【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及土壤无机碳制备，特别是涉及一种土壤无机碳制备装置及其制备系统和制备方法。
技术介绍
1、土壤是陆地生态系统最大的碳库载体，碳量约是生物碳库的4.5倍。土壤有机碳库(soc)和土壤无机碳库(sic)是土壤碳库的重要组成部分，soc的封存、分解与释放以及sic的积累、淋失对全球碳循环与气候变化具有重要影响。sic主要是指土壤碳酸盐，探讨sicδ13c值的深度变化，并应用稳定碳同位素技术对成岩碳酸盐(lic)和成土碳酸盐(pic)进行区分，定量研究soc向sic的转移量，对于维系脆弱生态系统稳定性，缓解全球气候变化具有重要意义。目前，sic含量和δ13c值的测定分别采用气量法和磷酸-质谱法。气量法的基本原理是土壤中无机碳(碳酸钙；caco3)与酸作用，产生二氧化碳气体(co2)，co2在一定温度和气压下具有一定密度，计算二氧化碳的质量，并换算为土壤碳酸钙的含量。磷酸-质谱法的基本原理也是将土壤中的无机碳通过100％浓磷酸(50℃)释放出来，产生的co2气体被收集纯化后进入同位素比率质谱仪或者稳定同位素光谱仪测量δ13c值。上述测定过程操作繁琐，都涉及从土壤中将无机碳转化成co2气体，再将气体进行收集导入到检测器等关键步骤。
2、目前市场上尚无配套的前处理及气体采集和导入，急需建立一套集转化、收集与导入为一体的全自动化前处理辅助装置，规范样品前处理流程，减少因人为操作引入的测试误差，提高sic样品前处理效率和检测数据质量，为有关土壤soc-sic转化与累积机制研究提供技术支持。
技术
1、本专利技术的目的是提供一种土壤无机碳制备装置及其制备系统和制备方法，以解决上述现有技术存在的问题，用于实现无机碳转化反应瓶的清洗、磷酸加入，气体稀释及取样等多个步骤的自动化，且能够规范样品前处理流程，减少因人为操作引入的测试误差，提高sic样品前处理效率和检测数据质量，为有关土壤soc-sic转化与累积机制研究提供技术支持。
2、为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：本专利技术提供一种土壤无机碳制备装置，包括均为封闭结构的样品瓶及收集瓶，所述样品瓶内密封连通有第一气路和磷酸试剂供给支路，所述第一气路连通有对所述样品瓶和所述收集瓶精洗的气路电磁阀组，所述磷酸试剂供给支路上设有试剂供给电磁阀，并通过所述试剂供给电磁阀连通有供给磷酸试剂的试剂瓶，所述收集瓶密封连通有第二气路，所述第二气路与所述气路电磁阀组相连通，所述气路电磁阀组包括分别与所述第二气路和所述第一气路相连通的第一电磁阀和第五电磁阀，所述第一电磁阀和所述第五电磁阀之间连通有连接管路，所述连接管路上并联有大气支路、氮气支路和抽真空支路，所述大气支路上设有连通所述连接管路与大气的第二电磁阀，所述氮气支路上设有连通所述连接管路与氮气供给机构的第三电磁阀，所述抽真空支路上设有连通所述连接管路与真空泵的第四电磁阀，所述样品瓶配套有对其内部所述磷酸试剂进行超声处理的超声器。
3、优选的，所述收集瓶内密封插接有单侧孔针，所述单侧孔针的侧孔位于所述收集瓶的外侧，并与所述第二气路相连通，所述样品瓶内密封插接有双侧孔针，所述双侧孔针的两侧孔均位于所述样品瓶外侧，其一侧孔与所述磷酸试剂供给支路相连通，另一侧孔与所述第一气路相连通。
