用于将取样体暴露在流体中的装置

摘要

示出和描述了一种用于将取样体暴露在流体中的装置，取样体包括限定测量平面的有效表面部分，该装置具有沿纵向轴线延伸的容器，容器包括沿纵向轴线延伸的闭合的侧壁并具有以横向于纵向轴线的方式延伸的第一端面和第二端面；并且该装置还具有第一取样体保持器，第一取样体保持器以横向于纵向轴线的方式延伸，并且第一取样体保持器设计成以如下方式对至少一个取样体加以固定：使取样体的测量平面以垂直于纵向轴线的方式在第一取样平面中延伸，并且有效表面部分远离第一端面，其中，容器包括入口和出口，并且其中，设置有搅拌元件，搅拌元件在与纵向轴线垂直的平面中以旋转的方式被驱动，搅拌元件被布置在远离第一取样平面的第一端面的一侧。

说明书

技术领域

本发明涉及用于将取样体持续地暴露在流体中的装置，所述取样体包括限 定测量平面的有效表面部分；所述用于将取样体持续地暴露在流体中的装置具 有沿纵向轴线延伸的容器，所述容器包括沿所述纵向轴线延伸的闭合的侧壁并 具有以横向于所述纵向轴线的方式延伸的第一端面和第二端面；所述用于将取 样体持续地暴露在流体中的装置还具有第一取样体保持器，所述第一取样体保 持器以横向于所述纵向轴线的方式延伸，并且所述第一取样体保持器设计成以 如下方式对至少一个取样体加以支撑：使取样体的有效表面部分以垂直于所述 纵向轴线的方式在第一取样平面中延伸，并且所述有效表面部分远离第一端面； 其中所述容器包括入口和出口。

背景技术

在环境分析领域中早已经知道将所谓的被动式取样器(passivesamplers) 长时间暴露(exposing)在水体的水中的技术，以便与水体中的水质相关的有 机污染化合物和无机污染化合物被聚积在所述被动式取样器中。随后，所聚积 的量的所述化合物的能够被提取出，并且能够确定溶液中的污染物的时间平均 浓度(time-averagedconcentration)，以便由此做出关于水体污染的判定。从例 如GB1566253A中可以获知这种被动式取样器。然而，也存在其它被动式取样 器，例如所谓的化学捕收金属取样器或DGT取样器，这些取样器用于聚积无机 污染物。

所述被动式取样器被设计成包括采集相(collectionphase)，所述采集相具 有用于目标分析的高的亲和力(affinity)，并且所述采集相通常通过薄膜与水相 (waterphase)分离，所述薄膜形成有效表面部分。取样器的其它表面不允许 要分析的物质穿过。

原则上，为了实现被动式取样器的暴露，这些被动式取样器可被直接放置 到布置于专用厢体(cage)或支撑部中的水体里，从而允许水围绕被动式取样 器移动。但是，其问题在于，当取样器被保持在水体中足够长的时间时，植物 或其它沉积物积聚在有效表面部分上，这将导致要分析的物质在采集相中向取 样器的内部的扩散被减少。当聚积在取样器中的要分析的物质的总量随后被确 定以借此做出关于水体污染的判定时，所述沉积物和植物使污染被低估。

被动式取样器直接位于水体中的布置类型的另一问题在于，缺乏关于平坦 有效表面部分处的流动状态的信息。因为确切地说，围绕有效表面部分的流动 决定要分析的物质扩散到被动式取样器之内的程度，所以缺乏信息的清晰性进 一步降低关于水体污染的判定精度。

因此从根本上说，被动式取样器以如下方式布置：一方面，它们限定有效 表面部分区域中的流动状态，另一方面，防止沉积物或植物积聚在有效表面部 分上。

Gunold等人的文献《CalibrationoftheChemcatcherpassivesamplerfor monitoringselectedpolarandsemi-polarpesticidesandsurfacewater》， EnvironmentalPollution155(2008)52–60中已经描述了并不用于水体中的实际 浓度测量而是用于在实验室环境下进行校正的装置，在所述装置中，被动式取 样器被布置在开口容器中的旋转驱动保持器上，含有有机物质的水以预定流量 穿过所述开口容器供入。然而，这种设置具有如下缺点：被动式取样器的有效 表面部分处的流动状态仍未被精确地限定。

