應用領域|冷凍干燥技術在土壤監(jiān)測領域的應用

冷凍干燥技術廣泛應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

冷凍干燥技術廣泛應用在食品和藥品中，而土壤凍干則是一種特殊的應用方式。土壤冷凍干燥是指將土壤樣品進行預凍處理后，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致水分結構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。速度過快會導致土樣品的結構破壞，速度過慢則會延長干燥時間。溫度和時間的選擇應根據(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、復水過程

在干燥過程結束后，將土樣品重新加入水分，使其恢復到正常的含水量，復水過程是為了使土壤樣品重新吸收水分，恢復其原有的特性和功能。復水過程中，需要注意水分的添加量和速度，以避免過量或過快的復水導致土壤樣品的結構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構和改變其化學性質(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構和生理特性，不會產(chǎn)生熱量導致的化學反應或酶失活等問題。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，在保持土壤原有結構特性以及微生物、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。

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。

研究所的學科方向為環(huán)境化學與分析化學、環(huán)境經(jīng)濟與環(huán)境管理、生態(tài)學、環(huán)境生物與生物技術、環(huán)境工程與環(huán)境材料；重點研究領域為：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、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。