Роботизированные анализаторы Skalar для автоматического контроля рН/электропроводности и гранулометрического состава почвы

В первую очередь эта статья будет интересна руководителям и сотрудникам коммерческих агрохимических лабораторий и агрохолдингов, которые планируют оснащать собственную почвенную лабораторию. Чтобы получать быстрые, точные, а самое главное – надежные результаты.

Линейка роботизированных анализаторов SP2000 от Skalar состоит из различных по уровню автоматизации моделей, каждая из которых имеет свои особые преимущества.

В данной статье рассмотрим два автоматических решения от Skalar:

• Для определения гранулометрического состава почвы согласно ISO 11277
• Для определения кислотности (рН) и электропроводности в образцах почвы

Также можете посмотреть видео с записью соответствующего вебинара.

Немного о Skalar

Skalar – голландская компания, которая уже более 50 лет разрабатывает и производит ряд высокотехнологических анализаторов для автоматизации химического анализа почв, растений, удобрений согласно стандартным методам анализа ISO, DIN и др.

Компания была основана в 1965 году как производитель лабораторного и промышленного оборудования. На сегодняшний день Skalar – это многонациональная организация с представительствами во всем мире (более 80 стран), а компания «ХИМЛАБОРРЕАКТИВ» является её официальным и эксклюзивным дистрибьютером на территории Украины.

Система для определения гранулометрического состава почвы SP2000

Глинистая фракция – важнейший параметр качества почвы. Данный анализ – достаточно трудоемкий процесс, состоящий из повторяющихся однотипных шагов. Во время проведения анализа используется множество лабораторных приборов и стеклянной посуды. Кроме того, анализ требует точного отсчета времени и качественного отбора аликвот. На каждом этапе анализа существует вероятность допустить ошибку, что влечет за собой погрешности в полученных результатах.

Система SP2000 автоматизирует гранулометрический анализ почвы и исключает недостатки ручного метода.

Согласно методу ISO 11277 анализ выполняется в три этапа:

1. Первый этап – взвешивание образца и разделение на фракции. Данный этап выполняется вручную с помощью набора сит. Для дальнейшего анализа используют фракцию с размером частиц меньше 2 мм.
2. Второй этап – удаление органического вещества вследствие добавления пероксида водорода, удаление карбонатов вследствие добавления 1 моль/л соляной кислоты с последующим кипячением тестирующих проб. Данный этап анализа автоматизирован разработкой анализатора
3. Третий этап анализа – это непосредственно определение глинистой фракции, частиц с размером от 2 до 63 мкм путем седиментации. Он также автоматизирован с помощью роботизированного анализатора SP2000.

Автоматизация удаления органических веществ и карбонатов с помощью модели SP50

• После взвешивания образцы помещаются в химический стакан
• Химические стаканы устанавливают в роботизированный анализатор SP50, в нижней части которого размещен нагревательный-охлаждающий элемент. На платформу становится 24 стакана объемом 800 мл
• С помощью манипулятора, на котором закреплена игла для добавления растворов, автоматически к каждому образцу добавляется определенное количество воды
• Химические стаканы с образцами нагреваются до тех пор, пока не будет достигнута точка кипения. Контроль за данным процессом происходит с помощью отдельного отсека электроники. Образец кипятится около 30 мин. 
• Во время нагревания и кипячения каждые несколько минут к каждому образцу добавляется через иглу для перекиси водорода, размещенную на манипуляторе, 5 мл перекиси водорода для удаления органического вещества
• После этого образцы охлаждаются
• Далее – тот же процесс, но теперь с добавлением раствора соляной кислоты для удаления карбонатов
• Во время всего процесса через определенные интервалы добавляется вода во избежание чрезмерного кипячения образца (корпус анализатора SP50 изготавливается из материала, стойкого к воздействию агрессивных химических веществ)
• После удаления карбонатов пробы промываются в автоматическом режиме

Опционально возможно автоматизировать и следующий этап анализа согласно ISO – это добавление пирофосфата натрия.

Продуктивность анализатора – до 120 образцов за одну восьмичасовую рабочую смену (для сравнения – для аналогичной обработки вручную потребуется несколько дней).

Третий этап анализа –  процедура седиментации, иными словами, осаждения, согласно ISO состоит из переноса проб в мерные цилиндры объемом 500 или 1000 мл, добавления пирофосфата натрия, доведения до метки, гомогенизации образца и отбора пробы через строго заданное время, переноса аликвот в чашки для выпаривания.

Все перечисленные процедуры автоматизированы в системе SP2000. При подключении к системе весов также есть возможность автоматически проводить и обработку конечных результатов анализа.

Важные преимущества

Следует отметить, что на точность данного этапа очень значительно влияет глубина, с которой отбираться аликвоты с каждого анализируемого образца. Автоматическая система SP2000 оснащена откалиброванной иглой для отбора. Во время производства данной системы производится точная настройка опускания иглы в мерный цилиндр. Согласно ISO отбор проб происходит на глубине 100 мм.

Кроме того, этот этап анализа особо требует строгого соблюдения временных интервалов – задача, с которой автоматизированный анализатор справится лучше человека.

Опыт свидетельствует, что один оператор в течении рабочего дня может проанализировать не более 36 образцов на один вид фракции при условии наличия всего необходимого оборудования, и если вычисления делать с помощью компьютера.

В зависимости от потребностей лаборатории возможны конфигурации от 35 до 105 мерных цилиндров. Таким образом в течении дня может быть проанализировано более 100 образцов согласно ISO по 3 фракциям. Даже при минимальной комплектации SP2000 продуктивность лаборатории в пять раз больше, чем при ручном методе определения.

