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申请/专利权人：中国科学院南京地理与湖泊研究所

摘要：本发明涉及一种温室气体自动进样系统，包括控制装置、继电器、输入装置、电磁阀、气体进样装置、洗气装置、快接端口、多组培养装置和电源；培养装置、气体进样装置和外置检测器在全过程多次进样检测时通过无拆卸式连接相连，实现多次进样检测过程中保持培养装置高气密性，并设计隔水、干燥装置保证干燥性；此外设计多个同步扩展端口，根据实验需求增加用电设备，具有高扩展性；通过控制实验室多组培养装置实现自动进样，并采用与非门系统保护程序控制洗气电磁阀防止外部检测器闭塞风险，进而实现对外部检测器的保护；整体系统可实现实验室内培养原位、批量、实时、准确的温室气体自动进样，极大降低实验人员的工作负荷。

主权项：1.一种温室气体自动进样系统，其特征在于，包括：控制装置、继电器、输入装置、电磁阀、气体进样装置、洗气装置、进气主管路、出气主管路、快接端口、多组培养装置、系统保护模块和电源；所述控制装置用于系统控制；所述继电器连接控制装置和电磁阀，控制电磁阀启闭；所述输入装置连接控制装置，用于输入自定义参数，包括多组培养装置进样顺序、检测时长、采样周期和洗气时间；所述气体进样装置包括外置检测器、进气管路、出气管路、第一进气电磁阀和第一出气电磁阀；所述进气管路一端连接外置检测器，另一端通过第一进气电磁阀连接快接端口的第一快接头；所述出气管路一端连接外置检测器，另一端通过第一出气电磁阀连接快接端口的第二快接头；所述洗气装置包括洗气瓶，进气管路、出气管路、第二进气电磁阀和第二出气电磁阀；洗气瓶进气口通过第二进气电磁阀连接进气管路；洗气瓶出气口通过第二出气电磁阀连接出气管路；所述快接端口包括培养装置接口和设置于培养装置接口上的第一快接头、第二快接头；所述培养装置接口连接培养装置；所述进气管路上设有隔水装置和干燥装置，用于隔水和干燥；所述进气主管路、出气主管路一端连接外置检测器，另一端分别通过气排连接多组进气管路，多组出气管路；所述隔水装置设置于进气主管路上；所述隔水装置为软管过滤阀，所述软管过滤阀连接两段气相管，软管过滤阀中间固定防水滤膜；所述干燥装置为循环水冷袋；所述循环水冷袋包裹在进气管路靠近第一快接头处，循环水冷袋上设有进水管和出水管，循环进出冷水；所述系统保护模块连接第二进气电磁阀和第二出气电磁阀，并通过与非门系统保护程序控制洗气装置相关电磁阀启停；所述电源用于给用电装置供电。

全文数据：温室气体自动进样系统技术领域本发明属于环境监测技术领域，尤其涉及温室气体自动进样系统。背景技术随着现代温室气体分析仪器的快速发展，温室气体检测进样有各种各样手段，如注射器直接进样法、定量管进样法、顶空进样法、热解析进样法、吹扫捕集和固相萃取等也取得了较大的进步。而进样方式或方法的不同对分析结果有明显影响，研究表明，自动进样自动化程度高，连续性好，标准曲线的相关系数比手工进样检测结果更为理想集，因此自动进样器已广泛用于气相分析。但国内至今没有应用于该分析领域的温室气体实验室培养原位气相自动进样器。这主要是因为实验室内要求高频率、原位、实时、多组进样使得自动进样难度很大；样品气体干燥度和气密性要求高，使其应用范围受到限制，因此关注温室气体实验室培养原位进样装置显得尤为重要。目前我国基本采用气相色谱法、光谱法测定温室气体，按进样方式主要为气袋和针筒采样→手动进样法。气袋采样繁琐，工序复杂，采样前需要抽真空，采样过程中容易造成交叉污染。