一种水样取样器及分析检测装置的制作方法

1.本实用新型涉及水质检测及监测技术领域，尤其涉及一种水样取样器及分析检测装置。


背景技术：

2.硝酸盐氮是水体中的重要水质组分，农业施肥、污水灌溉、工业废水及生活废水的排放等人类活动均会导致水体中硝酸盐氮浓度的增加，地表水硝酸盐氮浓度过高会导致水体富营养化，饮用水硝酸盐氮浓度超标会对人体造成危害。
3.常规水质分析需要将水样运至实验室进行测试，水样采集、保存及运输过程中，在硝化或反硝化作用下，水体中硝酸盐氮、亚硝酸盐氮、氨氮之间相互转化，从而影响水中硝酸盐氮浓度的准确测定。
4.实验室测试所用液体药剂不易保存，需定期配制，试剂消耗量大；样品采集、保存及运输需要样品瓶、保护剂、运输费等相关费用；测试过程中需使用大型分析仪器，实验室测试综合成本高。
5.另外，现有的现场检测技术主要为试纸目视比色法和传感器原位在线监测法等。其中试纸目视比色法对照标准试纸色阶，用肉眼主观判断硝酸盐氮浓度，误差较大，灵敏度也较低；传感器原位在线监测法在监测过程中，随着监测时间的延长，水中有机质及一些微溶和易沉淀物质容易沉积在传感器探头上，影响检测结果的稳定性和准确度。
6.现有技术的取样器管只有一个口，水样进出共用同一个口，功能单一，无法根据水样进出的不同在同一管体中填充不同材料以实现不同功能。


技术实现要素：

7.鉴于上述的分析，本实用新型旨在提供一种水样取样器及分析检测装置，用以解决现有功能单一，无法根据水样进出的不同在同一管体中填充不同材料以实现不同功能的技术问题。
8.本实用新型的目的主要是通过以下技术方案实现的：
9.一方面，本实用新型提供了一种水样取样器，包括：取样器管，以及设置在所述取样器管中的能够沿其轴向移动的推拉杆；所述取样器管包括供所述推拉杆插入的开口端，以及在所述推拉杆推拉时能够使水样排出以及抽吸进入所述取样器管的进出样端，所述进出样端上连接有进样口及出样口。
10.可选地，所述进样口包括连接在所述进出样端的并与所述取样器管连通的进样管，所述进样管中填充过滤材料。
11.可选地，所述出样口包括连接在所述进出样端的并与所述取样器管连通的出样管，所述出样管中预装指示剂。
12.可选地，所述进样管的长度大于所述出样管的长度。
13.可选地，所述进样管及所述出样管均为直通管。
14.可选地，所述进样管与所述取样器管为一体结构。
15.可选地，所述出样管与所述取样器管为一体结构。
16.可选地，所述取样器管包括透明的取样器管体，所述取样器管体上设置有体积刻度。
17.可选地，所述推拉杆的长度大于所述取样器管体的长度。
18.另一方面，本实用新型还提供了一种分析检测装置，包括上述的水样取样器、比色管以及分光光度计，所述比色管用于盛放所述水样取样器采集到的水样，并通过所述分光光度计进行已知组分含量的检测。
19.可选地，所述出样管的长度不超过所述进样管的长度的二分之一。
20.可选地，所述固定阀板连接在所述进样管或者所述出样管的径向方向上，所述活动阀板的至少一部分能够与所述固定阀板搭接贴合，用以切断水样在所述进样管或者所述出样管的流动通道。
21.本实用新型至少可实现如下有益效果之一：
22.(1)现有技术的取样器管只有一个口，水样进出共用同一个口，本实用新型通过设置单独的进样口及出样口，可以根据进样和出样的目的不同分别在进样管和出样管填充不同的材料，从而起到不同的作用。具体来说，在进样管填充过滤材料，起到过滤水样中固体杂质的作用；在出样管预装指示剂，使得水样在注入过程中会将出样管中预装的指示剂一起注入比色管中，无需额外设置加入指示剂的步骤，有效提高了检测的快捷性和提高检测效率。并且本实用新型的取样器不仅具有取样功能，还具有携带指示剂进入比色管的功能，丰富了取样器的功能。
23.(2)通过将进样管的长度设置为长于出样管，方便水样的采集，避免采集水样过程中出样管的管口接触水样，从而使原始水样不污染出样口。
24.(3)本实用新型的取样管的进样口以及出样口均设置有单向阀，这样保证了单向进出的效果，避免互相影响。
