[发明专利]一种土壤微生物呼吸气体自动采集、置换及进样装置

说明书

本发明公开了一种土壤微生物呼吸气体自动采集、置换及进样装置，包括培养箱、真空泵、空气压缩机、负压控制器、三通平衡压力阀组、三通采气切换阀组、自动控制器和至少两组的二通平衡压力阀组以及二通采气阀组，培养瓶与二通采气阀组中二通采气阀的进气口一一对应的连通，同一组的二通采气阀的出气口均与同一个三通采气切换阀的独立采气口连通，三通采气切换阀组的共享排气口与换气三通阀的出气口连通，三通采气切换阀组的共享进气口连通有进样气管，进样气管与进样三通阀的进气口连通，进样三通阀的出气口用于与气体分析仪连通。本发明能够实现样品气体的自动采集、置换和进样，以防止样品气体的泄露及交叉污染，保证样品气体的在线连续监测。

技术领域

本发明涉及气体采集及置换技术领域，特别是涉及一种土壤微生物呼吸气体自动采集、置换及进样装置。

背景技术

随着极端恶劣天气的急剧增多，进一步研究全球碳循环及大气温室气体源变得日益重要，从而对大气温室气体及碳同位素比值检测的要求也越来越高。土壤微生物呼吸产生CO₂和CH₄等温室气体的所有代谢活动是土壤呼吸作用的主要组成部分，是陆地生态系统碳循环研究中的热点问题。通过稳定碳同位素示踪测试分析技术可以准确量化土壤微生物呼吸作用，增进对土壤微生物介导的碳循环过程及其主导影响因子的理解。

土壤微生物呼吸产生的CO₂和CH₄气体中碳同位素比值检测的传统方法为同位素质谱法(Isotope Ratio Mass Spectrometer，IRMS)，该方法利用采样罐/瓶采集土壤培养过程中土壤微生物呼吸产生的气体，并对气体样品分别进行总的CO₂浓度、CH₄浓度(气相色谱仪，GC)及CO₂和CH₄中的碳稳定同位素(δ¹³C)IRMS的测定，过程繁琐，而且测试所需要的气体量大(超过150mL)，在实验过程中培养气体常常满足不了测试需求，导致测定结果不准确。另外，IRMS技术虽然同位素检测精度较高，但仪器笨重、操作复杂，无法实现在线连续测量。

近几年，光腔衰荡光谱(CRDS)、离轴积分腔输出光谱(OA—ICOS)和傅里叶变换红外光谱(FourierTransfom Infrared，FTIR)等检测技术得到了长足的发展。其中，常规FTIR技术在测量中，其测量精度和测量准确度受气体温度、压力及水汽等干扰限制了它在背景大气等高精度测量中的应用，尤其在同位素比值测量中，传统FTIR系统的测量结果变化幅度较大。而基于光腔衰荡光谱(CRDS)和离轴积分腔输出光谱(OA-ICOS)技术研发的CO₂/CH₄气体δ¹³C分析仪，采用全光谱扫描，扫描速度可达300次/秒，采样点大大提高，能够以10^-9数量级的超高灵敏度测量CO₂和CH₄中的碳同位素比率及总的CO₂和CH₄浓度及H₂O浓度，已在生态环境研究领域得到了广泛的应用。但是，CO₂/CH₄气体δ¹³C测定仪也仅能实现CO₂/CH₄气体碳同位素的离线测定，必须与相应的自动采样前端联用才能实现原位土壤微生物呼吸CO₂/CH₄和δ¹³C的连续监测，提供实时连续的测量数据。