手动进样法采样及分析比较简单，应用广泛，但是手动分析重复性较差，分析效率低，检测人员工作强度大。多功能自动进样器在环境监测系统应用日益广泛，它具有液体进样、顶空气体进样及微萃取进样等多种进样功能，本文采用自动进样器实现了实验室培养原位自动连续进样。同时使用电子气路控制同步控制外设扩展系统，原位自动进气样的时候，同步控制外设扩展系统能同步控制实验所需外接其他监测指标的同步控制，极大的提升本装置扩展性与兼容性。方法简单、快速，最大程度地保证了进样的一致性，从而保证了分析结果的准确性。气体自动进样器的使用对于降低工作强度和提高工作效率具有重要意义。发明内容本发明所要解决的技术问题是针对现有技术存在的问题，提供一种温室气体自动进样装置。本发明解决上述问题的技术方案为：一种温室气体自动进样系统，包括：控制装置、继电器、输入装置、电磁阀、气体进样装置、洗气装置、快接端口、多组培养装置和电源；所述控制装置用于系统控制；所述继电器连接控制装置和电磁阀，控制电磁阀启闭；所述输入装置连接控制装置，用于输入自定义参数，包括多组培养装置进样顺序、检测时长、采样周期和洗气时间；所述气体进样装置包括外置检测器、进气管路、出气管路、第一进气电磁阀和第一出气电磁阀；所述进气管路一端连接外置检测器，另一端通过第一进气电磁阀连接快接端口的第一快接头；所述出气管路一端连接外置检测器，另一端通过第一出气电磁阀连接快接端口的第二快接头；所述洗气装置包括洗气瓶，进气管路、出气管路、第二进气电磁阀和第二出气电磁阀；洗气瓶进气口通过第二进气电磁阀连接进气管路；洗气瓶出气口通过第二出气电磁阀连接出气管路；所述快接端口包括培养装置接口和设置于培养装置接口上的第一快接头、第二快接头；所述培养装置接口连接培养装置；所述进气管路上设有隔水装置和干燥装置，用于隔水和干燥；所述电源用于给用电装置供电作为本发明的进一步改进，所述隔水装置为软管过滤阀，所述软管过滤阀连接两段气相管，软管过滤阀中间固定防水滤膜。隔水装置可防止水进入外部检测器。作为本发明的进一步改进，所述干燥装置为循环水冷袋；所述循环水冷袋包裹在进气管路靠近快接头处，循环水冷袋上设有进水管和出水管，循环进出冷水。循环水冷袋中的水循环将包裹住的进气管中气体水分冷却，在进气管壁上冷却凝结成水珠顺着进气管进入原培养体系，从而干燥气体，这一干燥体系为样品非接触式干燥，可避免干燥剂对待测气体成分的吸收。作为本发明的进一步改进，所述进气管路、出气管路由多个18口径金属或聚四氟乙烯塑料气相管连接组成。作为本发明的进一步改进，还包括进气主管路、出气主管路；所述进气主管路、出气主管路一端连接外置检测器，另一端分别通过气排连接多组进气管路，多组出气管路；所述隔水装置设置于进气主管路上，所述干燥装置分别设置于各进气管路上。作为本发明的进一步改进，还包括系统保护模块，所述系统保护模块连接第二进气电磁阀和第二出气电磁阀，控制洗气装置启停，在气体进样装置的所有管路均关闭时，开启洗气装置的管路。采用系统保护模块可控制洗气装置，可保护进样系统和检测装置防闭塞。作为本发明的进一步改进，还包括同步控制外设扩展端口；所述同步控制外设扩展端口连接控制装置，同步控制外设扩展端口上设有多组同时开启关闭、同时反向开启关闭的接线端口，所述每组接线端口分别连接继电器的常开、常关端子。进一步的，所述系统还包括附加用电装置，所述附加用电装置的电源线接入同步控制外设扩展端口的开启关闭接线端口或反向开启关闭接线端口。所述扩展端口可扩展为自动取样装置，根据实验需求独立控制用电装置实现自动取样的功能。