一种实验室用集成化土壤氧化还原装置

1.本发明涉及土壤实验装置领域，特别是涉及一种实验室用集成化土壤氧化还原装置。


背景技术：

2.土壤是一个复杂的动力学体系，存在着多种有机和无机的氧化还原物，氧化还原是发生在土壤(尤其是土壤溶液)中的重要反应，氧化还原电位(eh)是反映土壤氧化还原状况的强度指标，由土壤溶液中氧化态和还原态物质的相对浓度决定。土壤中重金属的行为与土壤的理化性质密切相关，我国南方稻田土壤在水稻生长季节通常经历周期性的淹水排水阶段，长期的环境扰动可能导致土壤氧化还原电位和ph发生改变，容易引起土壤中重金属的吸附与解吸、沉淀溶解等地球化学行为。土壤中重金属的去除是通过重金属形态改变，变价金属(类金属)在不同价态下，其生态毒性、生物可利用性及移动性的差异很大，通过氧化还原调控可有效降低污染物毒性。
3.为了对土壤氧化还原条件进行调控，独立的自动化生物地球化学微观系统用于模拟实验室的土壤淹水过程，并通过调节不同的土壤氧化还原条件研究土壤中重金属的活性变化，简言之，通过添加n2降低eh，添加o2提高eh，使得土壤eh保持在一定范围内。然而现有的装置功能较为单一，每个独立的系统均设有搅拌装置进行微环境扰动，常见的有磁力搅拌装置和顶部搅拌器装置，这两种装置可能存在搅拌棒启动困难、难以开始旋转、旋转不当以及旋转停止等问题，这会导致培养过程中土壤体系不均匀，影响指标测量。且根据以往的技术研究，通常此类实验装置均为独立的对象，例如独立的氧化还原电极、搅拌装置、温控设备等，不能满足批量进行的实验设计，效率较低。
4.无论是实际应用还是实验室批量实验，均需要进行大量的实验，因此设计一种自动化批量控制土壤氧化电位，实时根据氧化还原电位数值进行氧化还原条件调控的装置，对实验室操作以及实际应用来说必要且亟需。


