CN109374366B - 一种可变容积的土壤气体采集装置及其使用方法 - Google Patents

一种可变容积的土壤气体采集装置及其使用方法 Download PDF

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Abstract

一种可变容积的土壤气体采集装置及其使用方法，它涉及一种土壤气体采集装置及其使用方法。本发明的目的是要解决现有测量土壤呼吸作用改变测量容积时，需要配置多个分路单元，导致花费巨大的问题。可变容积的土壤气体采集装置由硬体舱、软体舱、气体导管和阀门组成。方法：一、土壤装载及装置组装；二、平衡气体环境；三、注入空气；四、气体反应过程；五、抽取气体样本；六、气体样本分析。优点：在最大容积范围限制内，连续改变舱内容积。解决了体积切换的花费资金，降低实验成本。本发明主要用于土壤气体采集。

Description

一种可变容积的土壤气体采集装置及其使用方法
技术领域
本发明涉及一种土壤气体采集装置及其使用方法。
背景技术
目前湿地科学在测量土壤呼吸作用时，经常采用的是固定容积的箱体和柱体采集单元。采集土壤环境的气体，采集后再进行实验分析得出相关数据和结论。即便目前最先进的进口仪器(如某品牌温室气体分析DLT-100)，采用固定体积的方式采集测试气体，也只是在采集气体和测量分析气体过程中，使用了高度自动化的作业过程，提高了各个环节的速度，效率得到显著提升，但仍必须用固定体积来采集气体，在测试前，需要将容积数据事先设置于软件程序当中，而且当测量环境变化，需要改变测量容积时，需要配置多个分路单元，且花费巨大。
发明内容
本发明的目的是要解决现有测量土壤呼吸作用改变测量容积时，需要配置多个分路单元，导致花费巨大的问题，而提供一种可变容积的土壤气体采集装置及其使用方法。
一种可变容积的土壤气体采集装置，它由硬体舱、软体舱、气体导管和阀门组成，所述硬体舱为一端开口的腔体结构，软体舱为两端开口的软体结构，软体舱的一端与硬体舱开口一端密封连接，软体舱的另一端与气体导管密封连接，阀门设置在气体导管上。
本发明原理：
由于日常所处的环境处于地球大气状态，大气状态有稳定的组份比。如果不采取隔离密封的方式，土壤气体所产生的微量变化，就会被环境大气所平衡，失去实验意义。因此本发明可变容积的土壤气体采集装置提供封闭的实验环境，不仅硬体舱部分保留了原有设备的功能，还设置软体舱，软体舱为软体结构。可以根据实验目的的不同，在其最大容积范围限制内，连续改变舱内容积；因此软体舱弹性结构弥补了硬体舱固定容积采样的限制，使得采集装置内的容积调整得以实现，减少仪器测量误差和人工操作误差，因而降低试验失败的风险。
一种可变容积的土壤气体采集装置的使用方法，具体是按以下步骤完成的：
一、土壤装载及装置组装：按照实验土壤的质量确定硬体舱的高度，然后将实验土壤装入硬体舱中，再将软体舱的一端与硬体舱开口一端密封连接，软体舱的另一端与气体导管密封连接，阀门设置在气体导管上；
二、平衡气体环境：打开阀门，将可变容积的土壤气体采集装置的密闭空间内的气体全部吸出，再注入外界环境空气，使可变容积的土壤气体采集装置的密闭空间内的空气组份与外界环境空气组份一致，关闭阀门；
三、注入空气：根据实验设计目标，打开阀门，向可变容积的土壤气体采集装置的密闭空间内注入预设体积的外界环境空气，关闭阀门；
四、气体反应过程：根据土壤和实验目的，设计实验温度、水位、光线和循环周期确，确定环境对土壤气体的影响，所述水位为淹水、半淹水或不淹水，所述光线为透光、不透光或半透光；
五、抽取气体样本：当步骤四中环境条件满足预设的实验目的后，打开阀门，根据实验需求抽取可变容积的土壤气体采集装置的密闭空间内的气体样本；
六、气体样本分析：对步骤五采集的气体样本进行指标检测。
本发明的优点：
一、本发明的设置软体舱，软体舱为软体结构。可以根据实验目的的不同，在其最大容积范围限制内，连续改变舱内容积。解决了体积切换的花费资金，降低实验成本。
二、装置简单，造价成本低，与进口设备相比大大节约实验成本。
三、本发明突破传统测量土壤气体采集的固定容积思维。开启多规格容积和自定义容积测量。
四、本发明装置的容积具有可调整性，气体样本的体积可以和环境进行多个差分匹配，使得待测组分在样本中的含量调控得以实现，使用测量分析仪器的最佳量程，提高测量精度，进而降低测量误差。
五、本发明装置软硬舱组合结构保证了容器内外的气压平衡，采集到的气体样本的总量稳定。避免传统硬体舱结构由于抽气导致舱内外产生气压差，而影响气体样本总量。取消了容积补偿操作，因而进一步降低了操作误差。
六、由于装置容积可调整。实验者可以根据自己的需求调整取样体积，不必受原仪器固定体积限制，而导致必要反应时间的延长，进而缩短实验周期，特别是在多样本矩阵的情况下，优势更加明显。例如，以1升标准容器为例，如果原来需要80h反应时间，才能达到仪器分辨临界浓度，但本发明装置仅需要25mL气体样本，那么理论上可以节省多少呢？1000/25＝40，假设反应速率均匀。用原来反应时间的40分之一，即可得到仪器分辨临界浓度。80/40＝2小时，即节省78小时。
附图说明
图1是本发明可变容积的土壤气体采集装置结构示意图，图中1表示硬体舱，2表示软体舱，3表示气体导管，4表示阀门。
具体实施方式
