一种野外水体底泥采样方法及其装置[发明专利]

*CN102445363A*

(10)申请公布号 CN 102445363 A(43)申请公布日 2012.05.09

(12)发明专利申请

(21)申请号 201110390125.6(22)申请日 2011.11.30

(71)申请人安徽工业大学

地址243002 安徽省马鞍山市花山区湖东路

59号(72)发明人张新喜 江用斌 吴胜华 潘芳慧

胡小兵(74)专利代理机构南京知识律师事务所 32207

代理人蒋海军(51)Int.Cl.

G01N 1/08(2006.01)G01N 1/42(2006.01)

权利要求书 1 页 说明书 4 页 附图 3 页

()发明名称

一种野外水体底泥采样方法及其装置(57)摘要

本发明公开了一种野外水体底泥采样方法及其装置。该方法是将采样装置插入水体底泥之中，采用液氮气化冷冻或人工制冷的方法将采样区底泥冻成冰块，然后使用上述采样装置从水体中提起该冰块，水体底泥采样深度可由采样装置调节。实现上述方法的装置由制冷段、延长段、连接段以及采样段组成，所述制冷段位于最上端，采样段位于最下端，延长段和连接段位于中部且交替联接在一起。本发明提供的装置能够深入泥底，并能够采集到完整保持底泥原始分层状态的样品，为水体底泥分层存在状态、成因、污染物迁移、降解规律研究提供有效的采样工具，从而有效促进该领域研究向深度、广度和精度方向发展。CN 102445363 ACN 102445363 ACN 102445382 A

权 利 要 求 书

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1. 一种野外水体底泥采样方法，其特征在于，将包括制冷段、延长段、连接段以及采样段组成的采样装置插入水体底泥之中，采用液氮气化冷冻或人工制冷的方法将采样区底泥冻成冰块，然后使用上述采样装置从水体中提起该冰块，水体底泥采样深度可由采样装置中的延长段和连接段调节。

2. 一种实现权利要求1所述的野外水体底泥采样方法的装置，其特征在于，它由制冷段、延长段、连接段以及采样段组成，所述制冷段位于最上端，采样段位于最下端，延长段和连接段位于中部且交替联接在一起；

所述制冷段由液氮罐[1]、液氮管[2]、液氮泵[3]和阀门[4]依次串联组成；所述采样段由内冷管[5]、外冷管[6]、对称支撑架[13]、锥形头部[10]以及翼杆[11]组成，所述内冷管[5]位于外冷管[6]的内部，所述对称支撑架[13]位于内冷管[5]和外冷管[6]之间，用于固定内冷管[5]，所述锥形头部[10]位于外冷管[6]的末端，所述翼杆[11]有两个、对称设置在外冷管[6]外侧且位于锥形头部[10]与外冷管[6]连接处；

所述延长段由内冷管[5]、外冷管[6]、对称支撑架[13]、夹层保温层[16]、翼杆[11]以及保温层[7]组成，所述翼杆[11]有两个、对称设置在外冷管[6]外侧，在外冷管[6]的外表面设有保温层[7]，所述夹层保温层[16]位于内冷管[5]和外冷管[6]之间的夹层中；

所述延长段和采样段的内冷管[5]与制冷段的液氮管[2]相通；所述连接段由连接器[14]和设于其外的连接器保温层[15]组成，所述连接器[14]含有内螺纹和外螺母，能够连接上述延长段和采样段。

3. 如权利要求2所述的实现野外水体底泥采样方法的装置，其特征在于，所述延长段还设有2～4根氮气分配管[17]，其对称设置于夹层保温层[16]中。

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说 明 书

一种野外水体底泥采样方法及其装置

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技术领域

本发明属于地球化学和环境科学研究领域，具体涉及一种采集江河、湖泊与浅海等水体底泥样品的方法和装置。

[0001]

背景技术

地表土壤径流冲刷、农田灌溉、工业污水和生活污水排放都为江河、湖泊和海洋等

水体带来了大量泥沙和污染物，这些泥沙在被输送过程中，进行着不断的冲淤，改变着河床、湖底和海底。同时还夹带着自然界、工农业生产和生活污水中的有机质、重金属和其它污染物，日积月累地聚集和迁移。对海底石油的形成、分布和近海环境都有着密切影响。为了研究这些污泥及污染物的沉积、迁移和降解规律，人们设计建造了各种规模的水力学试验水槽，开展大量相关研究。同时还直接从自然水体中大量采集底泥进行科学研究，揭示其形成和变化规律。