或可扩展为其他装置，例如增设风扇、抽水装置，如果在控制进气样的同时需要同时控制培养装置中风扇、抽水装置，则将风扇、抽水装置的电源线分别接入同步控制外设扩展端口中的两组同时开启关闭的接线端口，可实现进样和风扇、抽水装置同时开启；如果需要实现不进气的时候，开启风扇、抽水装置，则将风扇、抽水装置的电源线分别接入同步控制外设扩展端口中的两组同时反向开启关闭的接线端口，可实现进样和风扇、抽水装置相反开启。作为本发明的进一步改进，还包括自检装置，自检装置内设有真空压力计和报警装置；所述真空压力计连接气排，检测气排中压力大小；所述报警装置根据真空压力计的检测结果进行故障提示。作为本发明的进一步改进，还包括散热装置，用于发热元件散热；所述散热装置包括散热风扇，所述散热风扇设置于电磁阀处。作为本发明的进一步改进，所述系统中的硬件装置采用铝制机箱固定。作为本发明的进一步改进，系统自动进样流程如下：（1）设置气体进样装置的管路进样顺序、每组管路的进样开启时间、进样检测时长、进样管路关闭时长；设置在气体进样装置的所有管路均关闭时，启动洗气装置，洗气装置通空气氮气；对于需接入纯氮气进行管路清洗的实验则通入氮气，其他实验则通入空气，降低氮气消耗，节省成本；（2）在多组培养装置中放入培养体系后，迅速依次接入各快接端口；（3）启动系统，开始自动进样。作为本发明的进一步改进，还包括，将附加用电装置的电源线插入同步控制外设扩展端口的开启关闭接线端口或反向开启关闭接线端口，实现进样装置、用电装置同时开启关闭或进样装置、用电装置同时反向开启关闭。作为本发明的进一步改进，还包括，在完成输入参数设置后，对系统进行自检；如接外置检测器进口端的气排监测压力为负压、接外置检测器出口端的气排监测压力为正压，则系统正常，否则报警装置报警，进行故障排查，自检通过后启动系统。本发明的系统将培养装置、气体进样装置和外置检测器在全过程多次进样检测时通过无拆卸式连接相连，实现多次进样检测过程中保持培养装置高气密性，并设计隔水、干燥装置保证干燥性；此外设计多个同步扩展端口，根据实验需求增加用电设备，具有高扩展性；通过控制实验室多组培养装置实现自动进样，并采用与非门系统保护程序控制洗气电磁阀防止外部检测器闭塞风险，进而实现对外部检测器的保护；整体系统可实现实验室内培养原位、批量、实时、准确的温室气体自动进样，减小实验系统误差，实现无人值守多批量、长期检测，极大降低实验人员的工作负荷。附图说明图1为实施例1系统结构示意图。图2为实施例2输入装置参数设置示意图。图3为实施例2多组进样效果图。图4为实施例2多组进样效果图。图1中：1、控制装置；2、继电器；3、输入装置；4、外置检测器；5、培养装置；6、快接端口；7、洗气瓶；8、进气总管路；81、进气管路；82、干燥装置；83、第一进气电磁阀；84、隔水装置；85；第二进气电磁阀；9、出气总管路；91、出气管路；92、第一出气电磁阀；93、第二出气电磁阀；10、气排；11、同步控制外设扩展端口；111、同时开启关闭接线端口；112、同时反向开启关闭接线端口；12、系统保护模块；13、电源；14、UPS电源；15、散热装置；16、自检装置。具体实施方式实施例1本实施例具体说明本发明的系统结构。如图1所示的温室气体进样系统，包括控制装置1、继电器2、输入装置3、电磁阀、气体进样装置、洗气装置、快接端口6、多组培养装置5和电源13；其中控制装置1为单片机，输入装置3为触摸式数显屏幕。继电器2连接控制装置1和电磁阀，控制电磁阀启闭。输入装置3连接控制装置1，用于输入自定义参数，包括多组培养装置进样顺序、检测时长、采样周期和洗气时间。