CN111076988B - 一种土壤微生物呼吸气体自动采集、置换及进样装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种土壤微生物呼吸气体自动采集、置换及进样装置，包括培养箱、真空泵、空气压缩机、负压控制器、三通平衡压力阀组、三通采气切换阀组、自动控制器和至少两组的二通平衡压力阀组以及二通采气阀组，培养瓶与二通采气阀组中二通采气阀的进气口一一对应的连通，同一组的二通采气阀的出气口均与同一个三通采气切换阀的独立采气口连通，三通采气切换阀组的共享排气口与换气三通阀的出气口连通，三通采气切换阀组的共享进气口连通有进样气管，进样气管与进样三通阀的进气口连通，进样三通阀的出气口用于与气体分析仪连通。本发明能够实现样品气体的自动采集、置换和进样，以防止样品气体的泄露及交叉污染，保证样品气体的在线连续监测。

Description

一种土壤微生物呼吸气体自动采集、置换及进样装置

技术领域

本发明涉及气体采集及置换技术领域，特别是涉及一种土壤微生物呼吸气体自动采集、置换及进样装置。

背景技术

随着极端恶劣天气的急剧增多，进一步研究全球碳循环及大气温室气体源变得日益重要，从而对大气温室气体及碳同位素比值检测的要求也越来越高。土壤微生物呼吸产生CO₂和CH₄等温室气体的所有代谢活动是土壤呼吸作用的主要组成部分，是陆地生态系统碳循环研究中的热点问题。通过稳定碳同位素示踪测试分析技术可以准确量化土壤微生物呼吸作用，增进对土壤微生物介导的碳循环过程及其主导影响因子的理解。

土壤微生物呼吸产生的CO₂和CH₄气体中碳同位素比值检测的传统方法为同位素质谱法(Isotope Ratio Mass Spectrometer，IRMS)，该方法利用采样罐/瓶采集土壤培养过程中土壤微生物呼吸产生的气体，并对气体样品分别进行总的CO₂浓度、CH₄浓度(气相色谱仪，GC)及CO₂和CH₄中的碳稳定同位素(δ¹³C)IRMS的测定，过程繁琐，而且测试所需要的气体量大(超过150mL)，在实验过程中培养气体常常满足不了测试需求，导致测定结果不准确。另外，IRMS技术虽然同位素检测精度较高，但仪器笨重、操作复杂，无法实现在线连续测量。

近几年，光腔衰荡光谱(CRDS)、离轴积分腔输出光谱(OA—ICOS)和傅里叶变换红外光谱(FourierTransfom Infrared，FTIR)等检测技术得到了长足的发展。其中，常规FTIR技术在测量中，其测量精度和测量准确度受气体温度、压力及水汽等干扰限制了它在背景大气等高精度测量中的应用，尤其在同位素比值测量中，传统FTIR系统的测量结果变化幅度较大。而基于光腔衰荡光谱(CRDS)和离轴积分腔输出光谱(OA-ICOS)技术研发的CO₂/CH₄气体δ¹³C分析仪，采用全光谱扫描，扫描速度可达300次/秒，采样点大大提高，能够以10^-9数量级的超高灵敏度测量CO₂和CH₄中的碳同位素比率及总的CO₂和CH₄浓度及H₂O浓度，已在生态环境研究领域得到了广泛的应用。但是，CO₂/CH₄气体δ¹³C测定仪也仅能实现CO₂/CH₄气体碳同位素的离线测定，必须与相应的自动采样前端联用才能实现原位土壤微生物呼吸CO₂/CH₄和δ¹³C的连续监测，提供实时连续的测量数据。

