LI-6400XT光合儀氣路堵塞故障分析與排除

樊廣華，何在菊，郭啟芳，劉 蓮，寧堂原

（山東農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院 農(nóng)業(yè)農(nóng)村部作物水分生理與抗旱種質(zhì)改良重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山東泰安 271018）

0 引言

LI-6400XT便攜式光合作用測(cè)定系統(tǒng)主要用于植物光合作用的研究，其最主要測(cè)量參數(shù)有：凈光合速率、氣孔導(dǎo)度、蒸騰速率等指標(biāo)，是農(nóng)業(yè)院校作物學(xué)科進(jìn)行科學(xué)研究必備的基礎(chǔ)儀器設(shè)備，由于該儀器主要用于農(nóng)作物光合作用的測(cè)定，使用環(huán)境主要是在野外田間，加之儀器的氣路設(shè)計(jì)為開放式氣路，氣路比較復(fù)雜，因此在使用過程中氣路堵塞的故障時(shí)有發(fā)生，嚴(yán)重影響測(cè)量工作的順利進(jìn)行。判斷儀器是否發(fā)生氣路堵塞并且準(zhǔn)確找到堵塞的位置，及時(shí)排除故障，對(duì)迅速恢復(fù)正常測(cè)試工作非常重要。根據(jù)對(duì)該儀器長(zhǎng)期使用實(shí)踐，現(xiàn)就氣路堵塞故障的判斷、堵塞位置的排查以及排除方法做以下分析，希望為使用者正確高效使用該儀器提供參考。

1 儀器的測(cè)量原理

植物的光合作用，是植物在可見光照射下經(jīng)過一系列的生理生化反應(yīng)，利用光合色素將二氧化碳（CO2）和水（H2O）轉(zhuǎn)化為儲(chǔ)存能量的有機(jī)物，并釋放出氧氣的生理生化過程，反映光合作用強(qiáng)弱的主要指標(biāo)是光合速率的大小。光合速率是指葉片在單位時(shí)間、單位葉面積所吸收二氧化碳或所釋放的氧氣的量來表示的，光合儀就是通過測(cè)量植物葉片光合速率的大小來測(cè)量植物光合作用的強(qiáng)弱。

LI-6400XT便攜式光合作用測(cè)定系統(tǒng)的特點(diǎn)是開放氣路，測(cè)量原理：進(jìn)入儀器的氣體分成兩路，一路進(jìn)入樣本室，另一路進(jìn)入?yún)⒈仁遥瑑陕窔怏w分別通過兩個(gè)相同的紅外氣體分析儀（IRGA）來分別測(cè)量各自的二氧化碳濃度（CO2S-μml和CO2Rμml），當(dāng)葉室夾上葉片時(shí)先進(jìn)行匹配（MATCH），匹配是指通過儀器氣路上的一個(gè)閥的閉合使樣本室與參比室的氣路短時(shí)間改變，使兩個(gè)氣室通入同一樣的氣流，并將兩個(gè)二氧化碳分析器的讀數(shù)自動(dòng)調(diào)整一致。然后樣本室的葉片進(jìn)行光合作用，不斷消耗二氧化碳，樣本室二氧化碳濃度不斷下降。而參比室二氧化碳濃度保持不變，這樣樣本室與參比室之間就形成了一個(gè)二氧化碳濃度差值（ΔCO2），儀器再結(jié)合葉子的光合面積與光合時(shí)間計(jì)算出凈光合速率（PHOTO）。

2 氣路堵塞的判斷、排查和處理

2.1 判斷儀器是否氣路堵塞

正常情況下，LI-6400光合儀可以達(dá)到的最大流速在650μmol/s以上，在高海拔地區(qū)使用可能會(huì)低于這個(gè)數(shù)值。判斷儀器氣路是否堵塞時(shí)，首先在流速設(shè)置界面（圖1）設(shè)置FLOW（流速）=1000μmol/s，如果測(cè)量界面的FLOW（流速）參數(shù)達(dá)不到650μmol/s、高海拔地區(qū)達(dá)不到580μmol/s，這種情況下氣路就有可能了產(chǎn)生堵塞。然后再分別檢查兩個(gè)化學(xué)藥品管，一個(gè)是干燥劑管（CANTDESIC），另一個(gè)是二氧化碳過濾管（CO2SCRUB），將調(diào)節(jié)旋鈕從BYPASS（旁路）一側(cè)完全旋到SCRUB（過濾）側(cè)，來檢查這兩個(gè)化學(xué)管是否堵塞：在測(cè)量界面察看流量下降量，若大于20μmol/s且在擰化學(xué)藥品管旋鈕時(shí)伴有氣泵噪聲變大，則相應(yīng)的化學(xué)藥品管存在氣路堵塞。在使用過程中，如果發(fā)現(xiàn)儀器氣泵的噪聲比以前大，或在校準(zhǔn)二氧化碳注入系統(tǒng)時(shí)校準(zhǔn)無法通過，就需要對(duì)相應(yīng)的氣路系統(tǒng)進(jìn)行檢查。