气体进样装置包括外置检测器4、进气管路81、出气管路91、第一进气电磁阀83和第一出气电磁阀92；进气管路81一端连接外置检测器4，另一端通过第一进气电磁阀82连接快接端口6的第一快接头；出气管路91一端连接外置检测器4，另一端通过第一出气电磁阀92连接快接端口6的第二快接头；洗气装置包括洗气瓶7，进气管路81、出气管路91、第二进气电磁阀85和第二出气电磁阀93；洗气瓶7进气口通过第二进气电磁阀85连接进气管路81；洗气瓶7出气口通过第二出气电磁阀93连接出气管路91。快接端口6包括培养装置接口和设置于培养装置接口上的第一快接头、第二快接头；培养装置接口连接培养装置7。进气管路81、出气管路91由多个18口径金属或聚四氟乙烯塑料气相管连接组成。进气管路81、出气管路91经气排10汇入进气总管路8、出气总管路9。进气主管路8上设置隔水装置84，进气管路81和第一快接头连接处设置干燥装置82。隔水装置84为软管过滤阀，软管过滤阀连接两段气相管，软管过滤阀中间固定防水滤膜。干燥装置82为循环水冷袋；循环水冷袋包裹在进气管路靠近第一快接头处，循环水冷袋上设有进水管和出水管，循环进出冷水。洗气装置基于系统保护模块12控制，系统保护模块12连接第二进气电磁阀85和第二出气电磁阀93，控制洗气装置启停，在气体进样装置的所有管路均关闭时，开启洗气装置的循环管路，从而实现外置检测器4和进样装置的保护，防止闭塞。本实施例中还设有同步控制外设扩展端口11；同步控制外设扩展端口11连接控制装置1，同步控制外设扩展端口11上设有多组同时开启关闭、同时反向开启关闭的接线端口111、112，每组接线端口分别连接继电器的常开、常关端子。在设置附加用电装置时，将附加用电装置的电源线接入同步控制外设扩展端口的开启关闭接线端口或反向开启关闭接线端口，以实现附加用电装置和进样装置的同步反向同步开启关闭。电源13为5V电源，连接220VUPS电源14保护，用于220V转5V元件适用电压。本实施例系统还设有散热装置15，用于发热元件散热；散热装置15包括散热风扇，散热风扇设置于电磁阀处。本实施例系统还设有自检装置16，自检装置16内设有真空压力计和报警装置；真空压力计连接气排10进出口处，检测气排中压力的大小，接外置检测器4进口端的气排10监测压力为负压、接外置检测器4出口端的气排10监测压力为正压时，系统正常；若接外置检测器4进口端的气排10监测压力为负压、接外置检测器4出口端的气排10监测压力为正压，则系统异常，报警装置报警；报警装置可为报警灯或警铃等，在完成系统输入参数设置后开启自检装置16进行自检，如报警灯亮警铃响起则进行故障排查，直至通过自检。上述各硬件设备均安装固定在铝制机箱中，控制装置1（单片机）与继电器2固定于机箱左侧壁板上，输入装置触摸式数显屏幕安装在左侧壁板上、电磁阀模块安装在机箱顶部、散热模块安装在机箱尾部、电源模块安装在机箱底部，上述各硬件设备均安装固定在铝制机箱中，控制装置1（单片机）与继电器2固定于机箱左侧壁板上、输入装置3（触摸式数显屏幕）安装在左侧壁板上、电磁阀安装在机箱顶部、散热装置15安装在机箱尾部、电源13安装在机箱底部。本实施例中，系统自动进样流程如下：（1）设置气体进样装置的管路进样顺序、每组管路的进样开启时间、进样检测时长、进样管路关闭时长；设置在气体进样装置的所有管路均关闭时，开启洗气装置的管路，洗气装置通空气氮气；（2）在多组培养装置中放入培养体系后，迅速依次接入各快接端口；（3）启动系统，开始自动进样。实施例2本实施例以蓝藻矿化为例，说明采用实施例1的装置进行自动进样实验的方法。