CN114292725A - 原位培养甲烷氧化菌并保压取样装置及其检测系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种原位培养甲烷氧化菌并保压取样装置及其检测系统和方法，该装置包括：用于原位培养甲烷氧化菌的容器，所述容器上安装有用于密闭以形成甲烷氧化菌原位培养环境的盖子，所述盖子上设置有至少两个与所述容器相连通的取样口，每个取样口的输入端设置有对应的阀门，所述取样口的输出端设置有通过螺帽固定的密封膜，所述阀门与所述密封膜之间设置有空腔；取样管，所述取样管的一端与其中一个所述空腔相连通，所述取样管的另一端伸入所述容器内部；及用于测量所述容器内气压的气压计。该装置能够模拟不同原位孔压条件，较大程度再现甲烷氧化菌所处的原位环境且保压进行取样。

Description

原位培养甲烷氧化菌并保压取样装置及其检测系统和方法

技术领域

本申请涉及甲烷厌氧氧化菌活性测试技术领域，尤其涉及一种原位培养甲烷氧化菌并保压取样装置及其检测系统和方法。

背景技术

甲烷是排放当量仅次于二氧化碳的重要温室气体之一，它对全球变暖贡献率达到了20％。全球系统内，排放到大气中的甲烷高达540Tg/a，而微生物参与的甲烷厌氧氧化是甲烷的重要汇，也是甲烷减排的重要途径。甲烷厌氧氧化过程是指以甲烷为电子供体，以硫酸盐、硝酸盐、亚硝酸盐、金属离子等为电子受体发生的氧化还原反应。由于大尺度场景甲烷排放量的估计仍存在较大不确定性，因此，亟需对控制甲烷排放过程的关键因素即甲烷厌氧氧化速率及其影响因子强度进行定量分析。

现有技术往往用75ml的普通血清瓶进行常压状态下的甲烷厌氧氧化菌培养以及活性测试，并且仅仅用顶空气相甲烷浓度的变化速率来表征甲烷厌氧氧化菌的活性。

在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术中至少存在如下问题：

常压下实验测得的深层地层中甲烷厌氧氧化菌活性不能代表其原位孔压状态下的活性。

发明内容

本申请实施例的目的是提供原位培养甲烷氧化菌并保压取样装置及其检测系统和方法，以解决相关技术中存在的无法测试原位孔压条件下甲烷厌氧氧化菌活性的技术问题。

根据本申请实施例的第一方面，提供一种原位培养甲烷氧化菌并保压取样装置，包括：

用于原位培养甲烷氧化菌的容器，所述容器上安装有用于密闭以形成甲烷氧化菌原位培养环境的盖子，所述盖子上设置有至少两个与所述容器相连通的取样口，每个取样口的输入端设置有对应的阀门，所述取样口的输出端设置有通过螺帽固定的密封膜，所述阀门与所述密封膜之间设置有空腔；

