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

（山東農業大學農學院 農業農村部作物水分生理與抗旱種質改良重點實驗室，山東泰安 271018）

0 引言

LI-6400XT便攜式光合作用測定系統主要用于植物光合作用的研究，其最主要測量參數有：凈光合速率、氣孔導度、蒸騰速率等指標，是農業院校作物學科進行科學研究必備的基礎儀器設備，由于該儀器主要用于農作物光合作用的測定，使用環境主要是在野外田間，加之儀器的氣路設計為開放式氣路，氣路比較復雜，因此在使用過程中氣路堵塞的故障時有發生，嚴重影響測量工作的順利進行。判斷儀器是否發生氣路堵塞并且準確找到堵塞的位置，及時排除故障，對迅速恢復正常測試工作非常重要。根據對該儀器長期使用實踐，現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 儀器的測量原理

植物的光合作用，是植物在可見光照射下經過一系列的生理生化反應，利用光合色素將二氧化碳（CO2）和水（H2O）轉化為儲存能量的有機物，并釋放出氧氣的生理生化過程，反映光合作用強弱的主要指標是光合速率的大小。光合速率是指葉片在單位時間、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，光合儀就是通過測量植物葉片光合速率的大小來測量植物光合作用的強弱。

LI-6400XT便攜式光合作用測定系統的特點是開放氣路，測量原理：進入儀器的氣體分成兩路，一路進入樣本室，另一路進入參比室，兩路氣體分別通過兩個相同的紅外氣體分析儀（IRGA）來分別測量各自的二氧化碳濃度（CO2S-μml和CO2Rμml），當葉室夾上葉片時先進行匹配（MATCH），匹配是指通過儀器氣路上的一個閥的閉合使樣本室與參比室的氣路短時間改變，使兩個氣室通入同一樣的氣流，并將兩個二氧化碳分析器的讀數自動調整一致。然后樣本室的葉片進行光合作用，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二氧化碳濃度差值（ΔCO2），儀器再結合葉子的光合面積與光合時間計算出凈光合速率（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光合儀可以達到的最大流速在650μmol/s以上，在高海拔地區使用可能會低于這個數值。判斷儀器氣路是否堵塞時，首先在流速設置界面（圖1）設置FLOW（流速）=1000μmol/s，如果測量界面的FLOW（流速）參數達不到650μmol/s、高海拔地區達不到580μmol/s，這種情況下氣路就有可能了產生堵塞。然后再分別檢查兩個化學藥品管，一個是干燥劑管（CANTDESIC），另一個是二氧化碳過濾管（CO2SCRUB），將調節旋鈕從BYPASS（旁路）一側完全旋到SCRUB（過濾）側，來檢查這兩個化學管是否堵塞：在測量界面察看流量下降量，若大于20μmol/s且在擰化學藥品管旋鈕時伴有氣泵噪聲變大，則相應的化學藥品管存在氣路堵塞。在使用過程中，如果發現儀器氣泵的噪聲比以前大，或在校準二氧化碳注入系統時校準無法通過，就需要對相應的氣路系統進行檢查。

2.2 排查氣路堵塞位置

干燥劑管和二氧化碳過濾管（圖2）較易發生堵塞，它們分別用于儀器的水分和二氧化碳調零，干燥劑管是用來水分調零的，里面裝有干燥劑；二氧化碳過濾管是用于二氧化碳調零的，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藥品失效粉化容易產生粉末，使化學管內的過濾器及上端塑料導氣管容易堵塞。另外，氣體緩沖瓶和主機內過濾器使用時間長了也易發生堵塞。

圖2 化學藥品管內外部結構

查找氣路堵塞位置的操作：先卸下二氧化碳過濾管，如果此時流速值迅速增大，說明該化學藥品管已經堵塞（圖3）。首先檢查化學藥品管內過濾器（每個管內上、下端各有一個），如果過濾器正常，說明藥品管上端的氣流調節組件中的塑料導氣管堵塞；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。如果上述兩個化學藥品管都沒有問題，就需檢查主機內部的空氣過濾器工作是否正常。

