烘箱的温度为105℃。

进一步的，所述骤C中离心机转速设为3000r/min，离心时间为15min。

本发明的有益效果：本发明的湖泊沉降颗粒物捕获装置及样品处理方法能够实现新生沉降颗粒物的平行采集及不同目的的样品处置，顶部尼龙网解决了大型生物进入扰动颗粒物沉降及装置平衡问题，三角堰出水实现了排出装置内大量上覆水而不扰动底部沉降的颗粒物，收集桶底部的止水阀方便了颗粒物的收集转移；相比现有常规0.45μm滤膜过滤获得沉降物的方法，有操作简单，样品易分离、后期样品处置及后续分析便利的优点。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是根据本发明实施例所述的湖泊沉降颗粒物捕获装置的使用状态示意图；

图2是根据本发明实施例所述的湖泊沉降颗粒物样品处理方法的流程示意图；

图中：1、浮球,2、尼龙网,3、收集桶,4、十字支架,5、出水堰,6、止水阀,7、平衡支架,8、固定锚,9、沉积物，10、支架竖杆。

具体实施方式

下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，根据本发明实施例所述的湖泊沉降颗粒物捕获装置，包括支架竖杆10，所述支架竖杆10的底部与平衡支架7的顶部连接，所述支架竖杆10的上端与十字支架4的中心连接，所述支架竖杆10与所述十字支架4垂直，所述十字支架4的前后端和左右端均设有圆环，四个所述圆环分别与四个收集桶3的中部连接，所述收集桶3包括上部的圆柱桶和下部的锥形桶，所述圆柱桶和锥形桶的顶部和底部均设有开口，所述圆柱桶的下端和所述锥形桶的上端连接，所述锥形桶的下端设有止水阀6，颗粒物通过重力作用自然沉降进入收集桶3沉降至锥形桶，一定时间后滑落至锥形桶底部，更有利于沉降物的收集与获取，收集桶3内能够收集到足够的沉降物，供后续实验分析使用，所述圆柱桶的下端设有多个出水堰5，多个所述出水堰5呈环形分布，能够在装置提出水面时排出上部多余上覆水的同时最大程度的降低底部紊流，增加样品收集可操作性。

以上所述平衡支架7为活动三角支架,可收放。

以上所述支架竖杆10的顶部通过尼龙绳与浮球1连接，所述支架竖杆10的底部通过尼龙绳与固定锚8连接，所述固定锚8锚固在沉积物9上，保证收集桶3均能竖直在水中。

以上四个所述收集桶3顶部的开口处均设有粒径8mm的尼龙网2，能够有效的防止大型水生生物的进入与扰动。

以上多个所述出水堰5均为三角堰，能够在排出上部多余上覆水的同时最大程度的降低底部紊流。

以上所述收集桶3由多块亚克力板弯曲拼接而成，相邻所述亚克力板之间通过密封胶连接，能够承受水波冲击且装置不会过重可操作性强。

如图2所示，根据本发明实施例所述的以上任一所述的装置捕获的湖泊沉降颗粒物的样品处理方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤A：将四个所述收集桶3中捕获的沉降颗粒物样品分别放至四个离心瓶中；

步骤B：明确捕获的样品的用途，样品是用于通量分析实验还是成分分析实验；

步骤C：若用于通量分析实验：则预先将0.45μm玻璃纤维膜在550℃条件下灼烧4h，然后记录0.45μm玻璃纤维膜重量m1，将四个离心瓶中的样品分别通过预先灰化处理的0.45μm玻璃纤维膜过滤，过滤完成后将0.45μm玻璃纤维膜置于烘箱干燥至恒重，记录干燥后0.45μm玻璃纤维膜重量m2，结合沉降时间和装置沉降面积计算通量；

若用于成分分析实验：则将盛有样品的离心瓶置于离心机中离心，倒去上清液，收集剩余的固体样品，若样品用于生物分析，则将样品保存在-20℃条件下待检测，若样品用于理化分析，则将样品冷冻后用冷干机冷干，将冷干后的样品研磨，过100目筛待后续使用。

以上所述步骤C中烘箱的温度为105℃。

以上所述骤C中离心机转速设为3000r/min，离心时间为15min。

为了方便理解本发明的上述技术方案，以下通过具体使用方式上对本发明的上述技术方案进行详细说明。

在具体使用时，分别将浮球和固定锚与支架竖杆顶部和底部连接，随后将四个收集桶与十字架固定；将装置置于距湖底50cm处，收集桶保持在水中竖直以保证沉降面积稳定，固定锚置入沉积物中并固定，从而实现装置与湖底沉积物的固定，防止装置随水波飘走，将该套装置置于湖泊中数日（视收集效果而定，若沉降物较少可适当延长时间）；待收集桶底部收集足够量实验分析样品，垂直向上提拉浮球至装置浮出水面，利用平衡支架将装置平稳至于平地或船甲板上，待收集桶上部上覆水经出水堰流尽后，通过打开收集桶下端的止水阀将收集桶内的沉降物收集至离心瓶中，沉降物样品收集后带回实验室进行后续实验，整套装置可以重复使用。

综上所述，借助于本发明的上述技术方案，能够实现新生沉降颗粒物的平行采集及不同目的的样品处置，顶部尼龙网解决了大型生物进入扰动颗粒物沉降及装置平衡问题，三角堰出水实现了排出装置内大量上覆水而不扰动底部沉降的颗粒物，收集桶底部的止水阀方便了颗粒物的收集转移；相比现有常规0.45μm滤膜过滤获得沉降物的方法，有操作简单，样品易分离、后期样品处置及后续分析便利的优点。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。