取样管，所述取样管的一端与其中一个所述空腔相连通，所述取样管的另一端伸入所述容器内部；及

用于测量所述容器内气压的气压计。

进一步地，所述取样管伸入到所述容器内部的一端的位置根据所述容器中试样的高度确定。

根据本申请实施例的第二方面，提供一种原位培养甲烷氧化菌并保压取样检测的系统，包括：

第一方面所述的原位培养甲烷氧化菌装置；

pH计，所述pH计一端穿过盖子伸入到容器内部；

用于放置所述原位培养甲烷氧化菌装置并进行甲烷氧化菌原位培养的温控摇床；

用于对所述原位培养甲烷氧化菌装置中气相进行检测的气相色谱仪，所述气相色谱仪配有用于从所述原位培养甲烷氧化菌装置中取气相的进样针；及

用于对所述原位培养甲烷氧化菌装置中液相进行检测的离子色谱仪，所述离子色谱仪配有用于从所述原位培养甲烷氧化菌装置中取液相的注射器。

进一步地，所述pH计包括pH计探针和pH计显示器，所述pH计探针的一端穿过所述盖子伸入到所述容器内部，另一端伸出到所述盖子上方并与所述pH计显示器连接。

进一步地，所述pH计穿过盖子伸入到容器内部的一端的位置根据所述容器中试样的高度确定。

进一步地，所述温控摇床包括用于放置所述容器的摇板、用于设置所述甲烷氧化菌培养温度和转速的温控摇床操作面板及用于显示培养温度和转速的温控摇床显示屏。

进一步地，所述气相色谱仪包括进样口、用于调节所述气相色谱仪的检测参数的色谱仪操作面板和用于显示测试状态的色谱仪显示屏。

进一步地，所述离子色谱仪包括用于自动进样的自动进样器和用于处理数据以及控制仪器的色谱工作站。

根据本申请实施例的第二方面，提供一种原位培养甲烷氧化菌并保压取样检测的方法，该方法应用于第二方面所述的系统中，包括：

将含有甲烷氧化菌的滨海土土样加入容器中；

制造容器内的厌氧环境，并将容器内气压加至原位孔压水平；

将原位培养甲烷氧化菌并保压取样装置遮光放置在温控摇床中并进行预培养；

将原位培养甲烷氧化菌并保压取样装置从温控摇床中取出，通过进样针取容器顶部的气相样本，通过气相色谱仪检测的所述气相样本中的甲烷浓度；

通过取样管取原位培养甲烷氧化菌并保压取样装置内上清液的液相样本，通过离子色谱仪检测所述液相样本中的离子浓度。

进一步地，该方法还包括：

取样结束后，将原位培养甲烷氧化菌装置放回温控摇床继续培养，周期性进行气相和液相的保压取样并进行分析。

本申请的实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：

由上述实施例可知，本申请将安装有盖子的容器用于原位培养甲烷氧化菌，所述容器中能够模拟不同原位孔压条件，较大程度再现甲烷氧化菌所处的原位环境；通过设置在瓶盖上的取样口进行取样，从内向外阀门、空腔和密封膜的设置使得能够保压进行取样；且本申请所述的装置操作简单，不易失误。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本申请。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本申请的实施例，并与说明书一起用于解释本申请的原理。

图1是根据一示例性实施例示出的一种原位培养甲烷氧化菌装置的正视图。

图2是根据一示例性实施例示出的一种原位培养甲烷氧化菌装置的侧视图。

图3是根据一示例性实施例示出的取样口的剖视图。

图4是根据一示例性实施例示出的一种原位培养甲烷氧化菌装置在温控摇床内培养的示意图。

图5是根据一示例性实施例示出的气相色谱仪的结构示意图。

图6是根据一示例性实施例示出的离子色谱仪的结构示意图。

图中的附图标记包括：

100、容器；200、盖子；210、第一取样口；211、第一阀门；212、第一空腔；213、第一密封膜；214、第一螺帽；220、第二取样口；221、第二阀门；222、第二空腔；223、第二密封膜；224、第二螺帽；300、取样管；400、气压计；500、pH计；510、pH计探针；520、pH计显示器；600、温控摇床；610、摇板；620、温控摇床操作面板；630、温控摇床显示屏；700、气相色谱仪；710、进样针；720、进样口；730、色谱仪操作面板；740、色谱仪显示屏；800、离子色谱仪；810、注射器；820、自动进样器；830、色谱工作站。

具体实施方式

这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本申请相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本申请的一些方面相一致的装置和方法的例子。

在本申请使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本申请。在本申请和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本文中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。

应当理解，尽管在本申请可能采用术语第一、第二、第三等来描述各种信息，但这些信息不应限于这些术语。这些术语仅用来将同一类型的信息彼此区分开。例如，在不脱离本申请范围的情况下，第一信息也可以被称为第二信息，类似地，第二信息也可以被称为第一信息。取决于语境，如在此所使用的词语“如果”可以被解释成为“在……时”或“当……时”或“响应于确定”。

