CN111707651B - 一种原位海水营养加富实验装置及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种原位海水营养加富实验装置及其使用方法，包括实验箱，实验箱的顶部固定有动力箱，且动力箱内形成一号仓，一号仓设有电控模块，实验箱内部的低端设置有隔板，且实验箱通过隔板分隔成二号仓和三号仓，二号仓内部依次设置有进样模块、移液模块和分析测试模块，三号仓内设有生态培养模块，此原位海水营养加富实验装置真实模拟海水温度、光照及水体波动状态，通过自动移液模块及分析测试模块实现原位实验自动化，省去了海上的繁重人力。移取试剂体积及精度均可根据注射泵型号确定，并通过处理器预设，实现高精度添加试剂；培养时间可通过处理器预设，可更改增添试剂类型，可设多个培养袋，适用于不同类型原位生态实验。

Description

一种原位海水营养加富实验装置及其使用方法

技术领域

本发明涉及海水原位生态实验技术领域，具体为一种原位海水营养加富实验装置及其使用方法。

背景技术

营养盐物质是藻类生存的基础，不同海域藻类对于营养的需并不一致，海水营养加富实验是定量评价海水藻类对营养物质需求的重要手段，对于海水生态养殖及海洋生态文明有重要意义。

目前国内海洋技术基础薄弱，起步较晚，营养加富实验主要在岸基实验室模拟或者船上的培养槽中进行，难以模拟海水的实际温度、光照及水动力条件，因而实验结果难以反映藻类实际生长状态，另外，海洋生态实验操作上需要大量人力，经常需通宵添加试剂，自动化能力薄弱，为此，我们提出一种原位海水营养加富实验装置及其方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种原位海水营养加富实验装置及其使用方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种原位海水营养加富实验装置，包括实验箱，所述实验箱的顶部固定有动力箱，且动力箱内形成一号仓，所述一号仓设有电控模块，所述实验箱内部的低端设置有隔板，且实验箱通过隔板分隔成二号仓和三号仓，所述二号仓内部依次设置有进样模块、移液模块和分析测试模块，所述三号仓内设有生态培养模块，所述动力箱顶部安装有培养瓶，所述电控模块包括处理器，所述处理器固定安装在一号仓内部。

优选的，所述进样模块包括蠕动泵，二号仓内部的一端安装有蠕动泵，所述蠕动泵的进水端及出水端均安装有水管，所述实验箱的顶部安装有转接口，所述蠕动泵进水端处的水管穿过转接口伸入海水内，所述蠕动泵出水端处的水管穿过转接口与培养瓶连接。

优选的，所述移液模块包括八通阀和注射泵，所述二号仓内位于蠕动泵的侧边通过固定螺丝安装有注射泵，且注射泵内部的低端安装有第三电机，所述注射泵的顶部安装有八通阀，且八通阀进水口及出水口均通过水管与培养瓶连接。

优选的，所述分析测试模块包括流通池和检测器，所述二号仓内部的另一端安装有检测器，且检测器的顶部安装有流通池，所述流通池的进水口与八通阀的端口连接，且流通池的出水口通过水管穿过实验箱，所述检测器与处理器电性连接。

优选的，所述生态培养模块包括一号试剂袋、二号试剂袋和电阻温度计，所述三号仓内分别设置有一号试剂袋和二号试剂袋，且一号试剂袋和二号试剂袋分别通过水管穿过隔板与八通阀的端口连接，所述动力箱顶部的一端安装有电阻温度计，且电阻温度计与处理器电性连接。

优选的，所述一号仓、二号仓和三号仓的仓盖均设置为可拆卸结构，且一号仓、二号仓和三号仓与其上的仓盖之间为螺纹连接。

优选的，所述培养瓶为聚氯乙烯材质制成，所述一号试剂袋和二号试剂袋均为聚氯乙烯复合铝箔袋。

优选的，所述八通阀及注射泵为一体设计。

优选的，所述培养瓶的外层配备防生物附着电刷。

优选的，所述检测器为叶绿素荧光检测器。

一种原位海水营养加富实验装置的使用方法，包括如下步骤：

步骤一：蠕动泵抽取海水100ml进入培养瓶，电阻温度计记录水温，八通阀转到连接培养瓶的端口，注射泵抽吸培养瓶样品10ml至注射泵内，八通阀转到连接检测器的端口，注射泵推送样品到检测器，反复两次,记录第二次检测器读数，读数为未培养荧光值；