发明内容

考虑到现有技术的状况，本发明的目标是提供一种用于将取样体(尤其是， 被动式取样器)暴露在诸如水之类的流体中的装置，所述装置确保取样体或被 动式取样器的有效表面部分区域中的流动状态在很长的时段内保持稳定。

根据本发明，这一目标通过设置搅拌元件实现，所述搅拌元件在与所述纵 向轴线垂直的平面中以旋转的方式被驱动，所述搅拌元件被布置在远离有效表 面部分所限定的取样平面的第一端面的一侧。

取样体保持器中在测量期间可布置有被设计成所谓被动式取样器的取样体， 所述取样体被设计成使水中含有的作为污染物的特定物质被积蓄在其中，其中， 这些物质通过有效表面部分扩散到所述取样体的内部。

此外，搅拌元件确保有效表面部分之上的区域或有效表面部分不停地移动， 使得流体也在有效表面部分上不停地移动。因此，流动特性在相关区域中被清 楚地限定并且能够在该相关区域中精确地复现，被动式取样器在所述相关区域 中与流体或水按以下方式相互作用：被动式取样器能够吸收水中含有的物质。

此外，当取样体保持器能够容纳多个取样体时，取样体保持器被设计成： 使取样体的由有效表面部分限定的测量平面在共同的取样平面中延伸或位于该 共同的取样平面中。这样所具有的优点是：所有取样体被安装在同样的流动状 态下。最后，搅拌元件在测量时段期间的恒定的转速能够确保该区域中的流动 特性在整个测量时段保持稳定，被动式取样器在所述测量时段期间被布置在所 述容器中。

在根据本发明的装置中，流体或水通过管线泵送到含有取样体的容器的内 部，并且流体或水还通过管线从容器的内部移除。这意味着所述装置能够被安 装成远离实际测量地点并且仅必须经由管线连接至该测量地点。这实现了非常 灵活的应用，并且甚至能够将所述装置使用在船或类似物上。因为容器通过端 面密封，还能够泵送加压的流体或水穿过容器，并且因此与开口容器相比允许 更大范围的流量变化。

在一个优选实施例中，所述搅拌元件绕所述纵向轴线旋转，并且所述第一 取样体保持器被设计成以如下方式对多个取样体加以支撑：使这些取样体的中 心点在平行于所述第一取样平面的方向上距所述纵向轴线的距离相等。因此， 取样体沿围绕所述纵向轴线的圆布置，并且当存在搅拌元件的预定转速时，取 样体的位置处的流量能够容易地计算。此外，对于所有取样体而言，所述流量 相等，使得所有取样体被暴露于相同的条件下。

优选地，容器中设置有第二取样体保持器，所述第二取样体保持器以横向 于所述纵向轴线的方式延伸并且被设计成以如下方式对至少一个取样体加以支 撑：使取样体的测量平面以垂直于所述纵向轴线的方式在第二取样平面中延伸， 并且使得有效表面部分远离(facingawayfrom)第二端面，其中，所述搅拌元 件被布置在所述第一取样体保持器和第二取样体保持器之间。如果第二取样体 保持器被设计成容纳多个取样体或被动式取样器，第二取样体保持器同样被构 造成：使测量平面在共同的第二取样平面中延伸或位于所述共同的第二区域平 面中。