图1是根据一示例性实施例示出的一种原位培养甲烷氧化菌装置的正视图，图2是根据一示例性实施例示出的一种原位培养甲烷氧化菌装置的侧视图，如图1和图2所示，该装置可以包括用于原位培养甲烷氧化菌的容器100、取样管300及用于测量所述容器100内气压的气压计400，所述容器100上安装有用于密闭以形成甲烷氧化菌原位培养环境的盖子200，所述盖子200上设置有至少两个与所述容器100相连通的取样口，每个取样口的输入端设置有对应的阀门，所述取样口的输出端设置有通过螺帽固定的密封膜，所述阀门与所述密封膜之间设置有空腔；所述取样管300的一端与其中一个所述空腔相连通，所述取样管300的另一端伸入所述容器100内部。

由上述实施例可知，本申请将安装有盖子200的容器100用于原位培养甲烷氧化菌，所述容器100中能够模拟不同原位孔压条件，较大程度再现甲烷氧化菌所处的原位环境；通过设置在瓶盖上的取样口进行取样，从内向外阀门、空腔和密封膜的设置使得能够保压进行取样；且本申请所述的装置操作简单，不易失误。

所述容器100可为任意容积已知且可与所述盖子200形成密闭环境的容器100，在本实施例中，所述容器100为血清瓶的瓶身，所述盖子200为血清瓶的瓶盖。

如图3所示，所述取样口包括设置在输入端的阀门、设置在输出端的密封膜、所述阀门与所述密封膜之间的空腔以及用于固定所述密封膜的螺帽，需要说明的是，所述取样口的数量为不少于两个，具体可自行设定。

具体地，所述取样管300伸入到所述容器100内部的一端的位置根据所述血清瓶中试样的高度确定，从而取液相样本时能够取到杂质较少的上清液，便于过滤。

在本实施例中，所述盖子200上在两侧分别设置有第一取样口210和第二取样口220，所述第一取样口210包括第一阀门211、第一空腔212、第一密封膜213和第一螺帽214，所述取样管300的一端设置在所述第一空腔212中，另一端根据所述容器100中试样的高度设置在试样的上部，当所述第一阀门211关闭且所述第一螺帽214拧紧时，所述第一空腔212密闭；所述第二取样口220包括第二阀门221、第二空腔222、第二密封膜223和第二螺帽224，当所述第二阀门221关闭且所述第二螺帽224拧紧时，所述第二空腔222密闭，已形成容器100内的高压密闭环境。

本申请还提供一种原位培养甲烷氧化菌装置保压取样检测的系统，包括：所述原位培养甲烷氧化菌装置、pH计500、用于放置所述原位培养甲烷氧化菌装置并进行甲烷氧化菌原位培养的温控摇床600、用于对所述原位培养甲烷氧化菌装置中气相进行检测的气相色谱仪700及用于对所述原位培养甲烷氧化菌装置中液相进行检测的离子色谱仪800，所述pH计500一端穿过所述盖子200伸入到所述容器100内部；所述气相色谱仪700配有用于从所述原位培养甲烷氧化菌装置中取气相的进样针710；所述离子色谱仪800配有用于从所述原位培养甲烷氧化菌装置中取液相的注射器810。

由上述实施例可知，本申请所述的pH计500一端穿过所述盖子200伸入到所述容器100内部，得到的数据可用于进行甲烷氧化菌活性的影响因子相关性分析；气相色谱仪700可对通过进样针710从一取样口中获取的气相样本进行检测，得到的检测结果可用于甲烷氧化菌的原位活性分析；离子色谱仪800可对通过注射器810从另一取样口中获取的液相样本进行检测，得到的检测结果可用于甲烷氧化菌的氧化活性分析。

具体地，所述pH计500包括pH计探针510和pH计显示器520，所述pH计探针510的一端穿过所述盖子200伸入到所述容器100内部，优选地，所述pH计探针510的一端穿过所述盖子200伸入到所述容器100内部的位置根据所述容器100内的试样高度确定，以测得所述容器100内上清液的pH值，另一端伸出到所述盖子200上方并与所述pH计显示器520连接，所述pH计500可以连续测得所述容器100内试样的pH值，并将pH值及其连续的变化用于进行甲烷氧化菌活性的影响因子相关性分析。

