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

冷凍干燥技術(shù)廣泛應(yīng)用到于土壤檢測(cè)樣品前處理中，可使土壤的pH值全碳、全氮、速效鉀含量等無(wú)顯著變化，因此采用冷凍干燥處理后的土壤樣品測(cè)定上述指標(biāo)更加方便。同時(shí)凍干土壤樣本測(cè)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(jìn)行預(yù)凍處理后，并通過(guò)真空泵對(duì)箱體抽真空，進(jìn)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(jìn)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(jī)質(zhì)和微生物活性，使得土壤樣品在冷凍干燥的同時(shí)不會(huì)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(gè)過(guò)程。

一、冷凍過(guò)程

在冷凍過(guò)程中，土壤樣品被放置在低溫環(huán)境下，通過(guò)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(guò)程能夠更加高效地進(jìn)行。冷凍過(guò)程中，需要控制冷卻速度和冷卻溫度，以避免過(guò)快或過(guò)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(guò)程

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

三、復(fù)水過(guò)程

在干燥過(guò)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(guò)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(guò)程中，需要注意水分的添加量和速度，以避免過(guò)量或過(guò)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(shì)

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(shí)現(xiàn)過(guò)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(yáng)能直接對(duì)土壤進(jìn)行加熱，使其中的水分蒸發(fā)出來(lái)。這種方法雖然快速，但有可能會(huì)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(shí)會(huì)伴隨著各種酶的活性損失，長(zhǎng)時(shí)間烘干會(huì)導(dǎo)致土壤中的養(yǎng)分流動(dòng)、鎖定及土壤生物沉寂、死亡等問(wèn)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(zhǎng)時(shí)間，但可保持土壤原有結(jié)構(gòu)和生理特性，不會(huì)產(chǎn)生熱量導(dǎo)致的化學(xué)反應(yīng)或酶失活等問(wèn)題。因此，凍干法多用于對(duì)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(jìn)行分析。

綜上所述，對(duì)于不同的土壤樣品和所需測(cè)定內(nèi)容，可根據(jù)實(shí)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(shì)。

03富睿捷土壤凍干機(jī)

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

04土壤凍干機(jī)案例

富睿捷土壤凍干機(jī)SOIL系列 TR-45凍干機(jī)已正式服役于中國(guó)科學(xué)院城市環(huán)境研究所，主要用于土壤環(huán)境監(jiān)測(cè)的實(shí)驗(yàn)研究。

研究所的學(xué)科方向?yàn)榄h(huán)境化學(xué)與分析化學(xué)、環(huán)境經(jīng)濟(jì)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(diǎn)研究領(lǐng)域?yàn)椋撼鞘猩鷳B(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(jì)、城市生態(tài)環(huán)境規(guī)劃與管理。