2.2 排查氣路堵塞位置

干燥劑管和二氧化碳過濾管（圖2）較易發(fā)生堵塞，它們分別用于儀器的水分和二氧化碳調(diào)零，干燥劑管是用來水分調(diào)零的，里面裝有干燥劑；二氧化碳過濾管是用于二氧化碳調(diào)零的，里面裝有蘇打石灰用來吸收二氧化碳，儀器使用久了里面的化學(xué)藥品失效粉化容易產(chǎn)生粉末，使化學(xué)管內(nèi)的過濾器及上端塑料導(dǎo)氣管容易堵塞。另外，氣體緩沖瓶和主機(jī)內(nèi)過濾器使用時(shí)間長(zhǎng)了也易發(fā)生堵塞。

圖2 化學(xué)藥品管內(nèi)外部結(jié)構(gòu)

查找氣路堵塞位置的操作：先卸下二氧化碳過濾管，如果此時(shí)流速值迅速增大，說明該化學(xué)藥品管已經(jīng)堵塞（圖3）。首先檢查化學(xué)藥品管內(nèi)過濾器（每個(gè)管內(nèi)上、下端各有一個(gè)），如果過濾器正常，說明藥品管上端的氣流調(diào)節(jié)組件中的塑料導(dǎo)氣管堵塞；如果二氧化碳過濾管卸下后流速扔然上不到正常值，再把干燥劑管卸下，用上面同樣的方法步驟去檢查判斷。如果上述兩個(gè)化學(xué)藥品管都沒有問題，就需檢查主機(jī)內(nèi)部的空氣過濾器工作是否正常。

圖3 藥品管上部氣流調(diào)節(jié)構(gòu)件

2.3 氣路堵塞的排除方法

根據(jù)上述氣路堵塞查找結(jié)果，如果是化學(xué)藥品管內(nèi)的過濾器發(fā)生堵塞，就要更換管內(nèi)的過濾器。首先松開化學(xué)藥品管的固定螺絲，如果擰得過緊可以借助鉗子等工具將其卸下。然后是更換過濾器，藥品管內(nèi)的通氣管上有兩個(gè)過濾器，分別位于管的上下端，此處，堵塞現(xiàn)象有時(shí)會(huì)發(fā)生需要更換過濾器：先要打開底部蓋帽，然后倒出藥品，再打開頂部的蓋帽，卸下舊過濾器，再裝上新的過濾器。安裝時(shí)不要把過濾器擰得太緊，以免損壞上面的螺紋。

如果是藥品管上端的流量調(diào)節(jié)部位的塑料導(dǎo)氣管發(fā)生堵塞，就要更換塑料導(dǎo)氣管。氣流控制旋鈕對(duì)氣流的控制是通過旋鈕旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)一個(gè)金屬棍移動(dòng)，來壓緊或松開塑料導(dǎo)氣管來實(shí)現(xiàn)氣流大小的變化，長(zhǎng)期的壓按會(huì)使塑料導(dǎo)氣管彈性變?nèi)?、管腔變窄，極易發(fā)生堵塞，這就需要及時(shí)更換塑料導(dǎo)氣管。更換步驟：

（1）將調(diào)節(jié)按鈕置于SCRUB（過濾）和BYPASS（旁路）中間。

（2）卸下調(diào)節(jié)旋鈕螺母：使用十字螺絲刀固定住流量調(diào)節(jié)螺絲，用鉗子向著SCRUB的一側(cè)松開調(diào)節(jié)螺，取下里面的墊片。此時(shí)螺母的安裝方向不要記錯(cuò)。