4、优选的，所述单侧孔针和所述双侧孔针分别配套有伸缩驱动机构，各所述伸缩驱动机构均设有沿竖直方向移动的伸缩结构，且所述单侧孔针和所述双侧孔针均沿竖直方向延伸，各所述伸缩结构分别与所述单侧孔针和所述双侧孔针相连接，并带所述单侧孔针和所述双侧孔针插入或拔出所述收集瓶和所述样品瓶。
5、优选的，所述收集瓶和所述样品瓶均顶部开口，且各所述开口处均密封设有第一密封塞，所述单侧孔针和所述双侧孔针对应插入各所述第一密封塞中。
6、优选的，所述伸缩驱动机构为气缸，所述伸缩结构为所述气缸的伸缩杆，所述气缸连通有对其供给压缩空气的第一压缩空气管路，所述第一压缩空气管路连通有压缩空气供给机构，且所述第一压缩空气管路上设有第一压缩空气供给电磁阀。
7、优选的，所述磷酸试剂供给支路与所述试剂瓶相连通的一端伸入所述试剂瓶内侧底部，所述试剂瓶的顶部密封连通有与所述压缩空气供给机构相连通的第二压缩空气管路，所述第二压缩空气管路上设有第二压缩空气供给电磁阀。
8、优选的，所述第二压缩空气供给电磁阀为三通阀，所述第二压缩空气供给电磁阀的两个开口连通在所述所述第二压缩空气管路上，另一所述开口与大气相连通。
9、优选的，所述试剂瓶配套有对其加热的恒温加热器。
10、还提供一种土壤无机碳制备系统，包括土壤无机碳制备装置、与所述土壤无机碳制备装置配套的轨道装置，所述土壤无机碳制备装置中的超声器为超声水浴器，所述超声水浴器呈顶部敞口的槽体状结构，所述槽体状结构内设有样品处理盘，所述样品处理盘上阵列有安装孔，所述收集瓶和所述样品瓶对应安装在各所述安装孔内，所述轨道装置包括第一轨道及成对设置的第二轨道，两所述第二轨道分别安装在所述槽体状结构顶端的两长边上且平行分布，所述第一轨道横跨在两所述第二轨道上，并沿所述第二轨道的延伸方向滑动设置，且所述第一轨道上安装有所述试剂瓶及所述恒温加热器，所述第一轨道上滑动设有安装板，所述安装板位于所述第一轨道的下方，且所述安装板上安装有各所述气缸及所述气路电磁阀组，所述气缸的伸缩杆沿竖直方向滑动穿过所述安装板，所述单侧孔针和所述双侧孔针分别安装在各所述气缸的伸缩杆底端。
11、还提供一种土壤无机碳制备方法，包括如下步骤：
12、样品瓶清洗：与双侧孔针相连接的气缸的缸体与压缩空气供给机构连通，通过压缩空气驱动气缸进针，双侧孔针进入密封的样品瓶中，第四、五电磁阀闭合，第一电磁阀至第三电磁阀断开，对所述样品瓶抽真空并持续所需时间，所述第四电磁阀断开、所述第三电磁阀闭合，所述样品瓶内充入氮气，且持续所需时间后断开所述第三电磁阀，如此反复一次后，闭合所述第四、五电磁阀，断开所述第一电磁阀至所述第三电磁阀，对所述样品瓶抽真空并持续所需时间后，断开所述第一电磁阀、所述第三电磁阀至所述第五电磁阀，断开真空泵，所述第二电磁阀闭合所需时间后断开，结束清洗步骤；
13、试剂瓶加热除水汽：打开恒温加热器，设置加热温度80℃，打开第二压缩空气供给电磁阀，使试剂瓶气路与大气连通，将磷酸加热产生的水汽排出所需时间后，转换所述第二压缩空气供给电磁阀的连通路径，使得所述试剂瓶气路与所述压缩空气供给机构连通；
