本发明属于水文与水资源学和环境科学中的水体采样技术，具体涉及一种沉积物孔隙水和湖泊水体原位气液采样装置及方法。
背景技术：
湿地是人类社会经济赖以发展的重要水源，能有效控制洪水和放置土壤沙化，还能滞留沉积物，有毒物，沉积物，从而改善环境污染；它能以有机质的形式储存碳元素，减少温室效应。但其生态系统环境极易受外部变化所影响，而目前湿地水体受营养物质和重金属等污染的状况十分严重，上覆水中的污染物与沉积物之间发生物质交换，湖泊水体和沉积物孔隙之间水体发生物质交换，使得污染进一步扩散。因此，采集沉积物孔隙水和湖泊水体的样品对研究湿地的污染状况及有效处理湿地污染具有重要意义。
孔隙水主要指存在于松散沉积物颗粒间孔隙中的地下水。湖泊与湿地孔隙水中保留了大量有用信息。可根据所采孔隙水样品中总氮、总磷、叶绿素a、铁、硫的含量、溶解的二氧化碳、甲烷的浓度以及二氧化碳和甲烷的排放通量来测算出湖泊或者湿地的水体特征，并进一步了解水体污染现状，地球化学循环过程和温室气体排放过程，对水污染治理、水资源保护和气候变化预测有重要意义。
目前，针对沉积物孔隙水的采样方式主要分为两种，原位采样和非原位采样。现在孔隙水原位采样主要分为平衡透析法和负压抽滤法，孔隙水非原位采样方法主要分为离心法和压榨法。平衡透析法是利用溶液浓度梯度所引起的扩撒渗透作用来进行采样。负压抽滤法是将采样装置插入所需测量的深度，通过真空负压来提取孔隙水。离心法和压榨法都是非原位采集的方法，先对沉积物进行采样，然后对采取的沉积物进行分层切割，分别利用高速离心得到的上清液和在一定压力下沉积物孔隙水通过渗膜压出的方式提取。与非原位采样方法相比，原位采样具有保留样本完整性，测量结果更为精确以及采样更具代表性的特点。并且，目前大多负压抽滤法采样会出现采样深度上下两侧同时因压力作用产生的纵向迁移的问题。
中国专利申请201821005231.1提出的一种“浅层土壤孔隙水采样装置”，该技术方案由外管体和y型管构成。虽然该装置具有体积较小，结构简单，更易判断土壤及水质问题等优点，但该装置还是存在一定的缺陷：一是该采样装置只能采取沉积物中液体的样品，并不能同时采取气体的样品。二是该采样装置规格较小，只能采得近地面的孔隙水样品。三是该采样装置一次只能进行单点测量采样，不能同时采取不同深度的孔隙水样品。
中国专利申请201821086138.8提出的一种“孔隙水长期原位取样和分析装置”，该技术方案由分流装置和储水装置构成。虽然该装置具有实验结果误差小，原位，能长期采集并储存沉积物孔隙水的优点，但该装置还是存在一定的缺陷：一是该采样装置构造较为复杂，每一次安装设备的准备工作较多，并且工作量大。二是该采样装置的核心方法是负压抽滤法，在采集过程中易受氧气影响而改变沉积物孔隙中发生的微生物厌氧呼吸作用，对孔隙水的原状保持产生影响。三是该采样装置使用升降电梯和分流装置，在采样过程中容易损坏影响实验的准确性。
综上所述，现有技术中还存在着采集样品时非原位，工作量大，样品代表性低以及采样过程需在有氧环境下进行等问题。
技术实现要素：
发明目的：本发明的第一目的在于提供一种能够原位采样、样品代表性高、准确度高，且确保整个采样过程在无氧环境下进行的沉积物孔隙水和湖泊水体原位气液采样装置；本发明的第二目的在于提供一种操作简单，且高效省时的沉积物孔隙水和湖泊水体原位气液采样方法。
