CN118311077B - 一种应用于岩芯扫描仪的多功能土壤进样装置及使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种应用于岩芯扫描仪的多功能土壤进样装置及使用方法，包括支撑系统、转换装置和载物台升降组件，所述支撑系统包括底座，底座上固定连接有支架；所述转换装置包括转换盘，转换盘通过支架固定，转换盘圆周方向间隔设有装样器、压样器和回收器，通过旋转转换盘实现上升或下降以及对应功能转换；所述载物台升降组件包括顶板，顶板上部设有载物台，载物台内侧两边设有插槽，载物台下部活动连接有拱形基座；本发明既能批量承载离散样品，又能承载岩芯样品的组合进样装置，针对离散样品，能够实现装样、压样、进样和回收功能；针对岩芯样品和离散样品，提供可变高度的进样功能。

Description

一种应用于岩芯扫描仪的多功能土壤进样装置及使用方法

技术领域

本发明涉及土壤样品的岩芯扫描进样技术领域，尤其涉及一种应用于岩芯扫描仪的多功能土壤进样装置及使用方法。

背景技术

X射线荧光光谱分析(XRF，X-Ray Fluorescence)早在20世纪已经广泛地应用于地质、冶金、环境等多领域中的元素分析。单个样品主量和微量元素的定量测定通常采用波长色散X射线荧光仪或能量色散X射线荧光仪在熔融玻璃片、粉末压片或松散粉末上进行无破坏性测定。随着ODP、IODP等一系列大规模的国际地球科学合作计划的实施，原有的常规XRF分析方法已不能满足无破坏性、高分辨率、连续样品的分析要求，岩芯扫描分析方法便应运而生。这种分析方法通过直接扫描岩芯剖面，可以无损、快速、连续地得到元素的毫米级高分辨率变化，并根据具有代表意义及指示意义的元素的含量以及元素比率变化推断古环境、古气候的变化。这种分析方法在沉积(形成)速率大、质地相对均一的海洋沉积物、湖泊沉积物、树轮和石笋中与传统熔融XRF的元素结果对比良好，但在黄土-古土壤、红土等沉积速率慢、易受到后期成壤风化改造的土壤类沉积物中应用较差。

XRF岩芯扫描技术在陆相土壤岩芯的应用中主要存在以下几个问题：

第一，与海洋沉积钻孔岩芯相比，土壤类岩芯均一性差，元素分布相对不均匀。这种均一性差的沉积物在表面不同位置扫描的元素结果存在差异，并不能准确反映气候信号，很有可能仅能反映所扫描材料表面的化学性质。土壤结构成分的复杂性，如粒径、含水量、土壤孔隙度、密度、裂隙和表面坡度等，造成了难以消除的、复杂的X荧光基体效应，这将提高所测元素结果的不准确性，阻碍对扫描结果的量化。

第二，受制于土壤岩芯样品中存在的钙结核等非均匀物质的影响，无法像钻孔岩芯样品一样保证岩芯间的高度一致性，导致岩芯间荧光强度存在绝对差异。

现有技术中，专利申请号为CN202023181854.4的实用新型专利公开了一种侧向进样XRF分析用样品杯，包括样品杯体、分析薄膜、膜套环、橡胶圈、压杆，所述压杆在轴向上设置密封凹槽和排气孔，橡胶圈设置在密封凹槽，压杆放置在样品杯体内，膜套环将分析薄膜固定在样品杯体。该实用新型制作出的样品可以被有效压实，且样品表面平整、分布均匀，在侧向进样的XRF分析仪器上进样、测量时也可以保证样品表面与探测平面的紧密贴合，进而得到与样品中真实元素含量高度一致的测量结果，减小因样品松散、表面不平整、分布不均匀对X射线激发、荧光产生、测量过程所造成的影响，但是其不能实现批量承载离散样品、岩芯，只能实现简单的进样功能，功能单一，适配性差。