25.(4)为了加强单向阀的效果，将每个单向阀均设计成交错搭接的固定阀板及活动阀板相配合的方式，这样以达到推拉的过程中，使活动阀板与固定阀板形成间隙，保证液体顺利通过的效果。
26.(5)进样口与出样口的阀板的独特设置方式，能够使进样口上的活动阀板在抽吸水样时只能朝取样器管内侧活动；而出样口在抽吸力的作用下只能牢牢吸贴在固定阀板上，一方面不会破坏抽吸力所构成的取样器管内的真空度，另一方面也避免了水样通过出样口进入取样器管，构成水样取样器在推拉杆回拉抽液时的只进不出。
27.(6)为了保证抽吸进入取样器管中水样的洁净度，在进样管内设置有过滤层，过滤材料的孔径为0.4～0.5微米，本实用新型的结构能实现繁琐的过滤装置才能实现的较好的过滤效果而且通过选用特定的材料进行制备可以起到对待测试样进行很好过滤的效果，在获得很好的过滤效果的同时，能够使得装填过程简化，不繁琐。
28.(7)本实用新型的水样取样器可作为一次性用品批量生产，预装在出样口的指示剂为固体药剂，便于保存(有效期1年以上)，并且本实用新型的水样取样器结构简单，便于操作，非常适合在水环境现场监测领域推广应用。
29.本实用新型中，上述各技术方案之间还可以相互组合，以实现更多的优选组合方
案。本实用新型的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分优点可从说明书中变得显而易见，或者通过实施本实用新型而了解。本实用新型的目的和其他优点可通过说明书实施例以及附图中所特别指出的内容中来实现和获得。
附图说明
30.附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本实用新型的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。
31.图1为本实用新型提供的水样取样器的结构示意图；
32.图2为本实用新型提供的比色管的结构示意图；
33.图3为本实用新型提供的分光光度计的结构示意图；
34.图4为本发明提供的光谱扫描曲线。
35.附图标记：
36.1-取样器管；10-取样器管体；11-开口端；12-进出样端；13-进样口；14-进样管；15-出样口；16-出样管；17-过滤层；18-指示剂层；
37.2-推拉杆；
38.3-单向阀；31-固定阀板；32-活动阀板。
具体实施方式
39.下面结合附图来具体描述本实用新型的优选实施例，其中，附图构成本技术一部分，并与本实用新型的实施例一起用于阐释本实用新型的原理，并非用于限定本实用新型的范围。
40.实施例一
41.本实用新型的一个具体实施例，公开了一种水样取样器，包括：取样器管1，以及设置在所述取样器管1中的能够沿其轴向移动的推拉杆2；
42.所述取样器管1包括供所述推拉杆2插入的开口端11，以及在所述推拉推拉杆2时能够使水样排出以及抽吸进入所述取样器管1的进出样端12，所述进出样端12上连接有进样口13及出样口15，如图1所示。
43.现有技术的取样器管只有一个口，水样进出共用同一个口，本实用新型通过设置单独的进样口及出样口，可以根据进样和出样的目的不同分别在进样管和出样管填充不同的材料，从而起到不同的作用。具体来说，在进样管填充过滤材料，起到过滤水样中固体杂质的作用；在出样管预装指示剂，使得水样在注入过程中会将出样管中预装的指示剂一起注入比色管中，无需单独设置加入指示剂的步骤，减少操作步骤，提高检测效率。
44.水样在抽吸进入取样器管1后，推注至比色管中，进一步地将承载有水样的比色管放置于分光光度计，通过预先得到的标准曲线数据，结合分光光度计检测到的吸光度来确定水样中的硝酸盐氮浓度。
45.具体地，本实施例中取样器管1进出样端12的进样口13以及出样口15上均设置有单向阀3，能够使水样取样器在推拉杆2回拉抽液时只进不出，并且在推拉杆2推注排液时只出不进。
46.为了保证上述效果，每个单向阀3均包括交错搭接的固定阀板31及活动阀板32，活
