一种无人机搭载固相微萃取薄膜的原位水体采样装置的制作方法

本技术涉及无人机搭载的富集装置与分析，更具体地，涉及一种无人机搭载固相微萃取薄膜的原位水体采样装置。

背景技术：

1、对大气以及水环境中的有机物进行检测时，传统的取样检测方法采用取水样、实验室提取、检测器检测等步骤，由于被检测成分含量极低，且需要避免其挥发、分解，导致采样量大、运输不便、储存困难，对检测时效性要求较高，操作繁杂，成本高昂。

2、固相微萃取(spme)是一种集采样、萃取、浓缩、进样于一体，简单方便、省时省力、无溶剂的样品处理技术，而利用便携式的搭载装置能够实现分析物质的原位采集，并且避免运输过程中分析物质的变化。固相微萃取通常是将少量固定于固体支撑物上的萃取相暴露于样品体系中一段时间，待达到平衡后直接进行脱附、分析。固相微萃取主要有3种基本方式：直接萃取、顶空萃取和膜保护萃取。直接萃取时，涂层纤维直接插入到样品中，而分析物则从样品基质转移到萃取相中。顶空萃取时，萃取纤维插入到溶液上部的空气中，它要求分析物具有一定的挥发性。对于含有不挥发性目标分析物和大分子干扰物的样品，如含腐殖酸、蛋白质等的体系，应选择膜保护萃取方式，以获得更好的重现性和准确度。

3、本方案采用直接萃取的方式，用于原位水体采样。根据现有理论模型，在萃取相涂层种类和厚度不变的情况下，直接固相微萃取的分析物萃取量和其在样品中的初始浓度呈线性关系，且萃取量与水流量无关，而与采样时间有关，因此只需保持采样时间充足且固定，通过分析物萃取量即可计算得到分析物在样品中的初始浓度。

4、现有的固相微萃取原位采样技术之一是动态针捕集技术，即将固相微萃取涂层材料填充入一支特殊的针内，使针与采样装置相连，采样时通过外动力使气样穿过针内，目标分析物被吸附浓缩。此外，可将固相微萃取探针、适当长度的铝棒及便携式旋转电钻组装在一起制成原位水体采样装置，由采样人员手持，在岸边或者船边对表面水体进行原位采样。

5、然而，动态针补集技术存在探针萃取量小、容易断裂等缺点，只适用于较温和条件下、人员可以到达的区域内实现原位采样，针对一些地形险峻的区域或者极端天气往往会耗费大量的人力物力甚至不能进行原位采样。因此亟需发展一种适合在野外恶劣环境下的原位固相微萃取采样方法，从而扩展固相微萃取技术在实际采样中的应用。

6、近年来，相比于动态针补集的spme技术，采样人员有了更好的选择。薄膜固相微萃取，简称tf-spme，因其吸附相的表面积大，相体积大，极性范围广，可快速萃取，解决了普通的固相微萃取过程中所存在的吸收速率和吸收能力限制的问题。薄膜配合搭载装置，坚固耐用，适合于在险峻地形、极端天气等环境下进行环境样品的采样。

技术实现思路

1、本实用新型旨在克服上述现有技术至少一项的不足，提供一种无人机搭载固相微萃取薄膜的原位水体采样装置，可以达到广谱萃取且萃取量大、克服天气地形限制、节省人力的效果。

2、为了实现上述目的，本实用新型采用的技术方案如下：

3、本实用新型提供一种无人机搭载固相微萃取薄膜的原位水体采样装置，包括无人机本体、采样腔体和固相微萃取薄膜，所述采样腔体悬挂于所述无人机本体下，所述采样腔体内有多层圆盘，多层圆盘之间有过滤腔垂直穿过；所述固相微萃取薄膜置于所述过滤腔内。

4、所述多层圆盘由一根连接杆垂直贯穿圆心连接；多层圆盘有至少三层，包括所述采样腔体的顶板、底板和一层以上的中间板。

5、除底板无孔外，顶板和中间板上有多个圆盘孔，不同板的圆盘孔位置在垂直方向一一对应；所述过滤腔呈柱形，垂直穿过多层圆盘的对应圆盘孔。

6、中间板的圆盘孔向圆盘两侧延伸出柱形槽，底板的腔体内侧面嵌有柱形槽；底板的柱形槽上有释水孔。柱形槽用于固定过滤腔，防止其弯折；释水孔用于取出过滤腔时排水。

7、优选地，所述过滤腔的结构为弹簧或钢丝纱圆筒，作用是减小水流对固相微萃取薄膜的冲击，并过滤水流中的部分干扰物，防止其吸附于固相微萃取薄膜上。

8、所述固相微萃取薄膜由萃取剂和碳布组成，所述萃取剂覆在碳布表面，其特征在于，所述萃取剂由dvb颗粒、hlb颗粒、聚二甲基硅氧烷(pdms)、碳材料或有机框架材料中的一种或多种组成。pdms具有粘弹性，疏水性好，因此既可以用作黏合剂，将萃取剂颗粒固定在碳布上，又可以作为一种萃取剂。