本次实验有4组培养瓶，在输入装置（触摸式数显屏幕）上设置1#、2#、3#、4#培养瓶进样顺序为1、2、3、4，进样间隙（洗气时间）为1min，进样检测时间为5min，进样频率为1h次。具体参数设置如图2所示；第i路：是指对第i路进气管路进样顺序，开启时间，进样检测时间，关闭时间参数设置；设定延时开启：是指第i路进气管路中开始进样时间设置；设定开启时长：是指第i路进气管路检测时长；设定关闭时长：是指第i路进气管路关闭时间；执行关闭：是指对第i路相关参数设定以后，是执行设置运行，还是关闭第i路设置运行。进样周期时长=设定延时开启参数+设定开启时长参数+设定关闭时长参数第1路：一分钟后开启（设定延时开启：001），检测时长为5min设定开启时长：005，一个小时检测一次（设定关闭时长：054），进样周期时长=设定延时开启+设定开启时长+设定关闭时长=001+005+054=60min。第2路：与第1路之间存在进样间隙（洗气时间）1min，设置设定延时开启=第1路设定延时开启+设定开启时长+1min=001+005+1=007，实现第1路与第2路之间依次进样，并检测1min，然后设定第2路检测时长为5min设定开启时长：005，一个小时检测一次（设定关闭时长：048），进样周期时长=设定延时开启+设定开启时长+设定关闭时长=007+005+048=60min。第3路：与第2路之间存在进样间隙（洗气时间）1min，设置设定延时开启=第2路设定延时开启+设定开启时长+1min=007+005+1=013，实现第2路与第3路之间依次进样，并检测1min，然后设定第3路检测时长为5min设定开启时长：005，一个小时检测一次（设定关闭时长：042），进样周期时长=设定延时开启+设定开启时长+设定关闭时长=013+005+042=60min。第4路：与第3路之间存在进样间隙（洗气时间）1min，设置设定延时开启=第4路设定延时开启+设定开启时长+1min=013+005+1=019，实现第3路与第4路之间依次进样，并检测1min，然后设定第4路检测时长为5min设定开启时长：005，一个小时检测一次（设定关闭时长：036），进样周期时长=设定延时开启+设定开启时长+设定关闭时长=019+005+036=60min。然后进行系统自检，如果自检未通过，则进行故障排查，手动检查电池阀、电源、气相管路连接是否正常，直至系统自检通过为止。参考Moodley2000，将藻细胞在12h光照12h黑暗的机制下于25℃培养在BG11培养基中。其中BG11培养基中的碳酸钠是选用购自sigma公司13C纯度为99.9%的Na213CO3，与未标记的实验室Na2CO3按照3:7配置培养基。待细胞生长到稳定阶段，约2个星期，就将其收获。整个收获过程是先用去离子水清洗藻细胞两遍，然后通过离心将其收集，最后在-53℃的冻干机中将其冷冻干燥24h。将冻干后的微囊藻存放在-20℃的冰箱中，即为13C标记的微囊藻屑。在前述4组培养瓶中每组均加入混合均匀的湿泥60mL和140mL巢湖水样（过0.22μm滤膜），1#、2#、3#、4#号培养瓶分别加入标记过的0.00g、0.01g、0.03g、0.05g藻屑，充入高纯氮气5min，迅速接入自动进样装置的快接端口，然后在触摸式数显屏幕上点击运行，本实验便根据上述设置开始自动进样。培养瓶置于恒温培养箱中恒温（22℃）培养，每天均匀摇动培养瓶三次。自动进样开始后，外部温室气体检测器检测结果如图3所示，4组培养装置严格按照上述时间设置进样。将数据从检测器里面导出来，将其中的一组CH4数据整理得出如图4中结果，进样效果十分精准。

