滑动组合式水样保温运输箱的设计及应用研究

孙大明

(辽宁省大连水文局，辽宁 大连 116023)

近年来，随着水环境监测技术的不断提高与完善，对于水质监测的要求也越来越严格[1-3]。在水质监测分析过程中，除了要求样品检测分析的准确性外，水样前置处理过程中的保存与运输也是水质监测的重要环节。为保障检测数据的准确性及可靠性，《生活饮用水标准检验方法 水样的采集与保存》(GB/T 5750.2—2006)和《水质 样品的保存和管理技术规定》(HJ 493—2009)均规定了样品从采集后至运输到实验室期间，应实施1～5℃冷藏并暗处保存[4-5]。水样的保存运输过程中，需要保证持续低温、避光、安全等条件[6]。目前市面上普通的水样运输箱，无法对水样进行持续的冷藏保温，导致水体样品受温度影响较大。对于常规的地表水和地下水采样，需要携带多个规格不一的采样瓶，普通运输箱对于玻璃瓶的保护欠佳，且不能满足多个采样瓶的固定放置。尤其是当采样点较多，运输箱携带数量较多时，不仅给采样人员造成运输上的困难，由于缺乏固定设备，还大大增加了运输过程中的安全风险。

鉴于以上问题，本文设计了一种滑动组合式水样保温运输箱，不仅能够有效保障水样冷藏保温，还能够保证采样瓶和运输箱在保存与运输过程中的安全性和便捷性，并对本文设计的采样箱与传统采样运输箱对大连地区8月地表水国家重要水质站挥发酚、氰化物、BOD5、氨氮和粪大肠菌群5项监测指标进行采样对比分析。

a.滑动组合式水样保温运输箱的外箱体与箱盖内外层均为聚丙烯(PP)材料，中间层为高密度保温材料，具有很好的保温性、抗冲击性和抗破损性。

b.箱盖顶部与外箱体底部装有一对滑动连接装置，包括底座结构和滑动结构。箱盖顶部为底座结构，外箱体底部为滑动结构，外箱体通过侧面滑动，使箱体与箱体之间上下连接；
滑动连接装置采用五金材质，不易变形，且耐锈防腐。底座结构与滑动结构之间的接触面采用螺纹面，增强了滑动贴合性，且具有适当的摩擦力，使箱体的组合更加稳定。底座结构的前段设有缓冲阻尼，增强了滑动稳定性，缓解了五金零件的损耗；
末端设有卡扣，防止箱体连接出现滑落，实现多个运输箱的组合固定，方便水样运输中的固定与移动。

c.内胆箱为采用多个不同内径的定型孔的PE海绵材质，用于放置多个50～1000mL不同规格、不同材质的采样瓶或采样管。同时很好地固定和保护定型孔内的采样瓶和采样管。此外内胆箱和外箱体之间形成四面空腔，空腔四周用于放置可拆卸式冰排，可拆卸式冰排外壳材质为PE材质，内部采用高分子蓄冷材料，保冷性能好，安全无毒，可反复使用。该可拆卸式冰排可直接拆卸放入冰箱冷冻。

d.箱盖外侧设有提手，内侧设有温度检测装置；
外箱体上设有内嵌式温度显示器，实时显示箱体内温度。

滑动组合式水样保温运输箱见图1。

图1 滑动组合式水样保温运输箱设计1—外箱体；
2—箱盖；
3—锁扣；
4—合页；
5—可拆卸式冰排；
6—把手；
7a—温度检测探头；
7b—温度显示装置；
8—内胆箱；
9—定型孔；
10—提手；
11a—底座结构；
11b—滑动结构；
12—卡扣

采用滑动组合式水样保温运输箱采集的样品与传统采样方式进行采样分析比对，结果见表1。为了验证实验，在现场采集样品后对挥发酚项目加入3mL浓度为1.00mg/L的挥发酚标准溶液，对氰化物项目加入2mL浓度为1.00mg/L的氰化物标准溶液，并采集平行样。

表1 国家重要水质站L01滑动组合式水样保温运输箱与传统采样箱采样监测结果比对

从表中1可以看出，传统采样箱与滑动组合式水样保温运输箱采样监测结果相比，相差较大，挥发酚、氰化物、BOD5以及氨氮衰减率在32.7%～40.8%之间，粪大肠菌群数量增长了7倍多。

挥发酚是一类不稳定的羟基芳烃化合物，很容易被水体中的氧和微生物氧化或分解。降低水体温度，使其化学的尤其是生物的作用大为缓解[7]，低温保存时获得的监测结果较为准确可靠。

温度对氰化物水样的稳定性也有一定的影响。林仰锋等[8]发现，当保存温度为4℃时，水样中的氰化物稳定性良好，随着温度的升高，氰化物的浓度都有所降低，温度数值与氰化物浓度成反比。王丽萍[9]发现，当温度较低时，微生物繁殖缓慢，氰化物不容易分解，从而减少了保存过程中样品组分的损失。本实验也验证了这一论据。

生化需氧量的测定过程，实际上是微生物对有机物的降解过程，也是微生物的生长过程[10]。不同的细菌有不同的适宜生长温度，高温菌为50～60℃，中温菌为25～40℃，低温菌为10～20℃。夏季采样后突然改变保存温度，由于温差改变了中温菌的生长条件，将抑制了其代谢功能，而低温菌的生长又需有一个适应阶段，这就导致相对冷藏法对在一定时间内保存BOD5样品具有一定的实际意义。

《水质 粪大肠菌群的测定 滤膜法》(HJ 347.1—2018)规定，采样后应在2h内检测，否则，应在10℃以下冷藏但不得超过6h。实验室接样后，不能立即开展检测的，将样品在4℃以下冷藏并在2h内检测。因此，说明粪大肠菌群样品需进行低温保存，本实验结果也表明，如果将样品在常温下保存，粪大肠菌群数量会成倍增加。

氨氮、硝酸盐氮、亚硝酸盐氮是同一反应链上不同阶段的产物，氨氮在水中浓度变化受温度影响明显[11]，温度较高会使微生物进入繁殖温区，将地表水中的亚硝酸盐在微生物作用下还原为氨，从而使水体中氨氮浓度升高。因此低温可在不同程度上抑制水样中微生物的活性，保证监测结果的准确性。

水样从采集到进入实验室分析这段时间内，由于物理、化学、生物的作用会发生不同程度的变化，为了将这种变化降低到最小，必须在采样时对样品加以保护。因此样品采集后的保存与运输过程是影响检测结果能否客观、真实反映水中污染物浓度的关键步骤。本文设计了一种便携式水样保温运输箱，通过箱体和箱盖的保温处理以及在内外箱体之间的空腔和箱盖内侧放置冰排，达到了很好的冷藏效果和保温效果；
此外箱体设置了滑动连接装置，可进行多个运输箱之间的固定，方便水样运输过程中摆放与移动，实现多个运输箱的组合固定。运用对比实验来检验设计的保温运输箱对水样采集保存的有效性，获得的结果令人满意。本文设计的滑动组合式水样保温运输箱结构稳定耐用、操作便捷，提高了水样运输的安全性和便捷性，具有广泛的应用前景。

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