擴展式土壤水批量采樣裝置制造方法
【專利摘要】一種擴展式土壤水批量采樣裝置，包括采樣器、水樣瓶、緩沖瓶和真空泵，其特征在于，所述的裝置包括若干組采樣器和水樣瓶，還包括批量處理器和集中排氣開關(guān)；所述的批量處理器通過緩沖瓶與真空泵相連通，批量處理器內(nèi)設置若干溢流管；所述的采樣器由陶土頭、腔體、取樣管和排氣管構(gòu)成，取樣管分別連接各自的水樣瓶，水樣瓶分別與批量處理器的溢流管相連通，排氣管分別連接集中排氣開關(guān)。本實用新型的擴展式土壤水批量采樣裝置，結(jié)構(gòu)設計合理，可實現(xiàn)土壤水批量采樣操作，具有批量、同步、原位、長期定位采集特點，采樣器數(shù)量可根據(jù)實際情況擴展，在采樣點多而分散的實際工作中具有便利、高效的顯著優(yōu)勢。
【專利說明】擴展式土壤水批量采樣裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于水樣采集【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及一種土壤水樣的采集裝置，特別是涉及一種 擴展式土壤水批量采樣裝置，以真空維持手段采集土壤水樣，完成土壤水水樣批量、同步、 原位、長期定位采集。

【背景技術(shù)】
[0002] 土壤水是土壤物質(zhì)遷移和運動的載體，是土壤學、水文學、植物學以及生態(tài)環(huán)境學 等領(lǐng)域的研究重點，對其研究和應用涉及非飽和帶化學元素遷移規(guī)律研究、非飽和帶水污 染機理與防治研究、作物養(yǎng)分吸收和高效利用研究等一系列工作內(nèi)容。
[0003] 土壤水采樣是開展上述研究工作的基礎和前提?！锻寥廊芤翰蓸蛹夹g(shù)進展》（宋靜 等，土壤：2000年)、《原位土壤溶液采樣技術(shù)的應用》（孫明德等，北京農(nóng)業(yè)科學：2001年） 和《土壤溶液取樣技術(shù)及土壤溶液取樣器在分層定深水中取樣應用》（韓雙平等，地球?qū)W 報：2006年）等分別對目前常用的土壤水采樣方法進行了歸納總結(jié)，將其分為以下幾種類 型：（1)直接取土樣法：將土壤樣品從原位取出，在實驗室內(nèi)通過離心法、提取法、置換柱法 和壓榨法等將土壤水從土壤中分離出來；（2)自流法：原位安裝土壤水采樣器，依靠重力讓 土壤水自流至水樣瓶中；（3)負壓法：原位安裝土壤水采樣器，抽負壓后通過內(nèi)外壓力差吸 取土壤水。
[0004] 直接取土樣法屬于破壞性采樣法，會導致土壤理化性狀的改變，最大缺點是不利 于長期定位研究；自流法可滿足長期定位研究的需求，但僅適用于含水量豐富的土壤；負 壓法不僅能夠滿足長期定位研究的需求，而且對于除土壤水特別貧乏以外的土壤均為適 用，因此該方法得到了廣泛應用，業(yè)已成為土壤水采樣技術(shù)中最常用的一種方法。然而，負 壓法也有其局限性：由于土壤是一個非均質(zhì)體系，其物理、化學性質(zhì)存在時空差異，與其它 方法類似，負壓法采集到的單一土壤水樣品也存在代表性不強的問題。如何提高土壤水樣 品的代表性一直是土壤水采樣技術(shù)開發(fā)與發(fā)展研究中所關(guān)注的焦點問題。
[0005] 顯而易見，采樣點越多，所采集到的樣品代表性越高，而采樣的難度相應也就越 大。負壓法可以通過增加采樣器的方式，采集不同位置、不同深度的土壤水樣，從而有利于 提高樣品的代表性。然而，在實際采樣過程中，國內(nèi)外現(xiàn)有技術(shù)均是通過一個真空泵與各采 樣器分別相連，對各采樣器逐一進行抽真空操作。該工作方式費時費力，且在采樣點較多的 情況下無法保證樣品采集的同步性。研發(fā)土壤水批量采樣技術(shù)成為土壤水研究領(lǐng)域的迫切 需求，而目前為止國內(nèi)外學術(shù)界對此鮮有報道。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 針對土壤水批量采樣技術(shù)缺乏的現(xiàn)狀，本發(fā)明提供了一種具有批量、同步、原位、 長期定位采集特點的擴展式土壤水批量采樣裝置。