技术方案：本发明包括多个依次连接的收集管、采样瓶、透水性薄膜、硅胶管和锥形头，所述收集管的管壁上沿其长度方向均匀开设多排通孔，采样瓶置于收集管内的底部，用于容纳去离子水，采样瓶的瓶口通过透水性薄膜密封；硅胶管位于收集管内的采样瓶上方，且硅胶管与采样瓶之间留有间隔；锥形头安装于收集管的底部。
所述多个收集管结构相同，且每一个收集管的顶部均设有内螺纹，同时，每一个收集管底部还设有外螺纹，多个收集管之间通过螺纹连接，操作简单。
所述每一个收集管内均设有采样瓶和透水性薄膜，能够采取不同深度孔隙水的样品。
所述锥形头顶部设有与收集管底部外螺纹相配合的内螺纹，锥形头与收集管之间通过螺纹连接，便于拆装。
每一排通孔中相邻两个通孔之间的距离相同，便于采样瓶与硅胶管中的物质与采样点附近的气体与液体达到平衡。
所述透水性薄膜为可渗透的聚酰胺膜。
所述收集管和锥形头的材质均为有机玻璃，减少了采样时微生物的腐蚀作用对整个实验的影响。
本发明还包括一种沉积物孔隙水和湖泊水体原位气液采样方法，包括以下步骤：
(a)选取适当的采样点，将采样装置沿锥形头的方向竖直设置在所需测量的深度；
(b)经过一段时间的平衡作用之后，将采样装置取出；
(c)将多个收集管分开，取出其中的采样瓶和硅胶管；
(d)采样瓶中的液体为所采深度孔隙水的水样，硅胶管中的气体为所采深度孔隙水的气体样品。
有益效果：本发明与现有技术相比，其有益效果在于：(1)该采样装置使用原位采样的方法，具体代表性高，准确度高和精密度高的特点，并且更易保存完整的样品；(2)实现了采取不同深度孔隙水的样品，便于比较不同深度孔隙水之间的区别和联系，并且也更易于探讨孔隙水随深度的变化情况；(3)收集管的两壁由沿长度方向排列的通孔组成,当采样装置在采样点设置后，这些密集且排列规则的通孔更加便于小瓶与硅胶管中的物质与采样点附近的气体与液体达到平衡,提高了工作效率，节省了工作时间；(4)采样前在采样瓶中充满去离子水，保证整个采样过程在无氧环境下进行；(5)采样装置的收集管,采样瓶和锥形头都是由有机玻璃材质构成,有效减少了采样时微生物的腐蚀作用对整个实验的影响；(6)采样方法操作简单，且高效省时。
附图说明
图1为本发明所述采样装置的结构示意图；
图2为本发明所述采样装置中收集管的结构示意图；
图3为本发明所述采样装置在使用状态的示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施方式和说明书附图对本发明做进一步详细介绍。
如图1至图3所示，本发明包括多个依次连接的收集管1、采样瓶2、透水性薄膜3、硅胶管4和锥形头5，收集管1的管壁上沿其长度方向均匀开设多排通孔，每一排通孔中相邻两个通孔之间的距离相同，本实施例中，通孔直径为1cm，相邻两个通孔的间距为0.5cm。采样瓶2置于收集管1内的底部，用于容纳去离子水，本实施例中，采样瓶2的直径为3.8cm，长为4cm；采样瓶2的瓶口通过透水性薄膜3密封，膜的厚度为0.45μm；在本实施例中，透水性薄膜3为可渗透的聚酰胺膜。硅胶管4位于收集管1内的采样瓶2上方，且硅胶管4与采样瓶2之间留有间隔；在本实施例中，硅胶管4置于采样瓶2上部2cm处，硅胶管4内径3.2mm，长度60cm；多个收集管1结构相同，收集管1的长度为10cm，外径为4cm，且每一个收集管1的顶部均设有内螺纹，同时，每一个收集管1底部还设有外螺纹，多个收集管1之间通过螺纹连接。此外，每一个收集管1内均设有采样瓶2和透水性薄膜3。锥形头5安装于收集管1的底部。锥形头5顶部设有与收集管1底部外螺纹相配合的内螺纹，锥形头5与收集管1之间通过螺纹连接。在本实施例中，收集管1和锥形头5的材质均为有机玻璃。