因此，针对离散样品和非钻孔取样岩芯等不同的土壤样品，急需一种适用于岩芯扫描仪的多功能土壤进样装置，满足研究使用需求。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述技术问题，而提出的一种应用于岩芯扫描仪的多功能土壤进样装置及使用方法，本发明的多功能土壤进样装置是一种既能批量承载离散样品，又能承载岩芯样品的组合进样装置，针对离散样品，能够实现装样、压样、进样和回收功能，离散样品粉末通过装样漏斗进入载样板，旋转转换盘至压样位，载入岩芯扫描仪测试后，旋转转换盘至回收位，回收离散样品；针对岩芯样品和离散样品，提供可变高度的进样功能。

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

一种应用于岩芯扫描仪的多功能土壤进样装置，包括支撑系统、转换装置和载物台升降组件，所述支撑系统包括底座，底座上固定连接有支架；

所述转换装置包括转换盘，转换盘通过支架固定，转换盘圆周方向间隔设有装样器、压样器和回收器，通过旋转转换盘实现上升或下降以及对应功能转换；

所述载物台升降组件包括顶板，顶板上部设有载物台，载物台内侧两边设有插槽，载物台下部活动连接有拱形基座；

优选的是，装样器为装样漏斗，压样器包括第一螺纹升降柱，第一螺纹升降柱的上端设有压样器顶盖，下端设有压样器底板，

上述任一方案中优选的是，回收器包括第二螺纹升降柱，第二螺纹升降柱的上端设有回收器顶盖，下端设有回收器底盖。

上述任一方案中优选的是，载物台下部两端与拱形基座之间通过升降螺栓连接固定并实现高度的调节，位于两端的拱形基座高度不同，拱形基座下部向内凹陷设有拱形凹口，拱形凹口能够与岩芯扫描仪轨道相吻合。

上述任一方案中优选的是，拱形槽两侧的拱形基座内设有通孔，通孔处设有内螺纹，升降螺栓与内螺纹相互匹配，旋转升降螺栓能够调整载物台在岩芯扫描仪中的高度。

上述任一方案中优选的是，载样片和载物台内两边的插槽相互匹配，能够从载物台一侧抽拉更换不同规格的载样片。

上述任一方案中优选的是，载样片一侧设有精度为0.01cm的刻度标尺，用于随时检验样品移动的准确性。

上述任一方案中优选的是，载样片为PMMA板且设有个不同规格的样品槽，样品槽直径≥20mm，样品槽深度为5mm。

上述任一方案中优选的是，装样漏斗横截面上圆下方，下方宽度小于样品槽宽度。

上述任一方案中优选的是，载样片前端设置有土壤比色卡。

上述任一方案中优选的是，转换盘为圆形转换盘，底座为矩形底板，支架为柱状支架，转换盘、底座和支架均采用铝合金材质制成采用铝合金材质制成。

本发明还公开一种基于上述多功能土壤进样装置的使用方法，用于离散样品，包括以下步骤：

(1)离散样品的装填：将载样片放置在底座上，旋转转换盘至装样漏斗底部与载样片接触且与待装样的样品槽对应，加入待测离散样品，之后旋转转换盘至压样位，压样器底盖与待测样品槽对齐，旋转第一螺纹升降柱，压样器底板压实样品至表面平整；

(2)装载样品载物台至岩芯扫描仪轨道：将装满压实样品的载样片沿着载物台内两边的插槽推至顶板处固定，调节载物台下方两侧的4个升降螺栓使拱形基座移动至目标高度，将载物台装载在岩芯扫描仪上，确保拱形基座的双拱形凹口咬合岩芯扫描仪的样品架，平移载物台至顶板与岩芯扫描仪前挡板接触；

(3)测试离散样品：设置样品架移动的起始位置，使相机拍摄完整的载物台照片，移动样品架，相机拍摄移动范围内样品槽的样品照片，记录离散样品的高度；再次移动样品架，X光管发射X射线至样品，激发样品产生荧光，经探测器将X射线荧光转化为电信号并计数，获得样品的元素信号强度结果，完成样品元素信息的采集；

(4)旋转转换盘至回收位，回收离散样品：测试结束后，从载物台插槽内抽离载样片并置于底座上，旋转转换盘至回收器底盖完全覆盖待回收样品槽，单击搅拌锥开关，此时底盖固定不动，第二螺纹升降柱上下移动带动搅拌锥旋转，使已测样品变松散后掉落至下方接样滤纸上，完成一个样品的回收；