[0007] 為實現(xiàn)發(fā)明目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：
[0008] 本發(fā)明所述的擴展式土壤水批量采樣裝置，包括采樣器、水樣瓶、緩沖瓶和真空 泵，其特征在于，所述的裝置包括若干組采樣器和水樣瓶，還包括批量處理器和集中排氣開 關(guān)；所述的批量處理器通過緩沖瓶與真空泵相連通，批量處理器內(nèi)設置若干溢流管；所述 的采樣器由陶土頭、腔體、取樣管和排氣管構(gòu)成，采樣器的取樣管分別連接各自的水樣瓶， 水樣瓶分別與批量處理器的溢流管相連通，采樣器的排氣管分別連接集中排氣開關(guān)。
[0009] 所述的擴展式土壤水批量采樣裝置，采樣器的數(shù)量可根據(jù)采樣點數(shù)量、位置以及 樣品代表性要求等實際情況自行擴展。通過批量處理器將多而分散的采樣器聯(lián)系起來，對 所有采樣器進行集中抽真空操作，在采樣點較多的情況下保證樣品采集的同步性。
[0010] 所述的采樣器由陶土頭、腔體、取樣管和排氣管構(gòu)成。陶土頭由微孔陶土材料制 成，是采樣器的關(guān)鍵部件；腔體是采樣器的中空部分，采樣時通過抽取腔體內(nèi)的空氣，使腔 體呈現(xiàn)負壓狀態(tài)，當腔體內(nèi)真空度足夠高時，采樣器周圍的水分便會透過陶土頭進入腔體； 取樣管深入腔體距底端3-5mm處，其作用是將進入腔體的水樣吸入到水樣瓶中；排氣管深 入腔體距上端3-5mm處，其作用是采樣結(jié)束時卸去腔體內(nèi)真空，將殘留在腔體內(nèi)的水樣排 入水樣瓶內(nèi)，以盡量減小對下次采集樣品的污染。
[0011] 所述的水樣瓶采用橡膠塞封口棕色玻璃瓶，用于暫時儲存采集到的土壤水樣。橡 膠塞上帶有兩根玻璃管，其一端深入玻璃瓶內(nèi)3-5_，另一端分別與采樣器的取樣管、批量 處理器的溢流管相連。
[0012] 所述的批量處理器可由有機玻璃制成,形狀為圓柱形，底面直徑為200mm，圓柱高 度可根據(jù)待連接的采集器數(shù)量自行擴展。它的作用是將多而分散的采樣器聯(lián)系起來，達到 對所有采樣器集中抽真空操作的目的。位于批量處理器內(nèi)部的溢流管采用規(guī)格為4X6_ (內(nèi)徑X外徑，下同）、長180mm的有機玻璃管，沿批量處理器徑向垂直設置。批量處理器的 設計能夠有效解決批量采樣過程中的采樣速度不同步的技術(shù)問題。同時依靠批量處理器體 積大的優(yōu)勢提升采樣器的負壓維持能力。
[0013] 所述的真空泵可根據(jù)工作條件選擇電動式和人工式兩種。
[0014] 所述的集中排氣開關(guān)采用硬質(zhì)PVC材料制成，包括腔體，腔體上設有排氣口和一 組進氣口。其作用是將各采樣器的排氣管連接在一起，從而實現(xiàn)采樣結(jié)束時對各采樣器集 中排氣，將殘留在采樣器腔體內(nèi)的水樣全部排入水樣瓶內(nèi)，以盡量減小對下次采集樣品污 染的目的。對各采樣器進行集中放氣處理，可提高采樣工作的便利性。
[0015] 本實用新型的有益效果是：
[0016] (1)擴展式土壤水批量采樣裝置可實現(xiàn)土壤水批量采樣操作，改變了該【技術(shù)領(lǐng)域】 對各采樣器逐一進行抽真空操作的現(xiàn)狀；
[0017] (2)擴展式土壤水批量采樣裝置所連接的采樣器的數(shù)量可根據(jù)采樣點數(shù)量、位置 以及樣品代表性要求等實際情況自行擴展，在采樣點多而分散的實際工作中具有便利、高 效的顯著優(yōu)勢；
[0018] (3)擴展式土壤水批量采樣裝置所連接的采樣器的真空狀態(tài)、真空起止時間完全 一致，保證了樣品采集的同步性；