动阀板32能够伴随推拉杆2的推拉进行移动，在推拉推拉杆2的过程中，能够根据抽吸力或者推注力使活动阀板32进行移动，从而在固定阀板31与活动阀板32之间构成缝隙。
47.进样口13上的固定阀板31设置在活动阀板32的外侧，出样口15上的活动阀板32设置在固定阀板31的外侧。通过该种设置方式，能够使进样口13上的活动阀板32在抽吸水样时只能朝取样器管1内侧活动，活动后的活动阀板32与相对固定的固定阀板31之间构成了水样的进样通道；而出样口15上的活动阀板32由于设置在固定阀板31的外侧，在抽吸力的作用下只能牢牢吸贴在固定阀板31上，一方面不会破坏抽吸力所构成的取样器管1内的真空度，另一方面也避免了水样通过出样口15进入取样器管1，构成水样取样器在推拉杆2回拉抽液时的只进不出。
48.相对应地，在推拉杆2推注排液时，进样口13上的活动阀板32会在推注力的作用下牢牢贴附在活动阀板32的内侧，使进样口13在推注液体时封闭；而出样口15上的活动阀板32则在推注力的作用下向外倾斜移动，从而在出样口15上的活动阀板32与固定阀板31之间构成出液的缝隙，构成水样取样器在推拉杆2推注排液时的只出不进。
49.本实施例中的进样口13包括连接在进出样端12的进样管14，且进样管14与取样器管1连通，进样口13上的单向阀3即进样口13上的固定阀板31及活动阀板32均设置在进样管14的外侧管口上，为了保证抽吸进入取样器管1中水样的洁净度，在进样管14中设置有过滤层17，过滤层17具体为在进样管14中填充的过滤材料，能够将水样中的固体杂质滤除，防止固体杂质在后续检测中的干扰。
50.需要说明的是，也可以根据需要在进样管14的内外两侧的管口上分别设置单向阀3。
51.出样口15包括连接在进出样端12上的并与取样器管1连通的出样管16，连接在出样口15上的单向阀3具体为两个，其分别设置在出样管16内外两侧的管口上，在两个单向阀3之间预装有指示剂层18。本实施例中的指示剂层18具体为预装的指示剂，应用于本实用新型进行水样中硝酸盐氮的含量检测，指示剂为预装的0.001g的2-异丙基-5-甲基苯酚。通过预装的指示剂，能够简化检测过程，使水样在转移至比色管的过程中混入指示剂，无需额外设置加入指示剂的步骤，有效提高了检测的快捷性和提高检测效率。
52.为了减少吸取水样时，原始水样附着在出样口15，从而污染出样口15，本实施例中的进样管14的长度大于出样管16的长度，具体地，出样管16的长度不超过进样管14的长度的二分之一，通过该种设置方式，能够使进样管14有效地伸入水样中，并使出样管16与水样之间保持一定距离，避免原始水样在出样管16上的沾染。
53.从提高抽吸以及排液顺畅的角度，进样管14及出样管16均为连接在取样器管1的进出样端12上的直通管，并且进样管14及出样管16与取样器管1为一体结构。一体结构一方面能够方便水样取样器的加工制作，另一方面能够避免各组件在连接过程中对整体密封性造成影响。
54.固定阀板31连接在进样管14或者出样管16的径向方向上，活动阀板32的至少一部分能够与固定阀板31搭接贴合，用以切断水样在进样管14或者出样管16的流动通道。结合上文已述的固定阀板31以及活动阀板32的操作原理，本实施例中的固定阀板31及活动阀板32均连接在进样管14或者出样管16的径向方向上，进一步地，固定阀板31及活动阀板32均为近似半圆板状结构，且直线边沿凸出于进样管14或者出样管16的直径线，能够达到良好
的搭接，切断水样在进样管14或者出样管16的流动通道，保证在抽吸以及推注时的密闭效果。
55.需要说明的是，为了保证抽吸时具有良好的密封效果，在固定阀板31和活动阀板32的搭接处设有密封件。
56.为了更加直观地对水样在取样器管1中的状态进行观测，本实施例中的取样器管1包括透明的取样器管体10，在取样器管体10上设置有体积刻度，能够直观调整水样的摄取量，提高检测的精准度。取样器管体10的材质可以选用玻璃，也可以由塑料制成。
