基于微波加热的植物或土壤水分快速真空抽提方法
【专利摘要】本发明涉及一种基于微波加热的植物、土壤水分快速真空抽提方法，具体包括样品管被微波加热，水分蒸汽收集，连接管路，真空系统和抽提系统，其过程是将保存在冷冻状态的样品快速装入样品管中，把样品管与抽提系统连接，并将样品管浸没在液氮槽中，安装好收集管并确认系统不漏气，打开抽提系统与真空系统的连接阀抽真空，当真空值低于50mTorr，关闭连接阀，使样品管与收集管形成一个相互联通的高真空密闭体系。然后将样品管置于微波加热腔内的装有液氮的液氮槽内，使收集管浸没在液氮中，打开微波加热器电源开始加热样品，收集管中收集从样品管中受热蒸发出的水分，将植物或土壤中的水分完全抽提后，将收集管取下，用封口膜封口，用于D/H，16O/18O测定。
【专利说明】基于微波加热的植物或土壤水分快速真空抽提方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种基于微波加热的植物或土壤水分快速真空抽提方法，具体涉及一种用于稳定同位素分析的水分抽提方法。
【背景技术】
[0002]植物中氢和氧的主要来源是水，植物所能利用的水分主要来自降水、土壤水、径流(包括融雪)和地下水。土壤水、径流和地下水最初也全部来自降水，但由于土壤水分输入的季节变化、地表层的蒸发或土体水分和地下水之间的差异使得土壤水分产生同位素组成梯度。一般来说，植物根系吸收水分过程以及随后的木质部水分运输过程均不发生同位素分馏效应,即根的和茎内水的δ D、δ 18O值与土壤中可供植物吸收的水之δ D、δ 18O值相近。因此可以通过分析植物茎水的同位素比率来确定根系对不同来源的土壤水的吸收，进一步地了解根在土壤剖面中的活动和在自然群落中植物对水分的利用的差别。在整个生长过程中，植物不仅仅利用一种水源(包括大气降水、土壤水、地下水等)。利用稳定同位素技术不但可以测定植物在不同环境下所利用水分的深度并且对使用两个以上水源的植物可以定量其所利用水源所占的比例；而且还可以研究植物水分利用在时间上的变化，这一点是仅通过分析植物根系在土壤剖面中的分布所不能确定的。同位素技术的另一个重要作用是确定在土壤中哪部分植物根系是吸收水分的最活跃区域。因为植物根系通常遍布整个土壤剖面，但这并不意味着根系在其存在的土层中都表现出水分摄取活性，到目前为止其它方法则难以解决这一问题，解决这些问题的前提条件是能获得不同部位的完整的水分样品用于稳定同位素检测。
[0003]目前的植物、土壤水分提取方法是采用在真空样品管的外部包裹电热丝加热样品，由于样品管内为高真空，阻隔了热量向样品传导，使得提取效率不高。以植物茎干为例，加热提取的时间超过2小时才能将植物水分抽提完全。此外现有装置是由硬质玻璃管热熔焊接制成，使用中极易损坏。针对现有装置存在的问题，本发明提出新的更加快捷的技术方案。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于，提供一种基于微波加热的植物或土壤水分快速真空抽提方法，该方法是由样品采集、系统检漏、冷冻、抽真空和加热抽提步骤完成，其过程是将保存在冷冻状态的样品快速装入样品管中，将样品管与抽提系统连接，并将样品管浸没在液氮槽中，安装好收集管并确认系统不漏气，打开抽提系统与真空系统的连接阀抽真空，当真空值低于50mTorr，关闭抽提系统与真空系统的连接阀，使样品管与收集管形成一个相互联通的高真空密闭体系。然后将收集管浸没在液氮中，再将样品管置于微波加热腔内，打开微波加热器电源开始加热样品，在收集管中收集从样品中受热蒸发出的水分，待样品水分完全抽提后，将收集管取下，用封口膜封口，用于D/H，160/180测定。
[0005]本发明所述的一种基于微波加热的植物或土壤水分快速真空抽提方法，该方法中涉及的装置是由真空系统(14)，真空泵(3)、真空计(9)、阀门(4)、真空泵开关(12)、抽提系统(10)、微波加热器(7)、样品管(I)、收集管(2)、液氮槽(8)、液氮槽(11)、微波加热腔
[5]、红外传感器(6)组成，具体操作按下列步骤进行:
[0006]a、样品采集:采集能够提取0.2-1.0ml水的植物或土壤的样品，样品采集后应立即装入样品瓶中加盖密封并冷冻保存；