土壤微生物呼吸产生的CO₂和CH₄气体中碳同位素比值检测的传统方法，其上机分析检测前需要进行三个步骤：1、采集培养瓶中气体样品；2、将采集后的气体导入检测仪器的进样端；3、完成气体采集后的培养瓶气体置换(包括抽真空和注入空气)。而目前市场上商品化的土壤培养及气体采集前端还比较少，且多为野外实验条件而设计，如理加(LICA)公司开发的SF-3000全自动多通道土壤气体通量测量系统等，不适合土壤样品培养系统，不能满足室内模拟土壤微生物呼吸研究的需要。而原生态公司研发的RI-8800全自动变温土壤培养前处理装置的土壤培养系统为开放式双回路设计，容易造成标记样品和非标记样品之间的交叉污染，影响测定结果的准确性，不适合土壤微生物呼吸碳同位素示踪的同时、同步监测研究。因此，受限于没有合适的气体采集前端，导致有关土壤微生物呼吸在线连续监测方面的研究无法开展。

发明内容

本发明的目的是提供一种土壤微生物呼吸气体自动采集、置换及进样装置，以解决上述现有技术存在的问题，能够实现样品气体的自动采集、置换和进样，从而能够防止样品气体的泄露及交叉污染，还能保证样品气体的在线连续监测。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

本发明提供了一种土壤微生物呼吸气体自动采集、置换及进样装置，包括培养箱、真空泵、空气压缩机、负压控制器、三通平衡压力阀组、三通采气切换阀组、自动控制器和至少两组的二通平衡压力阀组以及与所述二通平衡压力阀组组数相等的二通采气阀组，所述培养箱中放置有若干个密封的培养瓶，每个所述培养瓶中放置有密封的平衡气袋，所述培养瓶与所述二通采气阀组中二通采气阀的进气口一一对应的连通，所述三通采气切换阀组中的三通采气切换阀的个数不少于所述二通采气阀组的组数，同一组的所述二通采气阀的出气口均与同一个所述三通采气切换阀的独立采气口连通，所述三通采气切换阀组的共享排气口与换气三通阀的出气口连通，所述三通采气切换阀组的共享进气口连通有进样气管，所述进样气管与进样三通阀的进气口连通，所述进样三通阀的出气口用于与气体分析仪的进气端连通，所述负压控制器设置在气体分析仪的进气端处，所述换气三通阀的进气口与第一三通接头的第一接口连通，所述第一三通接头的第二接口与所述真空泵连通，所述换气三通阀的排气口与第二三通接头的第一接口连通，所述第二三通接头的第二接口与所述空气压缩机连通，所述第二三通接头的第三接口连通有缓冲气袋；所述平衡气袋与所述二通平衡压力阀组中二通压力阀的进气口一一对应的连通，所述三通平衡压力阀组中三通压力阀的个数不少于所述二通平衡压力阀组的组数，同一组的所述二通压力阀的出气口与同一个所述三通压力阀的独立出气口连通，所述三通平衡压力阀组的共享进气口与所述第一三通接头的第三接口连通，所述自动控制器能够控制所有的所述三通压力阀、所述三通采气切换阀、所述二通压力阀、所述二通采气阀、进样三通阀以及所述换气三通阀的开启与关闭。

优选的，所述二通平衡压力阀组和所述二通采气阀组均为四组。

优选的，每组所述二通平衡压力阀组中包括1～15个二通压力阀，每组所述二通采气阀组中包括1～15个二通采气阀，每组的所述二通压力阀与所述二通采气阀个数相等。

优选的，所述第一三通接头的第二接口连通有排空气管，所述排空气管与所述真空泵连通，所述排空气管上设置有二通排空阀，所述二通排空阀的进气口处设有消音过滤接头，所述二通排空阀的开启和关闭能够被所述自动控制器控制。

优选的，所述第一三通接头的第三接口与压力平衡三通阀的进气口连通，所述压力平衡三通阀的出气口与所述三通平衡压力阀组的共享进气口连通，所述压力平衡三通阀的排气口与大气导通，所述压力平衡三通阀的开启和关闭能够被所述自动控制器控制。

优选的，所述第二三通接头的第二接口连通有压力控制气管，所述压力控制气管与所述空气压缩机连通，所述压力控制气管上依次设置有充气阀、压力控制阀和压力控制器，所述充气阀的开启和关闭能够被所述自动控制器控制，所述压力控制器能够控制所述压力控制阀的开启与关闭。

