CN112611684B - 一种原位连续获取土壤有效硒三维空间分布的装置及其在薄膜扩散梯度技术中的应用 - Google Patents

Abstract

一种原位连续获取土壤有效硒三维空间分布的装置，包括检测箱，所述检测箱为中空结构，用以容纳待检测土壤，所述检测箱侧壁设置有检测箱开关门，所述检测箱顶部设置有放置组件，所述放置组件上放置有检测组件，所述放置组件用以将所述检测组件放置在待检测土壤表面，所述检测组件对待检测土壤进行检测，所述检测箱外侧设置有电气箱，所述电气箱内安装有控制器；本发明优势：将待检测土壤置于检测箱中，通过放置组件，来将检测组件，置于土壤表面，全程无人为以及外界的影响，此时，检测组件所检测出的硒含量，精度更高。

Description

一种原位连续获取土壤有效硒三维空间分布的装置及其在薄 膜扩散梯度技术中的应用

技术领域

本发明涉及一种获取装置，尤其涉及一种原位连续获取土壤有效硒三维空间分布的装置及其在薄膜扩散梯度技术中的应用。

背景技术

薄膜扩散梯度（DiffusiveGradientsinThin-films，DGT）技术主要利用自由扩散原理（Fick第一定律），通过对目标物在扩散层的梯度扩散及其缓冲动力学过程的研究，获得目标物在环境介质中的（生物）有效态含量与空间分布、离子态-络合态结合动力学、以及固-液之间交换动力学的信息。与传统的测定技术相比，DGT技术能够在原位（原状）条件下较为真实地反映环境介质中目标物的可移动性和生物可利用性，从而能够更加准确地反映环境介质的营养或污染水平。DGT的富集过程可以在一定程度上模拟目标物在环境中的固-液交换动力学与土壤-根系动力学吸收过程，分析结果更加科学可靠，而这一特点正是传统有效态测定方法所欠缺的。DGT测定流程较为简单，操作环境要求低，具备较强的推广性，未来有替代传统分析方法的潜力。

DG扩散过程与实际环境中的离子迁移及生物吸收过程具有可比性，该技术已经作为一种新的形态分析手段逐渐应用到水体、土壤和沉积物研究中研究对象已从常规的金属元素扩展到稀有金属元素以及非金属元素等。

硒是一种非金属元素，化学符号是Se，在化学元素周期表中位于第四周期VI A族（第34号元素）。可以用作光敏材料、电解锰行业催化剂、动物体必需的营养元素和植物有益的营养元素等。硒在自然界的存在方式分为两种：无机硒和植物活性硒。硒是人体必需的微量元素。中国营养学会也将硒列为人体必需的15种营养素之一，国内外大量临床实验明，人体缺硒可引起某些重要器官的功能失调，导致许多严重疾病发生。低硒或缺硒人群通过适量补硒不但能够预防肿瘤、肝病等的发生，而且可以提高机体免疫能力，维护心、肝、肺、胃等重要器官正常功能，预防老年性心、脑血管疾病的发生。

DGT技术已经被运用于土壤中有效硒的测定，但是现有的测定，往往是直接将检测所用的复合膜置于待检测土壤表面，然后在分析复合膜上硒的含量。但是复合膜置于土壤表面时，容易受到外界环境影响，从而造成检测结果发生偏差。

针对上述问题，人们需要一种原位连续获取土壤有效硒三维空间分布的装置及其在薄膜扩散梯度技术中的应用，来满足土壤中有效硒的检测需要。

发明内容

本发明目的在于克服现有技术中存在的不足，提供一种原位连续获取土壤有效硒三维空间分布的装置及其在薄膜扩散梯度技术中的应用，检测精度高。

本发明的目的是这样实现的：

一种原位连续获取土壤有效硒三维空间分布的装置，包括检测箱，所述检测箱底面设置有支撑腿，其特征在于：所述检测箱为中空结构，用以容纳待检测土壤，所述检测箱侧壁设置有检测箱开关门，所述检测箱外侧设置有观察窗，所述检测箱顶部设置有放置组件，所述放置组件上放置有检测组件，所述放置组件用以将所述检测组件放置在待检测土壤表面，所述检测组件对待检测土壤进行检测；所述检测箱外侧设置有电气箱，所述电气箱内安装有控制器，所述控制器与所述放置组件通过电路连接。