（3）旋下8顆螺釘：使用六角扳手，先卸下兩側(cè)的6顆螺釘，再卸下頂部靠近調(diào)節(jié)螺母一側(cè)的2顆螺絲。取下一側(cè)和中間的2個(gè)金屬塊，這時(shí)里邊的塑料導(dǎo)氣管與金屬棍就暴露出來（圖3），用小刀將取下金屬塊，上面分別標(biāo)有SCRUB和BYPASS兩個(gè)標(biāo)簽（注意，一定要記住它們?cè)瓉淼奈恢茫?/p>

（4）如果儀器長(zhǎng)期不用且調(diào)節(jié)旋鈕沒有放在中間位置，造成內(nèi)部的塑料管長(zhǎng)期擠壓而堵塞，就需要更換。同時(shí)要仔細(xì)檢查管路和管座內(nèi)是否被雜物堵塞，造成氣流不暢。

（5）重新組裝。組裝與拆卸過程相反，需要注意不要忘記將墊片裝回以及螺母的方向。

如果主機(jī)內(nèi)部的空氣過濾器發(fā)生堵塞，就要更換主機(jī)內(nèi)部過濾器（圖4）。過濾器用一個(gè)可以緊密貼合的快速連接器與氣路管道連接。具體更換步驟是：用力壓按快速連接器內(nèi)的紅色環(huán)兒，取下舊的過濾器。

用十字螺絲刀卸下主機(jī)外殼兩側(cè)過濾器，沿新過濾器上的白色箭頭方向注入氣流，除去內(nèi)部散落的纖維及污物?？諝膺^濾器是通過快速連接器組件（圖4）與氣管連接的，快速連接器內(nèi)部有一個(gè)橡膠密封件，類似于O形圈，當(dāng)過濾器的端部插入快速連接器時(shí)它很容易插入，直到遇到內(nèi)部鎖緊裝置，然后必須再向里推0.5 cm，才能與橡膠密封件接觸。過濾器端部在插入快速連接器前需用水潤(rùn)濕，這樣比較容易插入。通?？諝膺^濾器每年需要更換一次，如果工作環(huán)境比較臟且儀器使用頻率高，則需要增加更換頻率。

圖4 卸下外殼后的主機(jī)底部視圖

3 避免和減少發(fā)生氣路堵塞應(yīng)注意的問題

（1）測(cè)量時(shí)要選擇有代表性表面潔凈的葉片。大田作物的葉片長(zhǎng)期暴露在大氣環(huán)境中，葉片上常常粘有灰塵、植物花粉之類的污物，在測(cè)量過程中這些污物難免進(jìn)入葉室吸入儀器內(nèi)部，時(shí)間久了就會(huì)導(dǎo)致氣路堵塞。因此，要選擇相對(duì)比較干凈的葉片進(jìn)行測(cè)量，或者用衛(wèi)生紙將葉片上的灰塵擦去后再測(cè)量。

（2）要定期清理葉室，保持葉室內(nèi)部潔凈無灰塵臟物。

（3）定期更換化學(xué)藥品管內(nèi)的藥品，以避免藥品過期失效后產(chǎn)生粉末，對(duì)氣路暢通造成影響。

（4）使用氣體緩沖瓶。在儀器進(jìn)氣管的末端裝一個(gè)氣體緩沖瓶（可用體積約2 L的可樂瓶自制），將進(jìn)氣管末端置于瓶?jī)?nèi)，瓶口用濾網(wǎng)封堵。使用時(shí)將瓶口向下固定在竹竿上，將竹竿插在距儀器4～5 m的地方，緩沖瓶高度距地面約3 m即可。這樣既可以保證進(jìn)入儀器氣流的平穩(wěn)、氣流中二氧化碳濃度的穩(wěn)定，還能使測(cè)試人員呼吸產(chǎn)生的二氧化碳影響不到進(jìn)入儀器的二氧化碳濃度，更重要的是還能阻止空氣環(huán)境中的粉塵、污物以及微小的生物飛蟲吸入儀器內(nèi)部。

4 結(jié)束語

在農(nóng)業(yè)科研中，LI-6400XT便攜式光合作用測(cè)定系統(tǒng)主要用于田間農(nóng)作物的光合速率以及有關(guān)其他生理指標(biāo)的測(cè)量，儀器的工作環(huán)境比實(shí)驗(yàn)室中差，發(fā)生氣路堵塞的概率就比較高，因此，學(xué)會(huì)并掌握氣路堵塞故障的判斷、查找和排除技能以及預(yù)防氣路堵塞所注意的問題，這對(duì)測(cè)量工作的正常進(jìn)行并獲得準(zhǔn)確的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)非常重要。