一种测定水体污染物浓度吸附棒被动采样器的制造方法
【技术领域】
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[0001]本发明涉及一种用于测定水体污染物浓度的被动采样器，特别是对地表水中的无机金属污染物，极性、非极性有机污染物的测定。
【背景技术】
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[0002]环境水体中有许多化学物质对人类健康和环境生态具有很大的危害，因此为满足环境立法要求、保障生态环境和人类健康，必须对环境水中污染物进行监测。目前，在环境分析中最常用的仍然是属于主动采样技术(active sampling)范畴的瞬时随机采样方法(grab sampling)以及耗尽式的采样方法(exhaustive sampling)，这类采样方法出现早，理论和技术成熟度高，在环境分析中的接受度高。然而，这类采样技术存在一些固有缺点，主动采样一般为瞬时采样，不适合监测污染物浓度随时间变化较大的环境体系，且对于突发性污染事故容易遗漏；而增加采样频率或安装自动采样设备能保证在一定的时间周期内的采样次数，但是这会增加采样成本，而且在许多情况下是无法实现的。近年来，被动采样技术因其良好性能而在环境分析中逐渐受到关注。被动采样技术(passive sampling)基于分子扩散或渗透原理，将样品采集、目标物分离和富集合成一步，简化了釆样预处理过程，同时不需要任何动力装置，能自动连续采样，体现了采样过程中简单化、快速化的特点。现有常用的被动采样器核心部分多以吸附膜为主，吸附膜表面容易成为细菌等微生物的寄宿体，严重时可能会形成生物膜产生生物污染。且部分吸附膜的机械强度较差，当水体流速较高时，吸附膜很容易被水流拉扯撕裂，导致监测中断。
[0003]以搅拌棒吸附萃取技术(stir bar sorptive extract1n, SBSE)为核心的被动采样器是近年发展的热点，吸附棒具有固定相体积大、萃取容量高、可避免竞争性吸附。目前，吸附棒最为常用的吸附涂层为聚二甲基娃氧烧(Polydimethylsiloxane，PDMS)，具有较强的亲有机物性能和疏水性能，适用于萃取非极性、弱极性化合物以及衍生后的极性化合物，但对于强极性化合物(如酚类化合物)却表现出很低的萃取效率。碳纳米管(CarbonNanotubes, CNTs)是一种径向尺寸为纳米尺度、轴向尺寸为微米量级甚至可达毫米量级的一维管状完整分子结构的新型碳材料。CNTs作为一种吸附材料被广泛应用于包括农药、多环芳烃、无机离子和金属有机化合物等非极性和极性物质的萃取。将碳纳米管石墨层片卷曲形成多层纳米级的中空管状结构，即为多壁碳纳米管(mult1-walled carbonnanotubes, MffCNTs)，这种独特结构使其具有很大的表面积，表面产生了大量的吸附活性位点，为其用于环境中污染物分析提供了可能。因此，本发明设计一种被动采样器，以PDMS为基底，负载羟基化MWCTNs涂层，形成多壁碳纳米管/聚二甲基硅氧烷(MWCTNs/PDMS)作为涂层的新型吸附棒被动采样器，弥补了传统PDMS涂层在吸附极性污染物的不足，为水体被动采样器的应用和推广提供支撑。
【发明内容】
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[0004]本发明提供了一种吸附棒水体被动采样器，能原位同步测定水体无机金属离子、极性、非极性有机污染物浓度，为了解水体污染状况提供基础数据。
[0005]本发明由两部分组成，采样器支撑框架和吸附棒。具体操作为，将制备好的新型吸附棒放入有机玻璃制成的外壳内部，并利用固定螺丝将其固定。将整个系统放入水体，在其下端系上重物使其达到相应深度静置，上面系上漂浮标记物，放置在水体中进行被动采样。吸附棒与水体中的污染物会由于吸附作用而逐渐达到平衡，达到平衡后，取出吸附棒，用不同的溶剂对吸附棒进行洗脱，即可分别测定水体中的重金属、极性和非极性有机污染物浓度。
[0006]被动采样器支撑框架由固定螺丝、固定螺杆、两个直径大小不一的有机玻璃半球组成。将利用固定螺丝将上、下两个有机玻璃半球固定在固定螺杆上，上半球直径稍大、下半球直径偏小。由模具制备成型化的吸附棒，利用固定螺丝将吸附棒水平固定在螺杆上，将被动采样器置于水体，水流可从两球间隔缝隙中进入球体腔室内，其中的污染物可以被吸附棒吸附。达到采样平衡后，取出吸附棒，分别对吸附棒选用不同的洗脱溶剂进行洗脱用于不同污染物测试分析。