优选的，所述三通采气切换阀组的共享进气口与所述进样三通阀的进气口连通，所述进样三通阀的进气口处设有消音过滤接头，所述进样三通阀的出气口与第三三通接头的第一接口连通，所述第三三通接头的第二接口与所述负压控制器连通，所述第三三通接头的第三接口用于与所述气体分析仪的进气端连通。

优选的，所述进样气管上设有功能隔离三通阀，所述功能隔离三通阀位于所述三通采气切换阀组与所述进样三通阀之间。

优选的，所述培养瓶为玻璃螺口瓶，所述培养瓶的瓶口处匹配有平底螺纹盖，所述平底螺纹盖上开有两个通孔，所述通孔处均固定设置有直通卡套接头，利用采气气管通过一个所述直通卡套接头将所述培养瓶与所述二通采气阀连通，利用平衡气管通过另一个所述直通卡套接头将所述平衡气袋与所述二通压力阀连通。

优选的，所述平衡气袋为由两片尼龙薄膜四周利用热压熔融密封成形的袋状结构，所述平衡气袋上端连通有连接管，所述连接管的一端伸至所述平衡气袋内部，另一端伸至所述平衡气袋外部并与所述平衡气管连通。

本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：

本发明培养瓶密封，通过控制真空泵对培养瓶抽真空将样品气体自动采集，样品气体进过培养瓶→二通采气阀→三通采气切换阀(共享进气口)→进样气管→进样三通阀→气体分析仪这唯一的气路导入到联机的气体分析仪中进行气体浓度及同位素测定，同时样品气体自动采集过程中通过平衡气袋实时的平衡培养瓶中的压力，保证连续、顺畅的进样；而且在自动置换时先利用空气压缩机向缓冲气袋中注入大气，然后打开换气三通阀，培养瓶、平衡气袋均和真空泵连通，具体气路如下：培养瓶→二通采气阀→三通采气切换阀(共享排气口)→换气三通阀→第一三通接头→真空泵，平衡气袋→二通压力阀→三通压力阀(共享进气口)→第一三通接头→真空泵，从而利用真空泵对培养瓶和平衡气袋进行抽真空，紧接着关闭换气三通阀，培养瓶与真空泵的气路切断且与缓冲气袋连通，气路为：培养瓶→二通采气阀→三通采气切换阀(共享排气口)→换气三通阀→第二三通接头→缓冲气袋，由此缓冲气袋中的大气自动进入培养瓶中，从而完成培养瓶的自动换气过程。且由以上气路分析可知抽真空管路及压缩空气注入管路可通过自动控制器自动控制三通压力阀、二通压力阀、三通采气切换阀、二通采气阀、进样三通阀以及换气三通阀的开启，实现自动进样和自动换气的切换以及自动换气过程中自动抽真空与压缩气体注入模式间的自动切换，避免了样品气体泄漏及交叉污染的问题。另外，本发明设置至少两组的二通平衡压力阀组以及与二通平衡压力阀组组数相等的二通采气阀组，并结合以上气路的设置，在对一组进行自动换气的同时对另一组进行自动采集、进样，依次交替进行自动换气、自动进样，从而能够保证样品气体连续不断的向气体分析仪供给，实现在线连续监测。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明土壤微生物呼吸气体自动采集、置换及进样装置的结构示意图；