[0007]b、系统检漏:将样品管(I)和收集管(2)分别与抽提系统(10)连接，抽提系统(10)与真空系统(14)连接，打开真空泵(3)，当真空度低于eOmTorr时，关闭真空泵(3)，观察抽提系统中真空计(9)是否变化；
[0008]c、冷冻样品:将样品管(I)取出，放入步骤a采集的样品，再将样品管(I)放入微波加热腔(5)中的液氮槽(11)内，并在液氮槽(11)中加入液氮，将样品管(I)完全浸没在液氮中10-20分钟；
[0009]d、样品继续冷冻，打开真空泵(3)上的真空泵开关(12)，同时打开固定在真空系统(14)上的连接阀(4)，待整个系统真空度稳定，真空度低于50-60mTorr，关闭连接阀(4)；
[0010]e、加热抽提，先将收集管(2)放入装有液氮的液氮槽(8)中，打开微波加热控制器(7)上的电源(13)，采用微波、超声波或远红外波产生热能加热样品管(1)，由样品管(I)温度自动控制微波输出，使样品管(I)温度保持在105-120°C，收集管(2)收集从样品管(I)中受热蒸发出的水分，直到水分被完全抽提进入收集管(2)中，收集过程中根据收集水分的高度，通过不断添加液氮调整液氮槽(8)中液氮的高度，加热抽提完成后，将收集管(2)取下，迅速用专用瓶盖封口，冷藏保存测定。
[0011]在步骤C中将步骤a样品从冰柜取出后，需在室温下放置几分种，去掉密封膜，擦干样品管外壁的水分，然后再将样品放入样品管(I)中。
[0012]步骤e中植物根或茎样品中的水分收集时间为30-45分钟，土壤样品中的水分收集时间为20-30分钟。
[0013]步骤e中样品加热温度由红外线方式测量，并反馈控制微波、超声波或远红外波的功率输出，使样品温度控制在105-120°C。
[0014]所述方法涉及的装置中，在真空系统(14)的一端分别连接真空计(9)和真空泵
(3)，另一端分别固定均等排列的与抽提系统(10)连接的真空管，在真空管上设有阀门
(4)，抽提系统(10)的一端与均等排列的若干个样品管(I)连接，其另一端与均等排列的若干个收集管(2)连接。
[0015]所述方法涉及的装置中，在微波加热腔(5) —侧的底部固定微波加热器(7)，样品管(I)放入液氮槽(11)中，再将液氮槽(11)放入微波加热腔(5)内，在样品管(I)的下端固定有红外传感器(6),收集管(2)放入液氮槽(8)中。
[0016]所述方法涉及的装置中，抽提系统(10)的管路由整块可熔融四氟乙烯共聚物材料加工而成，抽提系统(10)的两端与样品管(I)和收集管(2)采用螺口方式旋紧连接。
[0017]本发明所述的基于微波加热的植物、土壤水分快速真空抽提方法，其中:
[0018]在样品采集中，采样量根据植物或土壤的含水量评估确定，一般以能够提取
0.2-1.0ml水为宜，样品采集后应立即装入样品管(I)中加盖密封并冷冻保存；
[0019]在系统检漏中，提取水分之前检查系统是否密闭，具体方法是将样品管(I)和收集管⑵都分别与抽提系统(10)连接，打开真空泵(3)并接通系统，当真空度低于eOmTorr时，关闭真空，观察抽提系统的真空计(9)是否变化；
[0020]冷冻样品，系统检查完成后，将样品管(I)取出，放入采集后并冷冻保存的样品，再将样品管(I)放入微波加热腔(5)中，液氮槽(11)加入液氮，将样品管(I)完全浸没在液氮中10-20分钟；
[0021]抽真空:样品继续冷冻，依次打开真空泵开关(12)及真空系统(14)和抽提系统(10)之间固定的连接阀(4)，待整个系统真空度稳定，通常情况下真空度要低于50-60mTorr，关闭连接阀(4)；
[0022]加热抽提，先将收集管(2)放入装有液氮的液氮槽(8)中，打开微波加热控制器
(7)电源(13)加热样品管(1)，根据样品管(I)温度自动控制微波输出，使样品管(I)温度保持在105-120摄氏度直到水分被完全抽提，样品管(I)蒸发出的水分被抽提进入收集管
(2)中，此过程根据样品不同而确定，通常情况下植物根、茎为30-45分钟，土壤为20-30分钟,收集过程中根据收集水分的情况调整液氮槽(8)的高度，并不断添加液氮,加热抽提完成后，将收集管(2 )取下，迅速用专用瓶盖封口，冷藏保存用于D/H，160/180测定。