57.本实施例中的固定阀板31可以为与取样器管体材质相同的硬质的玻璃或者塑料，活动阀板32可以为连接在主体结构上的软质橡胶片，使活动阀板32能够自由活动。
58.本实施例中的推拉杆2的长度大于取样器管体10的长度，在原始状态下，推拉杆2的一端贴合在取样器管1进出样端12的内侧端面上，推拉杆2的另一端突出于取样器管1的开口端11，能够方便推拉杆2的操作。需要说明的是，为了进一步保证水样在取样器管1中抽吸以及排出时的密闭性，推拉杆2在位于取样器管体10内部的端头上还可设置橡胶头，以此达到顺利操作的目的，这里不再赘述。
59.通过本实用新型中的水样取样器，能够有效保证取样以及水样在转移时的顺畅性，有效简化了检测步骤，重要的是避免了水样在抽取以及排出时共用通道所造成的相互干扰，从根本上提高了检测的精准度。
60.基于本实用新型中的检测过程，本实施例还提供了一种分析检测装置，包括上述水样取样器、比色管以及分光光度计，比色管用于盛放水样取样器采集到的水样，并通过分光光度计进行已知组分含量的检测。
61.本实用新型中的分析检测装置能够实现水样的原位检测，避免了水样在采样现场到实验室检测时极易出现的组分转化，并且能够保证分析测试的准确性，降低误差。
62.当然，对于本实用新型的方案而言，还存在有诸多替代性的方案，比如在现场检测过程中，也可以不使用便携式分光光度计，改用标准比色卡或标准比色试剂管。即：将系列标准溶液进行显色反应，然后将标准溶液浓度与颜色深浅制作成标准比色卡或标准比色试剂管，通过目视比色法现场测定水中硝酸盐氮的浓度，但是上述方式相比分光光度计灵敏度和准确度较差，目视比色判定水样中硝酸盐氮浓度误差较大。
63.另外，其实在现场检测过程中取样时也可以不采用本实用新型的取样器，直接使用普通注射器和针头式过滤器移取水样，现场加入指示剂，进行现场测试。缺点是现场无法携带天平台和万分之一电子天平，无法准确称量0.001g指示剂，影响待测水样的显色效果及检测结果的准确度。
64.实施例二
65.该实施例提供了一种硝酸盐氮的现场检测方法，包括了以下几个步骤：
66.①
波长选择：以一定浓度的硝酸盐氮标准溶液为试验样品，在分光光度计中进行吸光度波长扫描(具体见图4的光谱扫描曲线)，最大吸收波长为390nm，因此本方法选定的吸收波长为390nm。
67.②
标准曲线绘制：第一步，配制标准溶液：采用硝酸盐氮有证标准物质溶液逐级稀释配制成0.0、0.5、2.0、5.0、10.0、20.0、40.0mg/l的系列标准溶液。第二步，移取标准溶液：采用水样取样器分别准确移取2.0ml系列标准溶液(至水样取样器2.0ml刻线处)，通过水样
取样器出样口将2.0ml标准溶液注入比色管中(标准溶液注入过程中会将出样口中预装的指示药剂一起注入比色管中)。第三步，显色反应：在已注入标准溶液的比色管中加入1.5ml浓硫酸，混匀，放置4-5分钟；然后再加入6.5ml去离子水，混匀；最后在比色管中加入32％的氢氧化钠溶液至比色管20ml刻线处，振荡5-6次，放置2-3分钟，进行显色反应。第四步，现场检测：显色反应完成后，在便携式分光光度计中选择单波长检测模式，检测波长为390nm，以0.0mg/l的空白试样为参比溶液进行仪器调零，然后分别将0.0、0.5、2.0、5.0、10.0、20.0、40.0mg/l的系列标准溶液试样依次置于比色孔中进行吸光度测定，吸光度测试完成后以系列标准溶液吸光度为横坐标、硝酸盐氮浓度为纵坐标绘制标准曲线，计算出线性方程，完成标准曲线绘制，模拟出来的线性方程如下表1所示：
68.表1模拟结果
[0069][0070]
③
移取样品：准确移取2.0ml待测水样(至水样取样器2.0ml刻线处。水样通过进样口吸取时，会自动过滤水样中固体杂质，保证后续检测结果的准确性)，然后将2.0ml水样注入比色管中(水样注入过程中会将出样口中预装的指示药剂一起注入比色管中)，如图2所示。
[0071]
在将水样从取样器注入比色管时，推注速度不能太快，需要保证预装的指示剂全部进入比色管。示例性地，当推注水样为2.0ml时，推注时间为30-60秒。