权利要求：1.一种温室气体自动进样系统，其特征在于，包括：控制装置、继电器、输入装置、电磁阀、气体进样装置、洗气装置、快接端口、多组培养装置和电源；所述控制装置用于系统控制；所述继电器连接控制装置和电磁阀，控制电磁阀启闭；所述输入装置连接控制装置，用于输入自定义参数，包括多组培养装置进样顺序、检测时长、采样周期和洗气时间；所述气体进样装置包括外置检测器、进气管路、出气管路、第一进气电磁阀和第一出气电磁阀；所述进气管路一端连接外置检测器，另一端通过第一进气电磁阀连接快接端口的第一快接头；所述出气管路一端连接外置检测器，另一端通过第一出气电磁阀连接快接端口的第二快接头；所述洗气装置包括洗气瓶，进气管路、出气管路、第二进气电磁阀和第二出气电磁阀；洗气瓶进气口通过第二进气电磁阀连接进气管路；洗气瓶出气口通过第二出气电磁阀连接出气管路；所述快接端口包括培养装置接口和设置于培养装置接口上的第一快接头、第二快接头；所述培养装置接口连接培养装置；所述进气管路上设有隔水装置和干燥装置，用于隔水和干燥；所述电源用于给用电装置供电。2.根据权利要求1所述的一种温室气体自动进样系统，其特征在于，所述隔水装置为软管过滤阀，所述软管过滤阀连接两段气相管，软管过滤阀中间固定防水滤膜。3.根据权利要求1所述的一种温室气体自动进样系统，其特征在于，所述干燥装置为循环水冷袋；所述循环水冷袋包裹在进气管路靠近快接头处，循环水冷袋上设有进水管和出水管，循环进出冷水。4.根据权利要求1所述的一种温室气体自动进样系统，其特征在于，所述进气管路、出气管路由多个18口径金属或聚四氟乙烯塑料气相管连接组成。5.根据权利要求1所述的一种温室气体自动进样系统，其特征在于，还包括进气主管路、出气主管路；所述进气主管路、出气主管路一端连接外置检测器，另一端分别通过气排连接多组进气管路，多组出气管路；所述隔水装置设置于进气主管路上，所述干燥装置分别设置于各进气管路上。6.根据权利要求1所述的一种温室气体自动进样系统，其特征在于，还包括系统保护模块，所述系统保护模块连接第二进气电磁阀和第二出气电磁阀，控制洗气装置启停，在气体进样装置的所有管路均关闭时，开启洗气装置的循环管路。7.根据权利要求1所述的一种温室气体自动进样系统，其特征在于，还包括同步控制外设扩展端口；所述同步控制外设扩展端口连接控制装置，同步控制外设扩展端口上设有多组同时开启关闭、同时反向开启关闭的接线端口，所述每组接线端口分别连接继电器的常开、常关端子。8.根据权利要求7所述的一种温室气体自动进样系统，其特征在于，还包括附加用电装置，所述附加用电装置的电源线接入同步控制外设扩展端口的开启关闭接线端口或反向开启关闭接线端口。9.根据权利要求5所述的一种温室气体自动进样系统，其特征在于，还包括自检装置，自检装置内设有真空压力计和报警装置；所述真空压力计连接气排，检测气排中压力大小；所述报警装置根据真空压力计的检测结果进行故障提示。10.根据权利要求1~9任一项所述的一种温室气体自动进样系统，其特征在于，系统自动进样流程如下：（1）设置气体进样装置的管路进样顺序、每组管路的进样开启时间、进样检测时长、进样管路关闭时长；设置在气体进样装置的所有管路均关闭时，启动洗气装置，洗气装置通空气氮气；（2）在多组培养装置中放入培养体系后，迅速依次接入各快接端口；（3）启动系统，开始自动进样。

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