[0019] (4)擴展式土壤水批量采樣裝置結(jié)構(gòu)設計合理，有效應對了批量采樣過程中的采 樣速度不同步問題，使得該裝置在采樣器埋藏位置和深度不同、所處土體的含水量水平差 異較大時均為適用；
[0020] (5)擴展式土壤水批量采樣裝置增強了采樣器的負壓維持能力，使得采樣器的負 壓維持時間更加持久，從而進一步提升了采樣器的工作性能；
[0021] (6)擴展式土壤水批量采樣裝置利用集中排氣開關(guān)可在采樣結(jié)束時對各采樣器進 行集中放氣處理，增強了采樣工作的便利性；
[0022] (7)擴展式土壤水批量采樣裝置所選用的采樣器原位安裝，可滿足長期定位研究 的需求，且能夠在采樣結(jié)束時將殘留在腔體內(nèi)的水樣排出，盡量減小了對下次采集樣品的 污染。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0023] 圖1為本實用新型的擴展式土壤水批量采樣裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0024] 其中：1為采樣器；2為水樣瓶；3為批量處理器；4為緩沖瓶；5為真空泵；6為集 中排氣開關(guān)；7為連接管；8為陶土頭；9為腔體；10為采樣器的取樣管；11為采樣器的排氣 管；12為批量處理器的溢流管；13為批量處理器的排氣口。

【具體實施方式】
[0025] 如圖1所示，本實用新型的擴展式土壤水批量采樣裝置由采樣器1、水樣瓶2、批量 處理器3、緩沖瓶4、真空泵5、集中排氣開關(guān)6和連接管7組成。
[0026] 所述的采樣器1可選用ZL 200520110649. 5所述的采樣器，由陶土頭8、腔體9、取 樣管10和排氣管11構(gòu)成。陶土頭8由微孔陶土材料制成，是采樣器的關(guān)鍵部件；腔體9是 采樣器1的中空部分，采樣時通過抽取腔體9內(nèi)的空氣，使腔體9呈現(xiàn)負壓狀態(tài)，當腔體9 內(nèi)真空度足夠高時，采樣器1周圍的水分便會透過陶土頭8進入腔體9 ;取樣管10規(guī)格為 4X6mm (內(nèi)徑X外徑，下同），深入腔體9距底端3-5mm處，其作用是將進入腔體9的水樣 吸入到水樣瓶2中；排氣管11規(guī)格為4 X 6mm，深入腔體9距上端3-5mm處，其作用是采樣 結(jié)束時卸去腔體9內(nèi)真空，將殘留在腔體9內(nèi)的水樣排入水樣瓶2內(nèi)，以盡量減小對下次采 集樣品的污染。
[0027] 所述的水樣瓶2采用500ml橡膠塞封口棕色玻璃瓶，用于暫時儲存采集到的土壤 水樣。橡膠塞上帶有兩根4X6mm規(guī)格的玻璃管，其一端深入玻璃瓶內(nèi)3-5mm，另一端分別與 采樣器1的取樣管10、批量處理器3的溢流管12相連。
[0028] 所述的批量處理器3可由有機玻璃制成，形狀為圓柱形，底面直徑為200mm，圓柱 高度可根據(jù)待連接的采集器1數(shù)量自行擴展。它的作用是將多而分散的采樣器1聯(lián)系起來， 達到對所有采樣器1集中抽真空操作的目的。位于批量處理器3內(nèi)部的溢流管12采用規(guī) 格為4X 6mm、長180mm的有機玻璃管，沿批量處理器3徑向垂直設置。由于米樣器1埋藏的 位置和深度不同，其所處土體的含水量水平差異較大，因此各水樣瓶2的進樣速度會有快 有慢，當水樣瓶2的進樣量超過自身容積時，水樣便會流入批量處理器3內(nèi)。溢流管12的 作用是保證各水樣瓶2內(nèi)的水樣相互獨立，互不摻雜。批量處理器3的設計能夠有效解決 批量采樣過程中的采樣速度不同步的技術(shù)問題。同時依靠批量處理器3體積大的優(yōu)勢提升 采樣器1的負壓維持能力。
[0029] 所述的緩沖瓶4采用5000ml橡膠塞封口透明玻璃瓶，用于暫時儲存從批量處理器 3流出的水體，起到保護真空泵5的目的。橡膠塞上帶有兩根4 X 6mm規(guī)格的玻璃管，其一端 深入玻璃瓶內(nèi)3-5mm，另一端分別與批量處理器3的排氣口 13、真空泵5的進氣管相連。