优选的是，步骤(3)之前还包括：土壤岩芯或离散样品高度的调整：将载物台装载在岩芯扫描仪上后，同时调节两组载物台下方两侧的4个升降螺栓，使拱形基座移动至与前测岩芯一致的高度，确保拱形基座的双拱形凹口与岩芯扫描仪的样品架完全接触，调节两载物台的顶板之间的距离至岩芯长度，将岩芯两端置于相向摆放的载物台上，通过顶板和载物台的插槽固定岩芯，开始测试。

本发明还提供一种基于上述多功能土壤进样装置的使用方法，用于岩芯样品，包括以下步骤：

(1)装载岩芯样品至载物台并至岩芯扫描仪轨道：将两个载物台的拱形基座相向置于岩芯扫描仪样品架上，确保拱形基座的双拱形凹口咬合岩芯扫描仪的样品架，调整八处升降螺栓至同一高度，平移右侧载物台至顶板与岩芯扫描仪前挡板接触，调整左侧载物台，使两载物台的顶板之间距离为待测岩芯长度，放置岩芯样品于两载物台上；

(2)测试岩芯样品：X光管发射X射线至样品，激发样品产生荧光，经探测器将X射线荧光转化为电信号并计数，获得样品的元素信号强度结果，完成样品元素信息的采集。

优选的是，步骤(2)之前还包括：土壤岩芯或离散样品高度的调整：将载物台装载在岩芯扫描仪上后，同时调节两组载物台下方两侧的4个升降螺栓，使拱形基座移动至与前测岩芯一致的高度，确保拱形基座的双拱形凹口与岩芯扫描仪的样品架完全接触，调节两载物台的顶板之间的距离至岩芯长度，将岩芯两端置于相向摆放的载物台上，通过顶板和载物台的插槽固定岩芯，开始测试。

有益效果

(1)本发明提供了一种应用于岩芯扫描仪的多功能土壤进样装置及使用方法，通过可抽拉式和滑动高度的设计，提供不同样品承载量、不同样品高度的进样。

(2)本发明的多功能土壤进样装置既能批量承载离散样品，又能承载岩芯样品的组合进样，针对离散样品，能够实现装样、压样、进样和回收功能，离散样品粉末通过装样漏斗进入载样板，旋转转换盘至压样位，载入岩芯扫描仪测试后，旋转转换盘至回收位，回收离散样品。

(3)针对岩芯样品和离散样品，提供可变高度的进样功能：通过调节侧下方拱形基座的高度，改变岩芯表面和探测器之间的距离。

(4)采用本申请的岩芯扫描仪的多功能土壤进样装置实现高分辨率原位粉末元素扫描结果与传统XRF测试元素结果的对比：对于离散样品，比传统XRF测试节省了时间和劳动力；保证了离散样品均匀性和紧密性，同时保证离散样品表面的平整；实现样品高度的灵活调整；比色卡的放置校正不同光照下岩芯扫描仪线性相机拍摄的土壤样品颜色，实现岩芯间颜色结果和同一岩芯颜色与元素结果的对比；实现样品回收再利用。