步骤二：八通阀转到一号试剂袋端口，一号试剂袋内装已知浓度营养盐，注射泵抽吸营养盐2ml至注射泵内，八通阀转到检测器的端口，注射泵推送样品到检测器流通池排出，以润洗注射泵；八通阀转到一号试剂袋端口，注射泵抽吸营养盐5ml至注射泵内，八通阀转到连接培养瓶接口，注射泵将已知浓度营养盐5ml推送到培养瓶中，营养盐和培养瓶中海水混合，蠕动泵再次抽取海水100ml进入培养瓶，继续混合，通过海洋自身波动与试剂充分混合培养一天；开启电阻温度计每隔半个小时记录培养温度；

步骤三：八通阀转到二号试剂袋端口，二号试剂袋装蒸馏水，注射泵抽吸蒸馏水5ml至注射泵内，八通阀转到检测器端口，注射泵推送蒸馏水到检测器流通池并排出，反复共三次清洗，记录第三次检测器读数，读数为空白荧光值，确定水管无污染；

步骤四：八通阀转到培养瓶，注射泵抽吸培养瓶样品10ml至注射泵内，八通阀转到检测器端口，注射泵推送样品到检测器，重复三次，记录第三次检测器读数，读数为培养后样品荧光值，记录数据后仪器进入休眠状态；

步骤五：每隔两天重复上述步骤，单个培养实验结束后，培养瓶废液通过反转蠕动泵排出培养瓶；进行下一个培养实验周期。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明真实模拟海水温度、光照及水体波动状态，通过自动移液模块及分析测试模块实现原位实验自动化，省去了海上的繁重人力，移取试剂体积及精度均可根据注射泵型号确定，并通过处理器预设，实现高精度添加试剂；培养时间可通过处理器预设，可更改增添试剂类型，可设多个培养袋，适用于不同类型原位生态实验。

附图说明

图1为本发明整体连接结构示意图；

图2为本发明原理图结构示意图。

图中：1、实验箱；2、一号仓；3、处理器；4、二号仓；5、流通池；6、检测器；7、三号仓；8、八通阀；9、注射泵；10、第三电机；11、蠕动泵；12、一号试剂袋；13、二号试剂袋；14、转接口；15、电阻温度计；16、培养瓶；17、隔板；18、动力箱；19、进样模块；20、移液模块；21、生态培养模块；22、分析测试模块；23、电控模块。

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做出创造性劳动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。

请参阅图1，本发明提供一种技术方案：一种原位海水营养加富实验装置，包括实验箱1，所述实验箱1的顶部固定有动力箱18，且动力箱18内形成一号仓2，所述一号仓2设有电控模块23，所述实验箱1内部的低端设置有隔板17，且实验箱1通过隔板17分隔成二号仓4和三号仓7，所述二号仓4内部依次设置有进样模块19、移液模块20和分析测试模块22，所述三号仓7内设有生态培养模块21，所述动力箱18顶部安装有培养瓶16，所述电控模块23包括处理器3，所述处理器3固定安装在一号仓2内部。

请参阅图1，所述进样模块19包括蠕动泵11，二号仓4内部的一端安装有蠕动泵11，所述蠕动泵11的进水端及出水端均安装有水管，所述实验箱1的顶部安装有转接口14，所述蠕动泵11进水端处的水管穿过转接口14伸入海水内，所述蠕动泵11出水端处的水管穿过转接口14与培养瓶16连接；

其中，进样模块19包括一个蠕动泵11，蠕动泵11通过四个螺丝固定在二号仓4内；蠕动泵11内置第一和水管，水管进水口利用转接口14经出二号仓4仓盖与外界海水连接，转接口14为倒锥接口连塑料内螺纹直通接口；出水管子经通过转接口14出二号仓4与培养瓶16连接，蠕动泵11可将海水抽取到培养瓶16；蠕动泵11与处理器3连接，由处理器3控制蠕动泵11转动频率及流量；处理器3固定在一号仓2。

请参阅图1和图2，所述移液模块20包括八通阀8和注射泵9，所述二号仓4内位于蠕动泵11的侧边通过固定螺丝安装有注射泵9，且注射泵9内部的低端安装有第三电机10，所述注射泵9的顶部安装有八通阀8，且八通阀8进水口及出水口均通过水管与培养瓶16连接；

