冷冻干燥技术在土壤监测领域的应用

赵桂芝 0 2023-12-25

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土壤检测冻干技术

土壤检测是非常重要的，土壤是建筑工程中至关重要的一环，其成分直接影响建筑物的稳定性以及用地环境的可持续性。建筑用地土壤检测通常从三个维度检测土壤的情况。今天就跟小析姐来看下，冷冻干燥技术在土壤检测领域中的应用。

第一、重金属检测，重金属是土壤中常见的污染物之一，对于建筑用地来说具有重要的环境影响。利用先进的仪器和方法，检测土壤中的重金属含量，可确保土壤环境符合安全标准。

第二、常规化学成分检测，对土壤中的常见化学成分如氮、磷、钾等进行检测，帮助了解土壤的营养状况以及对植物生长的适宜程度。

第三、土壤微生物检测，土壤微生物是土壤生态系统中重要的组成部分，对于维持土壤健康和功能具有重要作用。通过检测土壤中的微生物数量和活性，评估土壤的生物学特性。

冷冻干燥技术广泛应用到于土壤检测样品前处理中，可使土壤的pH值全碳、全氮、速效钾含量等无显著变化，因此采用冷冻干燥处理后的土壤样品测定上述指标更加方便。同时冻干土壤样本测定值稳定、重现性好、元素流失少。

土壤冷冻干燥的原理

冷冻干燥技术广泛应用在食品和药品中，而土壤冻干则是一种特殊的应用方式。土壤冷冻干燥是指将土壤样品进行预冻处理后，并通过真空泵对箱体抽真空，进而在低温及真空状态下，将土壤中的水分由固态升华成气态，再借助真空系统的捕水装置将水蒸气冷凝，除其中的水分，进而得到干燥脱水制品的干燥方法。这种方法可以保留土壤中的有机质和微生物活性，使得土壤样品在冷冻干燥的同时不会丧失其原有的特性和功能。土壤冷冻干燥的原理主要包括冷冻、干燥和复水三个过程。

一、冷冻过程

在冷冻过程中，土壤样品被放置在低温环境下，通过冷冻使水分在土壤中凝固成冰，冷冻的目的是将水分从液态转变为固态，使得后续的干燥过程能够更加高效地进行。冷冻过程中，需要控制冷却速度和冷却温度，以避免过快或过慢的冷却导致水分结构的改变和土壤样品的破坏。

二、干燥过程

在冷冻过程中，通过抽真空的方式，将冰直接转化为水蒸气，从而实现对土壤样品中水分的去除。干燥过程中，需要控制的参数包括抽真空速度、温度和时间等。速度过快会导致土样品的结构破坏，速度过慢则会延长干燥时间。温度和时间的选择应根据土壤样品的特性和干燥的目的进行调节，以达到最佳的干燥效果。

三、复水过程

在干燥过程结束后，将土样品重新加入水分，使其恢复到正常的含水量，复水过程是为了使土壤样品重新吸收水分，恢复其原有的特性和功能。复水过程中，需要注意水分的添加量和速度，以避免过量或过快的复水导致土壤样品的结构破坏和微生物活性的缺失。

土壤冷冻干燥的优势

土壤烘干和冻干都是将土壤中的水分蒸发除去的方法，但它们的实现过程和效果略有不同。

一般烘干是指利用外部加热设备（如电热器）或太阳能直接对土壤进行加热，使其中的水分蒸发出来。这种方法虽然快速，但有可能会破坏土壤的结构和改变其化学性质。而且，由于普通干燥时会伴随着各种酶的活性损失，长时间烘干会导致土壤中的养分流动、锁定及土壤生物沉寂、死亡等问题。

冻干法则是将样品制成冷冻原料，并使用真空技术在低温下增加介质压力，让冰直接升华成为蒸汽态，从而取出样品中的水分。冻干法需要较长时间，但可保持土壤原有结构和生理特性，不会产生热量导致的化学反应或酶失活等问题。因此，冻干法多用于对土壤样品中微生物菌群、酶活性、胶体稳定性，以及其他容易受到热力影响的物质进行分析。

综上所述，对于不同的土壤样品和所需测定内容，可根据实际情况选择适合的干燥方法。但总体而言，在保持土壤原有结构特性以及微生物、酶活性等方面上，冻干法比烘干法更具优势。

土壤冻干机案例

研究所的学科方向为环境化学与分析化学、环境经济与环境管理、生态学、环境生物与生物技术、环境工程与环境材料；重点研究领域为：城市生态健康与环境安全、城市环境污染控制与资源化技术、城市环境工程与循环经济、城市生态环境规划与管理。