Детальное видео смотрите здесь.

Как видим, анализатор SP 50 позволяет автоматизировать подготовку проб к гранулометрическому анализу, удаляя из проб органическое вещество и карбонаты, а анализатор SP 2000 позволяет автоматизировать процедуру седиментации для фракций размером от 63 до 2 мкм.

Роботизированный анализатор серии SP2000 для анализа кислотности и электропроводности в образцах почвы

На доступность минералов для растения существенное влияние оказывает значение pH почвы. Каждое растение имеет свое значение pH, при котором оно оптимально растет и плодоносит. рН является одним из наиболее всеобщих требований показателей по анализу почвы. На основе полученных результатов может быть подобран подходящий метод для улучшения свойств грунта, и как результат – увеличение размеров урожая и уменьшение затрат.

Второй показатель, который стоит отметить – это электропроводность. Электропроводность – это показатель количества растворенных солей. Высокие концентрации соли могут снизить прорастание семян и замедлить рост растений. Контроль данного показателя также немаловажен для агрономов!

Несмотря на то, что стандартная процедура измерения рН состоит из простых однотипных шагов, таких как: калибровка рН электродов, добавление экстрагирующего вещества, перемешивание, отстаивание, повторное перемешивание перед измерением и непосредственно измерение рН в образцах, она не исключает внесение ошибок оператора.

Стоит также отметить, что выделяют несколько форм кислотности:

• Актуальная кислотность – ее степень оценивают по рН водной вытяжки
• Обменная кислотность обусловлена наличием в почве обменных катионов водорода и алюминия, ее степень оценивают по величине рН солевой вытяжки
• Гидролитическая кислотность – ее степень оценивают из вытяжки ацетата натрия. Это требует втрое больше количества колб и места для анализа

Компания Skalar предлагает компактное и автоматическое решение для анализа рН в образцах почвы: анализатор серии SP2000.

Роботизированная платформа SP2000 может быть сконфигурирована для изменения величины рН почвы как в водных экстрактах, так и в КСl-, CaCl₂-экстрактах. Процесс измерения включает:

• Автоматическую калибровку датчиков
• Добавление экстрагирующего раствора к пробе
• Автоматическое перемешивание
• Выдерживание времени отстаивания
• Измерение электропроводности в зависимости от конфигурации
• Измерение рН и автоматический вывод результатов анализа

Анализаторы поставляются в комплекте с программным обеспечение для обработки данных и контроля над прибором. ПО переведено на русский язык. Рабочая часть анализатора закрыта защитными крышками, что соответствует действующим правилам CE.

Системы SP 2000 очень гибкие.

Они разделяются на малые по размеру бюджетные приборы для автоматизации малых партий образцов, а также крупные приборы, которые могут анализировать до тысячи образцов в день. Некоторые варианты возможных комплектаций приведены ниже.

Емкость анализатора составляет от 32 до 352 контейнеров объемом 100 мл, или от 72 до 792 контейнеров объемом 50 мл. 

Комплектация

• Для повышения производительности анализаторы могут быть укомплектованы несколькими датчиками измерения рН
• Дополнительно данный тип анализаторов может быть оснащён датчиком для измерения электропроводности. Их, как и датчиков рН, также может быть несколько
• Для очень больших партий анализатор может быть оснащен двумя роботизированными мостами, каждый с несколькими электродами для дополнительного повышения производительности

Для примера, производительность системы с одним датчиком рН и одним датчиком на электропроводность на 120 образцов в контейнер объемом 50 мл составляет +/-30 образцов в час с учетом перемешивания образцов на протяжении 30 сек. и времени отстаивания образцов – 30 минут. Аналогичная обработка вручную займет 8 часов, весь рабочий день одного оператора.

Опционально возможно адаптировать процедуру анализа в соответствие с методами, используемыми в конкретной лаборатории. Каждый шаг процедуры задается пользователем – например, время перемешивания или количество добавляемого экстрагента и т.д.

Как работает автоматическая система SP 2000 – смотрите видео.

Роботизированные системы SP 2000 для анализа почвы имеют ряд неоспоримых преимуществ:

• Полная автоматизация рутинных процессов: процесса пробоподготовки образцов и анализа проб
• Система SP 2000 для определения гранулометрического состава заменяет множество лабораторных приборов и стекла, которые используются в ручном методе определения
• Система SP 2000 для анализа рН и электропроводимости включает автоматизацию всех этапов анализа– от калибровки электродов до сохранения результатов
• Все роботизированные системы произведены согласно требований ЕС, передние и боковые крышки анализаторов изготовлены из защитных материалов с целью обеспечить максимальную защиту оператора
• ПО для управления прибором, обработки данных, результатов разработано таким образом, чтобы обеспечивает максимальную автоматизацию процесса анализа
• Роботизированные анализаторы могут быть сконструированы под комбинации вышеупомянутых методик или под методики пользователя
• Благодаря модульной конструкции анализаторов серии SP2000 они подходят для обработки любого количества образцов, более того, при увеличении количества анализируемых образцов существующая платформа может быть расширена

И самое главное, с помощью данных систем агролаборатория увеличивает свою производительность, гарантировано получая быстрые и точные результаты, с помощью которых можно вносить необходимые корректирующие действия для увеличения урожайности.

Если у Вас возникли вопросы, обращайтесь к специалистам ХЛР: info@apk.hlr.ua, +380 (67) 218-71-98.