第一取样体保持器和第二取样体保持器因此被布置成：使布置在其中的取 样体或被动式取样器具有相互面对的有效表面部分并且被彼此对置地布置。搅 拌元件于是布置在这些取样体之间，所述搅拌元件使流体或水在布置于两个取 样体保持器中的取样体上不停地(constantly)移动。这种布置使得能够在被清 楚限定的条件下将更多数量的取样体同时暴露在水中。特别地，所述第二取样 体保持器也可被设计成能够以如下方式对多个取样体加以支撑：使这些取样体 的中心点在平行于所述第二取样平面的方向上距所述纵向轴线的距离相等。因 此，对于第二取样体保持器中的取样体，流量同样能够被计算，并且流量对固 定在第二取样体保持器中的所有取样体而言是相同的。

此外，优选的是，入口设置在第一端面或第二端面这两者中的一者中，并 且出口设置在第一端面或第二端面这两者中的另一者中。在这种结构中，将入 口和出口布置在相对的端面中确保容器(取样体或被动式取样器形式的取样体 布置在所述容器中)具有沿轴向方向穿过其的恒定的流动，并且不存在于其中 形成死区(出现水池中并且不能持续地进行交换)的可能性。

优选地，搅拌元件被设计成连接至驱动轴，所述驱动轴以平行于纵向轴线 的方式延伸穿过第一端面和第二端面这两者中的一者，其中，搅拌元件附加地 包括叶片，所述叶片从所述驱动轴径向地向外延伸。这种结构实现对从外部可 控的搅拌元件的简单地致动，并且不必在容器的内部提供以复杂方式封装的驱 动装置。

优选地，这些叶片能够被可拆卸地固定在所述驱动轴上。这是有利的，因 为当叶片被从驱动轴上移除时，触及容纳在取样体保持器中的取样体是方便的。

此外，优选的是，所述第一端面被可拆卸地连接至所述侧壁，其中，所述 驱动轴延伸穿过所述第二端面，并且所述第一取样体保持器也被可拆卸地固定 在所述侧壁上。在这种结构中，为了更换取样体，过程可以是：首先将第一端 面从侧壁上拆下，并且随后将临近第一端面布置的第一取样体保持器从容器中 取出。随后能够将安装在取样体保持器上的取样体或被动式取样器从取样体保 持器上拆下并进行更换。一旦第一取样体保持器已经被移除，则搅拌元件就是 可及的，并且因为搅拌元件可拆卸地安装在驱动轴上，所以搅拌元件也能够被 从容器中移除。现在，第二取样体保持器也是可及的，这意味着支撑在其上的 取样体或被动式取样器能够被更换。这种结构因此能够容易地对被动式取样器 或取样体进行更换。尤其优选的是，所述第二取样体保持器也被可拆卸地固定 在所述侧壁上，因为这使得第二取样体保持器处的取样体的更换不必一定在容 器内进行，而是可以在容器外进行。

最后，在另一优选实施例中，所述入口或出口可被连接至流动测量装置， 以便能够持续地检测穿过容器的流量。此外，这使得能够确定测量期间流动穿 过容器的水的总体积。

此外，优选的是，所述容器具有与所述纵向轴线垂直的圆形横截面，并且 所述端面以垂直于所述纵向轴线的方式延伸。这种圆形的对称结构具有的优点 在于；旋转的搅拌元件使得容器中几乎不存在任何死区，并且流体或水的持续 地交换发生在容器中。

附图说明

下面将参照附图对本发明进行阐述，附图中仅示出优选的示意性实施例， 其中：

图1为示例性实施例的透视剖视图；

图2为图1示出的示例性实施例的侧视图；

图3为沿图2的线III-III的横截面；

图4为图3的截面视图的放大的细节视图；

图5为图1的示例性实施例的取样体保持器的俯视图。

具体实施方式

如图1中所示，在根据本发明的用于使取样体暴露在流体(例如，水)中 的装置1的示例性实施例中，装置1被支撑在工作台3上，所述工作台3包括 水平延伸的台面5并且优选地由塑料制成。

装置1包括封闭的容器7，容器7被布置在上夹环7与工作台台面5之间。 螺纹杆13在夹环9与工作台台面5之间延伸，使得上夹环9借助于夹持螺母 15而能够夹靠工作台台面5。