[0003] 在现有野外水体底泥采样装置中，主要使用抓斗式、圆柱形真空采样装置，这些传统采样装置常见两大难题难以解决，一是难以深入到底层，二是难以保持底泥原始分层状态，为深入底泥形成和变化规律等很多地球化学和环境问题研究带来困难，也严重该领域研究向深度、广度和精度方面的发展。 [0004] 发明内容

本发明在于提供一种能深入采集野外水体底泥并有效保持底泥原始分层状态的采样方法以及实现该方法的装置。[0005] 为实现上述发明目的，本发明一种野外水体底泥采样方法的技术方案如下：

将包括制冷段、延长段、连接段以及采样段组成的采样装置插入水体底泥之中，采用液氮气化冷冻或人工制冷的方法将采样区底泥冻成冰块，然后使用上述采样装置从水体中提起该冰块，水体底泥采样深度可由采样装置中的延长段和连接段调节。[0006] 实现上述野外水体底泥采样方法的装置由制冷段、延长段、连接段以及采样段组成，所述制冷段位于最上端，采样段位于最下端，延长段和连接段位于中部且交替联接在一起；

所述制冷段由液氮罐、液氮管、液氮泵和阀门依次串联组成；所述采样段由内冷管、外冷管、对称支撑架、锥形头部以及翼杆组成，所述内冷管位于外冷管的内部，所述对称支撑架位于内冷管和外冷管之间，用于固定内冷管，所述锥形头部位于外冷管的末端，所述翼杆有两个、对称设置在外冷管外侧且位于锥形头部与外冷管连接处；

所述延长段由内冷管、外冷管、对称支撑架、夹层保温层、翼杆以及保温层组成，所述翼杆有两个、对称设置在外冷管外侧，在外冷管的外表面设有保温层，所述夹层保温层位于内冷管和外冷管之间的夹层中；

所述延长段和采样段的内冷管与制冷段的液氮管相通；所述连接段由连接器和设于其外的连接器保温层组成，所述连接器含有内螺纹和外螺

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母，能够连接上述延长段和采样段。[0007] 作为一种优化，所述延长段还设有2～4根氮气分配管，其对称设置于上述夹层保温层中。

[0008] 本发明提供的装置能够深入泥底，能够采集到完整保持底泥原始分层状态的样品，为水体底泥分层存在状态、成因、污染物迁移、降解规律研究提供有效的采样工具，根本解决传统采样装置只能采集底泥混合样或分层不清的问题，能够有效促进该领域研究向深度、广度和精度方面的发展。附图说明

图1为本发明装置整体结构示意图。[0010] 图2为本发明装置采样段结构示意图。[0011] 图3为图2中A-A剖面结构示意图。[0012] 图4为本发明装置连接段结构示意图。[0013] 图5为图4中B-B剖面结构示意图。[0014] 图6为本发明装置延长段结构示意图。[0015] 图7为图6中C-C剖面结构示意图。[0016] 图中1.液氮罐，2.液氮管，3.液氮泵，4.阀门，5.内冷管，6.外冷管，7.保温层，8.采样段，9.样品块，10.锥形头部，11.翼杆，12.“O”型密封圈，13.支撑架，14.连接器，15.连接器保温层，16.夹层保温层，17.氮气分配管。

[0009]

具体实施方式

[0017] 以下结合附图详述本发明。[0018] 如图1所示，本发明一种野外水体底泥采样装置由制冷段、延长段、连接段以及采样段组成，制冷段位于最上端，采样段8位于最下端，延长段和连接段位于中部且交替联接在一起，所述制冷段由液氮罐1、液氮管2、液氮泵3和阀门4依次串联组成，其与内冷管5相通，所述内冷管5位于外冷管6的内部，在外冷管6的外表面设有保温层7。[0019] 如图6和图7所示，上述延长段由内冷管5、外冷管6、对称支撑架13、夹层保温层16、氮气分配管17、翼杆11以及保温层7组成，所述翼杆11对称设置在外冷管6外侧，所述夹层保温层16位于内冷管5和外冷管6之间的夹层中，所述氮气分配管17有2～4根，其对称设置于夹层保温层16中。[0020] 如图2和图3所示，上述采样段由内冷管5、外冷管6、对称支撑架13、锥形头部10以及翼杆11组成，所述锥形头部10位于外冷管6的末端，所述翼杆11对称设置在外冷管6外侧且位于锥形头部10与外冷管6连接处。[0021] 如图2和图6所示，对称支撑架13位于内冷管5和外冷管6之间，用于固定内冷管5；上述延长段和采样段顶面均车出环形密封槽，在其中放置“O”型密封圈12。[0022] 如图4和图5所示，上述连接段由连接器14和设于其外的连接器保温层15组成，所述连接器14含有内螺纹和外螺母，能够连接上述延长段和采样段。[0023] 以下结合实施例对本发明作进一步的描述。