[0072]
过滤过程中所采用的过滤材料的制备方法包括：将占总试剂质量的5-7％的乙二醇聚氧乙烯醚加入到乙酰二甲胺中，搅拌均匀，再加入占总试剂质量的4-6％的聚磺化苯醚砜和占总试剂质量的14-16％的聚亚苯基砜，加热到40-70℃，搅拌均匀，真空脱泡24小时以上。总试剂包括反应原料和溶剂，反应原料包括乙二醇聚氧乙烯醚、聚磺化苯醚砜和聚亚苯基砜，溶剂包括乙酰二甲胺。
[0073]
之后在室温下将材料置于与取样器进样口配套的若干个玻璃模具中，并将其置于20-25℃去离子水中，待凝固20-30小时后取出，用去离子水充分洗涤后得到过滤材料，将过滤材料安装于取样器进样管中。
[0074]
在一种优选的实施方式中，将占总试剂质量的7％的乙二醇聚氧乙烯醚加入到乙酰二甲胺中，搅拌均匀，再加入占总试剂质量的5％的聚磺化苯醚砜和占总试剂质量的15％的聚亚苯基砜，加热到60℃，搅拌均匀，真空脱泡24小时，本实施例制备的过滤材料孔径为0.4～0.5微米，能够有效过滤水样中的固体杂质。应用本检测方法对同一实际加标水样过滤前、过滤后进行多次检测，结果显示应用制备的过滤层过滤后样品检测结果更加准确、可靠。检测结果如下表2所示：
[0075]
表2实际加标样品过滤前、过滤后检测结果(mg/l)
[0076][0077]
本方法通过优化过滤材料的制备原料，及原料的含量，并通过联合优化制备工艺和控制特定的工艺参数，使得制备得到的过滤材料，一方面能够有效过滤水样中的固体杂质，并且后续装填方式也比较简单；另一方面，使得检测结果更加准确、可靠。
[0078]
为了使过滤材料能够顺利装填入进样管，需要玻璃模具的尺寸与进样管的直径相匹配，从而保证制备得到的过滤材料能够顺利装填入进样管。
[0079]
④
样品显色反应：在通过取样器注入2.0ml水样的比色管中加入1.5ml浓硫酸，混匀，放置4-5分钟；然后再加入6.5ml去离子水，混匀；最后在比色管中加入32％的氢氧化钠溶液至比色管20ml刻线处，振荡5-6次，放置2-3分钟，进行显色反应。
[0080]
⑤
现场检测：样品显色反应完成后，在便携式分光光度计中选择单波长检测模式，如图3所示.检测波长为390nm，以0.0mg/l的空白试样为参比溶液进行仪器调零，然后将完成显色反应后的水样置于比色孔中进行吸光度测定，读取吸光度值。
[0081]
⑥
结果计算：根据样品吸光度值，通过线性方程计算出待测试样中硝酸盐氮质量浓度(mg/l)。
[0082]
水样中硝酸盐氮质量浓度的计算公式为：ρ＝f
×
c；
[0083]
式中：
[0084]
ρ-水样中硝酸盐氮质量浓度，mg/l；
[0085]
f-水样稀释倍数；
[0086]
c-待测试样中硝酸盐氮质量浓度，mg/l。
[0087]
测定结果如下表3所示。
[0088]
表3样品加标回收率试验结果(每个样品平行测定5次)
[0089]
[0090][0091]
在上述实施例中，待测水样还可以选择移取1.5ml、1.6ml、1.7ml、1.8ml等等，只要保证是准确移取即可。
[0092]
在上述实施例中，在显色反应反应过程中所添加的氢氧化钠的质量浓度还可以选择为30％、31％、33％、34％、35％等等。
[0093]
本实施例的水样检测方法可以很好的应用于以下领域：
[0094]
①
水环境监测领域：地表水、地下水水质监测及水环境评价研究工作经常需要准确测定水中硝酸盐氮含量，用以评估水化学演化、水环境及水质污染状况，本方法可以为该领域提供快速、准确的现场检测、监测数据。
[0095]
②
水环境修复及治理领域：地表水、地下水硝酸盐污染修复过程中均需对水中硝酸盐氮含量进行高频率长期监测，评估水质硝酸盐污染程度和修复效果。本方法能够在现场实时检测水环境中硝酸盐氮浓度，在野外现场为水环境监测及修复治理过程提供实时监测数据。
[0096]
以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。