具体实施方式一：结合图1，本实施方式是一种可变容积的土壤气体采集装置，它由硬体舱1、软体舱2、气体导管3和阀门4组成，所述硬体舱1为一端开口的腔体结构，软体舱2为两端开口的软体结构，软体舱2的一端与硬体舱1开口一端密封连接，软体舱2的另一端与气体导管3密封连接，阀门4设置在气体导管3上。
具体实施方式二：结合图1，本实施方式与具体实施方式一的不同点是：所述硬体舱1为一端开口的圆柱体或一端开口的方体。其他与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二之一不同点是：所述硬体舱1的材质为金属或硬质塑料。其他与具体实施方式一或二相同。
具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同点是：所述软体舱2的材质为软质塑料或软质橡胶。其他与具体实施方式一至三相同。
具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至四之一不同点是：所述气体导管3的材质为软质塑料或软质橡胶。其他与具体实施方式一至四相同。
利用医疗器材或者兽用器材中的输液袋、引流袋、肠道冲洗袋，或者园林行业用于树木输送营养液的输液袋，这些成品仪器解决了气体导管3和软体舱2的密封，且自带阀门4结构，可以直接借用。
具体实施方式六：本实施方式是一种可变容积的土壤气体采集装置的使用方法，具体是按以下步骤完成的：
一、土壤装载及装置组装：按照实验土壤的质量确定硬体舱1的高度，然后将实验土壤装入硬体舱1中，再将软体舱2的一端与硬体舱1开口一端密封连接，软体舱2的另一端与气体导管3密封连接，阀门4设置在气体导管3上；
二、平衡气体环境：打开阀门4，将可变容积的土壤气体采集装置的密闭空间内的气体全部吸出，再注入外界环境空气，使可变容积的土壤气体采集装置的密闭空间内的空气组份与外界环境空气组份一致，关闭阀门4；
三、注入空气：根据实验设计目标，打开阀门4，向可变容积的土壤气体采集装置的密闭空间内注入预设体积的外界环境空气，关闭阀门4；
四、气体反应过程：根据土壤和实验目的，设计实验温度、水位、光线和循环周期确，确定环境对土壤气体的影响，所述水位为淹水、半淹水或不淹水，所述光线为透光、不透光或半透光；
五、抽取气体样本：当步骤四中环境条件满足预设的实验目的后，打开阀门4，根据实验需求抽取可变容积的土壤气体采集装置的密闭空间内的气体样本；
六、气体样本分析：对步骤五采集的气体样本进行指标检测。
本实施方式所述的水位模拟自然降水量和排水设定为淹水、半淹水或不淹水，当水位变化和循环周期是在模拟自然波动时，可以通过人工操作分别对气体和液体含量控制，使水位在淹水、半淹水或不淹水情况下进行周期变化，例如每3天为一个循环周期，水位情况为淹水1天、半淹水1天、不淹水1天。
本实施方式所述的光线模拟自然光线进行周期变化，当光线变化和循环周期是在模拟自然波动时，可在温室或者培养箱内营造光线环境，例如利用太阳的自然光线，变化周期为自然条件，再通过调整塑料膜材质和类型控制透射率，达到控制光线，例如当晴天白天时，光线为透光，当黑天时，光线为不透光，当晴天清晨或傍晚时，光线为半透光，当阴天白天或雨天白天时，光线为半透光。
本实施方式所述的温度模拟自然温度进行周期变化，当温度变化和循环周期是在模拟自然波动时，通过调整温室或者培养箱内温度，例如在温室或者培养箱内设置空调，通过空调使温室或者培养箱内模拟自然温度进行周期变化。
本发明内容不仅限于上述各实施方式的内容，其中一个或几个具体实施方式的组合同样也可以实现发明的目的。
实施例1：结合图1，一种可变容积的土壤气体采集装置，它由硬体舱1、软体舱2、气体导管3和阀门4组成，所述硬体舱1为一端开口的腔体结构，软体舱2为两端开口的软体结构，软体舱2的一端与硬体舱1开口一端密封连接，软体舱2的另一端与气体导管3密封连接，阀门4设置在气体导管3上。
所述硬体舱1为一端开口的圆柱体，采用直径110mmUPVC管材，配合相应规格的连接件和盖子，组成一端开口的圆柱体。
利用医疗器材中引流袋，引流袋由薄膜袋体、引流导管和排液阀组成，薄膜袋体作为软体舱2，与硬体舱1开口一端密封连接，引流导管作为气体导管3，排液阀作为阀门4。
实施例2：一种可变容积的土壤气体采集装置的使用方法，具体是按以下步骤完成的：
一、平衡气体环境：打开阀门4，将可变容积的土壤气体采集装置的密闭空间内的气体全部吸出，再注入外界环境空气，使可变容积的土壤气体采集装置的密闭空间内的空气组份与外界环境空气组份一致，关闭阀门4；
二、注入空气：根据实验设计目标，打开阀门4，向可变容积的土壤气体采集装置的密闭空间内注入100mL外界环境空气，关闭阀门4；
三、气体反应过程：根据土壤和实验目的，设计实验温度、水位、光线和循环周期确，确定环境对土壤气体的影响，所述光线为透光；水位变化和循环周期模拟自然波动，每3天为一个循环周期，水位情况依次为淹水1天、半淹水1天、不淹水1天，实验温度为室温；
四、抽取气体样本：当步骤三中环境条件满足预设的实验目的后，打开阀门4，根据实验需求抽取可变容积的土壤气体采集装置的密闭空间内的气体样本；
五、气体样本分析：对步骤四采集的气体样本进行指标检测。
本实施例中所述可变容积的土壤气体采集装置按实施例1组装而成。

