[实用新型]基于微流控芯片的土壤冻融模拟装置

说明书

本实用新型公开了一种基于微流控芯片的土壤冻融模拟装置，包括：微流控芯片，其内构建有多孔介质网络模型，用于模拟土壤内孔隙分布的空间结构；温控装置，与微流控芯片连接，用于通过对微流控芯片进行温度控制，模拟冻融过程；光学成像系统，朝向微流控芯片，用于对微流控芯片进行拍摄进行图像视频采集。本实用新型的土壤冻融模拟装置，基于微流控芯片，具有结构简单、使用方便、重复性好的特点，基于该模拟装置可实现无损、实时及定量化的监测冻融过程中土壤污染物组分的分布。

技术领域

本实用新型涉及土壤研究领域，特别是涉及一种基于微流控芯片的土壤冻融模拟装置。

背景技术

我国是世界第三冻土大国，冬季冻结、夏季融冻的季节性冻土面积约占国土面积的53.50％；东北、西北地区以及青藏高原等地区，最大冻结深度都在1米以上，部分地区能达到2米以上，且有冻土存在的冻融时间超过200天。对于冻土而言，由于土壤的冻融过程中伴随着复杂的物理、物理化学和热力学现象，这些复杂的现象造成了冻土相较于非冻土而言更为复杂多变。同时，随着人类活动所造成污染的加剧，土壤以及地下水的污染日益严重，针对这一现状，对于非冻土区或季节性冻土区的非冰冻期土壤及地下水的污染问题，很多学者就污染物的组分分布、迁移特征等已进行了较系统的研究，并取得了丰富的成果和研究经验；但是目前我们对于冻土区土壤以及地下水中污染物组分的迁移特征、分布规律以及影响机理还缺乏深入的理解，缺乏完善系统的实验方法。因此，开展冻融条件下土壤中污染物迁移再分配规律的研究，就必须首先要有一种简单且科学合理的，能够模拟自然情况下土壤冻融过程，并且能够支持对其中污染物组分进行定量化研究的实验方法，使得研究人员能够在室内科学且便捷的实现土壤冻融过程来开展相关科学研究，获得合理且充分的科研数据。

专利CN105115882提出了一种土壤冻融过程的室内模拟方法，专利CN107462594提出了一种利用制冷片进行土壤冻融过程的室内模拟方法，专利CN106066273提出了一种模拟垂直人工冻结法的冻融试验设备，上述专利的优点均在于能够较长时间、较为真实的模拟自然情况下土壤的冻融过程，而且理论方法上较为简单，容易实现。但是，在上述专利中，不仅需要进行复杂繁琐的装置设计、结构复杂、价格昂贵、操作不便、实验周期长和可重复性差，而且做不到无损、实时且定量化的监测冻融过程中土壤污染物组分的分布。

由此可见，上述现有的对土壤冻融过程的研究在设备结构、方法与使用上，显然仍存在有不便与缺陷，而亟待加以进一步改进。如何能创设一种结构简单、使用方便、重复性好且可实现无损、实时及定量化的监测冻融过程中土壤污染物组分分布的土壤冻融模拟装置，成为当前业界极需改进的目标。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是提供一种结构简单、使用方便、重复性好的土壤冻融模拟装置，使其可实现无损、实时及定量化的监测冻融过程中土壤污染物组分的分布。

为解决上述技术问题，本实用新型采用如下技术方案：

基于微流控芯片的土壤冻融模拟装置，包括：

微流控芯片，其内构建有多孔介质网络模型，用于模拟土壤内孔隙分布的空间结构；

温控装置，与微流控芯片连接，用于通过对微流控芯片进行温度控制，模拟冻融过程；

光学成像系统，朝向微流控芯片，用于对微流控芯片进行拍摄进行图像视频采集。

作为本实用新型进一步地改进，所述温控装置包括半导体制冷片、散热系统和电路板；

所述半导体制冷片安装在微流控芯片两端的底部，一端为冷端，另一端为暖端；

所述散热系统安装在所述暖端，为暖端散热；

所述电路板与半导体制冷片及散热系统相连，通过调节输出端电压来调节温度。

进一步地，所述半导体制冷片的温度范围为-10℃—10℃。