[发明专利]一种便携式反刍动物瘤胃微生物恒温厌氧自动取样装置及取样方法

权利要求书

1.一种便携式反刍动物瘤胃微生物恒温厌氧自动取样装置及取样方法，其特征置于：包括控温系统(A)、控氧系统(B)、取样系统(C)、过滤收集系统(D)；

所述的控温系统(A)、控氧系统(B)、取样系统(C)与过滤收集系统(D)通过硅胶管道连接，通过各系统中阀门的开闭控制，完成空气和氮气在整个系统内部的贯通以及液体的收集；

所述的控温系统(A)包括可移动电源(1)、温度控制器(2)、加热/保温套(3)、保温收集瓶(4)、进排气管(5)和进料管(6)；温度控制器(2)通过可移动电源(1)供电，加热/保温套(3)底部为加热底盘，四周为双层保温膜嵌套，电阻丝均匀分布在保温膜内部，温度控制器(2)实时监测底盘温度值，自动调控至目标温度39℃；取样开始前先进行预热，使温度达到预设温度；加热保温套(3)嵌套在保温收集瓶(4)外部，保温收集瓶(4)瓶口为盖管一体式，短管为进排气管(5)，通过硅胶软管与短管三通阀(11)连接，长管为进料管(6)，与引流管(23)通过硅胶软管贯通；

所述的控氧系统(B)包括微型真空泵(7)、接泵三通阀(8)、抽滤阀门(9)、气体控制阀(10)、短管三通阀(11)、氮气阀(12)和小型氮气瓶(13)；接泵三通阀(8)其中一端与微型真空泵(7)通过管道连接，一端与抽滤阀门(9)连接，另一端连接硅胶软管与短管三通泵(11)贯通，抽滤阀门(9)另一端通过硅胶软管与过滤引流器凸嘴(21)连接通向过滤系统，短管三通泵(11)一端与氮气阀(12)连接，小型氮气瓶(13)的气流状态通过氮气阀(12)控制，剩余的一端与进排气管(5)贯通；

所述的取样系统(C)包括微型动力型双管液泵(14)、取样控制阀(15)、取样针(16)和原料口(17)；取样针(16)一端斜切面插入原料口(17)进行取样，斜切面增大了取样面积，另一端与取样控制阀(15)连接，其中取样针部件(16)可通过螺纹端口调节长度，同时与斜切面另一端连接的取样针管在连接处卡合滤网，在取样过程进行初次过滤，取样控制阀(15)另一侧端口通过硅胶软管与微型动力型双管液泵(14)贯通，将取样后的样品通过液泵连接管道(18)输送至过滤器集液瓶(19)；

所述的过滤收集系统(D)包括液泵连接管(18)、过滤器集液瓶(19)、滤网(20)、过滤引流器凸嘴(21)、过滤引流器(22)、引流管(23)和引流阀(24)；过滤器集液瓶(19)和过滤引流器(22)为上下两个带有刻度的空心锥体，上下两端通过内部凹槽嵌合，凹槽表面粘接一圈硅胶垫片保持密封效果，嵌合面中间平铺滤网(20)，进行二次固液分离，分离后的液体通过引流管进入保温收集瓶(4)，引流阀门(24)连接在引流管(23)和长进料管中间，控制液体流动，过滤引流器凸嘴(21)与接泵三通阀(9)连接，与控氧系统(B)形成贯通。

2.权利要求1所述一种便携式反刍动物瘤胃微生物恒温厌氧自动取样装置的取样方法，其特征在于：步骤如下：

步骤1：根据需求选择取样针长度和滤网目数；

步骤2：进行系统连接确保系统的密封性；

步骤3：对系统进行控氧，包括抽真空和氮气冲洗，重复三次操作，确保厌氧环境；

步骤4：开始取样并对样品过滤；

步骤5：对堵塞在滤网上部的液体进行抽滤收集，进行二次控氧；

步骤6：根据取样需求进行循环收集与系统的关闭；

步骤7：自动化控制取样过程；

所述的步骤1中取样针16处滤网网孔尺寸为1.40mm，目数为14目，过滤器处滤网最大孔径为0.180mm，目数为80目，取样针通过螺纹卡合的方式加长或缩短；

所述的步骤2中系统连接首先连接恒温控制系统，打开电源，将加热/保温套预热时间为t₀，观察温度控制器(2)示数，达到预设温度39℃；

所述的步骤3对系统进行控氧，包括如下步骤：

步骤3-1，系统抽真空；

步骤3-2，氮气冲洗创造厌氧环境；

所述的步骤3-1，系统抽真空具体步骤包括：关闭氮气阀(12)，取样控制阀(15)；打开抽滤阀门(9)，气体控制阀(10)，引流阀(24)，启动微型真空泵(7)；待整个取样系统接近真空时，关闭真空泵(7)开关，系统保持真空状态；整个系统初始抽取真空的时间为t₁＝V/P₁，式中V＝V₀+V₁+V₂；V₀为所有管道的体积，V₁为保温收集瓶的体积，V₂为过滤器的体积；