具体地，如图4所示，所述温控摇床600包括用于放置所述容器100的摇板610、用于设置所述甲烷氧化菌培养温度和转速的温控摇床操作面板620及用于显示培养温度和转速的温控摇床显示屏630，在对所述甲烷氧化菌进行培养时，需要首先将所述容器100放置在所述摇板610上，再通过所述温控摇床操作面板620对所述甲烷氧化菌的培养温度和转速进行设置，并通过所述温控摇床显示屏630对所述甲烷氧化菌的培养温度和转速进行监控，使得甲烷氧化菌的培养环境能够满足实验要求，以进行后续的保压取样检测操作。

具体地，如图5所示，所述气相色谱仪700包括进样口720、用于调节所述气相色谱仪700的检测参数的色谱仪操作面板730和用于显示测试状态的色谱仪显示屏740，所述进样针710取到的气相样本注入到进样口720，通过色谱仪操作面板730设置检测所需的仪器参数，通过色谱仪显示屏740判断是否达到检测要求条件，待仪器就绪后开始检测，该方法省时方便且较准确，测得的气相成分浓度能满足实验要求精度。

具体地，如图6所示，所述离子色谱仪800包括用于自动进样的自动进样器820和用于处理数据以及控制仪器的色谱工作站830，所述注射器810取到的液相样本通过过滤、稀释后注入进样塞中，将进样塞按顺序放入自动进样器820，通过色谱工作站830设置检测所需的仪器参数，待仪器就绪后开始检测，省时方便且较准确，测得的液相成分浓度能满足实验要求精度。

本申请还提供一种原位培养甲烷氧化菌并保压取样检测的方法，其特征在于，所述方法应用于所述一种原位培养甲烷氧化菌并保压取样检测的系统中，包括：

步骤S11：将含有甲烷氧化菌的滨海土土样加入容器100中；

具体地，旋转拧开盖子200，称取45g冷藏保鲜的土样，加入容器100中，同时量取90ml的去离子超纯水加入容器100中，旋紧盖子200，以形成密闭环境。

步骤S12：制造容器100内的厌氧环境，并将容器100内气压加至原位孔压水平；

具体地，打开所有阀门，将与所述取样管300相连通的取样口连接高压氮气瓶，通过所述取样管300向液相中通氮气曝气5分钟以排尽容器100中空气以制造厌氧环境，关闭所有阀门，将任一未与所述取样管300相连通的取样口连接高压氮气瓶，打开所述取样口的阀门，通过所述取样口向容器100中加压直至所述气压计400显示容器100内气压达到原位孔压水平，关闭所述阀门并通过螺帽将密封膜固定在所述各取样口的输出端。

步骤S13：将原位培养甲烷氧化菌并保压取样装置遮光放置在温控摇床600中并进行预培养；

具体地，将容器100放到摇板610上预培养两天，通过温控摇床操作面板620将温度设定为25℃，转速设定为220rpm，并且盖上黑色遮光布营造黑暗的原位土层条件。

步骤S14：将原位培养甲烷氧化菌并保压取样装置从温控摇床600中取出，通过进样针710取容器100顶部的气相样本，通过气相色谱仪700检测的所述气相样本中的甲烷浓度；

具体地，预定时间后将所述原位培养甲烷氧化菌并保压取样装置从所述温控摇床600中取出，打开任一未与所述取样管300相连通的取样口上的阀门，将进样针710扎入对应的密封膜内抽取气相样本，并将所述气相样本注入气相色谱仪700中检测甲烷浓度。

步骤S15：通过取样管300取原位培养甲烷氧化菌并保压取样装置内上清液的液相样本，通过离子色谱仪800检测所述液相样本中的离子浓度；

具体地，所述原位培养甲烷氧化菌并保压取样装置从所述温控摇床600中取出后静置，打开与所述取样管300相连通的取样口上的阀门，令容器100内上层清液在压力差的作用下进入空腔，将注射器810扎入对应的密封膜内抽取液相样本并用0.22μm孔径的过滤塞过滤，稀释10倍后取1ml注入进样塞中用离子色谱仪800检测液相中离子浓度。