[0023]为验证微波加热抽提法的有效性及可行性，通过测试结果可以进一步得到论证见表:
[0024]
【权利要求】
1.一种基于微波加热的植物或土壤水分快速真空抽提方法，其特征在于该方法中涉及的装置是由真空系统(14)，真空泵(3)、真空计(9)、阀门(4)、真空泵开关(12)、抽提系统(10)、微波加热器(7)、样品管(I)、收集管(2)、液氮槽(8)、液氮槽(11)、微波加热腔(5)、红外传感器(6)组成，具体操作按下列步骤进行:a、样品采集:采集能够提取0.2-1.0ml水的植物或土壤的样品，样品采集后应立即装入样品瓶中加盖密封并冷冻保存；b、系统检漏:将样品管(I)和收集管(2)分别与抽提系统(10)连接，抽提系统(10)与真空系统(14)连接，打开真空泵(3)，当真空度低于60 mTorr时，关闭真空泵(3)，观察抽提系统中真空计(9)是否变化；c、冷冻样品:将样品管(I)取出，放入步骤a采集的样品，再将样品管(I)放入微波加热腔(5)中的液氮槽(11)内，并在液氮槽(11)中加入液氮，将样品管(I)完全浸没在液氮中10-20分钟；d、样品继续冷冻，打开真空泵(3)上的真空泵开关(12)，同时打开固定在真空系统(14)上的连接阀(4)，待整个系统真空度稳定，真空度低于50-60 mTorr，关闭连接阀(4)；e、加热抽提，先将收集管(2)放入装有液氮的液氮槽(8 )中，打开微波加热控制器(7 )上的电源(13)，采用微波、超声波或远红外波产生热能加热样品管(1)，由样品管(I)温度自动控制微波输出，使样品管(I)温度保持在105-120°C，收集管(2)收集从样品管(I)中受热蒸发出的水分，直到水分被完全抽提进入收集管(2)中，收集过程中根据收集水分的高度，通过不断添加液氮调整液氮槽(8)中液氮的高度，加热抽提完成后，将收集管(2)取下，迅速用专用瓶盖封口，冷藏保存测定。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于在步骤c中将步骤a样品从冰柜取出后，需在室温下放置几分种，去掉密封膜，擦干样品管外壁的水分，然后再将样品放入样品管(I)中。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于步骤e中植物根或茎样品中的水分收集时间为30-45分钟，土壤样品中的水分收集时间为20-30分钟。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于步骤e中样品加热温度由红外线方式测量，并反馈控制微波、超声波或远红外波的功率输出，使样品温度控制在105-120°C。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于该方法所涉及的装置中，在真空系统(14)的一端分别连接真空计(9)和真空泵(3)，另一端分别固定均等排列的与抽提系统(10)连接的真空管，在真空管上设有阀门(4)，抽提系统(10)的一端与均等排列的若干个样品管(I)连接，其另一端与均等排列的若干个收集管(2 )连接。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于该方法所涉及的装置中，在微波加热腔(5)一侧的底部固定微波加热器(7)，样品管(I)放入液氮槽(11)中，再将液氮槽(11)放入微波加热腔(5)内，在样品管(I)的下端固定有红外传感器(6),收集管(2)放入液氮槽(8)中。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于该方法所涉及的装置中，抽提系统(10)的管路由整块可熔融四氟乙烯共聚物材料加工而成，抽提系统(10)的两端与样品管(I)和收集管(2 )采用螺口方式旋紧连接。
【文档编号】G01N1/28GK103439164SQ201310401600
【公开日】2013年12月11日 申请日期:2013年9月5日 优先权日:2013年9月5日
【发明者】牟书勇, 赵莉, 赵兴华, 尹辉, 侯博, 王坤, 林启峰 申请人:中国科学院新疆生态与地理研究所