所述的步骤3-2，氮气冲洗创造厌氧环境具体步骤包括：打开氮气阀(12)，N₂进入保温收集瓶(4)并充盈整个管道；关闭氮气阀(12)，抽滤阀门(9)，气体控制阀(10)；氮气冲洗的时间为t₂，式中t₂＝V/Q₁，式中Q₁为单位体积但氮气流量；

所述的步骤4，开始取样并对样品过滤，包括如下步骤：

步骤4-1，使用微型动力型双管液泵(14)抽取样品；

步骤4-2，滤网上方的液体抽滤；

所述的步骤4-1，液泵抽取样品具体步骤包括：打开微型动力型双管液泵(14)，打开取样控制阀(15)，气体控制阀(10)；将取样部件插入原料口(17)；当液体样品液面到达过滤器集液瓶(19)的刻度时，关闭微型动力型双管液泵(14)、取样控制阀(15)和气体控制阀(10)；记录抽取混合物aml中能直接通过滤网的体积为a₁ml，微型动力型双管液泵(14)抽取的时间为t₃＝a/P₂；抽取的菌液一部分透过滤网(20)进入保温收集瓶(4)，另一部分堵塞在滤网(20)的上端，液体样品液面到达过滤器集液瓶(19)的刻度时，说明下渗的速度受到了限制，记录V₄＝(a-a₁)的时间t₄；则关闭微型动力型双管液泵(14)和取样控制阀(15)和气体控制阀(10)，V₃为过滤器滤网(20)到上端刻度线的体积，V₄为引流阀(24)到下端刻度线的体积；

所述的步骤4-2，滤网上方的液体抽滤具体步骤包括：打开抽滤阀门(9)；再次打开微型真空泵(7)；抽取过滤引流器(22)的气体；将液体抽滤至过滤引流器(22)的刻度；随后关闭微型真空泵(7)，使用微型真空泵(7)抽取滤网(20)上方液体的时间为t₅＝(V₂-V₃)/P₁，这很好地解决了液体下渗堵塞而导致流速下降的问题；

所述的步骤5抽滤液体的收集，进行二次控氧，具体操作为打开引流阀(24)与气体控制阀(10)，液体通过引流阀(24)进入保温收集瓶(4)，保温收集瓶(4)中的气体通过管道流经气体控制阀(10)，抽滤阀门(9)，进入过滤引流器(22)，在大气压的作用下进一步对整个系统充入氮气，使整个系统内部保持良好的厌氧环境；

所述的步骤6根据取样需求进行循环收集与系统的关闭，观察待液体不再继续下滴，记时间为t₆，关闭引流阀(24)，气体控制阀(10)，抽滤阀门(9)，打开微型动力型双管液泵(14)，打开取样控制阀(15)，重复上述步骤，直至保温收集瓶(4)收集满液体，关闭电源；如需收集较多的菌液，可以更换保温收集瓶(4)和小型氮气瓶(13)进行持续的液体收集，更换完成后，需要重复步骤1-3，保持系统的厌氧环境；

所述的步骤7，自动化控制取样过程，主要通过确定阀门和泵开闭时间t₀-t₆，对整个系统实现自动化控制，具体包括如下步骤：

步骤7-1，预热时间的确定；

步骤7-2，抽取真空环境和氮气冲洗时间的确定；

步骤7-3，抽取样品时间的确定；

步骤7-4，抽滤时间的确定；

步骤7-5，系统关闭时间的确定；

所述的步骤7-1，预热时间的确定，具体步骤包括：连接整个系统；接通电源；加热/保温套(3)开始运行；t₀后，控制系统自动打开引流阀(24)、气体控制阀(10)、抽滤阀门(9)、微型真空泵(7)，其他部件正常保持关闭状态；

所述的步骤7-2，抽取真空环境和氮气冲洗时间的确定，具体步骤包括：时间为t₁时，自动打开氮气阀(12)；时间达到t₂时，关闭氮气阀(12)、气体控制阀(10)、抽滤阀门(9)，同时打开微型动力型双管液泵(14)和取样控制阀(15)；

所述的步骤7-3，抽取样品时间的确定，具体步骤包括：抽取样品时间为t₄时，关闭微型动力型双管液泵(14)、取样控制阀(15)、引流阀(24)，打开抽滤阀门(9)和微型真空泵(7)；

所述的步骤7-4，抽滤时间的确定，具体步骤包括：抽滤时间为t₅时，关闭微型真空泵(7)；再次通过控制系统自动打开引流阀(24)和气体控制阀(10)；

所述的步骤7-5，系统关闭时间的确定，具体步骤包括：时间为t₆时，关闭所有阀门；取样过程完成，重复取样可通过控制系统实现连续操作。