其中，八通阀8安装在注射泵9上方，注射泵9通过螺丝固定在二号仓4仓底；八通阀8包括阀及第二电机，第二电机驱动阀门转动，从而切换不同端口，八通阀8不同端口设有倒刺螺纹塑料管，培养瓶16、一号试剂袋12、二号试剂袋13及检测器6用水管连接倒刺螺纹塑料管，从而连接八通阀8端口；培养瓶16和检测器6水管连接八通阀8需通过二号仓4仓盖的转接口14，一号试剂袋12连接八通阀8需通过二号仓4仓底的转接口14；注射泵9包括注射筒、活塞及第三电机10，第三电机10的推杆连接注射泵9的活塞，驱动活塞上下移动；注射泵9与八通阀8连接，活塞上下移动在八通阀8相应端口抽吸液体或者排除液体，八通阀8上的第二电机及注射泵9上的第三电机10与处理器3连接。

请参阅图1和图2，所述分析测试模块22包括流通池5和检测器6，所述二号仓4内部的另一端安装有检测器6，且检测器6的顶部安装有流通池5，所述流通池5的进水口与八通阀8的端口连接，且流通池5的出水口通过水管穿过实验箱1，所述检测器6与处理器3电性连接，流通池5安装在检测器6上，流通池5包括出水口和进水口，进水口与八通阀8端口连接，注射泵9将样品推送到流通池5被检测器6分析，然后从流通池5出水口排出；检测器6与处理器3连接。

请参阅图1，所述生态培养模块21包括一号试剂袋12、二号试剂袋13和电阻温度计15，所述三号仓7内分别设置有一号试剂袋12和二号试剂袋13，且一号试剂袋12和二号试剂袋13分别通过水管穿过隔板17与八通阀8的端口连接，所述动力箱18顶部的一端安装有电阻温度计15，且电阻温度计15与处理器3电性连接，培养瓶16设置三个接口，一个接蠕动泵11，两个接八通阀8，以避免污染；培养瓶16可选择包裹透光片，模拟不同光照条件；电阻温度计15暴露于海水中。

请参阅图1，所述一号仓2、二号仓4和三号仓7的仓盖均设置为可拆卸结构，且一号仓2、二号仓4和三号仓7与其上的仓盖之间为螺纹连接，便于对内部部件的检修。

请参阅图1，所述培养瓶16为聚氯乙烯材质制成，所述一号试剂袋12和二号试剂袋13均为聚氯乙烯复合铝箔袋，将培养瓶16设置为聚氯乙烯材质制成，能够增加透明透光效果，通过将一号试剂袋12和二号试剂袋13均设置为聚氯乙烯复合铝箔袋，可以增加避光效果。

请参阅图1，所述八通阀8及注射泵9为一体设计，增强连接的稳固性。

请参阅图1，所述培养瓶16的外层配备防生物附着电刷，能够防止生物附着导致光照不足。

请参阅图1和图2，所述检测器6为叶绿素荧光检测器，便于检测叶绿素。

一种原位海水营养加富实验装置的使用方法，包括如下步骤：

步骤一：蠕动泵11抽取海水100ml进入培养瓶16，电阻温度计15记录水温，八通阀8转到连接培养瓶16的端口，注射泵9抽吸培养瓶16样品10ml至注射泵9内，八通阀8转到连接检测器6的端口，注射泵9推送样品到检测器6，反复两次,记录第二次检测器6读数，读数为未培养荧光值；

步骤二：八通阀8转到一号试剂袋12端口，一号试剂袋12内装已知浓度营养盐，注射泵9抽吸营养盐2ml至注射泵9内，八通阀8转到检测器6的端口，注射泵9推送样品到检测器6流通池排出，以润洗注射泵9；八通阀8转到一号试剂袋12端口，注射泵9抽吸营养盐5ml至注射泵9内，八通阀8转到连接培养瓶16接口，注射泵9将已知浓度营养盐5ml推送到培养瓶16中，营养盐和培养瓶16中海水混合，蠕动泵11再次抽取海水100ml进入培养瓶16，继续混合，通过海洋自身波动与试剂充分混合培养一天；开启电阻温度计15每隔半个小时记录培养温度；

步骤三：八通阀8转到二号试剂袋13端口，二号试剂袋13装蒸馏水，注射泵9抽吸蒸馏水5ml至注射泵9内，八通阀8转到检测器6端口，注射泵9推送蒸馏水到检测器6流通池并排出，反复共三次清洗，记录第三次检测器6读数，读数为空白荧光值，确定水管无污染；