附图说明

图1是本发明应用于岩芯扫描仪的多功能土壤进样装置的结构示意图；

图2中图a和图b分别为多功能土壤进样装置中装样漏斗的主视图和俯视图；

图3中图a和图b分别是多功能土壤进样装置中压样器的主视图和纵剖图；

图4中图a、图b和图c分别是多功能土壤进样装置中压样器的回收器的主视图、纵剖图和仰视图；

图5是多功能土壤进样装置中载物台在最高位置时的主视图；

图6是图5的左视图；

图7是是多功能土壤进样装置中载物台在最低位置时的主视图；

图8是图7的左视图；

图9是本发明的载物台和载样片的材质种类与土壤样品的光谱对比图；

图10是使用本发明多功能土壤进样装置测试后，区分载样片和样品的一些指标，包括理论光谱与实测光谱的最小平方误差、密度、元素强度、颜色等；

图11是本发明应用于岩芯扫描仪的多功能土壤进样装置针对离散样品的具体实施方式示意图；

图12是本发明多功能土壤进样装置中载物台在测试后处理离散样品数据的流程图；

图13是本发明应用于岩芯扫描仪的多功能土壤进样装置针对岩芯样品的具体实施方式示意图；

图14是采用本发明多功能土壤进样装置与传统熔融XRF方法的元素测试结果对比图，其相关系数均大于0.8，相关性高，线性关系显著，准确性好；

图15是采用本发明装置与传统熔融XRF方法在不同元素测试时间成本的对比图。

附图标号：

1-载样片，2-刻度标尺，3-载物台，4-顶板，5-拱形基座，6-升降螺栓，7-柱状支架，8-升降控制开关，9-搅拌锥开关，10-转换盘，11-装样漏斗，12-压样器顶盖，13-第一螺纹升降柱，14-压样器底板，15-回收器顶盖，16-第二螺纹升降柱，17-回收器底盖，18-搅拌锥，19-接样滤纸，20-底座，21-比色卡，22-扭转弹簧，23-岩芯扫描仪前挡板，24-岩芯扫描仪样品架，25-岩芯扫描仪，26-X光管，27-探测器，28-相机，29-X射线光路，30-X射线激发样品后的反射荧光光路。

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。

参照图1-图8所示，一种应用于岩芯扫描仪的多功能土壤进样装置，包括支撑系统、转换装置和载物台升降组件，所述支撑系统包括底座20，底座20上固定连接有支架7；所述转换装置包括转换盘10，转换盘10通过支架7固定，转换盘10圆周方向间隔设有装样器、压样器和回收器，通过旋转转换盘10实现上升或下降以及对应功能转换；所述载物台升降组件包括顶板4，顶板4上部设有载物台3，载物台3内侧两边设有插槽，载物台3下部活动连接有拱形基座5。

本发明的支撑系统、转换装置采用铝合金材质制作而成。转换装置的装样器、压样器、回收器，在非测试阶段配合载样片1使用。

本实施例进一步优化的技术方案是，装样器为装样漏斗11，压样器包括第一螺纹升降柱13，第一螺纹升降柱13的上端设有压样器顶盖12，下端设有压样器底板14，如图3所示，图3中图a和图b分别是多功能土壤进样装置中压样器的主视图和纵剖图。

本实施例进一步优化的技术方案是，回收器包括第二螺纹升降柱16，第二螺纹升降柱16的上端设有回收器顶盖15，下端设有回收器底盖17，如图4所示，图4中图a、图b和图c分别是多功能土壤进样装置中压样器的回收器的主视图、纵剖图和仰视图。

回收器用于测试结束后回收样品。回收器顶盖15为圆形顶盖，回收器底盖17圆形底盖，通过旋转第二螺纹升降柱16挤压内部扭转弹簧22，达到旋转搅拌锥18，实现回收压实样品的目的。

本实施例进一步优化的技术方案是，如图5-图8所示，载物台3下部两端与拱形基座5之间通过升降螺栓6连接固定并实现高度的调节，位于两端的拱形基座5高度不同，拱形基座5下部向内凹陷设有拱形凹口，拱形凹口能够与岩芯扫描仪轨道相吻合。

载物台3整体为两端高度不同的类长方体。右侧(高度较高的一侧)顶板4用于确定与岩芯扫描仪轨道顶部的位置，测试时需与仪器轨道顶部接触；左侧(高度较低的一侧)自上部开设有插槽至右侧停止，载样片1和载物台3内两边的插槽相互匹配，能够从载物台3一侧抽拉更换不同规格的载样片1。载物台3槽部横截面为倒丁字形，以确保载样片1在测试过程中保持固定状态。载物台3左右两侧底部各设置有拱形基座5，每个拱形基座5分别设有两处拱形槽，与岩芯扫描仪轨道吻合，用于固定载物台3；拱形基座5的拱形槽两侧自上而下贯通设有通孔，通孔处设有内螺纹，升降螺栓6与内螺纹相互匹配，旋转升降螺栓6能够调整载物台3在岩芯扫描仪中的高度，如图3所示。载样片1的一侧附有精度0.01cm的刻度标尺2，用于随时检验样品移动的准确性。