进一步地，所述放置组件包括放置箱，所述检测箱顶面设置有放置箱，所述放置箱侧壁铰接有放置开关门，所述检测箱顶面开始有放置孔，所述放置孔将所述放置箱与所述检测箱连通，所述放置孔处设置有电动插板阀，所述放置箱顶面设置有第一电动推杆，所述第一电动推杆的输出端设置有连接杆，所述连接杆的底端铰接有C形框，所述C形框与所述第一电动推杆的输出端之间设置有第二电动推杆，所述C形框内侧放置有所述检测组件，所述C形框底部设置有第一传感器；所述电气箱顶面设置有放置按钮，所述控制器与所述放置按钮、所述第一电动推杆、所述第二电动推杆、所述电动插板阀、所述第一传感器之间均通过电路连接。

进一步地，所述C形框左右两侧均设置有阻隔板，所述C形框前端设置有电动翻板阀。

进一步地，所述检测箱内部安装有振平组件。

进一步地，所述振平组件包括振动器、振动按钮，所述检测箱内腔两侧壁上均安装有所述振动器，所述振动器外侧设置有防水壳体，所述电气箱顶面安装有所述振动按钮，所述控制器与所述振动器、所述振动按钮之间均通过电路连接。

进一步地，所述检测箱内部安装有喷洒组件。

进一步地，所述喷洒组件包括直线电机平台，所述检测箱内腔上部沿其长度或宽度方向安装有所述直线电机平台，远离所述直线电机平台的所述检测箱内壁上开设有滑槽，所述滑槽与所述直线电机平台等高，所述滑槽内滑动连接有滑块，所述滑块与所述直线电机平台滑块之间设置有安装板，所述安装板底面中部安装有第三电动推杆，所述第三电动推杆的输出端设置有洒水板，所述洒水板内部开始有水道，所述洒水板底面安装有若干喷头和第二传感器，所述喷头与所述水道连通，所述检测箱外侧设置有水箱，所述水箱顶面设置有注水管，所述注水管顶面设置有密封帽，所述水箱外侧设置有液面观察管，所述水箱侧壁安装有水泵，所述水泵进水端与所述水箱底部、所述水泵出水端与所述水道之间均通过管道连通；所述电气箱顶面安装有喷洒按钮，所述控制器与所述喷洒按钮、所述直线电机平台、所述电动推杆、所述水泵、所述第二传感器之间均通过电路连接。

进一步地，所述水箱内安装有紫外线消毒灯，所述电气箱顶面安装有消毒按钮，所述消毒按钮与所述紫外线消毒灯之间通过电路连接。

进一步地，所述检测组件包括固定膜、扩散膜、渗透膜，所述固定膜、所述扩散膜、所述渗透膜依次叠加。

进一步地，一种原位连续获取土壤有效硒三维空间分布的装置在薄膜扩散梯度技术中的应用包括以下步骤：

（1）所述检测组件组装：将所述固定膜、所述扩散膜、所述渗透膜依次叠加后组成所述检测组件；

（2）将所述检测组件放入盛有去离子水的容器中，以去除所述检测组件中的氧；

（3）将待检测土壤放入所述检测箱中，按下所述喷洒组件，对土壤进行喷水湿润；

（4）将所述检测组件放在所述放置组件上，按下所述放置按钮，所述放置组件将所述检测组件放置在待检测土壤表面，放置时间为1-5天；

（5）将所述检测组件取出，取下固定膜后，进行有效硒的测定。

进一步地，所述步骤（5）中有效硒的测定：将所述固定膜切片，然后分别将每个切片放入容器中；

将所述固定膜与提取液体积比为1:20至1:50向容器中加入提取液，进行振荡；

吸取容器中的提取液，稀释后，采用原子荧光分光光度法来测定提取液中硒的浓度。

本发明的优势：

1.将待检测土壤置于检测箱中，通过放置组件，来将检测组件，置于土壤表面，全程无人为以及外界的影响，此时，检测组件所检测出的硒含量，精度更高。

2.喷洒组件中，喷洒出的水是去离子水，在配合水箱中的紫外线灯对去离子水进行进一步杀菌、消毒，确保喷洒至土壤表面时，不会对土壤造成任何影响，进一步地提高了土壤中有效硒的检测精度。