步骤四：八通阀转到培养瓶16，注射泵9抽吸培养瓶16样品10ml至注射泵9内，八通阀8转到检测器6端口，注射泵9推送样品到检测器6，重复三次，记录第三次检测器6读数，读数为培养后样品荧光值，记录数据后仪器进入休眠状态；

步骤五：每隔两天重复上述步骤，单个培养实验结束后，培养瓶16废液通过反转蠕动泵11排出培养瓶16；进行下一个培养实验周期。

工作原理为：

1.蠕动泵11抽取海水100ml进入培养瓶16，电阻温度计15记录水温，八通阀8转到连接培养瓶16的端口，注射泵9抽吸培养瓶16样品10ml至注射泵9内，八通阀8转到连接检测器6的端口，注射泵9推送样品到检测器6，反复两次,记录第二次检测器6读数，读数为未培养荧光值；

2.八通阀8转到一号试剂袋12端口，一号试剂袋12内装已知浓度营养盐，注射泵9抽吸营养盐2ml至注射泵9内，八通阀8转到检测器6的端口，注射泵9推送样品到检测器6流通池排出，以润洗注射泵9；八通阀8转到一号试剂袋12端口，注射泵9抽吸营养盐5ml至注射泵9内，八通阀8转到连接培养瓶16接口，注射泵9将已知浓度营养盐5ml推送到培养瓶16中，营养盐和培养瓶16中海水混合，蠕动泵11再次抽取海水100ml进入培养瓶16，继续混合，通过海洋自身波动与试剂充分混合培养一天；开启电阻温度计15每隔半个小时记录培养温度；

3.八通阀8转到二号试剂袋13端口，二号试剂袋13装蒸馏水，注射泵9抽吸蒸馏水5ml至注射泵9内，八通阀8转到检测器6端口，注射泵9推送蒸馏水到检测器6流通池并排出，反复共三次清洗，记录第三次检测器6读数，读数为空白荧光值，确定水管无污染；

4.八通阀8转到培养瓶16，注射泵9抽吸培养瓶16样品10ml至注射泵9内，八通阀8转到检测器6端口，注射泵9推送样品到检测器6，重复三次，记录第三次检测器6读数，读数为培养后样品荧光值，记录数据后仪器进入休眠状态；

5.每隔两天重复上述步骤，单个培养实验结束后，培养瓶16废液通过反转蠕动泵11排出培养瓶16；进行下一个培养实验周期。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、

“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (8)

1.一种原位海水营养加富实验装置，包括实验箱(1)，所述实验箱(1)的顶部固定有动力箱(18)，且动力箱(18)内形成一号仓(2)，所述一号仓(2)设有电控模块(23)，其特征在于：所述实验箱(1)内部的低端设置有隔板(17)，且实验箱(1)通过隔板(17)分隔成二号仓(4)和三号仓(7)，所述二号仓(4)内部依次设置有进样模块(19)、移液模块(20)和分析测试模块(22)，所述三号仓(7)内设有生态培养模块(21)，所述动力箱(18)顶部安装有培养瓶(16)，所述电控模块(23)包括处理器(3)，所述处理器(3)固定安装在一号仓(2)内部；

所述进样模块(19)包括蠕动泵(11)，二号仓(4)内部的一端安装有蠕动泵(11)，所述蠕动泵(11)的进水端及出水端均安装有水管，所述实验箱(1)的顶部安装有转接口(14)，所述蠕动泵(11)进水端处的水管穿过转接口(14)伸入海水内，所述蠕动泵(11)出水端处的水管穿过转接口(14)与培养瓶(16)连接；

所述移液模块(20)包括八通阀(8)和注射泵(9)，所述二号仓(4)内位于蠕动泵(11)的侧边通过固定螺丝安装有注射泵(9)，且注射泵(9)内部的低端安装有第三电机(10)，所述注射泵(9)的顶部安装有八通阀(8)，且八通阀(8)进水口及出水口均通过水管与培养瓶(16)连接；

所述进样模块(19)用于抽取海水样品到培养瓶(16)中，所述移液模块(20)用于培养瓶(16)、生态培养模块(21)和分析测试模块(22)之间的样品转移，且所述移液模块(20)通过将生态培养模块(21)中的培养剂转移到培养瓶(16)中与海水完成混合培养，再通过将培养瓶中混合培养后的培养样品转移到分析测试模块(22)完成混合培养液的分析检测。