[0007]本发明的主要优点:
[0008](1)被动采样器以吸附棒为核心，机械强度高、吸附速率快、可重复利用；
[0009](2)吸附棒以定制模具制作，样品差异小、可批量生产、测试重现效果好，
[0010](3)以多壁碳纳米管/ 二甲基硅氧烷作为涂层的吸附棒能实现重金属离子、非极性、弱极性化合物尤其实现强极性化合物的萃取，扩大被动采样器的应用范围。
【附图说明】
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[0011]图1:吸附棒被动米样器；
[0012]图2:吸附棒剖视图；
[0013]图3:制作吸附棒定制模具正视图；
[0014]图4:制作吸附棒定制模具侧视图；
[0015]图5:制作吸附棒定制模具展开视图；
[0016]图中:1-被动采样器固定螺杆，2-被动采样器固定螺丝，3-被动采样器上半球，4-吸附棒，5-被动采样器下半球，6-吸附棒多壁碳纳米管涂层，7-吸附棒聚二甲基硅氧烷涂层，8-吸附棒玻璃内芯，9-定制模具贯穿固定螺丝，10-定制模具盖板，11-定制模具底板，12-定制模具成型腔室，13-定制模具贯穿螺孔，14-定制模具气室
【具体实施方式】
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[0017]1.如图2所示，将特定尺寸的玻璃内芯8依次用超纯水和二氯甲烷清洗、lmol/LNaOH中浸泡、lmol/L盐酸中浸泡后，用水清洗至中性，在充氮气氛围下120°C _150°C下烘干备用Ο
[0018]2.将一定质量的羟基化多壁碳纳米管均匀分散于二氯甲烷中，依次加入交联剂、强化剂后放入超声波清洗仪内，反应60min。随后分批次缓慢加入催化剂立即转移至漩涡振荡器，直至溶液变为均匀的浓稠的黑色胶液。放入真空干燥箱内，室温静置12h，消除物质混合过程中产生的气泡。
[0019]3.如图3所示，定制模具成型腔室12由聚四氟乙烯加工制成，外面有不锈钢制作的盖板10和底板12，四端带有贯穿螺孔13，将处理好的玻璃棒放入成型腔室12，将模具四端固定螺丝9拧紧，放置于高压反应釜内，充入氮气后密闭，置于马弗炉中，在高温高压下反应，气室14用来储存因制备过程中产生的气泡。经上述过程后便制成形成多壁碳纳米管涂层6、聚二甲基硅氧烷涂层7的吸附棒4。
[0020]4.如图1所示，利用固定螺丝2将有机玻璃下半球5固定在固定螺杆1上，然后将吸附棒4固定，调整合适高度，再固定有机玻璃上半球3。
[0021]5.达到选定的样点后，将整个被动采样器放入水体，在其下端系上重物使其达到相应深度，上面系上漂浮标记物便于寻找。将被动采样器原位静置进行被动采样直至吸附棒达到吸附平衡。
[0022]6.取出被动采样器，拿出吸附棒，用ΗΝ03作为解吸剂洗脱吸附棒用于重金属测定，用甲醇作为解吸剂洗脱吸附棒用于极性有机污染物测定，用正己烷与二氯甲烷(体积比1: 1)作为解吸剂洗脱吸附棒用于非极性有机污染物测定。
【主权项】
1.一种测定水体污染物浓度吸附棒被动采样器，该装置包括采样器支撑框架和吸附棒组成。2.按照权利要求1所述，其特点在于:利用定制模具制备含有多壁碳纳米管涂层和聚二甲基硅氧烷涂层的吸附棒。3.按照权利1及权利2要求所述，其特点在于:将吸附棒放入有机玻璃制成的腔体内，并用固定螺丝将其固定；将整个系统放入水体，在其下端系上重物使其达到相应深度，静置在水体中进行被动采样；达到平衡后，取出吸附棒，按照相应的洗脱方法测定水中重金属、极性和非极性有机污染物浓度。4.按照权利1、权利2及权利3要求所述，其特点在于:能实现重金属离子、非极性、弱极性化合物尤其实现强极性化合物的萃取，扩大被动采样器的应用范围。
【专利摘要】本发明公开了一种测定水体污染物浓度吸附棒被动采样器，该发明属于环境研究领域，该装置包括采样器支撑框架和吸附棒组成。利用定制模具制备吸附棒，将吸附棒放入有机玻璃制成的腔体内，并用固定螺丝将其固定。将整个系统放入水体，在其下端系上重物使其达到相应深度，上面系上漂浮标记物，静置在水体中进行被动采样。达到平衡后，取出吸附棒，用不同溶剂对吸附棒进行洗脱，即可分别测定水中重金属、极性和非极性有机污染物浓度。
【IPC分类】G01N33/18, G01N1/14, G01N1/28
【公开号】CN105241723
【申请号】CN201510705700
【发明人】郑蓓, 周益奇, 李红岩, 于志勇, 原盛广, 张文婧, 雷沛
【申请人】中国科学院生态环境研究中心
【公开日】2016年1月13日
【申请日】2015年10月27日