3.振平组件，通过振动来使待检测土壤平整，避免对检测结果照成影响。

附图说明

图1为一种原位连续获取土壤有效硒三维空间分布的装置的结构示意图。

图2为一种原位连续获取土壤有效硒三维空间分布的装置剖视示意图。

图3为放置组件剖视示意图。

图4为喷洒组件剖视示意图。

图5为电气箱打开示意图。

图6为检测组件剖视示意图。

图中：1.检测箱、2.支撑腿、3.检测箱开关门、4.观察窗、5.放置组件、6.检测组件、7.电气箱、8.控制器、9.放置箱、10.放置开关门、11.放置孔、12.电动插板阀、13.第一电动推杆、14.连接杆、15.C形框、16.第二电动推杆、17.第一传感器、18.组隔板、19.电动翻板阀、20.放置按钮、21.振平组件、22.振动器、23.振动按钮、24.防水壳体、25.喷洒组件、26.直线电机平台、27.滑槽、28.滑块、29.安装板、30.第三电动推杆、31.洒水板、32.水道、33.喷头、34.第二传感器、35.水箱、36.注水管、37.密封帽、38.液面观察管、39.水泵、40.喷洒按钮、41.紫外线消毒灯、42.消毒按钮、43.固定膜、44.扩散膜、45.渗透膜。

具体实施方式

为了使技术领域的人员更好地理解本申请中的技术方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都应当属于本申请保护的范围。

本申请实施例提供一种原位连续获取土壤有效硒三维空间分布的装置及其在薄膜扩散梯度技术中的应用。

实施例1，如图1-6所示。

一种原位连续获取土壤有效硒三维空间分布的装置，包括检测箱1，所述检测箱1底面设置有支撑腿2。所述检测箱1为中空结构，用以容纳待检测土壤，所述检测箱1侧壁设置有检测箱开关门3，便于取、放待检测土壤。所述检测箱1外侧设置有观察窗4，观察其内部情况。

所述检测箱1顶部设置有放置组件5，所述放置组件5上放置有检测组件6。所述放置组件5用以将所述检测组件6放置在待检测土壤表面，所述检测组件6对待检测土壤进行检测。

所述检测箱1外侧设置有电气箱7，所述电气箱7内安装有控制器8，所述控制器8优选军创自动化科技有限公司的标准型PLC，型号为JS-68T-D，可以满足本发明的控制需要。

所述放置组件5包括放置箱9，所述检测箱1顶面设置有放置箱9，所述放置箱9侧壁铰接有放置开关门10。所述检测箱1顶面开始有放置孔11，所述放置孔11将所述放置箱9与所述检测箱1连通，所述放置孔11处设置有电动插板阀12，所述电动插板阀12优选泊头千瑞机械设备有限公司的电动插板阀，其型号根据所述放置孔11的大小，来进行选择。所述放置箱9顶面设置有第一电动推杆13，所述第一电动推杆13优选北京天誉创新科技有限公司的多级电动推杆。所述第一电动推杆13的输出端设置有连接杆14，所述连接杆14的底端铰接有C形框15，所述C形框15与所述第一电动推杆13的输出端之间设置有第二电动推杆16，所述第二电动推杆16优选北京天誉创新科技有限公司的多级电动推杆。所述C形框15内侧放置有所述检测组件6，所述C形框15底部设置有第一传感器17。所述第一传感器17优选上海彭成电子技术有限公司的距离传感器，型号为OADM-16I26。当所述C形框15底部快接触待检测土壤时，所述第一传感器17将信号传递给所述控制器8。所述C形框15左右两侧均设置有阻隔板18，避免所述检测组件6在所述C形框18下降过程中，从左右两侧跌落。所述C形框15前端设置有电动翻板阀19。所述电动翻板阀19优选泊头千瑞机械设备有限公司的电动翻板阀，其型号根据所述C形框15的大小来进行选择。

所述电气箱7顶面设置有放置按钮20，控制整个所述放置组件5的启动。所述控制器8与所述放置按钮20、所述第一电动推杆13、所述第二电动推杆16、所述电动插板阀12、所述电动翻板阀19、所述第一传感器17之间均通过电路连接。

所述检测箱1内部安装有振平组件21。通过振动，使待检测土壤平整，避免对检测结果照成影响。

所述振平组件21包括振动器22、振动按钮23，所述检测箱1内腔两侧壁上均安装有所述振动器22，所述振动器22优选新乡市东源机械有限公司的小型仓壁振动器。所述振动器22外侧设置有防水壳体24，避免被喷洒组件喷水淋湿。所述电气箱7顶面安装有所述振动按钮23，控制其振动。所述控制器8与所述振动器22、所述振动按钮23之间均通过电路连接。

