在土壤與沉積物重金屬污染研究中，傳統的全量濃度分析已無法滿足精準風險評估的需求。越來越多的證據表明，污染物的生物有效性與生態風險，主要取決于其在環境介質孔隙水中的可溶性形態濃度，而非總量。然而，如何在不擾動原始環境的前提下，原位、高分辨率地獲取孔隙水樣品，一直是領域內的技術挑戰。高分辨率孔隙水平衡采樣器（HR-PEEPER）的出現，正是為了解決這一難題。它遠不止于一個采樣工具，更是實現對重金屬在固-液界面間遷移轉化行為進行精準量化的關鍵技術，為科學的風險評估奠定堅實的“數據基礎"。

一、傳統方法的局限：為何孔隙水采樣如此關鍵且困難？

重金屬在土壤/沉積物中并非均勻分布，其活性受pH、氧化還原電位（Eh）、有機質等多種環境因子影響，在毫米甚至微米尺度上就存在顯著濃度梯度。這些微觀梯度驅動著重金屬的擴散、吸附-解吸和沉淀-溶解等關鍵過程。

傳統方法的不足：

1. 離心法/擠壓法：需要將沉積物柱芯取出并分割，劇烈破壞了原始的物理化學結構（尤其是Eh條件），導致高價態重金屬（如As、Cr）形態變化，測得濃度無法反映真實原位情況。

2. 常規透析法：時間分辨率低（需數周平衡），空間分辨率粗（厘米級），難以捕捉關鍵氧化還原過渡層（通常僅數毫米厚）的精細變化。

因此，開發一種能保持原位環境、兼具高時空分辨率的采樣技術，是準確評估重金屬遷移性與生物有效性的前提。HR-PEEPER的核心設計思想是被動擴散平衡。其關鍵技術特點包括：

• 精密采樣單元陣列：裝置由一個搭載數十個采樣倉的板狀支架構成，采樣倉間隔可小至毫米級（如5mm），覆蓋從沉積物表層向下延伸數十厘米的剖面。

• 保護性濾膜：每個采樣倉由一層僅允許水分子和溶解離子通過的微孔濾膜（如0.45 μm）覆蓋，有效阻擋固體顆粒和膠體。

• 原位部署與平衡：將HR-PEEPER小心地插入待測的土壤或沉積物中，避免顯著擾動。在典型環境溫度下，經過一段預設的平衡時間（通常為數天至兩周），孔隙水中的目標溶質（如重金屬離子）會通過濾膜，與倉內溶液達到擴散平衡。

• 原位取出與快速分析：平衡結束后，將整個裝置從環境中取出，立即按順序抽取每個倉內的平衡液樣品。由于采樣倉彼此獨立，可有效避免交叉污染。樣品可迅速進行重金屬濃度（如使用ICP-MS）及其他關鍵化學參數（如pH、Eh）的分析。

通過這一過程，HR-PEEPER能夠獲得一幅高空間分辨率的孔隙水重金屬濃度垂直剖面圖，清晰揭示重金屬在沉積物-水界面（SWI）附近的分布與擴散通量。

二、HR-PEEPER在重金屬污染研究中的核心價值與量化貢獻

HR-PEEPER的價值遠不止于提供一份水樣，它提供的精準數據是后續一系列研究的基礎。

1. 精準量化擴散通量與“源-匯"角色判斷

通過獲得的高分辨率濃度剖面，研究者可以應用菲克第一定律計算重金屬在界面處的擴散通量。濃度向上遞減表明沉積物是上覆水的“源"（釋放風險高），反之則為“匯"（吸附固定）。這為判斷污染場地的活性與風險趨勢提供了直接證據。

2. 揭示關鍵地球化學過程與驅動機制

HR-PEEPER獲取的剖面往往與其他參數（如Fe2?、Mn2?、S2?的剖面）同步測定。通過對比分析，可以清晰地揭示重金屬的釋放是否與鐵錳氧化物的還原溶解同步，或是與硫化物的沉淀耦合。例如，在Fe3?還原區，與之結合的重金屬（如As、Cd）可能同步釋放；而在其下方的硫酸鹽還原區，重金屬又可能形成硫化物而固定。HR-PEEPER的高分辨率能精準定位這些反應發生的深度區間。

3. 為風險評估提供相關的暴露濃度

生態毒理學效應和生物富集程度直接與孔隙水中的自由離子濃度相關。HR-PEEPER測得的正是這部分具有高生物有效性的濃度，比土壤總量更能準確預測對底棲生物的實際風險，從而使基于此進行的風險評估更加科學可靠。

4. 評估環境變化下的風險響應

通過在不同季節或人為擾動（如疏浚、曝氣）前后部署HR-PEEPER，可以動態監測環境條件改變如何影響孔隙水重金屬濃度剖面，預測和管理長期風險。

HR-PEEPER技術通過其非擾動、高分辨率的原位采樣能力，成功地將重金屬污染研究從關注“總量"推進到精準量化“活性形態"的新階段。它提供的毫米級孔隙水化學剖面，使得準確計算遷移通量、辨析關鍵反應機制成為可能，最終為建立在真實原位數據基礎上的、科學嚴謹的生態與健康風險評估打下了不可替代的“基礎"。