[0030] 所述的真空泵5可根據(jù)工作條件選擇電動式和人工式兩種。在供電便利的條件下 選擇電動式真空泵相對省時省力，電動式真空泵可固定安裝于室內(nèi)，用較長的連接管將其 與緩沖瓶4連接起來即可。在供電不便的條件下可選擇手持式或腳踏式真空泵，因其抽真 空能力相對較弱但攜帶方便，可選用較短的連接管進行抽真空操作。
[0031] 所述的集中排氣開關(guān)6采用硬質(zhì)PVC材料制成，包括腔體，腔體上設有排氣口和一 組進氣口。其作用是將各采樣器1的排氣管11連接在一起，從而實現(xiàn)采樣結(jié)束時對各采樣 器1集中排氣，將殘留在采樣器腔體9內(nèi)的水樣全部排入水樣瓶2內(nèi)，以盡量減小對下次采 集樣品污染的目的。對各采樣器1進行集中放氣處理，可提高采樣工作的便利性。
[0032] 申請人:在某綜合水文實驗基地安裝了上述擴展式土壤水批量采樣裝置，2013年汛 期采樣工作中，該裝置在降雨期和退水期取得了很好的應用效果。具體實施步驟如下：
[0033] 步驟1 :根據(jù)采樣目的確定合適的采樣器1安裝位置和數(shù)量。例如，綜合水文實驗 基地的水文山人工實驗流域面積約500m2, 土體深度約100cm，設有0、30、60、100cm分層徑 流觀測設施?；谔岣咄寥浪畼悠返拇硇院捅M量減少對流域的破壞兩方面的考慮，最終 安裝了深度分別為15cm(對應0-30cm 土體)、45cm(對應30-60cm 土體)、80cm(對應60-100cm 土體）的米樣器1各14個。
[0034] 步驟2 :安裝采樣器1。選取一根內(nèi)徑兩倍于采樣器1外徑的鋼管，采用外力施壓 的方式垂向分層取出采樣器1待安裝位置的土壤，并將取出的土壤曬干、研碎。將采樣器1 放入待安裝深度處，并保證采樣器1處于堅直狀態(tài)。將曬干、研碎后的土壤分層回填、搗實。
[0035] 步驟3 :安裝批量處理器3。調(diào)整批量處理器3姿勢，安裝時保證其排氣口 13位于 下方。批量處理器3與采樣器1之間的相對位置可根據(jù)操作方便原則加以確定，其對采樣 效果影響不大。
[0036] 步驟4 :安裝水樣瓶2。利用連接管7將水樣瓶2橡膠塞上的兩根玻璃管分別與采 樣器1的取樣管10、批量處理器3的溢流管12相連。由于土壤水采樣量一般不大，在其它 條件允許的情況下采樣器1與水樣瓶2之間的連接管7以短為宜，水樣瓶2與批量處理器 3之間的連接管7可根據(jù)實際情況適當調(diào)整。
[0037] 步驟5 :安裝緩沖瓶4和真空泵5。利用連接管7將緩沖瓶4橡膠塞上的兩根玻璃 管分別與批量處理器3的排氣口 13、真空泵5相連。緩沖瓶4與批量處理器3、真空泵5之 間的相對位置對采樣效果影響不大，其作用是暫時儲存批量處理器3流出的水體，以防止 抽真空操作時水體進入真空泵5,從而起到保護真空泵5的目的。因此，緩沖瓶4可安裝在 真空泵5附近，以方便抽真空前及時觀察緩沖瓶4內(nèi)的水量狀況。
[0038] 步驟6 :安裝集中排氣開關(guān)6。將各采樣器1的排氣管11分別與集中排氣開關(guān)6 相連，實現(xiàn)米樣結(jié)束時對各米樣器1集中排氣，將殘留在米樣器腔體9內(nèi)的水樣全部排入水 樣瓶2內(nèi)，以盡量減小對下次采集樣品污染的目的。因此，集中排氣開關(guān)6安裝在水樣瓶2 附近，可為水樣儲存工作提供便利。
[0039] 步驟7 :編號。根據(jù)采樣器1的安裝位置、深度、采樣目的等信息，對采樣器1依次 編號。在水樣瓶2、連接管7、批量處理器3上張貼與采樣器1相對應的標簽，并用透明膠帶 粘牢。
[0040] 步驟8 :前期檢查。確保擴展式土壤水批量采樣裝置的各部件連接正確，確保裝置 的未利用通道、集中排氣開關(guān)6處于關(guān)閉狀態(tài)。
