[发明专利]外置惰性气体吹扫测量厌氧环境氮气的装置及其测量方法

说明书

本发明公开了外置惰性气体吹扫测量厌氧环境氮气的装置及其测量方法，包括进样仓、采样罩、西林瓶、进样三通阀、采样三通阀、检测装置；进样仓内设有密封橡胶垫；在密封橡胶垫上方，进样仓的侧壁上设有第一通孔并通过管路与进样三通阀的一个出口连接；在密封橡胶垫的下方，进样仓的侧壁上分别设有第二通孔和第三通孔，第二通孔、第三通孔分别通过管路与进样三通阀的另一个出口以及检测装置连接；进样仓的顶部设有进样口；采样三通阀的一个出口与进样三通阀的进口连接，采样三通阀的另一个出口通过管路与采样罩连接，采样三通阀的进口与外部惰性气体源连接；采样罩顶部设有采样口；采样罩设置在西林瓶顶部，西林瓶内放置有测量土样或微生物培养液。

技术领域

本发明涉及痕量气体测定领域，特别涉及外置惰性气体吹扫测量厌氧环境氮气的装置及其测量方法。

背景技术

氮气(N2)是一种双原子惰性气体，参与生物圈的氮循环过程。自然界氮气产生主要来源于微生物的参与(如反硝化、厌氧氨氧化和铁氨氧化)，且其生存环境多数为厌氧区域。随着全球对粮食产量需求的逐年提高，相应氮肥施用量也在不断增加，这必然对生态系统中的氮循环和微生物活动产生了进一步的影响。如何评估这些过程对生态系统产生的影响，一直是地学与环境生态领域研究的重点和热点。

在众多研究手段中，氮气通量排放观测是一种解读与评估相关微生物参与氮循环过程贡献的有效途径。由于大气中氮气本底含量较高，因此很难在当地野外台站测量出氮气的净排放率。为了解决这一问题，研究人员利用室内微宇宙实验来研究土壤或微生物群落中氮的形成机理。通常为在厌氧环境中，将观测土壤或者微生物群落放入西林瓶中并将其密封，并通过不同药品或者气体添加来检测该过程中痕量气体的产生速率。

目前广泛接受的厌氧氮气检测方法是同位素质谱法(Isotope massspectrometry)以及通过流动气体吹扫土样技术(gas flow core techniques)。然而，前者需要对仪器的精密度和同位素药品添加的均一性进行控制，且所需的同位素质谱仪设备昂贵。另外，样品制备需要在氦气或氩气饱和的厌氧箱中进行，比较费时费力。而后者设备投入也较高，且需要复杂的预处理以保证达到理想的工作条件。当然除以上两种方法外还有N2/Ar比率-膜进样质谱法等其它方法，但也存在一定的使用限制。因此，在研究中一直缺乏一种简单实用的有效观测技术。此外，通常的气体进样方式分为两种，一种是人工手动进样，另一种为自动进样。而在传统操作中，这两种方式由于进样口或者样品瓶的橡胶材料都直接暴露在空气中，因此都避免不了空气中痕量氮气的污染，从而造成检测结果偏高。以上这些问题成为许多研究团队的科研障碍，限制了对氮素循环过程相关研究的进一步开展。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺陷和不足，提供了一种外置惰性气体吹扫测量厌氧环境氮气的装置，该装置能够有效去除背景空气中高浓度氮气的影响，使检测装置能够准确测量土样或微生物群落产生的氮气量。

本发明的另一个目的在于提供了一种外置惰性气体吹扫测量厌氧环境氮气的方法。

本发明的目的可以通过如下技术方案实现：外置惰性气体吹扫测量厌氧环境氮气的装置，包括进样仓、采样罩、西林瓶、进样三通阀、采样三通阀以及检测装置；

所述进样仓内设有密封橡胶垫；在密封橡胶垫的上方，进样仓的侧壁上设有第一通孔并通过管路与进样三通阀的一个出口连接；在密封橡胶垫的下方，进样仓的侧壁上分别设有第二通孔和第三通孔，第二通孔、第三通孔分别通过管路与进样三通阀的另一个出口以及检测装置连接；所述进样仓的顶部设有进样口；

采样三通阀的一个出口与进样三通阀的进口连接，采样三通阀的另一个出口通过管路与采样罩连接，采样三通阀的进口与外部惰性气体源连接；所述采样罩顶部设有采样口；

所述采样罩设置在西林瓶顶部，所述西林瓶内放置有测量土样或微生物培养液。

进一步地，所述惰性气体源为氦气源或氩气源。氦气或氩气可以有效隔绝背景空气中高浓度氮气对测量结果的影响。