滑動組合式水樣保溫運輸箱的設計及應用研究

孫大明

(遼寧省大連水文局，遼寧 大連 116023)

近年來，隨著水環境監測技術的不斷提高與完善，對于水質監測的要求也越來越嚴格[1-3]。在水質監測分析過程中，除了要求樣品檢測分析的準確性外，水樣前置處理過程中的保存與運輸也是水質監測的重要環節。為保障檢測數據的準確性及可靠性，《生活飲用水標準檢驗方法 水樣的采集與保存》(GB/T 5750.2—2006)和《水質 樣品的保存和管理技術規定》(HJ 493—2009)均規定了樣品從采集后至運輸到實驗室期間，應實施1～5℃冷藏并暗處保存[4-5]。水樣的保存運輸過程中，需要保證持續低溫、避光、安全等條件[6]。目前市面上普通的水樣運輸箱，無法對水樣進行持續的冷藏保溫，導致水體樣品受溫度影響較大。對于常規的地表水和地下水采樣，需要攜帶多個規格不一的采樣瓶，普通運輸箱對于玻璃瓶的保護欠佳，且不能滿足多個采樣瓶的固定放置。尤其是當采樣點較多，運輸箱攜帶數量較多時，不僅給采樣人員造成運輸上的困難，由于缺乏固定設備，還大大增加了運輸過程中的安全風險。

鑒于以上問題，本文設計了一種滑動組合式水樣保溫運輸箱，不僅能夠有效保障水樣冷藏保溫，還能夠保證采樣瓶和運輸箱在保存與運輸過程中的安全性和便捷性，并對本文設計的采樣箱與傳統采樣運輸箱對大連地區8月地表水國家重要水質站揮發酚、氰化物、BOD5、氨氮和糞大腸菌群5項監測指標進行采樣對比分析。

1 滑動組合式水樣保溫運輸箱的設計

a.滑動組合式水樣保溫運輸箱的外箱體與箱蓋內外層均為聚丙烯(PP)材料，中間層為高密度保溫材料，具有很好的保溫性、抗沖擊性和抗破損性。

b.箱蓋頂部與外箱體底部裝有一對滑動連接裝置，包括底座結構和滑動結構。箱蓋頂部為底座結構，外箱體底部為滑動結構，外箱體通過側面滑動，使箱體與箱體之間上下連接；滑動連接裝置采用五金材質，不易變形，且耐銹防腐。底座結構與滑動結構之間的接觸面采用螺紋面，增強了滑動貼合性，且具有適當的摩擦力，使箱體的組合更加穩定。底座結構的前段設有緩沖阻尼，增強了滑動穩定性，緩解了五金零件的損耗；末端設有卡扣，防止箱體連接出現滑落，實現多個運輸箱的組合固定，方便水樣運輸中的固定與移動。

c.內膽箱為采用多個不同內徑的定型孔的PE海綿材質，用于放置多個50～1000mL不同規格、不同材質的采樣瓶或采樣管。同時很好地固定和保護定型孔內的采樣瓶和采樣管。此外內膽箱和外箱體之間形成四面空腔，空腔四周用于放置可拆卸式冰排，可拆卸式冰排外殼材質為PE材質，內部采用高分子蓄冷材料，保冷性能好，安全無毒，可反復使用。該可拆卸式冰排可直接拆卸放入冰箱冷凍。

d.箱蓋外側設有提手，內側設有溫度檢測裝置；外箱體上設有內嵌式溫度顯示器，實時顯示箱體內溫度。

滑動組合式水樣保溫運輸箱見圖1。

圖1 滑動組合式水樣保溫運輸箱設計1—外箱體；2—箱蓋；3—鎖扣；4—合頁；5—可拆卸式冰排；6—把手；7a—溫度檢測探頭；7b—溫度顯示裝置；8—內膽箱；9—定型孔；10—提手；11a—底座結構；11b—滑動結構；12—卡扣