其中：1～自动控制器，2～培养箱，3～培养瓶，4～平衡气袋，5～二通平衡压力阀组(多个二通压力阀，编号为X01-X60，图中未显示的编号为备用阀)，6～二通采气阀组(多个二通采气阀，编号为Y01-Y60，图中未显示的编号为备用阀)，7～三通采气切换阀组(多个三通采气切换阀，编号为Y69-Y72)，8～三通平衡压力阀组(多个三通压力阀，编号为X69-X72)，9～第一三通接头，10～缓冲气袋，11～第二三通接头，12～压力控制器，13～第三三通接头，14～负压控制器，15～空气压缩机，16～真空泵，Y0～充气阀，Y77～二通排空阀，V1～负压控制阀，V2～压力控制阀，Y65～进样三通阀，Y66～功能隔离三通阀，Y67～换气三通阀，Y68～压力平衡三通阀(Y65-Y68均为二位三通常闭电磁阀，其中接口定义为上口为进气口，中部出口为排气口，下部为出气口；在不通电的关闭状态下是下出气口与中间的排气口气路接通，而进气口关闭，在通电打开的状态下是进气口与出气口气路接通，排气口关闭)。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

如图1所示：本实施例提供了一种土壤微生物呼吸气体自动采集、置换及进样装置，包括培养箱2、真空泵16、空气压缩机15、负压控制器14、三通平衡压力阀组8、三通采气切换阀组7、自动控制器1和至少两组的二通平衡压力阀组5以及与二通平衡压力阀组5组数相等的二通采气阀组6。

自动采集和进样用到的装置：培养箱2中放置有若干个密封的培养瓶3，每个培养瓶3中放置有密封的平衡气袋4，培养瓶3与二通采气阀组6中二通采气阀的进气口一一对应的连通，三通采气切换阀组7中的三通采气切换阀的个数不少于二通采气阀组6的组数，同一组的二通采气阀的出气口均与同一个三通采气切换阀的独立采气口连通，三通采气切换阀组7的共享排气口与换气三通阀Y67的出气口连通，三通采气切换阀组7的共享进气口连通有进样气管，进样气管与进样三通阀Y65的进气口连通，进样三通阀Y65的出气口用于与气体分析仪的进气端连通，负压控制器14设置在气体分析仪的进气端处。具体的，三通采气切换阀组7的共享进气口与进样三通阀Y65的进气口连通，进样三通阀Y65的进气口处设有消音过滤接头，消音过滤接头可以防止空气中的粉尘进入到气体分析仪中，影响分析结果的准确性，进样三通阀Y65的出气口与第三三通接头13的第一接口连通，第三三通接头13的第二接口与负压控制器14连通，第三三通接头13的第三接口用于与气体分析仪的进气端连通，具体的第三三通接头13的第二接口与负压控制阀V1的出气口连通，负压控制阀V1的排气口与负压控制器14连通，负压控制阀V1的进气口通过消音过滤接头与大气连通，且负压控制阀V1为二位三通常闭电磁阀，开启时，进气口与出气口连通，关闭时，出气口与排气口连通，另外负压控制阀V1不受自动控制器1控制，而是受负压控制器14控制的，在使用前设置好负压控制阀V1打开和关闭的压力范围。优选的，进样气管上设有功能隔离三通阀Y66，功能隔离三通阀Y66位于三通采气切换阀组7与进样三通阀Y65之间，起到进一步控制与隔离其它气体的作用。