技术实现要素：

5.本发明所要解决的技术问题是提供一种实验室用集成化土壤氧化还原装置，将常见的搅拌装置替换成回旋振荡装置，既能保证样品管中样品的均匀混合，同时能够调节转速满足不同的频率要求。
6.为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种实验室用集成化土壤氧化还原装置，包括气瓶、底座、设置在底座上的振荡装置、若干个样品管，气瓶通过进气管与振荡装置连接；
7.所述振荡装置为一箱体，箱体中部为装样平台，装样平台上阵列分布有若干个样品管放置孔，并设置有orp测定仪及orp电极；
8.所述进气管由振荡装置顶部的进气口深入振荡装置内部至其通风口处，深入至振荡装置内部的进气管设置有进气阀和泄压阀，并具有若干个支路分压管，每个支路分压管
上设有若干个垂直安装的分压支管，相邻两个支路分压管之间设有一个升降伸缩架；
9.所述样品管与样品放置孔活动连接，且样品管上设置有与分压支管密封连接的升降式进出气管道；
10.所述底座内设有回旋式振荡器。
11.在本发明一个较佳实施例中，所述振荡装置内设有自动温控装置。
12.在本发明一个较佳实施例中，所述振荡装置内靠近orp测定仪处设置有一支架，支架上设有一可伸缩固定夹，用于固定深入至样品管内的orp电极。
13.在本发明一个较佳实施例中，所述样品管放置孔的孔边缘设置有硅胶垫，孔的两侧对称开有卡扣槽。
14.在本发明一个较佳实施例中，所述样品管包括离心管主管体、样品管盖、升降式进出气管道；
15.所述样品管盖为螺纹瓶盖，下部设有对称设置的卡扣，中部设置有orp电极测量预留孔，在orp电极测量预留孔的孔边缘设置有硅胶垫，预留孔的孔外部设有合盖，在预留孔的旁边设置有升降式进出气管道的升降管进出孔，升降管进出孔的表面十字硬片密封口；
16.所述升降式进出气管道的顶部设有螺帽，用于与分压支管进行螺纹连接。
17.在本发明一个较佳实施例中，所述振荡装置的箱体底部设有控制器及自动化控制面板，用于进行自动控温设置、气体压力检测及升降伸缩架的自动升降。
18.在本发明一个较佳实施例中，所述振荡装置的箱体上部设有具备密封圈和开合扣的盖板。
19.在本发明一个较佳实施例中，所述振荡装置顶部的进气口与通风口处设有进气管升降伸缩窗口，进气管升降伸缩窗口的上部设有活动伸缩盖，活动伸缩盖的边缘设有用于吸附进气管的吸盘。
20.进一步的，所述进气管采用软硅胶材质。
21.在本发明一个较佳实施例中，所述底座内还设有与回旋式振荡器连接的振荡器设置显示屏及总开关。
22.本发明的有益效果是：
23.(1)本发明针对传统装置配置的搅拌设备会遇到搅拌棒启动困难的问题，通过设计回旋振荡装置，可进行转速及时间的调节，低频下既能保证土壤淹水时体系混合均匀，又能不干扰土壤eh的测定；
24.(2)本发明设计多个可同时进行操作的样品处理容器，并设计密封的容器盖，便于批量进行土壤样品培养和测定；
25.(3)本发明具有方便、可视化操作性强、可控性强、可重复性强等优点，自动化设置结合usb接口、蓝牙模块以及wifi模块可智能化控制实验操作条件，包括自动化记录氧化还原电位、控制气阀开关、控制箱内温度、控制振荡器频率及时间等。
附图说明
26.图1是本发明实验室用集成化土壤氧化还原装置一较佳实施例的立体结构示意图；
27.图2是所述振荡装置的俯视图；
28.图3是所述样品管的结构示意图；
29.图4是图3的俯视图。
30.附图中各部件的标记如下：1、气瓶，2、底座，21、振荡器设置显示屏，22、总开关，3、振荡装置，30、进气管，301、支路分压管，302、分压支管，303、升降伸缩架，304、进气管升降伸缩窗口，305、活动伸缩盖，31、进气阀、32、压力表，33、泄压阀，34、装样平台，340、样品管放置孔，3401、硅胶垫，3402、卡扣槽，35、自动控温装置，36、orp测定仪，37、orp电极，38、支架，380、可伸缩固定夹，39、自动化控制面板，4、样品管，40、离心管主管体，41、样品管盖，410、卡扣，411、orp电极测量预留孔，412、升降管进出孔，42、升降式进出气管道，421、螺帽，422、内部管道，423、外部管道，424、透气孔，5、密封圈，6、开合扣，7、盖板。
具体实施方式
31.下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。
32.请参阅图1，本发明实施例包括：
33.一种实验室用集成化土壤氧化还原装置，包括气瓶1、底座2、设置在底座2上的振荡装置3、若干个样品管4。本发明设计多个可同时进行操作的样品处理容器，并设计密封的容器盖，便于批量进行土壤样品培养和测定。
34.所述底座2内设有回旋式振荡器(图中未示出)、与回旋式振荡器连接的振荡器设置显示屏21及总开关22。回旋式振荡器振荡前打开总开关22，通过振荡器设置显示屏21进行转速、振荡时间设定。
35.针对传统装置配置的搅拌设备会遇到搅拌棒启动困难的问题，难以开始旋转、旋转不当以及旋转停止等问题，导致培养过程中土壤体系的不均匀，通过设计回旋振荡装置，可进行转速及时间的调节，低频下既能保证土壤淹水时体系混合均匀，又能不干扰土壤eh的测定。
36.所述气瓶1通过进气管与振荡装置3连接，所述振荡装置3为一箱体，箱体中部为装样平台34，装样平台34上阵列分布有若干个样品管放置孔340，所述样品管放置孔340的孔边缘设置有硅胶垫3401，孔的两侧对称开有卡扣槽3402。装样平台34上还设置有orp(oxidation-reduction potential，氧化还原电位)测定仪36及orp电极37。进一步的，结合图2，靠近orp测定仪36处设置有一支架38，支架38上设有一可伸缩固定夹380，用于固定深入至样品管4内的orp电极37。进一步的，在装样平台34的另外三个拐角处也可以预留三个orp电极37备用。同时，在装样平台34的四个拐角处放置干燥剂，吸收气体带出以及蒸发的水分。所述振荡装置3内设置有自动控温装置35，自动温控装置35可对装置内部空间进行整体控温，保证样品测量、振荡、通气的恒温，即土壤氧化还原的恒温，并且根据设计程序可自动调温，解决了传统生物地球化学微观装置需要依靠实验室的温度进行温控的问题。另外，控温还可以通过室内空调或者将整个装置置于气候箱内辅助实现。