2 實驗方法比對

采用滑動組合式水樣保溫運輸箱采集的樣品與傳統采樣方式進行采樣分析比對，結果見表1。為了驗證實驗，在現場采集樣品后對揮發酚項目加入3mL濃度為1.00mg/L的揮發酚標準溶液，對氰化物項目加入2mL濃度為1.00mg/L的氰化物標準溶液，并采集平行樣。

表1 國家重要水質站L01滑動組合式水樣保溫運輸箱與傳統采樣箱采樣監測結果比對

從表中1可以看出，傳統采樣箱與滑動組合式水樣保溫運輸箱采樣監測結果相比，相差較大，揮發酚、氰化物、BOD5以及氨氮衰減率在32.7%～40.8%之間，糞大腸菌群數量增長了7倍多。

揮發酚是一類不穩定的羥基芳烴化合物，很容易被水體中的氧和微生物氧化或分解。降低水體溫度，使其化學的尤其是生物的作用大為緩解[7]，低溫保存時獲得的監測結果較為準確可靠。

溫度對氰化物水樣的穩定性也有一定的影響。林仰鋒等[8]發現，當保存溫度為4℃時，水樣中的氰化物穩定性良好，隨著溫度的升高，氰化物的濃度都有所降低，溫度數值與氰化物濃度成反比。王麗萍[9]發現，當溫度較低時，微生物繁殖緩慢，氰化物不容易分解，從而減少了保存過程中樣品組分的損失。本實驗也驗證了這一論據。

生化需氧量的測定過程，實際上是微生物對有機物的降解過程，也是微生物的生長過程[10]。不同的細菌有不同的適宜生長溫度，高溫菌為50～60℃，中溫菌為25～40℃，低溫菌為10～20℃。夏季采樣后突然改變保存溫度，由于溫差改變了中溫菌的生長條件，將抑制了其代謝功能，而低溫菌的生長又需有一個適應階段，這就導致相對冷藏法對在一定時間內保存BOD5樣品具有一定的實際意義。

《水質 糞大腸菌群的測定 濾膜法》(HJ 347.1—2018)規定，采樣后應在2h內檢測，否則，應在10℃以下冷藏但不得超過6h。實驗室接樣后，不能立即開展檢測的，將樣品在4℃以下冷藏并在2h內檢測。因此，說明糞大腸菌群樣品需進行低溫保存，本實驗結果也表明，如果將樣品在常溫下保存，糞大腸菌群數量會成倍增加。

氨氮、硝酸鹽氮、亞硝酸鹽氮是同一反應鏈上不同階段的產物，氨氮在水中濃度變化受溫度影響明顯[11]，溫度較高會使微生物進入繁殖溫區，將地表水中的亞硝酸鹽在微生物作用下還原為氨，從而使水體中氨氮濃度升高。因此低溫可在不同程度上抑制水樣中微生物的活性，保證監測結果的準確性。

3 結 語

水樣從采集到進入實驗室分析這段時間內，由于物理、化學、生物的作用會發生不同程度的變化，為了將這種變化降低到最小，必須在采樣時對樣品加以保護。因此樣品采集后的保存與運輸過程是影響檢測結果能否客觀、真實反映水中污染物濃度的關鍵步驟。本文設計了一種便攜式水樣保溫運輸箱，通過箱體和箱蓋的保溫處理以及在內外箱體之間的空腔和箱蓋內側放置冰排，達到了很好的冷藏效果和保溫效果；此外箱體設置了滑動連接裝置，可進行多個運輸箱之間的固定，方便水樣運輸過程中擺放與移動，實現多個運輸箱的組合固定。運用對比實驗來檢驗設計的保溫運輸箱對水樣采集保存的有效性，獲得的結果令人滿意。本文設計的滑動組合式水樣保溫運輸箱結構穩定耐用、操作便捷，提高了水樣運輸的安全性和便捷性，具有廣泛的應用前景。