自动换气用到的装置(包括自动抽真空和空气注入)：换气三通阀Y67的进气口与第一三通接头9的第一接口连通，第一三通接头9的第二接口与真空泵16连通，具体的，第一三通接头9的第二接口连通有排空气管，排空气管与真空泵16连通，排空气管上设置有二通排空阀Y77，二通排空阀Y77的进气口处设有消音过滤接头并与大气连通，当真空泵16刚刚关闭时，真空泵16内部为真空状态，为了防止真空泵16倒吸油，需要将与之相连的二通排空阀Y77打开，这样大气中的空气通过二通排空阀Y77上的消音过滤接头进入到真空泵16中平衡至大气压力，防止真空泵16倒吸油，同时二通排空阀Y77上的消音过滤接头还可防止大气中的粉尘进入到真空泵16中，起到保护真空泵16的作用。第一三通接头9的第三接口与压力平衡三通阀Y68的进气口连通，压力平衡三通阀Y68的出气口与三通平衡压力阀组8的共享进气口连通，压力平衡三通阀Y68的排气口与大气导通。换气三通阀Y67的排气口与第二三通接头11的第一接口连通，第二三通接头11的第二接口与空气压缩机15连通，第二三通接头11的第三接口连通有缓冲气袋10，具体的，第二三通接头11的第二接口连通有压力控制气管，压力控制气管与空气压缩机15连通，压力控制气管上依次设置有充气阀Y0、压力控制阀V2和压力控制器12，充气阀Y0的开启和关闭能够被自动控制器1控制，压力控制器12能够控制压力控制阀V2的开启与关闭，具体的，压力控制器12能读取缓冲气袋10的内部气体压力，当压力值低于设定的压力范围时，压力控制器12控制打开压力控制阀V2，当缓冲气袋10内的压力大于设定的压力值时，关闭压力控制阀V2，具体气路连接如图1所示。平衡气袋4与二通平衡压力阀组5中二通压力阀的进气口一一对应的连通，三通平衡压力阀组8中三通压力阀的个数不少于二通平衡压力阀组5的组数，同一组的二通压力阀的出气口与同一个三通压力阀的独立出气口连通，三通平衡压力阀组8的共享进气口与第一三通接头9的第三接口连通，自动控制器1能够控制所有的二通压力阀、三通压力阀、二通采气阀、三通采气切换阀、压力平衡三通阀Y68、换气三通阀Y67、功能隔离三通阀Y66、进样三通阀Y65、充气阀Y0以及二通排空阀Y77的开启与关闭，优选的，本实施例还可利用PLC控制程序控制自动控制器1，实现所有的二通压力阀、三通压力阀、二通采气阀、三通采气切换阀、压力平衡三通阀Y68、换气三通阀Y67、功能隔离三通阀Y66、进样三通阀Y65、充气阀Y0以及二通排空阀Y77的自动开启与自动关闭。

二通平衡压力阀组5和二通采气阀组6均优选为四组。每组二通平衡压力阀组5中包括1～15个二通压力阀，每组二通采气阀组6中包括1～15个二通采气阀，每组的二通压力阀与二通采气阀个数相等，具体如图1所示，每组二通压力阀包括12个，并对所有二通压力阀依次进行编号X01-X60，且二通压力阀全部为二位二通常闭电磁阀；每组二通采气阀包括12个，并对所有二通采样阀依次进行编号Y01-Y60，且全部为二位二通常闭电磁阀，图中未显示的编号为备用阀。每组二通平衡压力阀组5有一个共用的排气通道，二通平衡压力阀组5的共享出气口处通过螺纹卡套接头及聚四氟管与一个三通压力阀的独立出气口连通，即通过一个三通压力阀可以控制一组二通压力阀，所以，优选的三通压力阀的个数等于二通平衡压力阀组5的组数，如本实施例中三通压力阀有四个，依次编号为X69-X72；同理，每组二通采气阀组6有一个共用的排气通道，且不同的是，每组二通采气阀组6的共享出气口通过螺纹卡套接头及聚四氟管与一个二通电磁阀连通，本实施例中二通采气阀组6有四组，即有四个二通电磁阀(编号为Y73-Y76，全部为二位二通常闭电磁阀)，二通电磁阀再与一个三通采气切换阀的独立采气口连通，即利用一个三通采气切换阀和一个二通电磁阀控制一组二通采气阀组6，所以，优选的三通采气切换阀的个数等于二通采气阀组6的组数，如本实施例中三通采气切换阀有四个，依次编号为Y69-Y72。其中编号为X69-X72的三通压力阀以及编号为Y69-Y72的三通采气切换阀均为常闭三通电磁阀，自动控制器1控制时，图1中左边的三通平衡压力阀组8与右边的三通采气切换阀组7数字编号相同(X69与Y69，X72与Y72数字编号相同)的电磁阀共享电气接口，即数字编号相同的电磁阀的正负两极在控制模块的接口是相同的，在控制时是同时打开或关闭的。

