[发明专利]一种原位土壤电导率的测量装置和测量方法

权利要求书

1.一种原位土壤电导率的测量装置，其特征在于：由有机玻璃箱体、碳纤维布阳极和复合型聚四氟乙烯空气阴极组件构成，有机玻璃箱体为上、下开放的长方体，箱体底部设有底板并通过四个支腿支撑，底板与空气阴极相接的部分均布有圆孔；碳纤维布阳极和聚四氟乙烯空气阴极位于箱体的内部，其中空气阴极组件位于箱体的底部，空气阴极组件由复合型聚四氟乙烯空气阴极和其上、下部分别设有的塑胶垫组合构成并通过四周边的螺栓固定，上、下塑胶垫中心的方孔大小与有机玻璃箱体的内腔横截面相同；待测土样分四层填装在空气阴极的上部，每两层待测土样之间分别设置一片碳纤维布阳极，其中下部三层待测土样自下而上分别标记为1层、2层、3层土样，顶层待测土样作为表层土壤，空气阴极和碳纤维布阳极分别通过钛片导线与电化学工作站连接，其中工作电极连接碳纤维布阳极，对电极和参比电极连接空气阴极。

2.根据权利要求1所述原位土壤电导率的测量装置，其特征在于：所述底板与空气阴极相接部分的圆孔直径为0.5 cm，孔间距为1 cm。

3.根据权利要求1所述原位土壤电导率的测量装置，其特征在于：所述碳纤维布阳极的制备方法是将碳纤维布置于丙酮中浸泡8-10小时，取出后用蒸馏水洗3-5遍备用。

4.根据权利要求1所述原位土壤电导率的测量装置，其特征在于：所述复合型聚四氟乙烯空气阴极制作方法：称取导电碳黑4 g加入200 mL烧杯中，加入80 mL无水乙醇，搅拌且超声5 min，加入6.2 mL密度为1.5 g/mL 的PTFE乳液，搅拌且超声5 min，然后于80 ℃水浴搅拌约40 min，取出胶团轻柔，在辊压机上与60目不锈钢网辊压成厚度为0.35mm电极片；然后于340 ℃下加热25 min待用；称取电容碳粉6 g加入200 mL烧杯中，加入45 mL无水乙醇，搅拌且超声5 min，加入0.667 mLPTFE乳液，再搅拌且超声5 min，然后于80 ℃水浴搅拌约3 h，取出胶团轻柔，辊压成薄膜后压在电极片的另一侧，最终电极厚度为0.4mm。

5.根据权利要求1所述原位土壤电导率的测量装置，其特征在于：所述1层、2层、3层土样的厚度为1-5 cm，表层土壤的厚度为1cm。

6.一种用权利要求1所述测量装置进行原位土壤电导率的测量方法，其特征在于步骤如下：

    1）交流阻抗的测试

采用型号为Autolab 302N的电化学工作站进行测试，使用丙酮洗过的碳纤维布作为阳极，复合型聚四氟乙烯空气阴极作为阴极，交流阻抗扫描参数为高频100KHz、低频10 mHz、振幅60mV；

2）等效电路拟合

采用ZsimpWin软件，通过等效电路(Q₁R₁)R₂(Q₃R₃)拟合出土壤电阻，其中Q₁为阴极电容、R₁为阴极电阻、R₂为土壤电阻、Q₃为阳极电容、R₃为阳极电阻；

3）线性拟合计算原位土壤电导率

以阴极和阳极的间距为x、土壤电阻为y、线性拟合出直线斜率k，由电阻定义公式R =ρ·L/ S可知，k =ρ/ S， K = 1/ρ=S / k，得出电导率的计算公式为R =ρ·L/ S、K = 1/ρ，式中：R为电阻、Ω，ρ为电阻率、Ω·m，L为两极间距、cm，S为电极面积、36 cm²，K为电导率、mS/cm。