本实施例进一步优化的技术方案是，载样片1为PMMA板且设有12个不同规格的样品槽，样品槽直径≥20mm，样品槽深度为5mm。采用耐磨耐腐蚀的PMMA材料，这种材料与土壤样品的光谱差异性最大，最有利于区分载样片1和待测样品，如图9所示。

载样片1为一系列设有不同规格样品槽的PMMA板，用于放置不同体积、状态的土壤样品。载样片1是由样品性质、撞击样品表面x射线束的几何形状和XRF岩芯扫描仪探测器可接受的反射信号大小确定的。聚焦在样品表面的X射线束在样品运动方向上有长0.2mm、宽20mm的矩形投影面。由硅漂移探测器(SDD)收集XRF信号的区域的宽度取决于安装在探测器上的准直器喷嘴(直径为8mm)。据此，设置大于准直器喷嘴直径的样品槽宽度足够支持元素信号的搜集。然而，光线的复杂传导过程不能确保X射线激发的信号在收束进喷嘴直径范围内时全为样品信号，即如果样品槽设置过窄，可能导致探测器接收到载样片甚至样品台的XRF信号。因此，设置样品槽的最小宽度(直径)为20mm，以覆盖X射线激发范围。不同载样片的样品槽深度均设置为5mm。对于土壤样品，当样品深度＜4mm时，X射线将部分穿过样品，激发样品槽的荧光信号。因此，最终确定样品槽直径20mm、45mm、20mm*10mm等，以满足不同样品量、不同测试精度的需求。

载样片1通过倒丁字插槽固定于载物台3上，载物台3通过顶板4和拱形槽固定于岩芯扫描仪扫描仪支架上。以直径为45mm的样品槽为例，该载样片1由12个样品槽组成，起始位置应为10mm，结束为610mm。如设置步长为2mm，每点计数时间为10s的测试方案。根据此测量方案，12个离散样品的测量时间为50min，远小于传统XRF测试12个样品的时间(240min-360min)。

如图10所示，是使用本发明多功能土壤进样装置测试后，区分载样片和样品的一些指标，包括理论光谱与实测光谱的最小平方误差、密度、元素强度、颜色等，图中载样片测试过程中序列的变化：A-理论光谱与实测光谱的最小平方误；B-密度；C-Ca元素强度；D-蓝色；E-绿色；F-红色。

本实施例进一步优化的技术方案是，装样漏斗11横截面上圆下方，下方宽度小于样品槽宽度。

装样漏斗11用于向载样片1上的样品槽中灌入样品，避免污染其他样品槽；漏斗主体横截面上圆下方，下方宽度略小于样品槽宽度，以方形代替圆形，避免土壤样品溅出，如图2所示，图2中图a和图b分别为多功能土壤进样装置中装样漏斗的主视图和俯视图。

本实施例进一步优化的技术方案是，载样片1前端设置有土壤比色卡21。具体的，载样片1前部设置一块Munsell土壤比色卡“红棕2.5YR4/6”，用于不同次扫描颜色数据结果的校正。

本实施例进一步优化的技术方案是，转换盘10为圆形转换盘，底座20为矩形底板，支架7为柱状支架，底座20、支架7、转换盘10均采用铝合金材质制成。竖状支架用于固定转换装置；圆形转换盘10通过螺纹固定在柱状支架上，圆形转换盘10通过旋转实现上升或下降，用于固定和转换不同的部位以实现对应功能的切换。柱状支架上部设有升降控制开关8和搅拌锥开关9。具体的，升降控制开关8通过传输电源信号至压样器顶盖12内置的微型伺服电机，电机启动带动第一螺纹升降柱13旋转升降。搅拌锥开关9通过瞬时传输电源信号至回收器顶盖15内置的微型伺服电机，电机通过带动第二螺纹升降柱16旋转下降挤压扭转弹簧22，带动回收器底盖17旋转，使搅拌锥18围绕回收器底盖17底部中心正向旋转；电机切断电信号后，扭转弹簧22回弹，第二螺纹升降柱16复位。