所述检测箱1内部安装有喷洒组件25。用以在待检测土壤表面喷洒一层水雾，便于检测。

所述喷洒组件25包括直线电机平台26，所述直线电机平台26优选雅科贝思精密机电有限公司的DGL系列双导轨直线电机平台，型号为DGL260-AUM5-S4。所述检测箱1内腔上部沿其长度或宽度方向安装有所述直线电机平台26，远离所述直线电机平台26的所述检测箱1内壁上开设有滑槽27，所述滑槽27与所述直线电机平台26等高，所述滑槽27内滑动连接有滑块28，所述滑块28与所述直线电机平台26滑块之间设置有安装板29，所述安装板29底面中部安装有第三电动推杆30，所述第三电动推杆30优选北京天誉创新科技有限公司的多级电动推杆。所述第三电动推杆30的输出端设置有洒水板31，所述洒水板31内部开始有水道32，所述洒水板31底面安装有若干喷头33和第二传感器34，所述第二传感器34优选上海彭成电子技术有限公司的距离传感器，型号为OADM-16I26。当所述洒水板31底部距离待检测土壤一定高度时，所述第二传感器34将信号传递给所述控制器8。所述喷头33与所述水道32连通，所述检测箱1外侧设置有水箱35，所述水箱35顶面设置有注水管36，所述注水管36顶面设置有密封帽37。所述水箱35外侧设置有液面观察管38，便于观察水位。所述水箱35侧壁安装有水泵39，所述水泵39优选缘循智能科技有限公司的微型齿轮泵，型号为FG300。所述水泵39进水端与所述水箱35底部、所述水泵39出水端与所述水道32之间均通过管道连通；

所述电气箱7顶面安装有喷洒按钮40，控制整个所述喷洒组件25的启停。所述控制器8与所述喷洒按钮40、所述直线电机平台26、所述第三电动推杆30、所述水泵39、所述第二传感器34之间均通过电路连接。

所述水箱35内安装有紫外线消毒灯41，对所述水箱中的去离子水做进一步地杀菌、消毒。所述电气箱7顶面安装有消毒按钮42，控制所述紫外线消毒灯41的启停。所述消毒按钮42与所述紫外线消毒灯41之间通过电路连接。

所述检测组件6包括固定膜43、扩散膜44、渗透膜45，所述固定膜43、所述扩散膜44、所述渗透膜45依次叠加。硒离子通过扩散的方式穿过所述扩散膜44与所述渗透膜45，被所述固定膜43捕获，并在所述扩散膜44上行成线性梯度分布，靠近所述固定膜43一端的离子浓度维持为零，通过与介质接触一端的浓度，即可计算得出土壤中的有效硒浓度。

一种原位连续获取土壤有效硒三维空间分布的装置在薄膜扩散梯度技术中的应用，包括以下步骤：

（1）所述检测组件组装：将所述固定膜、所述扩散膜、所述渗透膜依次叠加后组成所述检测组件。

（2）将所述检测组件放入盛有去离子水的容器中，以去除所述检测组件中的氧。

（3）将待检测土壤放入所述检测箱中，按下所述喷洒组件，对土壤进行喷水湿润。

按下所述喷洒按钮，所述控制器接受信号，控制所述第三电动推杆带动所述洒水板向下移动，当所述洒水板底部距离待检测土壤一定高度时，所述第二传感器将信号传递给所述控制器。此时所述第三电动推杆停止，所述水泵将水从所述水箱抽送至所述喷头处喷出，同时，所述直线电机平台带动所述洒水板水平移动，对待检测土壤进行喷水。当所述直线电机平台滑块到达限位时，所述水泵停止工作，所述第三电动推杆带动所述洒水板回位，最后所述直线电机平台滑块回位。

（4）将所述检测组件放在所述放置组件上，按下所述放置按钮，所述放置组件将所述检测组件放置在待检测土壤表面，放置时间为1-5天；

按下所述放置按钮，所述控制器接受信号，控制所述电动插板阀打开。所述第一电动推杆带动所述C形框向下移动，当所述C形框底部快接触待检测土壤时，所述第一传感器将信号传递给所述控制器。然后所述电动翻板阀打开，所述第二电动推杆回落，带动所述C形框围绕与所述连接杆的铰接处向前侧倾倒，使所述检测组件滑落至待检测土壤表面，然后所述第二电动推杆、第二电动推杆回位，所述电动插板阀、所述电动翻板阀关闭。