圖3 藥品管上部氣流調節構件

2.3 氣路堵塞的排除方法

根據上述氣路堵塞查找結果，如果是化學藥品管內的過濾器發生堵塞，就要更換管內的過濾器。首先松開化學藥品管的固定螺絲，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，藥品管內的通氣管上有兩個過濾器，分別位于管的上下端，此處，堵塞現象有時會發生需要更換過濾器：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節部位的塑料導氣管發生堵塞，就要更換塑料導氣管。氣流控制旋鈕對氣流的控制是通過旋鈕旋轉帶動一個金屬棍移動，來壓緊或松開塑料導氣管來實現氣流大小的變化，長期的壓按會使塑料導氣管彈性變弱、管腔變窄，極易發生堵塞，這就需要及時更換塑料導氣管。更換步驟：

（1）將調節按鈕置于SCRUB（過濾）和BYPASS（旁路）中間。

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

（3）旋下8顆螺釘：使用六角扳手，先卸下兩側的6顆螺釘，再卸下頂部靠近調節螺母一側的2顆螺絲。取下一側和中間的2個金屬塊，這時里邊的塑料導氣管與金屬棍就暴露出來（圖3），用小刀將取下金屬塊，上面分別標有SCRUB和BYPASS兩個標簽（注意，一定要記住它們原來的位置）。

（4）如果儀器長期不用且調節旋鈕沒有放在中間位置，造成內部的塑料管長期擠壓而堵塞，就需要更換。同時要仔細檢查管路和管座內是否被雜物堵塞，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。

如果主機內部的空氣過濾器發生堵塞，就要更換主機內部過濾器（圖4）。過濾器用一個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的紅色環兒，取下舊的過濾器。

用十字螺絲刀卸下主機外殼兩側過濾器，沿新過濾器上的白色箭頭方向注入氣流，除去內部散落的纖維及污物。空氣過濾器是通過快速連接器組件（圖4）與氣管連接的，快速連接器內部有一個橡膠密封件，類似于O形圈，當過濾器的端部插入快速連接器時它很容易插入，直到遇到內部鎖緊裝置，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濕，這樣比較容易插入。通常空氣過濾器每年需要更換一次，如果工作環境比較臟且儀器使用頻率高，則需要增加更換頻率。

圖4 卸下外殼后的主機底部視圖

3 避免和減少發生氣路堵塞應注意的問題

（1）測量時要選擇有代表性表面潔凈的葉片。大田作物的葉片長期暴露在大氣環境中，葉片上常常粘有灰塵、植物花粉之類的污物，在測量過程中這些污物難免進入葉室吸入儀器內部，時間久了就會導致氣路堵塞。因此，要選擇相對比較干凈的葉片進行測量，或者用衛生紙將葉片上的灰塵擦去后再測量。

（2）要定期清理葉室，保持葉室內部潔凈無灰塵臟物。

（3）定期更換化學藥品管內的藥品，以避免藥品過期失效后產生粉末，對氣路暢通造成影響。

（4）使用氣體緩沖瓶。在儀器進氣管的末端裝一個氣體緩沖瓶（可用體積約2 L的可樂瓶自制），將進氣管末端置于瓶內，瓶口用濾網封堵。使用時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。這樣既可以保證進入儀器氣流的平穩、氣流中二氧化碳濃度的穩定，還能使測試人員呼吸產生的二氧化碳影響不到進入儀器的二氧化碳濃度，更重要的是還能阻止空氣環境中的粉塵、污物以及微小的生物飛蟲吸入儀器內部。

4 結束語

在農業科研中，LI-6400XT便攜式光合作用測定系統主要用于田間農作物的光合速率以及有關其他生理指標的測量，儀器的工作環境比實驗室中差，發生氣路堵塞的概率就比較高，因此，學會并掌握氣路堵塞故障的判斷、查找和排除技能以及預防氣路堵塞所注意的問題，這對測量工作的正常進行并獲得準確的實驗數據非常重要。