[0041] 步驟9:采樣開始。打開真空泵5開關(guān)，開始抽負壓操作。待真空表顯示裝置內(nèi)負 壓達到約_80kPa時，關(guān)閉批量處理器排氣口 13的開關(guān)，然后關(guān)閉真空泵5,此時裝置處于正 式工作狀態(tài)。
[0042] 步驟10 :采樣結(jié)束。土壤水采樣速度取決于采樣器1所處的土壤含水率狀況，實際 應用經(jīng)驗表明反復抽負壓有助于提升采樣速度及增加采樣量。待水樣瓶2內(nèi)水樣量滿足采 樣需求時，打開集中排氣開關(guān)6,將殘留在采樣器腔體9內(nèi)的水樣全部排入水樣瓶2內(nèi)。之 后，關(guān)閉集中排氣開關(guān)6。
[0043] 步驟11 :樣品儲存。將水樣瓶2內(nèi)的水樣依次儲存到事先準備好、并已編號的水 樣儲存瓶中。
[0044] 步驟12 :后期處理。將水樣瓶2采用超純水洗凈，采用烘干機烘干，然后安裝回裝 置中。排掉批量處理器3和緩沖瓶4內(nèi)的無效水體，至此本次采樣工作全部結(jié)束。
【權(quán)利要求】
1. 一種擴展式土壤水批量采樣裝置，包括采樣器（1)、水樣瓶（2)、緩沖瓶（4)和真空泵 (5)，其特征在于，所述的裝置包括若干組采樣器（1)和水樣瓶（2)，還包括批量處理器（3) 和集中排氣開關(guān)（6);所述的批量處理器（3)通過緩沖瓶（4)與真空泵（5)相連通，批量處 理器（3)內(nèi)設置若干溢流管（12);所述的采樣器（1)由陶土頭（8)、腔體（9)、取樣管（10)和 排氣管（11)構(gòu)成；米樣器（1)的取樣管（10)分別連接各自的水樣瓶（2)，水樣瓶（2)分別與 批量處理器（3)的溢流管（12)相連通，采樣器的排氣管（11)分別連接集中排氣開關(guān)（6)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的擴展式土壤水批量采樣裝置，其特征在于：所述采樣器（1)的 陶土頭（8)由微孔陶土材料制成，取樣管（10)深入腔體（9)距底端3-5mm處，排氣管（11) 深入腔體（9)距上端3-5謹處。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的擴展式土壤水批量采樣裝置，其特征在于：所述的水樣瓶 (2)采用500ml橡膠塞封口棕色玻璃瓶；橡膠塞上帶有兩根玻璃管，其一端深入玻璃瓶內(nèi) 3-5mm，另一端分別與采樣器（1)的取樣管（10)、批量處理器（3)的溢流管（12)相連接。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的擴展式土壤水批量采樣裝置，其特征在于：所述的批量處理 器（3)由有機玻璃制成，形狀為圓柱形，底面直徑為200mm;批量處理器（3)內(nèi)的溢流管（12) 采用內(nèi)徑X外徑規(guī)格為4X6mm、長180_的有機玻璃管，沿批量處理器（3)徑向垂直設置。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的擴展式土壤水批量采樣裝置，其特征在于：所述的批量處理 器（3)底部設置排氣口（13)，排氣口（13)與緩沖瓶（4)連接；批量處理器（3)的溢流管（12) 與水樣瓶（2)連接。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的擴展式土壤水批量采樣裝置，其特征在于：所述的集中排氣 開關(guān)（6)采用硬質(zhì)PVC材料制成；包括腔體，腔體上設有排氣口和一組進氣口。
【文檔編號】G01N1/14GK203894084SQ201420307591
【公開日】2014年10月22日 申請日期:2014年6月11日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月11日
【發(fā)明者】馬濤, 劉九夫, 張建云, 顧慰祖, 陸家駒, 劉宏偉, 尚熳廷, 鄭皓, 謝民, 王志敏 申請人:水利部交通運輸部國家能源局南京水利科學研究院