步骤S16：取样结束后，将原位培养甲烷氧化菌装置放回温控摇床600继续培养，周期性进行气相和液相的保压取样并进行分析；

具体地，取样结束后，将原位培养甲烷氧化菌装置放回温控摇床600继续培养，周期性进行气相和液相的取样并进行分析，持续检测原位培养甲烷氧化菌装置中甲烷气体浓度及各电子受体浓度随时间变化情况，分别绘制甲烷浓度-时间以及各电子受体浓度-时间的关系曲线，以进行甲烷氧化菌的原位活性和氧化活性分析，同时记录每次取样时pH计500的读数以进行甲烷氧化菌活性的影响因子相关性分析。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的内容后，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下面的权利要求指出。

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 (10)

1.一种原位培养甲烷氧化菌并保压取样装置，其特征在于，包括：

用于原位培养甲烷氧化菌的容器，所述容器上安装有用于密闭以形成甲烷氧化菌原位培养环境的盖子，所述盖子上设置有至少两个与所述容器相连通的取样口，每个取样口的输入端设置有对应的阀门，所述取样口的输出端设置有通过螺帽固定的密封膜，所述阀门与所述密封膜之间设置有空腔；

取样管，所述取样管的一端与其中一个所述空腔相连通，所述取样管的另一端伸入所述容器内部；及

用于测量所述容器内气压的气压计。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述取样管伸入到所述容器内部的一端的位置根据所述容器中试样的高度确定。

3.一种原位培养甲烷氧化菌并保压取样检测的系统，其特征在于，包括：

权利要求1所述的原位培养甲烷氧化菌装置；

pH计，所述pH计一端穿过盖子伸入到容器内部；

用于放置所述原位培养甲烷氧化菌装置并进行甲烷氧化菌原位培养的温控摇床；

用于对所述原位培养甲烷氧化菌装置中气相进行检测的气相色谱仪，所述气相色谱仪配有用于从所述原位培养甲烷氧化菌装置中取气相的进样针；及

用于对所述原位培养甲烷氧化菌装置中液相进行检测的离子色谱仪，所述离子色谱仪配有用于从所述原位培养甲烷氧化菌装置中取液相的注射器。

4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述pH计包括pH计探针和pH计显示器，所述pH计探针的一端穿过所述盖子伸入到所述容器内部，另一端伸出到所述盖子上方并与所述pH计显示器连接。

5.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述pH计穿过盖子伸入到容器内部的一端的位置根据所述容器中试样的高度确定。

6.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述温控摇床包括用于放置所述容器的摇板、用于设置所述甲烷氧化菌培养温度和转速的温控摇床操作面板及用于显示培养温度和转速的温控摇床显示屏。

7.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述气相色谱仪包括进样口、用于调节所述气相色谱仪的检测参数的色谱仪操作面板和用于显示测试状态的色谱仪显示屏。

8.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述离子色谱仪包括用于自动进样的自动进样器和用于处理数据以及控制仪器的色谱工作站。

9.一种原位培养甲烷氧化菌并保压取样检测的方法，其特征在于，所述方法应用于权利要求3所述的系统中，包括：

将含有甲烷氧化菌的滨海土土样加入容器中；

制造容器内的厌氧环境，并将容器内气压加至原位孔压水平；

将原位培养甲烷氧化菌并保压取样装置遮光放置在温控摇床中并进行预培养；

将原位培养甲烷氧化菌并保压取样装置从温控摇床中取出，通过进样针取容器顶部的气相样本，通过气相色谱仪检测的所述气相样本中的甲烷浓度；

通过取样管取原位培养甲烷氧化菌并保压取样装置内上清液的液相样本，通过离子色谱仪检测所述液相样本中的离子浓度。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，还包括：

取样结束后，将原位培养甲烷氧化菌装置放回温控摇床继续培养，周期性进行气相和液相的保压取样并进行分析。

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