14、样品瓶加液及注气：闭合所述第二压缩空气供给电磁阀，导通所述压缩空气供给机构和所述试剂瓶，闭合试剂供给电磁阀，利用压缩空气将所述试剂瓶中的磷酸试剂通过所述试剂供给电磁阀压入所述样品瓶中，完成加液后启动超声器，所述样品瓶内的磷酸试剂反应至所需时间，断开所述第一、二、四电磁阀，闭合所述第三、五电磁阀，所述样品瓶中充入氮气，且持续所需时间后断开所述第三电磁阀；
15、收集瓶清洗：与单侧孔针相连接的气缸的缸体与所述压缩空气供给机构连通，本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种土壤无机碳制备装置，其特征在于，包括均为封闭结构的样品瓶及收集瓶，所述样品瓶内密封连通有第一气路和磷酸试剂供给支路，所述第一气路连通有对所述样品瓶和所述收集瓶精洗的气路电磁阀组，所述磷酸试剂供给支路上设有试剂供给电磁阀，并通过所述试剂供给电磁阀连通有供给磷酸试剂的试剂瓶，所述收集瓶密封连通有第二气路，所述第二气路与所述气路电磁阀组相连通，所述气路电磁阀组包括分别与所述第二气路和所述第一气路相连通的第一电磁阀和第五电磁阀，所述第一电磁阀和所述第五电磁阀之间连通有连接管路，所述连接管路上并联有大气支路、氮气支路和抽真空支路，所述大气支路上设有连通所述连接管路与大气的第二电磁阀，所述氮气支路上设有连通所述连接管路与氮气供给机构的第三电磁阀，所述抽真空支路上设有连通所述连接管路与真空泵的第四电磁阀，所述样品瓶配套有对其内部所述磷酸试剂进行超声处理的超声器。
2.根据权利要求1所述的土壤无机碳制备装置，其特征在于，所述收集瓶内密封插接有单侧孔针，所述单侧孔针的侧孔位于所述收集瓶的外侧，并与所述第二气路相连通，所述样品瓶内密封插接有双侧孔针，所述双侧孔针的两侧孔均位于所述
3.根据权利要求2所述的土壤无机碳制备装置，其特征在于，所述单侧孔针和所述双侧孔针分别配套有伸缩驱动机构，各所述伸缩驱动机构均设有沿竖直方向移动的伸缩结构，且所述单侧孔针和所述双侧孔针均沿竖直方向延伸，各所述伸缩结构分别与所述单侧孔针和所述双侧孔针相连接，并带所述单侧孔针和所述双侧孔针插入或拔出所述收集瓶和所述样品瓶。
4.根据权利要求3所述的土壤无机碳制备装置，其特征在于，所述收集瓶和所述样品瓶均顶部开口，且各所述开口处均密封设有第一密封塞，所述单侧孔针和所述双侧孔针对应插入各所述第一密封塞中。
5.根据权利要求3或4所述的土壤无机碳制备装置，其特征在于，所述伸缩驱动机构为气缸，所述伸缩结构为所述气缸的伸缩杆，所述气缸连通有对其供给压缩空气的第一压缩空气管路，所述第一压缩空气管路连通有压缩空气供给机构，且所述第一压缩空气管路上设有第一压缩空气供给电磁阀。
6.根据权利要求5所述的土壤无机碳制备装置，其特征在于，所述磷酸试剂供给支路与所述试剂瓶相连通的一端伸入所述试剂瓶内侧底部，所述试剂瓶的顶部密封连通有与所述压缩空气供给机构相连通的第二压缩空气管路，所述第二压缩空气管路上设有第二压缩空气供给电磁阀。
7.根据权利要求6所述的土壤无机碳制备装置，其特征在于，所述第二压缩空气供给电磁阀为三通阀，所述第二压缩空气供给电磁阀的两个开口连通在所述所述第二压缩空气管路上，另一所述开口与大气相连通。
8.根据权利要求7所述的土壤无机碳制备装置，其特征在于，所述试剂瓶配套有对其加热的恒温加热器。