培养瓶3为玻璃螺口瓶，培养瓶3的瓶口处匹配有平底螺纹盖，平底螺纹盖上开有两个通孔，通孔处均固定设置有直通卡套接头，利用采气气管通过一个直通卡套接头将培养瓶3与二通采气阀连通，利用平衡气管通过另一个直通卡套接头将平衡气袋4与二通压力阀连通。平衡气袋4为由两片尼龙薄膜四周利用热压熔融密封成形的袋状结构，平衡气袋4上端连通有连接管，连接管的一端伸至平衡气袋4内部，另一端伸至平衡气袋4外部并与平衡气管连通。另外，缓冲气袋10为由两大片尼龙薄膜采用热熔按压粘接技术压成的长方形袋装密闭容器，缓冲气袋10上连通有充气管，充气管的材质为聚胺酯，充气管的一端伸入缓冲气袋10内部，充气管的另一端伸出缓冲气袋10外部，充气管与第二三通接头11的第三接口连通。

应用时，如图1所示连接好气路，除负压控制阀V1和压力控制阀V2外的所有的电磁阀和真空泵16通过电线与自动控制器1(本实施例优选为时间控制器PLC)相连，由自动控制器1控制它们的打开和关闭；而空气压缩机15、负压控制器14及压力控制器12则是各自单独供电和自行控制，空气压缩机15在使用是设定好输出压力；负压控制阀V1通过电线与负压控制器14相连，在使用前设置好负压控制阀V1打开和关闭的压力范围，由负压控制器14控制负压控制阀V1的打开和关闭；压力控制阀V2通过电线与压力控制器12相连，在使用前需要设置好压力控制阀V2打开和关闭的压力范围，由压力控制器12控制压力控制阀V2的打开和关闭。

本实施例应用方式一：自动换气过程，包括缓冲气袋10充气步骤、培养瓶3和平衡气袋4的抽空步骤以及缓冲气袋10中气体注入培养瓶3步骤(具体以一个培养瓶3以及培养瓶3中的平衡气袋4为例)

1)缓冲气袋10充气步骤：在执行自动换气前，需要将缓冲气袋10充满气体，由自动控制器1控制打开充气阀Y0，当压力控制器12读取到缓冲气袋10内部的压力不足时，会控制打开压力控制阀V2，这样空气压缩机15内部的高压气体经充气阀Y0和压力控制阀V2通过压力控制气管输送到缓冲气袋10中，当缓冲气袋10中的压力大于设定的压力值时，压力控制器12关闭压力控制阀V2，完成缓冲气袋10的充气；

2)培养瓶3和平衡气袋4的抽空步骤：在自动换气前需要将培养瓶3内的气体抽走，由自动控制器1控制打开真空泵16、换气三通阀Y67和压力平衡三通阀Y68，再打开二通电磁阀Y76，二通采气阀组6中二通采气阀Y60及二通平衡压力阀组5上对应的二通压力阀X60，这样使真空泵16与培养瓶3及培养瓶3内部的平衡气袋4连通，真空泵16将培养瓶3及平衡气袋4中的气体抽走，具体气路如下：培养瓶3→二通采气阀Y60→二通电磁阀Y76→三通采气切换阀Y72(共享排气口)→换气三通阀Y67→第一三通接头9→真空泵16；平衡气袋4→二通压力阀X60→三通压力阀X72(共享进气口)→压力平衡三通阀Y68→第一三通接头9→真空泵16。