37.所述进气管30由振荡装置3顶部的进气口(图中未示出)深入振荡装置3内部至其通风口(图中未示出)处，深入至振荡装置3内部的进气管30设置有进气阀31、泄压阀33和压力表32，并具有若干个支路分压管301，每个支路分压管301上设有若干个垂直安装的分压支管302，相邻两个支路分压管301之间设有一个升降伸缩架303。分压支管302的数量与样
品管放置孔340的数量一致。支路分压管301为硬质塑料，进气管30和分压支管302均为软硅胶材质，即使是在振荡期间进行通气，硅胶管会随着样品管4运动，保持管内气体环境稳定。且为了进气管30与支路分压管301之间连接紧密，进气管30与支路分压管301之间可通过三通接头连接。
38.在所述振荡装置3顶部的进气口与通风口处设有进气管升降伸缩窗口304，窗口的宽度与进气管30的直径大小相同，长度与升降伸缩架303的升降高度相同。进气管升降伸缩窗口304的上部设有活动伸缩盖305，活动伸缩盖305的边缘设有用于吸附进气管30的吸盘(图中未示出)，进气管30穿过窗口时，上下活动的活动伸缩盖305边缘的吸盘将管道吸住，当管道进行上下移动时，活动伸缩盖305随着管道上下活动。
39.所述振荡装置3的箱体底部设有控制器(图中未示出)及自动化控制面板39，用于进行自动控温设置、气体压力检测及升降伸缩架303的自动升降。优选的，所述振荡装置3的箱体上部设有具备密封圈5和开合扣6的盖板7进行防尘以及内部操作。
40.参阅图3和图4，所述样品管4包括离心管主管体40、样品管盖41、升降式进出气管道42。
41.优选的，所述离心管主管体40采用100ml离心管。在测定土壤氧化还原电位时，设定样品管4中总样品量低于样品管4体积的2/3。
42.所述样品管盖41为螺纹瓶盖，下部设有对称设置的卡扣410，盖体的卡扣410设计与振荡装置装样平台34中预留的卡扣槽3402可以扣合，从而使得样品管4可以进一步固定，降低样品管4在振荡过程中不固定导致样品洒出的风险。样品管盖41的中部设置有orp电极测量预留孔411，在orp电极测量预留孔411的孔边缘设置有硅胶垫3401，该设计可协助探测电极在测量过程中保持位置稳定，同时预留孔位置位于中心，保证测量条件统一。预留孔411的孔外部设有合盖(图中未示出)，当不进行测量的时候，可将此盖扣合，保证样品不受污染。
43.在预留孔411的旁边设置有升降式进出气管道42，所述升降式进出气管道42为硬质塑料，顶部设有螺帽421，用于与分压支管302进行螺纹连接。样品管盖41上为升降式进出气管道42设有专门的升降管进出孔412，其顶面设置有十字硬片密封口，当升降式进出气管道42拔出时处于密封状态，升降式进出气管道42插入时可以依靠十字硬片固定，并且自动升降伸缩架303启动时，升降式进出气管道42可随力进行上下移动位置。所述升降式进出气管道42的直径略小于分压支管302的直径，使得分压支管302可以直接套在升降式进出气管道42上进行气体输入。
44.具体的，所述升降式进出气管道42为双层设计，由内部管道422和外部管道423组成，内部管道422的长度比外部管道423的长度长，内部管道422的上端与外部管道423的上端通过螺帽421连接，外部管道423的下端与内部管道422的外壁密封连接。在外部管道423下部设置有一透气孔424，当内部管道422通入气体时，离心管内多余的气体通过透气孔424由螺帽连接处散出至离心管外。当升降式进出气管道42降低时，内部管道422插入到样品液面以下，透气孔424随着管道降下来，从样品管盖41部分露出，达到透气效果。当升降式进出气管道42上升时，透气孔424随其上升，进入样品管盖41部分，达到密封的作用。
45.该装置进行土壤氧化还原的流程为：
46.手动打开气瓶1阀门，气体(n2/o2)通过进气管30通入装置。首先，进气阀31在检测
到管内气压低于预设值时自动打开，气体通过支路分压管301传送到各分压支管302，样品管4提前放入到装样平台34上，并卡扣410完毕保证稳定性。将分压支管302与升降式进出气管道42通过固定螺帽421连接，所需气体通入样品管4中，并保持此种气体环境。当出气管路侧的气体压力表32中的压力值超出预设，则进气阀31自动关闭，升降伸缩架303启动，将进气管30升高。提前设定升高高度，需保证样品管4内升降式进出气管道42最低位置高于样品液面，此时，泄压阀33自动打开进行出气。整个通气过程中均保持这种状态，保证管内压力平衡。通过自动化控制面板39的显示屏，设置自动化程序进行气压检测，气压小于设定值时，开阀门送气体(n2/o2)，气压大于设定值时，关进气阀31开泄压阀33，当进行手动操作时，箱内气压不稳，利用此程序可进行调节。本发明设计泄压阀33，当振荡装置3内的控制器监测管内气压超出设定范围进行自动泄压，相反当管内气压低于设定范围则进行自动通气。
47.本发明通过将orp电极置于样品中实时测定土壤eh，并根据eh值对输入气体(o2/n2)的流速、流量进行调控。当气体输送条件、振荡条件、温度条件等均相同时，测定一个样品的eh值即可代表其它样品，因此改变示例样品的实验条件时，剩余其它的样品的实验条件也会改变，从而可保证样品测量指标的统一性。
48.本发明的目的在于控制最佳土壤氧化还原条件，可进行批量化实验。
49.本发明具有方便、可视化操作性强、可控性强、可重复性强等优点，自动化设置结合usb接口、蓝牙模块以及wifi模块可智能化控制实验操作条件，包括自动化记录氧化还原电位、控制气阀开关、控制箱内温度、控制振荡器频率及时间等。
50.本发明针对传统装置配置的搅拌设备会遇到搅拌棒启动困难的问题，通过设计回旋振荡装置，可进行转速及时间的调节，低频下既能保证土壤淹水时体系混合均匀，又能不干扰土壤eh的测定。
51.以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