容器7被设计成沿着纵向轴线17延伸并且具有垂直于纵向轴线17的圆形 横截面。容器7包括第一上部端面19和第二底部端面21，在所述第一上部端 面19和第二底部端面21之间设置有闭合的侧壁23，所述闭合的侧壁23以平 行于纵向轴线17的方式延伸。在此处描述的优选的示例性实施例中，端面19， 21和侧壁23由聚丙烯制成。

第一端面19、侧壁23和第二端面21彼此可拆卸地连接，其中，第一端面 19与侧壁23之间以及侧壁23与第二端面21之间在各种情况下都布置有全面 的密封件(all-roundseals)。端面19，21和侧壁23通过夹环9而相互压靠，所 述夹环9通过夹持螺母夹靠工作台台面5，使得容器7在端面19，21与侧壁23 之间的交界区域中被密封。因此，容器7内部的空间与周围环境隔离。

如图1，图3和图4中所示，在第二底部端面21中相对纵向轴线17径向 偏置地设置有入口25，水可以通过所述入口25流动到容器7的内部，其中， 所述入口25经由优选由全氟烷氧基聚合物(perfluoroalkoxyalkane，PFA)制成 的管线27连接至供料泵(未示出)，所述供料泵确保恒定的体积流量。在上部 第一端面19中，在中心位置处设置有出口31，所述出口31通过由聚偏二氟乙 烯(polyvinylidenefluoride，PVDF)制成的管线连接至流动传感器装置35形式 的流动测量装置，通过所述流动测量装置可以测得穿过管线33的体积流量。此 外，凭借流动传感器装置35，能够确定一定时段内流动已经流动穿过容器7的 水的总体积。

在容器7中，布置有第一取样体保持器37，其中，所述第一取样体保持器 37设置成紧邻第一端面19并且被可拆卸地固定在侧壁23上。取样体保持器37 由钛(gr.1；材料牌号3.7025)制成，并且取样体保持器37在测量操作期间容纳 取样体39，所述取样体39被设计成使水中含有的作为污染物的特定物质聚积 在其中，其中，这些物质可通过有效表面部分40扩散到取样体39的内部，所 述取样体39具有采集相，所述采集相对要分析的物质具有高的亲和力。这种所 谓的被动式取样器已从现有技术可知，例如，化学捕收金属取样器或DGT取样 器。

取样体39的有效表面部分40限定测量平面41。当有效表面部分40被设 计为平坦的薄膜时，所述有效表面部分40和测量平面41具有同等的范围 (coextensive)。但是，还可设想的是，有效表面部分40具有曲线状的形状。 于是测量平面41由接触有效表面部分40的中心点的切面限定。

如图5所示，多个不同类型的取样体39可被安装在第一取样体保持器37 中，其中，所述取样体39被可拆卸地附连在取样体保持器37中的合适的夹持 装置中。多个取样体39的有效表面部分40面朝共同的方向，并且第一取样体 保持器37被设计成能够以下述可拆卸的方式对多个取样体39加以支撑：使取 样体39的测量平面41沿共同的第一取样平面43(见图4)延伸。此外，第一 取样体保持器37被设计成使取样体39以如下方式被支撑在其中：这些取样体 39的中心点距第一取样体保持器37的中心点44的距离d相等。取样体39由 此沿围绕中心点44的圆布置。

当第一取样体保持器37被安装在容器7中时，有效表面部分40远离第一 端面19，并且第一取样体保持器37的中心点44与纵向轴线17重合。有效表 面部分40因此远离第一端面19并朝向容器7的中心面，所述中心面垂直于纵 向轴线17，并且有效表面部分40被沿着围绕纵向轴线17的圆布置。因此，这 些取样体39的中心点距纵向轴线17的距离相等。

