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應(yīng)用領(lǐng)域|冷凍干燥技術(shù)在土壤監(jiān)測領(lǐng)域的應(yīng)用

 更新時間:2023-11-21 點擊量:1379

冷凍干燥技術(shù)廣泛應(yīng)用到于土壤檢測樣品前處理中,可使土壤的pH值全碳、全氮、速效鉀含量等無顯著變化,因此采用冷凍干燥處理后的土壤樣品測定上述指標(biāo)更加方便。同時凍干土壤樣本測定值穩(wěn)定、重現(xiàn)性好、元素流失少。

01土壤冷凍干燥的原理

 

冷凍干燥技術(shù)廣泛應(yīng)用在食品和藥品中,而土壤凍干則是一種特殊的應(yīng)用方式。土壤冷凍干燥是指將土壤樣品進行預(yù)凍處理后,并通過真空泵對箱體抽真空,進而在低溫及真空狀態(tài)下,將土壤中的水分由固態(tài)升華成氣態(tài),再借助真空系統(tǒng)的捕水裝置將水蒸氣冷凝,除其中的水分,進而得到干燥脫水制品的干燥方法。這種方法可以保留土壤中的有機質(zhì)和微生物活性,使得土壤樣品在冷凍干燥的同時不會喪失其原有的特性和功能。土壤冷凍干燥的原理主要包括冷凍、干燥和復(fù)水三個過程。

一、冷凍過程

在冷凍過程中,土壤樣品被放置在低溫環(huán)境下,通過冷凍使水分在土壤中凝固成冰,冷凍的目的是將水分從液態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)楣虘B(tài),使得后續(xù)的干燥過程能夠更加高效地進行。冷凍過程中,需要控制冷卻速度和冷卻溫度,以避免過快或過慢的冷卻導(dǎo)致水分結(jié)構(gòu)的改變和土壤樣品的破壞。

二、干燥過程

在冷凍過程中,通過抽真空的方式,將冰直接轉(zhuǎn)化為水蒸氣,從而實現(xiàn)對土壤樣品中水分的去除。干燥過程中,需要控制的參數(shù)包括抽真空速度、溫度和時間等。速度過快會導(dǎo)致土樣品的結(jié)構(gòu)破壞,速度過慢則會延長干燥時間。溫度和時間的選擇應(yīng)根據(jù)土壤樣品的特性和干燥的目的進行調(diào)節(jié),以達到最佳的干燥效果。

三、復(fù)水過程

在干燥過程結(jié)束后,將土樣品重新加入水分,使其恢復(fù)到正常的含水量,復(fù)水過程是為了使土壤樣品重新吸收水分,恢復(fù)其原有的特性和功能。復(fù)水過程中,需要注意水分的添加量和速度,以避免過量或過快的復(fù)水導(dǎo)致土壤樣品的結(jié)構(gòu)破壞和微生物活性的缺失。

 

 

02土壤冷凍干燥的優(yōu)勢

 

土壤烘干和凍干都是將土壤中的水分蒸發(fā)除去的方法,但它們的實現(xiàn)過程和效果略有不同。

一般烘干是指利用外部加熱設(shè)備(如電熱器)或太陽能直接對土壤進行加熱,使其中的水分蒸發(fā)出來。這種方法雖然快速,但有可能會破壞土壤的結(jié)構(gòu)和改變其化學(xué)性質(zhì)。而且,由于普通干燥時會伴隨著各種酶的活性損失,長時間烘干會導(dǎo)致土壤中的養(yǎng)分流動、鎖定及土壤生物沉寂、死亡等問題。

凍干法則是將樣品制成冷凍原料,并使用真空技術(shù)在低溫下增加介質(zhì)壓力,讓冰直接升華成為蒸汽態(tài),從而取出樣品中的水分。凍干法需要較長時間,但可保持土壤原有結(jié)構(gòu)和生理特性,不會產(chǎn)生熱量導(dǎo)致的化學(xué)反應(yīng)或酶失活等問題。因此,凍干法多用于對土壤樣品中微生物菌群、酶活性、膠體穩(wěn)定性,以及其他容易受到熱力影響的物質(zhì)進行分析。

綜上所述,對于不同的土壤樣品和所需測定內(nèi)容,可根據(jù)實際情況選擇適合的干燥方法。但總體而言,在保持土壤原有結(jié)構(gòu)特性以及微生物、酶活性等方面上,凍干法比烘干法更具優(yōu)勢。

 

03富睿捷土壤凍干機

 

富睿捷科技專注于凍干機的研發(fā)及生產(chǎn),SOIL系列專為土壤凍干設(shè)計。直立式的內(nèi)置式冷阱盤管,能夠有效捕捉溶劑。冷阱溫度可達到-55℃,捕水能力更強。多層大面積的樣品隔板托盤,最多可凍干0.4㎡樣品。

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04土壤凍干機案例

 

富睿捷土壤凍干機SOIL系列 TR-45凍干機已正式服役于中國科學(xué)院城市環(huán)境研究所,主要用于土壤環(huán)境監(jiān)測的實驗研究。

研究所的學(xué)科方向為環(huán)境化學(xué)與分析化學(xué)、環(huán)境經(jīng)濟與環(huán)境管理、生態(tài)學(xué)、環(huán)境生物與生物技術(shù)、環(huán)境工程與環(huán)境材料;重點研究領(lǐng)域為:城市生態(tài)健康與環(huán)境安全、城市環(huán)境污染控制與資源化技術(shù)、城市環(huán)境工程與循環(huán)經(jīng)濟、城市生態(tài)環(huán)境規(guī)劃與管理。

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