技术特征：
1.一种实验室用集成化土壤氧化还原装置，其特征在于，包括气瓶、底座、设置在底座上的振荡装置、若干个样品管，气瓶通过进气管与振荡装置连接；所述振荡装置为一箱体，箱体中部为装样平台，装样平台上阵列分布有若干个样品管放置孔，并设置有orp测定仪及orp电极；所述进气管由振荡装置顶部的进气口深入振荡装置内部至其通风口处，深入至振荡装置内部的进气管设置有进气阀和泄压阀，并具有若干个支路分压管，每个支路分压管上设有若干个垂直安装的分压支管，相邻两个支路分压管之间设有一个升降伸缩架；所述样品管与样品放置孔活动连接，且样品管上设置有与分压支管密封连接的升降式进出气管道；所述底座内设有回旋式振荡器。2.根据权利要求1所述的实验室用集成化土壤氧化还原装置，其特征在于，所述振荡装置内设有自动温控装置。3.根据权利要求1所述的实验室用集成化土壤氧化还原装置，其特征在于，所述振荡装置内靠近orp测定仪处设置有一支架，支架上设有一可伸缩固定夹，用于固定深入至样品管内的orp电极。4.根据权利要求1所述的实验室用集成化土壤氧化还原装置，其特征在于，所述样品管放置孔的孔边缘设置有硅胶垫，孔的两侧对称开有卡扣槽。5.根据权利要求1所述的实验室用集成化土壤氧化还原装置，其特征在于，所述样品管包括离心管主管体、样品管盖、升降式进出气管道；所述样品管盖为螺纹瓶盖，下部设有对称设置的卡扣，中部设置有orp电极测量预留孔，在orp电极测量预留孔的孔边缘设置有硅胶垫，预留孔的孔外部设有合盖，在预留孔的旁边设置有升降式进出气管道的升降管进出孔，升降管进出孔的表面十字硬片密封口；所述升降式进出气管道的顶部设有螺帽，用于与分压支管进行螺纹连接。6.根据权利要求1所述的实验室用集成化土壤氧化还原装置，其特征在于，所述振荡装置的箱体底部设有控制器及自动化控制面板，用于进行自动控温设置、气体压力检测及升降伸缩架的自动升降。7.根据权利要求1所述的实验室用集成化土壤氧化还原装置，其特征在于，所述振荡装置的箱体上部设有具备密封圈和开合扣的盖板。8.根据权利要求1所述的实验室用集成化土壤氧化还原装置，其特征在于，所述振荡装置顶部的进气口与通风口处设有进气管升降伸缩窗口，进气管升降伸缩窗口的上部设有活动伸缩盖，活动伸缩盖的边缘设有用于吸附进气管的吸盘。9.根据权利要求1或8所述的实验室用集成化土壤氧化还原装置，其特征在于，所述进气管采用软硅胶材质。10.根据权利要求1所述的实验室用集成化土壤氧化还原装置，其特征在于，所述底座内还设有与回旋式振荡器连接的振荡器设置显示屏及总开关。

技术总结
本发明公开了一种实验室用集成化土壤氧化还原装置，包括气瓶、底座、设置在底座上的振荡装置、若干个样品管，气瓶通过进气管与振荡装置连接；所述振荡装置为一箱体，箱体中部为装样平台，装样平台上阵列分布有若干个样品管放置孔，并设置有ORP测定仪及ORP电极；所述进气管由振荡装置顶部的进气口深入振荡装置内部至其通风口处，深入至振荡装置内部的进气管设置有进气阀和泄压阀，并具有若干个支路分压管，所述样品管与样品放置孔活动连接，且样品管上设置有与分压支管密封连接的升降式进出气管道；所述底座内设有回旋式振荡器。本发明采用回旋振荡装置，既能保证样品管中样品的均匀混合，同时能够调节转速满足不同的频率要求。求。求。


技术研发人员：崔红标 鲍丙露 郭腾飞 余文理 王昱茗 杨义 薛丹晨 江淦
受保护的技术使用者：安徽理工大学
技术研发日：2023.04.07
技术公布日：2023/8/9