Claims (4)

1.一种可变容积的土壤气体采集装置的使用方法，所述可变容积的土壤气体采集装置由硬体舱(1)、软体舱(2)、气体导管(3)和阀门(4)组成，所述硬体舱(1)为一端开口的腔体结构，软体舱(2)为两端开口的软体结构，软体舱(2)的一端与硬体舱(1)开口一端密封连接，软体舱(2)的另一端与气体导管(3)密封连接，阀门(4)设置在气体导管(3)上；所述软体舱(2)的材质为软质塑料或软质橡胶；其特征在于可变容积的土壤气体采集装置的使用方法是按以下步骤完成的：
一、土壤装载及装置组装：按照实验土壤的质量确定硬体舱(1)的高度，然后将实验土壤装入硬体舱(1)中，再将软体舱(2)的一端与硬体舱(1)开口一端密封连接，软体舱(2)的另一端与气体导管(3)密封连接，阀门(4)设置在气体导管(3)上；
二、平衡气体环境：打开阀门(4)，将可变容积的土壤气体采集装置的密闭空间内的气体全部吸出，再注入外界环境空气，使可变容积的土壤气体采集装置的密闭空间内的空气组分与外界环境空气组分一致，关闭阀门(4)；
三、注入空气：根据实验设计目标，打开阀门(4)，向可变容积的土壤气体采集装置的密闭空间内注入预设体积的外界环境空气，关闭阀门(4)；
四、气体反应过程：根据土壤和实验目的，设计实验温度、水位、光线和循环周期确，确定环境对土壤气体的影响，所述水位为淹水、半淹水或不淹水，所述光线为透光、不透光或半透光；
五、抽取气体样本：当步骤四中环境条件满足预设的实验目的后，打开阀门(4)，根据实验需求抽取可变容积的土壤气体采集装置的密闭空间内的气体样本；
六、气体样本分析：对步骤五采集的气体样本进行指标检测。
2.根据权利要求1所述的一种可变容积的土壤气体采集装置的使用方法，其特征在于所述硬体舱(1)为一端开口的圆柱体或一端开口的方体。
3.根据权利要求1所述的一种可变容积的土壤气体采集装置的使用方法，其特征在于所述硬体舱(1)的材质为金属或硬质塑料。
4.根据权利要求1所述的一种可变容积的土壤气体采集装置的使用方法，其特征在于所述气体导管(3)的材质为软质塑料或软质橡胶。
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