此外，在容器7中设置有第二取样体保持器45，所述第二取样体保持器45 也可拆卸地固定在侧壁23上并且被布置成邻近第二底部端面21。第二取样体 保持器45同样由钛(gr.1；材料牌号3.7025)制成，并且第二取样体保持器45 设计成能够以如下方式可拆卸地支撑上述取样体39：取样体39的测量平面41 在第二取样平面47中延伸，并且有效表面部分40远离第二端面21并朝向第一 端面19并进而朝向第一取样平面43。因此，取样体39以如下方式布置在取样 体保持器37，45中：取样体39的有效表面部分40彼此相对。附带地，第二取 样体保持器45被设计成与第一取样体保持器相同，使得当第二取样体保持器 45被安装在容器7中时，这些取样体39同样距中心点44的距离相等，并且中 心点44与纵向轴线17重合。

在取样平面43和取样平面47之间设置有搅拌元件51，所述搅拌元件51 从纵向轴线17径向地朝外延伸并且包括叶片49，所述搅拌元件由钛(gr.1；材料 牌号3.7025)制成，其中，叶片49被可拆卸地安装在沿纵向轴线17延伸的驱 动轴53上，所述驱动轴穿过第二底部端面21延伸至驱动电机55，并且所述驱 动轴由钛(gr.2；材料牌号3.7025)制成。位于第二底部端面21和驱动轴53之 间的密封件(未示出)被设计成PTFE轴封。

叶片49被设计成平面状的并以大致平行于纵向轴线17的方式延伸。此外， 叶片49被附连至毂部57，所述毂部57进而被旋拧到驱动轴53上，使得能够 通过移除毂部57来将包括叶片49的搅拌元件51从驱动轴53上移除。

前述的装置现在能够以下述方式工作以便将取样体39持续地暴露在流体 中(即，来自水体中的水中)。对与待分析的水接触的元件的材料的选择应确保 尽可能地排除来自微量元素的污染的风险，并且使得可以应用在咸水中。

为此，水通过入口25被泵送到容器7的内部并且通过出口31和管线33 离开所述容器7。这确保水穿过容器7的移动大致平行于所述纵向轴线17。水 流动穿过容器7的体积流量通过流动传感器35来确定。还能够测量一定时间内 泵送穿过容器的水的总体积。

同时搅拌元件的叶片49旋转，使得水在取样体39或被动式取样器之上持 续地移动。这确保连续的扰动以及围绕有效表面40的环流，并且这还防止漂浮 的颗粒沉积在有效表面40上或防止植物在其上的积聚，这两种情况将阻碍待被 取样体39通过有效表面部分40吸收的物质的扩散。搅拌元件51的通过驱动电 机55的匀速旋转附加地确保有效表面40的区域中流动状态保持不随段时间(甚 至很长的时段内)变化。因此，取样体39被暴露于要分析的水中的状态是可复 现的并且不随时间变化。

因为取样体39或被动式取样器沿围绕中心点44的圆布置在取样体保持器 37，45中，并且由于容器7中的布置意味着所述圆与搅拌元件51所围绕旋转 的纵向轴线17同心，所以通过搅拌元件51的转速以及取样体39距中心点44 的距离d能够容易地得到有效表面部分40处的流量。

为了将取样体39从装置1上移除以便在测量期之后进行分析并将它们更换 为其它取样体39，首先必须松开夹持螺母15，并且必须移除夹环9。随后，在 首先清空容器7之后，第一端面19可被移除并且第一取样体保持器37能被从 容器7取出。于是搅拌元件51是可及的，并且通过从驱动轴53移除毂部57 而使得所述搅拌元件也能够被从容器7中取出。于是邻近第二底部端面21的第 二取样体保持器45是可及的，并且固定在其上的取样体39也是可及的，其中， 因为第二取样体保持器45也被可拆卸地固定，更换可在适当的情况下于容器7 的外部或侧壁23的外部发生。

如果清洁需要的话，侧壁23和第一端面21还能够彼此分离。

因此，所述装置还易于拆解，并且取样体39易于更换。