2.根据权利要求1所述的一种原位海水营养加富实验装置，其特征在于：所述分析测试模块(22)包括流通池(5)和检测器(6)，所述二号仓(4)内部的另一端安装有检测器(6)，且检测器(6)的顶部安装有流通池(5)，所述流通池(5)的进水口与八通阀(8)的端口连接，且流通池(5)的出水口通过水管穿过实验箱(1)，所述检测器(6)与处理器(3)电性连接。

3.根据权利要求1所述的一种原位海水营养加富实验装置，其特征在于：所述生态培养模块(21)包括一号试剂袋(12)、二号试剂袋(13)和电阻温度计(15)，所述三号仓(7)内分别设置有一号试剂袋(12)和二号试剂袋(13)，且一号试剂袋(12)和二号试剂袋(13)分别通过水管穿过隔板(17)与八通阀(8)的端口连接，所述动力箱(18)顶部的一端安装有电阻温度计(15)，且电阻温度计(15)与处理器(3)电性连接。

4.根据权利要求1所述的一种原位海水营养加富实验装置，其特征在于：所述一号仓(2)、二号仓(4)和三号仓(7)的仓盖均设置为可拆卸结构，且一号仓(2)、二号仓(4)和三号仓(7)与其上的仓盖之间为螺纹连接。

5.根据权利要求3所述的一种原位海水营养加富实验装置，其特征在于：所述培养瓶(16)为聚氯乙烯材质制成，所述一号试剂袋(12)和二号试剂袋(13)均为聚氯乙烯复合铝箔袋。

6.根据权利要求1所述的一种原位海水营养加富实验装置，其特征在于：所述八通阀(8)及注射泵(9)为一体设计；所述培养瓶(16)的外层配备防生物附着电刷。

7.根据权利要求2所述的一种原位海水营养加富实验装置，其特征在于：所述检测器(6)为叶绿素荧光检测器。

8.基于权利要求1中所述一种原位海水营养加富实验装置的一种原位海水营养加富实验装置的使用方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一：蠕动泵(11)抽取海水100ml进入培养瓶(16)，电阻温度计(15)记录水温，八通阀(8)转到连接培养瓶(16)的端口，注射泵(9)抽吸培养瓶(16)样品10ml至注射泵(9)内，八通阀(8)转到连接检测器(6)的端口，注射泵(9)推送样品到检测器(6)，反复两次,记录第二次检测器(6)读数，读数为未培养荧光值；

步骤二：八通阀(8)转到一号试剂袋(12)端口，一号试剂袋(12)内装已知浓度营养盐，注射泵(9)抽吸营养盐2ml至注射泵(9)内，八通阀(8)转到检测器(6)的端口，注射泵(9)推送样品到检测器(6)流通池排出，以润洗注射泵(9)；八通阀(8)转到一号试剂袋(12)端口，注射泵(9)抽吸营养盐5ml至注射泵(9)内，八通阀(8)转到连接培养瓶(16)接口，注射泵(9)将已知浓度营养盐5ml推送到培养瓶(16)中，营养盐和培养瓶(16)中海水混合，蠕动泵(11)再次抽取海水100ml进入培养瓶(16)，继续混合，通过海洋自身波动与试剂充分混合培养一天；开启电阻温度计(15)每隔半个小时记录培养温度；

步骤三：八通阀(8)转到二号试剂袋(13)端口，二号试剂袋(13)装蒸馏水，注射泵(9)抽吸蒸馏水5ml至注射泵(9)内，八通阀(8)转到检测器(6)端口，注射泵(9)推送蒸馏水到检测器(6)流通池并排出，反复共三次清洗，记录第三次检测器(6)读数，读数为空白荧光值，确定水管无污染；

步骤四：八通阀转到培养瓶(16)，注射泵(9)抽吸培养瓶(16)样品10ml至注射泵(9)内，八通阀(8)转到检测器(6)端口，注射泵(9)推送样品到检测器(6)，重复三次，记录第三次检测器(6)读数，读数为培养后样品荧光值，记录数据后仪器进入休眠状态；

步骤五：每隔两天重复上述步骤，单个培养实验结束后，培养瓶(16)废液通过反转蠕动泵(11)排出培养瓶(16)；进行下一个培养实验周期。

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