本发明公开了一种改进型沉积物-水界面污染物最大扩散通量原位采样装置、检测装置和检测方法,该采样装置包括环状上壳体、固定膜、气体穿透膜和下壳体,所述下壳体的顶部设有用于容纳固定膜和气体穿透膜的凹槽以及用于上覆水与表层沉积物氧气交换的通孔,所述固定膜和气体穿透膜设在下壳体的凹槽内,所述环状上壳体的上端缘间隔的设有多个翅片,所述环状上壳体套在下壳体的上端并将固定膜和气体穿透膜固定,所述采样装置的平均密度大于水密度。本发明能实现对目标水体的原位采样,克服了上覆水及沉积物难以进行气体交换的缺陷,实现装置覆盖处区域与外部区域进行氧气交换,具有更精确的检测精度,操作便捷,实验强度相对较小,适用性广泛等优点。