3)缓冲气袋10中气体注入培养瓶3步骤：培养瓶3及平衡气袋4中的气体抽走后，关闭换气三通阀Y67，这样使培养瓶3与真空泵16的连接气路被切断，而同时缓冲气袋10的气路与培养瓶3内部连通，培养瓶3的真空状态会自动通过管道吸取缓冲气袋10中的气体，气路为：培养瓶3→二通采气阀Y60→三通采气切换阀Y72(共享排气口)→换气三通阀Y67→第二三通接头11→缓冲气袋10，直至两者压力平衡为止，在此过程中真空泵16仍与培养瓶3内的平衡气袋4相通，保持平衡气袋4内的真空状态。这样就完成了一个培养瓶3的换气流程，如果需要切换至同组内其它培养瓶3的换气，此时先关闭二通采气阀组6中二通采气阀Y60及二通平衡压力阀组5上对应的二通压力阀X60，打开换气三通阀Y67、二通压力阀X59和二通采气阀Y59，真空泵16会将培养瓶3内部及其内部的平衡气袋4同时抽成真空，接着关闭换气三通阀Y67，培养瓶3内的真空状态会吸取缓冲气袋10内部的气体到培养瓶3中，直到两者压力相等为止，这样就完成了同组的其它培养瓶3的换气，当同组的所有培养瓶3完成换气后，同时关闭真空泵16、换气三通阀Y67、压力平衡三通阀Y68、二通电磁阀Y76和这一二通采气阀组6中的二通采气阀Y49-Y60，切断气体通道，完成这一组培养瓶3的换气过程。

本实施例应用方式二：自动进样过程

作为采样前端，与气体分析仪(例如：同位素光谱仪)联用。气体分析仪内部自带有一个负压采样将样品气体吸入到气体分析仪中进行分析，本实施例中的样品气体在不用于分析时，进样三通阀Y65是处于关闭状态，气体分析仪的进样端与空气相通，进样三通阀Y65上的消音过滤接头可以防止空气中的粉尘进入到仪器中。在需要进样分析时，以第一组第一个培养瓶3进样为例，自动控制器1控制打开进样三通阀Y65、三通功能隔离阀，再打开三通采气切换阀Y69、二通电磁阀Y73和二通采气阀Y01，使得从培养瓶3内部样品气体与气体分析仪进样口形成一个唯一的进气通道，气体分析仪将培养瓶3中的气体吸入到仪器中进行分析，此时进样气路为：培养瓶3→二通采气阀Y01→二通电磁阀Y73→三通采气切换阀Y69(共享进气口)→进样气管→三通功能隔离阀→进样三通阀Y65→气体分析仪，此时由于培养瓶3内部是一个密闭空间，培养瓶3内部会产生负压，而三通平衡压力阀组8中对应的三通压力阀X69和二通压力阀X01均处于打开状态，大气中的空气与培养瓶3内部的平衡气袋4形成气体通路，在培养瓶3内负压的作用下，大气中的空气压差将外部的空气压入到平衡气袋4中平衡压力，但大气中的空气与培养瓶3内的气体被平衡气袋4隔离，防止培养瓶3内气体被交叉污染。

另外，本实施例上述的自动换气和自动进样，对不同组的样品气体同时进行一组中自动换气和另一组中自动进样操作时，自动换气和自动进样在气路上是完全独立、互相不受干扰的，因此可以在对一组培养瓶3进行自动进样时对其它不同组培养瓶3进行自动换气的操作，依次交替进行，不仅能够节省换气的时间，避免交叉污染，还能够保证样品气体连续不断的向气体分析仪供给，实现在线连续监测。

本说明书中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (8)