上述多功能土壤进样装置的使用方法，如图11所示，用于离散样品的进样和检测，流程如下：①装样：旋转转换盘10至与载样片1接触，确保装样漏斗11与待装样样品槽平齐；→②向装样漏斗11中加入样品；→③压样：旋转转换盘10至压样位；→④旋转压样器的第一螺纹升降柱13；→⑤压样器底板14压实样品至表面平整；→⑥载入：装满压实样品的载样片1沿载物台3的插槽推至顶板4处；→⑦固定：将载物台3的拱形基座5置于岩芯扫描仪样品架24上；→⑧调整两端拱形基座5的四处升降螺栓至同一高度；→⑨平移载物台3至顶板4与岩芯扫描仪前挡板23接触；→⑩测试：设置岩芯扫描仪样品架24移动的范围，使相机28拍摄完整的载物台3照片，并记录载物台3的高度；→X光管26发射X射线光路29至样品；X射线激发样品后的反射荧光光路30进入探测器27，经探测器27的计数器和光电转换器完成样品元素信息的采集；→回收：旋转转换盘10至回收位→旋转回收器至回收器底盖17与载样片1的样品接触，启动搅拌锥开关9，搅拌锥18转动，使样品从压实状态到离散状态。

具体操作步骤如下：

(1)离散样品的装填：将载样片1放置在底座20上，旋转转换盘10至装样漏斗11底部与载样片1接触且与待装样的样品槽对应，加入待测离散样品，之后旋转转换盘10至压样位，压样器底盖14与待测样品槽对齐，长按升降控制开关8，压样器底板14压实样品至表面平整；

(2)测试前，装载样品载物台至岩芯扫描仪轨道：将装满压实样品的载样片1沿着载物台3内两边的插槽推至顶板4处固定，调节载物台3下方两侧的4个升降螺栓6使拱形基座5移动至目标高度，将载物台3装载在岩芯扫描仪上，确保拱形基座5的双拱形凹口咬合岩芯扫描仪的样品架24，平移载物台3至顶板4与岩芯扫描仪前挡板接触；

(3)测试离散样品：设置样品架24移动的起始位置，使相机拍摄完整的载物台照片，移动样品架24，相机28拍摄移动范围内样品槽的样品照片，记录离散样品的高度；再次移动样品架24，X光管26发射X射线至样品，激发样品产生荧光30，经探测器27将X射线荧光30转化为电信号并计数，获得样品的元素信号强度结果，完成样品元素信息的采集；

(4)旋转转换盘10至回收位，回收离散样品：测试结束后，从载物台3插槽内抽离载样片1并置于底座20上，旋转转换盘10至回收器底盖17完全覆盖待回收样品槽，单击搅拌锥开关9，此时底盖17固定不动，第二螺纹升降柱16上下移动带动搅拌锥18旋转，使已测样品变松散后掉落至下方接样滤纸19上，完成一个样品的回收；

本实施例进一步优化的技术方案是，步骤(3)之前还包括：土壤岩芯或离散样品高度的调整：将载物台3装载在岩芯扫描仪上后，同时调节两组载物台3下方两侧的4个升降螺栓6，使拱形基座5移动至与前测岩芯一致的高度，确保拱形基座5的双拱形凹口与岩芯扫描仪的样品架完全接触，调节两载物台3的顶板4之间的距离至岩芯长度，将岩芯两端置于相向摆放的载物台3上，通过顶板4和载物台3的插槽固定岩芯，开始测试。

如图12所示，是本发明配套载物台3在测试后处理离散样品数据的流程图，黄色部分为经指标筛选后标记为有效的数据测试区域。

实施例2

采用如实施例1所述的应用于岩芯扫描仪的多功能土壤进样装置，用于岩芯样品的进样和检测，如图13所示，流程如下：①将两个载物台3的拱形基座5相向置于岩芯扫描仪样品架24上；→②调整两个载物台3的拱形基座5的八处升降螺栓至同一高度；→③平移位于右侧的载物台3至其顶板4与岩芯扫描仪前挡板23接触，调整位于左侧的载物台3，使两个载物台3顶板4之间的距离为待测岩芯长度；→④放置岩芯样品于两个载物台3上；→⑤X光管26发射X射线光路29至岩芯样品；→⑥X射线激发样品后的反射荧光光路30进入探测器27，经探测器27的计数器和光电转换器完成样品元素信息的采集。具体操作步骤如下：