9.一种土壤无机碳制备系统，其特征在于，包括如权利要求1至8任一项所述的土壤无机碳制备装置、与所述土壤无机碳制备装置配套的轨道装置，所述土壤无机碳制备装置中的超声器为超声水浴器，所述超声水浴器呈顶部敞口的槽体状结构，所述槽体状结构内设有样品处理盘，所述样品处理盘上阵列有安装孔，所述收集瓶和所述样品瓶对应安装在各所述安装孔内，所述轨道装置包括第一轨道及成对设置的第二轨道，两所述第二轨道分别安装在所述槽体状结构顶端的两长边上且平行分布，所述第一轨道横跨在两所述第二轨道上，并沿所述第二轨道的延伸方向滑动设置，且所述第一轨道上安装有所述试剂瓶及所述恒温加热器，所述第一轨道上滑动设有安装板，所述安装板位于所述第一轨道的下方，且所述安装板上安装有各所述气缸及所述气路电磁阀组，所述气缸的伸缩杆沿竖直方向滑动穿过所述安装板，所述单侧孔针和所述双侧孔针分别安装在各所述气缸的伸缩杆底端。
10.一种应用如权利要求9所述的土壤无机碳制备系统的土壤无机碳制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
...【技术特征摘要】
1.一种土壤无机碳制备装置，其特征在于，包括均为封闭结构的样品瓶及收集瓶，所述样品瓶内密封连通有第一气路和磷酸试剂供给支路，所述第一气路连通有对所述样品瓶和所述收集瓶精洗的气路电磁阀组，所述磷酸试剂供给支路上设有试剂供给电磁阀，并通过所述试剂供给电磁阀连通有供给磷酸试剂的试剂瓶，所述收集瓶密封连通有第二气路，所述第二气路与所述气路电磁阀组相连通，所述气路电磁阀组包括分别与所述第二气路和所述第一气路相连通的第一电磁阀和第五电磁阀，所述第一电磁阀和所述第五电磁阀之间连通有连接管路，所述连接管路上并联有大气支路、氮气支路和抽真空支路，所述大气支路上设有连通所述连接管路与大气的第二电磁阀，所述氮气支路上设有连通所述连接管路与氮气供给机构的第三电磁阀，所述抽真空支路上设有连通所述连接管路与真空泵的第四电磁阀，所述样品瓶配套有对其内部所述磷酸试剂进行超声处理的超声器。
2.根据权利要求1所述的土壤无机碳制备装置，其特征在于，所述收集瓶内密封插接有单侧孔针，所述单侧孔针的侧孔位于所述收集瓶的外侧，并与所述第二气路相连通，所述样品瓶内密封插接有双侧孔针，所述双侧孔针的两侧孔均位于所述样品瓶外侧，其一侧孔与所述磷酸试剂供给支路相连通，另一侧孔与所述第一气路相连通。
3.根据权利要求2所述的土壤无机碳制备装置，其特征在于，所述单侧孔针和所述双侧孔针分别配套有伸缩驱动机构，各所述伸缩驱动机构均设有沿竖直方向移动的伸缩结构，且所述单侧孔针和所述双侧孔针均沿竖直方向延伸，各所述伸缩结构分别与所述单侧孔针和所述双侧孔针相连接，并带所述单侧孔针和所述双侧孔针插入或拔出所述收集瓶和所述样品瓶。
4.根据权利要求3所述的土壤无机碳制备装置，其特征在于，所述收集瓶和所述样品瓶均顶部开口，且各所述开口处均密封设有第一密封塞，所述单侧孔针和所述双侧孔针对应插入各所述第一密封塞中。
5.根据权利要求3或4所述的土壤无机碳制备装置，其特征在于，所...
【专利技术属性】
技术研发人员：袁红朝，贺珍，王久荣，张丽萍，葛体达，祝贞科，万运帆，
申请(专利权)人：中国科学院亚热带农业生态研究所，
类型：发明
国别省市：
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