本发明的沉积物孔隙水和湖泊水体原位气液采样方法，包括以下步骤：
(a)选取适当的采样点，将采样装置沿锥形头(5)的方向竖直设置在所需测量的深度；
(b)经过一段时间的平衡作用之后，将采样装置取出；
(c)将多个收集管(1)分开，取出其中的采样瓶(2)和硅胶管(4)；
(d)采样瓶(2)中的液体为所采深度孔隙水的水样，硅胶管(4)中的气体为所采深度孔隙水的气体样品。
采样前，将采样瓶2放置于实验台，使用注射器将采样瓶2内充满去离子水；然后，使用透水性薄膜3将瓶口封住，并确保采样瓶2内没有气泡；其次，将硅胶管4拉直放置，使用针孔将氮气n2注入硅胶管4中，随后将采样瓶2放置再收集管1底部，再将硅胶管4设置在距离采样瓶11的上方2cm处；最后，根据实验的需要，用螺纹将与所需测量深度匹配的收集管1连接在一起，并将锥形头5与最后一个收集管1使用螺纹连接。
采样时，选取适当的采样点，如图3所示，将处理好的采样装置沿锥形头的方向竖直设置在所需测量的深度，经过3周时间的平衡作用之后，将采样装置取出。
采样完成后，旋转螺纹将收集管1与收集管1分开，先使用镊子取出置于每个收集管1上部的硅胶管4，然后取出收集管1底部的采样瓶2，硅胶管4中的气体即为所采深度孔隙水的气体样品，采样瓶2中的液体即为所采深度孔隙水的水样。
1.一种沉积物孔隙水和湖泊水体原位气液采样装置，其特征在于：包括多个依次连接的收集管(1)、采样瓶(2)、透水性薄膜(3)、硅胶管(4)和锥形头(5)，所述收集管(1)的管壁上沿其长度方向均匀开设多排通孔，采样瓶(2)置于收集管(1)内的底部，用于容纳去离子水，采样瓶(2)的瓶口通过透水性薄膜(3)密封；硅胶管(4)位于收集管(1)内的采样瓶(2)上方，且硅胶管(4)与采样瓶(2)之间留有间隔；锥形头(5)安装于收集管(1)的底部。
2.根据权利要求1所述的沉积物孔隙水和湖泊水体原位气液采样装置，其特征在于：所述多个收集管(1)结构相同，且每一个收集管(1)的顶部均设有内螺纹，同时，每一个收集管(1)底部还设有外螺纹，多个收集管(1)之间通过螺纹连接。
3.根据权利要求2所述的沉积物孔隙水和湖泊水体原位气液采样装置，其特征在于：所述每一个收集管(1)内均设有采样瓶(2)和透水性薄膜(3)。
4.根据权利要求2所述的沉积物孔隙水和湖泊水体原位气液采样装置，其特征在于：所述锥形头(5)顶部设有与收集管(1)底部外螺纹相配合的内螺纹，锥形头(5)与收集管(1)之间通过螺纹连接。
5.根据权利要求1所述的沉积物孔隙水和湖泊水体原位气液采样装置，其特征在于：每一排通孔中相邻两个通孔之间的距离相同。
6.根据权利要求1所述的沉积物孔隙水和湖泊水体原位气液采样装置，其特征在于：所述透水性薄膜(3)为可渗透的聚酰胺膜。
7.根据权利要求1所述的沉积物孔隙水和湖泊水体原位气液采样装置，其特征在于：所述收集管(1)和锥形头(5)的材质均为有机玻璃。
8.一种如权利要求1所述的沉积物孔隙水和湖泊水体原位气液采样方法，包括以下步骤：
(a)选取适当的采样点，将采样装置沿锥形头(5)的方向竖直设置在所需测量的深度；
(b)经过一段时间的平衡作用之后，将采样装置取出；
(c)将多个收集管(1)分开，取出其中的采样瓶(2)和硅胶管(4)；
(d)采样瓶(2)中的液体为所采深度孔隙水的水样，硅胶管(4)中的气体为所采深度孔隙水的气体样品。
技术总结