[0024] 本发明所公开的一种野外水体底泥的采样方法及装置，是为采集能够真实反映底

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说 明 书

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泥原始状态样品而设计，按照前述技术方案，参照图1～图7，其主要实施步骤有如下两部分：

第一部分：采样装置制作步骤一、采样段8制作

采用低温钢材或铜材管道作为外冷管6，在其末端焊接一锥形头部10，以便插入底泥底层，上部加工外丝，以便与连接器14相连，顶面车出环形密封槽，以便放置“O”型密封圈12，以免氮气溢出采样装置扰乱水流导致表层泥面混乱，同时避免外面的水进入外冷管6。[0025] 在锥形头部10与外冷管6的连接处对称焊接两条水平翼杆11，以扩大传热面积，有利于提起样品冰块9和拆卸连接器14。[0026] 在外冷管6内部，用对称支撑架13固定内冷管5，内冷管5也在顶面车出环形密封槽，放置“O”型密封圈12，以免液氮外溢。[0027] 步骤二、连接段制作

连接器14采用钢材加工成内丝六角螺母，以便延长采样装置。当连接采样段8时，直接拧上即可；当作为延长段连接器使用时，需要外加连接器保温层15，以免外部结冰，从而减少液氮消耗。[0028] 步骤三、延长段制作

采用低温钢材或铜材管道作为外冷管6，上下部均加工外丝，以便与连接器14相连，上下顶面均车出环形密封槽，以便放置“O”型密封圈12，以免氮气溢出采样装置扰乱水流导致表层泥面混乱。外加保温层7以减少液氮消耗，防止结冰增加提样重量。[0029] 下部对称焊接两条水平翼杆11，用于提起样品冰块和拆卸连接器14，外加保温层7以减少液氮消耗，防止结冰增加提样重量。[0030] 在外冷管6内部，用对称支撑架13固定内冷管5，内冷管5也在顶面车出环形密封槽，放置“O”型密封圈12，以免液氮外溢。在内冷管5端头加工内丝，与液氮管2连接。在内冷管5和外冷管6之间的夹层中设置保温层16，在夹层保温层16中对称放置2～4根氮气分配管17，以便气化后的液氮更加均匀、快速的在管道里流通，以减少液氮消耗。[0031] 第二部分：采样装置的组装与使用

步骤四、采样装置的组装根据底泥采样深度，在采样段8上端用连接器14依次连接延长段至水面以上。在泥面以下的采样段8、连接段、延长段都不设保温层7。泥面以上的延长段和连接段都要外设保温层7。泥面以下的翼杆11尽量处在同一平面内，以保持样品冰块的完整性。步骤五、插入采样装置

先锚固稳采样船，将组装好的采样装置放入水中，尽量垂直慢慢地插入底泥中。[0033] 步骤六、接通液氮源

按照图1依次连接液氮罐1，液氮管2，液氮泵3，阀门4，和内冷管5。在没有储备电源的情况下，也可采用直接倒入的方式，要注意控制流量。[0034] 步骤七、冷冻样品冰块

缓慢打开阀门4，启动液氮泵3，将液氮缓慢送入内冷管5，根据设置的氮气分配管17排出的氮气温度，调整液氮泵3运行时间和送氮量，以便底泥环绕采样段8结成原样密实的冰块。

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说 明 书

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步骤八、提起样品块9

待底泥结成需要大小的冰块后，停止液氮泵3的运行，拆开液氮管2，慢慢提起采样装置和样品块9，解开连接段及延长段，沿翼杆11锯开样品冰块，放入冷藏箱，或快速进行切割、抛光、拍照、量测和分层采样。

[0036] 在进行液氮冷冻操作过程中，要密切注意送氮速度，防止液氮外溢，操作人员要穿戴防护服和手套，以免冻伤，同时要保持采样操作区通风，以免缺氧窒息。

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说 明 书 附 图

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图1

图2

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说 明 书 附 图

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图3

图4

图5

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说 明 书 附 图

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图6

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图7