(1)装载岩芯样品至载物台3并至岩芯扫描仪轨道：将两个载物台3的拱形基座5相向置于岩芯扫描仪样品架24上，确保拱形基座5的双拱形凹口咬合岩芯扫描仪的样品架24，调整八处升降螺栓至同一高度，平移右侧载物台3至顶板4与岩芯扫描仪前挡板23接触，调整左侧载物台3，使两载物台3的顶板4之间距离为待测岩芯长度，放置岩芯样品于两载物台3上；

(2)测试岩芯样品：X光管26发射X射线至样品，激发样品产生荧光30，经探测器27将X射线荧光30转化为电信号并计数，获得样品的元素信号强度结果，完成样品元素信息的采集。

本实施例进一步优化的技术方案是，步骤(2)之前还包括：土壤岩芯或离散样品高度的调整：将载物台3装载在岩芯扫描仪上后，同时调节两组载物台3下方两侧的4个升降螺栓6，使拱形基座5移动至与前测岩芯一致的高度，确保拱形基座5的双拱形凹口与岩芯扫描仪的样品架完全接触，调节两载物台3的顶板4之间的距离至岩芯长度，将岩芯两端置于相向摆放的载物台3上，通过顶板4和载物台3的插槽固定岩芯，开始测试。

如图14所示，采用本发明装置与传统熔融XRF方法的元素测试结果对比图，其相关系数均大于0.8，相关性高，线性关系显著，准确性好；图中：fusion表示传统熔融XRF方法测试的结果；r表示传统熔融XRF方法与本发明装置测试扫描XRF结果的pearson相关系数，数值越大说明二者相关程度更好。

如图15所示，采用本发明装置与传统熔融XRF方法在不同元素测试时间成本的对比，图中展示选取Fe、Al、Ca、K、Si、Mn、Ti、Rb、Sr、Zr共十种元素的时间成本对比。传统熔融XRF方法的每样累计时间随选择元素数目的增多而增加，本发明装置测试固定时间可以获得所有元素结果。以载样片槽25mm，步长2mm，每点测试10s的测试方案对比，使用本发明装置在岩芯扫描仪测试能至少节省传统熔融XRF方法1/3以上的时间。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种应用于岩芯扫描仪的多功能土壤进样装置，其特征在于，包括支撑系统、转换装置和载物台升降组件，所述支撑系统包括底座（20），底座（20）上固定连接有支架（7）；

所述转换装置包括转换盘（10），转换盘（10）通过支架（7）固定，转换盘（10）圆周方向间隔设有装样器、压样器和回收器，通过旋转转换盘（10）实现上升或下降以及对应功能转换；

所述载物台升降组件包括顶板（4），顶板（4）上部设有载物台（3），载物台（3）内侧两边设有插槽，载物台（3）下部活动连接有拱形基座（5）；所述装样器为装样漏斗（11），压样器包括第一螺纹升降柱（13），第一螺纹升降柱（13）的上端设有压样器顶盖（12），下端设有压样器底板（14）；所述回收器包括第二螺纹升降柱（16），第二螺纹升降柱（16）的上端设有回收器顶盖（15），下端设有回收器底盖（17），所述回收器还包括扭转弹簧（22）和搅拌锥（18），通过旋转第二螺纹升降柱（16）挤压内部扭转弹簧（22），达到旋转搅拌锥（18），实现回收压实样品的目的；所述载物台（3）下部两端与拱形基座（5）之间通过升降螺栓（6）连接固定并实现高度的调节，位于两端的拱形基座（5）高度不同，拱形基座（5）下部向内凹陷设有拱形凹口，拱形凹口能够与岩芯扫描仪样品架（24）相吻合；载样片（1）和载物台（3）内两边的插槽相互匹配，能够从载物台（3）一侧抽拉更换不同规格的载样片（1）。