9、优选地，所述碳材料包含碳纳米管或碳分子筛；所述hlb颗粒由1-乙烯基-2-吡咯烷酮(nvp)与乙烯基苯(dvb)有机聚合反应得到；所述有机框架材料包含金属有机框架材料、共价有机框架材料或氢键有机框架材料。以上萃取剂均可用于水体中痕量有机物的萃取，且可根据需要换用不同萃取剂，进一步提高萃取效率。

10、优选地，所述底板直径为35-50mm，所述顶板和中间板直径为30-45mm。

11、优选地，所述圆盘孔的孔径为8-12mm，所述固相微萃取薄膜的长度为30-70mm。

12、固相微萃取薄膜切割成具有较高长宽比的矩形，纵向置于过滤腔中。固相微萃取薄膜有一定硬度，不易卷曲，能够在水流中保持平展，保证了萃取相面积在萃取过程中保持稳定；且过滤腔、盖板和底板的组合提供了一个圆柱体空间，用于固定固相微萃取薄膜，防止其被水流冲走；固相微萃取薄膜的硬度和采样腔体的结构协同稳定了固相微萃取过程的吸收速率。

13、与现有技术相比，本实用新型的有益效果为：相比于现有的固相微萃取探针技术，本实用新型提供的固相微萃取薄膜具有更大的萃取体积，可以对水体或大气中多种极性不同的有机物进行广谱快速萃取，对含量极低的物质也能实现有效富集；薄膜配合无人机搭载装置，便携耐用、易于操作，适合在险峻地形、极端天气、受灾现场和毒化作业现场等环境下进行环境样品的原位采样，保障了采样人员的安全，具有广泛的市场应用前景。

技术特征：

1.一种无人机搭载固相微萃取薄膜的原位水体采样装置，包括无人机本体、采样腔体和固相微萃取薄膜，所述采样腔体悬挂于所述无人机本体下，其特征在于，所述采样腔体内有多层圆盘，多层圆盘之间有过滤腔垂直穿过；所述固相微萃取薄膜置于所述过滤腔内。

2.根据权利要求1所述的无人机搭载固相微萃取薄膜的原位水体采样装置，其特征在于，所述多层圆盘由一根连接杆垂直贯穿圆心连接；多层圆盘有至少三层，包括所述采样腔体的顶板、底板和一层以上的中间板。

3.根据权利要求2所述的无人机搭载固相微萃取薄膜的原位水体采样装置，其特征在于，除底板无孔外，顶板和中间板上有多个圆盘孔，不同板的圆盘孔位置在垂直方向一一对应；所述过滤腔垂直穿过多层圆盘的对应圆盘孔；所述过滤腔呈柱形。

4.根据权利要求3所述的无人机搭载固相微萃取薄膜的原位水体采样装置，其特征在于，中间板的圆盘孔向圆盘两侧延伸出柱形槽，底板的腔体内侧面嵌有柱形槽；底板的柱形槽上有释水孔。

5.根据权利要求1所述的无人机搭载固相微萃取薄膜的原位水体采样装置，其特征在于，所述过滤腔的结构为弹簧或钢丝纱圆筒。

6.根据权利要求1所述的无人机搭载固相微萃取薄膜的原位水体采样装置，其特征在于，所述固相微萃取薄膜由萃取剂和碳布组成，所述萃取剂覆在碳布表面，所述萃取剂由dvb颗粒、hlb颗粒、pdms、碳材料或有机框架材料中的一种或多种组成。

7.根据权利要求6所述的无人机搭载固相微萃取薄膜的原位水体采样装置，其特征在于，所述碳材料包含碳纳米管或碳分子筛；所述有机框架材料包含金属有机框架材料、共价有机框架材料或氢键有机框架材料；所述hlb颗粒由dvb和nvp通过有机聚合反应得到。

8.根据权利要求2所述的无人机搭载固相微萃取薄膜的原位水体采样装置，其特征在于，所述底板直径为35-50 mm，所述顶板和中间板直径为30-45 mm。

9.根据权利要求3所述的无人机搭载固相微萃取薄膜的原位水体采样装置，其特征在于，所述圆盘孔的孔径为8-12mm，所述固相微萃取薄膜的长度为30-70mm。

技术总结本技术涉及无人机搭载的富集装置与分析技术领域，提供一种无人机搭载固相微萃取薄膜原位水体采样装置，目的在于解决探针萃取量小易断裂的问题，以及野外恶劣环境下原位采样困难的问题。所述装置包括无人机本体、采样腔体和固相微萃取薄膜，所述固相微萃取薄膜置于所述采样腔体内的过滤腔内。本技术提供的固相微萃取薄膜具有更大的萃取体积，可以对水体或大气中多种极性不同的有机物进行广谱快速萃取，对含量极低的物质也能实现有效富集；薄膜配合无人机搭载装置和采样腔体，便携耐用且易于操作，适合于在险峻地形、极端天气、受灾现场、毒化作业现场等环境下进行环境样品的原位采样，节省人力、保障安全，具有广泛的市场应用前景。技术研发人员：朱智华,于禄丹受保护的技术使用者：英诺德（广州）科学仪器有限公司技术研发日：20231219技术公布日：2024/7/23