（5）将所述检测组件取出，取下固定膜后，进行有效硒的测定。

打开所述检测箱开关门，即可将检测组件取出。

所述步骤（5）中有效硒的测定：将所述固定膜切片，然后分别将每个切片放入容器中；

将所述固定膜与提取液体积比为1:20至1:50向容器中加入提取液，进行振荡；

吸取容器中的提取液，稀释后，采用原子荧光分光光度法来测定提取液中硒的浓度。

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。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的申请后，将容易想到本申请的其它实施方案。本申请旨在涵盖本申请的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本申请的一般性原理并包括本申请未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本申请的真正范围和精神由权利要求指出。应当理解的是，本申请并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本申请的范围仅由所附的权利要求来限制。

Claims (7)

1.一种原位连续获取土壤有效硒三维空间分布的装置，包括检测箱，其特征在于：所述检测箱为中空结构，用以容纳待检测土壤，所述检测箱侧壁设置有检测箱开关门，所述检测箱顶部设置有放置组件，所述放置组件上放置有检测组件，所述放置组件用以将所述检测组件放置在待检测土壤表面，所述检测组件对待检测土壤进行检测；

所述检测箱外侧设置有电气箱，所述电气箱内安装有控制器，所述控制器与所述放置组件通过电路连接；

所述放置组件包括放置箱，所述检测箱顶面设置有放置箱，所述放置箱侧壁铰接有放置开关门，所述检测箱顶面开始有放置孔，所述放置孔将所述放置箱与所述检测箱连通，所述放置孔处设置有电动插板阀，所述放置箱顶面设置有第一电动推杆，所述第一电动推杆的输出端设置有连接杆，所述连接杆的底端铰接有C形框，所述C形框与所述第一电动推杆的输出端之间设置有第二电动推杆，所述C形框内侧放置有所述检测组件，所述C形框底部设置有第一传感器；

所述电气箱顶面设置有放置按钮，所述控制器与所述放置按钮、所述第一电动推杆、所述第二电动推杆、所述电动插板阀、所述第一传感器之间均通过电路连接。

2.根据权利要求1所述的一种原位连续获取土壤有效硒三维空间分布的装置，其特征在于：所述检测箱内部安装有振平组件。

3.根据权利要求2所述的一种原位连续获取土壤有效硒三维空间分布的装置，其特征在于：所述振平组件包括振动器、振动按钮，所述检测箱内腔两侧壁上均安装有所述振动器，所述电气箱顶面安装有所述振动按钮，所述控制器与所述振动器、所述振动按钮之间均通过电路连接。

4.根据权利要求1所述的一种原位连续获取土壤有效硒三维空间分布的装置，其特征在于：所述检测箱内部安装有喷洒组件。

5.根据权利要求4所述的一种原位连续获取土壤有效硒三维空间分布的装置，其特征在于：所述喷洒组件包括直线电机平台，所述检测箱内腔上部沿其长度或宽度方向安装有所述直线电机平台，远离所述直线电机平台的所述检测箱内壁上开设有滑槽，所述滑槽与所述直线电机平台等高，所述滑槽内滑动连接有滑块，所述滑块与所述直线电机平台滑块之间设置有安装板，所述安装板底面中部安装有第三电动推杆，所述第三电动推杆的输出端设置有洒水板，所述洒水板内部开始有水道，所述洒水板底面安装有若干喷头和第二传感器，所述喷头与所述水道连通，所述检测箱外侧设置有水箱，所述水箱顶面设置有注水管，所述注水管顶面设置有密封帽，所述水箱外侧设置有液面观察管，所述水箱侧壁安装有水泵，所述水泵进水端与所述水箱底部、所述水泵出水端与所述水道之间均通过管道连通；

所述电气箱顶面安装有喷洒按钮，所述控制器与所述喷洒按钮、所述直线电机平台、所述第三电动推杆、所述水泵、所述第二传感器之间均通过电路连接。

6.根据权利要求5所述的一种原位连续获取土壤有效硒三维空间分布的装置，其特征在于：所述水箱内安装有紫外线消毒灯，所述电气箱顶面安装有消毒按钮，所述消毒按钮与所述紫外线消毒灯之间通过电路连接。

7.根据权利要求1所述的一种原位连续获取土壤有效硒三维空间分布的装置，其特征在于：所述检测组件包括固定膜、扩散膜、渗透膜，所述固定膜、所述扩散膜、所述渗透膜依次叠加。