2.根据权利要求1所述的应用于岩芯扫描仪的多功能土壤进样装置，其特征在于，所述拱形凹口两侧的拱形基座（5）内设有通孔，通孔处设有内螺纹，升降螺栓（6）与内螺纹相互匹配，旋转升降螺栓（6）能够调整载物台（3）在岩芯扫描仪中的高度。

3.根据权利要求1所述的应用于岩芯扫描仪的多功能土壤进样装置，其特征在于，所述转换盘（10）为圆形转换盘，底座（20）为矩形底板，支架（7）为柱状支架，转换盘（10）、底座（20）和支架（7）均采用铝合金材质制成。

4.一种根据权利要求1-3中任一项所述的多功能土壤进样装置的使用方法，其特征在于，用于离散样品，包括以下步骤：

（1）离散样品的装填：将载样片（1）放置在底座（20）上，旋转转换盘（10）至装样漏斗（11）底部与载样片（1）接触且与待装样的样品槽对应，加入待测离散样品，之后旋转转换盘（10）至压样位，压样器底板（14）与待测样品槽对齐，旋转第一螺纹升降柱（13），压样器底板（14）压实样品至表面平整；

（2）装载样品载物台至岩芯扫描仪轨道：将装满压实样品的载样片（1）沿着载物台（3）内两边的插槽推至顶板（4）处固定，调节载物台（3）下方两侧的4个升降螺栓（6）使拱形基座（5）移动至目标高度，将载物台（3）装载在岩芯扫描仪上，确保拱形基座（5）的双拱形凹口咬合岩芯扫描仪的样品架（24），平移载物台（3）至顶板（4）与岩芯扫描仪前挡板接触；

（3）测试离散样品：设置样品架（24）移动的起始位置，使相机拍摄完整的载物台照片，移动样品架（24），相机（28）拍摄移动范围内样品槽的样品照片，记录离散样品的高度；再次移动样品架（24），X光管（26）发射X射线至样品，激发样品产生荧光（30），经探测器（27）将X射线荧光（30）转化为电信号并计数，获得样品的元素信号强度结果，完成样品元素信息的采集；

（4）旋转转换盘（10）至回收位，回收离散样品：测试结束后，从载物台（3）插槽内抽离载样片（1）并置于底座（20）上，旋转转换盘（10）至回收器底盖（17）完全覆盖待回收样品槽，单击搅拌锥开关（9），此时回收器底盖（17）固定不动，第二螺纹升降柱（16）上下移动带动搅拌锥（18）旋转，使已测样品变松散后掉落至下方接样滤纸（19）上，完成一个样品的回收。

5.根据权利要求1-3中任一项所述的多功能土壤进样装置的使用方法，其特征在于，用于岩芯样品，包括以下步骤：

（1）装载岩芯样品至载物台（3）并至岩芯扫描仪轨道：将两个载物台（3）的拱形基座（5）相向置于岩芯扫描仪样品架（24）上，确保拱形基座（5）的双拱形凹口咬合岩芯扫描仪的样品架（24），调整八处升降螺栓至同一高度，平移右侧载物台（3）至顶板（4）与岩芯扫描仪前挡板（23）接触，调整左侧载物台（3），使两载物台（3）的顶板（4）之间距离为待测岩芯长度，放置岩芯样品于两载物台（3）上；

（2）测试岩芯样品：X光管（26）发射X射线至样品，激发样品产生荧光（30），经探测器（27）将X射线荧光（30）转化为电信号并计数，获得样品的元素信号强度结果，完成样品元素信息的采集。

6.根据权利要求5所述的多功能土壤进样装置的使用方法，其特征在于，测试之前还包括：岩芯样品高度的调整：将载物台（3）装载在岩芯扫描仪上后，同时调节两组载物台（3）下方两侧的4个升降螺栓（6），使拱形基座（5）移动至与前测岩芯一致的高度，确保拱形基座（5）的双拱形凹口与岩芯扫描仪的样品架完全接触，调节两载物台（3）的顶板（4）之间的距离至岩芯长度，将岩芯两端置于相向摆放的载物台（3）上，通过顶板（4）和载物台（3）的插槽固定岩芯，开始测试。