1.一种土壤微生物呼吸气体自动采集、置换及进样装置，其特征在于：包括培养箱、真空泵、空气压缩机、负压控制器、三通平衡压力阀组、三通采气切换阀组、自动控制器和至少两组的二通平衡压力阀组以及与所述二通平衡压力阀组组数相等的二通采气阀组，所述培养箱中放置有若干个密封的培养瓶，每个所述培养瓶中放置有密封的平衡气袋，所述培养瓶与所述二通采气阀组中二通采气阀的进气口一一对应的连通，所述三通采气切换阀组中的三通采气切换阀的个数不少于所述二通采气阀组的组数，同一组的所述二通采气阀的出气口均与同一个所述三通采气切换阀的独立采气口连通，所述三通采气切换阀组的共享进气口连通有进样气管，所述进样气管与进样三通阀的进气口连通，所述进样三通阀的出气口用于与气体分析仪的进气端连通，所述负压控制器设置在气体分析仪的进气端处；所述真空泵与第一三通接头的第二接口连通，所述第一三通接头的第三接口与压力平衡三通阀的进气口连通，所述压力平衡三通阀的出气口与所述三通平衡压力阀组的共享进气口连通，所述压力平衡三通阀的排气口与大气导通，所述第一三通接头的第一接口与换气三通阀的进气口连通，所述换气三通阀的出气口与所述三通采气切换阀组的共享排气口连通，所述换气三通阀的排气口与第二三通接头的第一接口连通，所述第二三通接头的第二接口连通有压力控制气管，所述压力控制气管与所述空气压缩机连通，所述压力控制气管上依次设置有充气阀、压力控制阀和压力控制器，所述压力控制器能够控制所述压力控制阀的开启与关闭，所述第二三通接头的第三接口连通有缓冲气袋；所述平衡气袋与所述二通平衡压力阀组中二通压力阀的进气口一一对应的连通，所述三通平衡压力阀组中三通压力阀的个数不少于所述二通平衡压力阀组的组数，同一组的所述二通压力阀的出气口与同一个所述三通压力阀的独立出气口连通，所述自动控制器能够控制所有的所述三通压力阀、所述三通采气切换阀、所述二通压力阀、所述二通采气阀、所述进样三通阀、所述换气三通阀、所述压力平衡三通阀以及所述充气阀的开启与关闭。

2.根据权利要求1所述的土壤微生物呼吸气体自动采集、置换及进样装置，其特征在于：所述二通平衡压力阀组和所述二通采气阀组均为四组。

3.根据权利要求1所述的土壤微生物呼吸气体自动采集、置换及进样装置，其特征在于：每组所述二通平衡压力阀组中包括1～15个二通压力阀，每组所述二通采气阀组中包括1～15个二通采气阀，每组的所述二通压力阀与所述二通采气阀个数相等。

4.根据权利要求1所述的土壤微生物呼吸气体自动采集、置换及进样装置，其特征在于：所述第一三通接头的第二接口连通有排空气管，所述排空气管与所述真空泵连通，所述排空气管上设置有二通排空阀，所述二通排空阀的进气口处设有消音过滤接头，所述二通排空阀的开启和关闭能够被所述自动控制器控制。

5.根据权利要求1所述的土壤微生物呼吸气体自动采集、置换及进样装置，其特征在于：所述三通采气切换阀组的共享进气口与所述进样三通阀的进气口连通，所述进样三通阀的进气口处设有消音过滤接头，所述进样三通阀的出气口与第三三通接头的第一接口连通，所述第三三通接头的第二接口与所述负压控制器连通，所述第三三通接头的第三接口用于与所述气体分析仪的进气端连通。

6.根据权利要求5所述的土壤微生物呼吸气体自动采集、置换及进样装置，其特征在于：所述进样气管上设有功能隔离三通阀，所述功能隔离三通阀位于所述三通采气切换阀组与所述进样三通阀之间。

7.根据权利要求1所述的土壤微生物呼吸气体自动采集、置换及进样装置，其特征在于：所述培养瓶为玻璃螺口瓶，所述培养瓶的瓶口处匹配有平底螺纹盖，所述平底螺纹盖上开有两个通孔，所述通孔处均固定设置有直通卡套接头，利用采气气管通过一个所述直通卡套接头将所述培养瓶与所述二通采气阀连通，利用平衡气管通过另一个所述直通卡套接头将所述平衡气袋与所述二通压力阀连通。

8.根据权利要求7所述的土壤微生物呼吸气体自动采集、置换及进样装置，其特征在于：所述平衡气袋为由两片尼龙薄膜四周利用热压熔融密封成形的袋状结构，所述平衡气袋上端连通有连接管，所述连接管的一端伸至所述平衡气袋内部，另一端伸至所述平衡气袋外部并与所述平衡气管连通。

Images