CN110160835A - 一种定量微量取样和传输的方法及其装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种定量微量取样和传输的方法，包括S1、将毛细管布置于传动装置上；S2、向毛细管中注入待测溶液；S3、启动传动装置并以预设传动指令执行传动任务；S4、将气动装置布置于指定地点；S5、启动气动装置并以预设气动指令执行气动任务；S6、完成检测任务并获取分析数据。一种定量微量取样和传输的装置，包括：毛细管，用于盛放待测溶液；传动装置，用于根据预设传动指令执行传动任务；以及气动装置，用于根据预设气动指令执行气动任务。本发明能够应用于自动在线分析领域，可连续工作、无需保养维护、检测成本低和无延时传输或采集溶液。

Description

一种定量微量取样和传输的方法及其装置

技术领域

本发明涉及一种定量微量取样和传输的方法及其装置，属于水质监测技术领域。

背景技术

目前市场上使用的在线水质分析仪常用的技术方法有以下两种：流动注射分析法、顺序注射分析法；其中，流动注射分析法是应用非空气间隔断流体系，采用注射阀，向载液中注入样品或试剂液，在反应不完全，即非稳态情况下即进行测试的一种方法；而顺序注射分析法是将进样阀换成多通道选择阀，并将普通蠕动泵改为注射泵或能正反向旋转的蠕动泵，泵和阀之间增加一段储存管，流通池均为流通式比色皿。

基于以上两种技术方法设计的在线分析装置，虽然可以胜任检测需求，但仍存在以下几点弊端。第一，连续分析场景下，会产生大量残留废液；第二，连续分析自动化程度低，仍需人工参与；第三，连续分析频率低，影响分析结果的准确性。

为顺应自动分析领域的发展趋势，市场急需寻求一种能够应用于自动在线分析领域，可连续工作、无需保养维护、检测成本低和无延时采集样品溶液的定量微量取样和传输方法。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了一种定量微量取样和传输的方法，包括以下步骤：

S1、将毛细管布置于传动装置上；

S2、向毛细管中注入待测溶液；

S3、启动传动装置并以预设传动指令执行传动任务；

S4、将气动装置布置于指定地点；

S5、启动气动装置并以预设气动指令执行气动任务；

S6、完成检测任务并获取分析数据。

进一步，步骤S1中布置于传动装置上的毛细管数量至少一个。

进一步，步骤S3中所述预设传动指令包括下面至少一项：传动开始时间、传动结束时间或传动速度。

进一步，步骤S5中所述预设气动指令包括下面至少一项：气动开始时间、气动结束时间、气动频率或气动强度。

一种定量微量取样和传输的装置，包括：

毛细管，用于盛放待测溶液；

传动装置，用于根据预设传动指令执行传动任务；以及

气动装置，用于根据预设气动指令执行气动任务。

进一步，所述毛细管的材料包括但不限于玻璃、石英或陶瓷。

进一步，所述毛细管为两边等径的圆柱形或两边不等径的圆锥形。

进一步，所述传动装置包括但不限于转盘、托盘或传送带。

进一步，所述气动装置可以通过控制强气流的启停将指定毛细管内的待测溶液吹送至指定位置。

本发明的有益效果为：能够应用于自动在线分析领域，可连续工作、无需保养维护、检测成本低和无延时传输或采集样品溶液。

附图说明

图1所示为根据本发明的总体流程图；

图2所示为根据本发明的装置连接图；

图3所示为根据本发明的具体实施例A；

图4所示为根据本发明的具体实施例B；

图5所示为根据本发明的具体实施例C；

图6所示为根据本发明的具体实施例D；

图7所示为根据本发明的具体实施例E；

图8所示为根据本发明的具体实施例F。

具体实施方式

需要说明的是，如无特殊声明，在本公开中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。此外，除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与本技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例，而不是为了限制本发明。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个的所列项目的任意的组合。

应当理解，本文所提供的任何以及所有实例或示例性语言(“例如”、“如”等)的使用仅意图更好地说明本发明的实施例，并且除非另外要求，否则不会对本发明的范围施加限制。

为便于对本发明的理解，首先对相关术语进行解释，具体表述如下:

微量取样：微量在术语上是指在生物学与化学领域，物质中含量在万分之一以下、百万分之一以上的组分；本发明中特指每次取样的体积在10uL至1000uL之间。

定量：具有规定性或一般界限的量。

自动分析装置：指在无人参与的前提下，对装置进行自动定性或定量分析，并生成有效信息。

毛细现象：毛细现象(又称毛细管作用)，是指当液体在细管状物体内侧时，由于内聚力与附着力的差异导致其克服地心引力进而上升的现象；浸润液体在细管里升高和不浸润液体在细管里降低均叫做毛细现象。

毛细管：能够产生明显毛细现象的管。

浸润：液体在与固体接触时，沿固体表面扩散而相互附着的现象被称为浸润，也可称为润湿；如果液体在与固体接触时，其接触面趋于缩小而不能附着，则称为液体不浸润固体，简称不浸润或不润湿。

亲水性：带有极性基团的分子，对水有大的亲和能力，可以吸引水分子，或溶解于水；这类分子形成的固体材料的表面，易被水所润湿。具有这种特性即称之为物质的亲水性。

疏水性：指一个分子即疏水物与水互相排斥的物理性质。

表面张力:是液体表面层由于分子引力不均衡而产生的沿表面作用于任一界线上的张力；将水分散成雾滴，即扩大其表面，有许多内部水分子移到表面，就必须克服这种力对体系做功，即表面功；显然这样的分散体系便于储存着较多的表面能。

预设传动指令：是指针对传动装置预先设置的执行指令，可根据应用场景和测试任务进行增减或修改。

预设气动指令：是指针对气动装置预先设置的执行指令，可根据应用场景和测试任务进行增减或修改。

接下来结合附图对本发明的具体实施例作进一步说明：

参照图1所示为根据本发明的总体流程图，包括以下步骤：

S1、将毛细管布置于传动装置上；布置于传动装置上的毛细管数量至少一个，一般根据检测任务和应用场景可对数量进行调整；毛细管以等距或不等距的形式分布在传动装置之上；

S2、向毛细管中注入待测溶液；

S3、启动传动装置并以预设传动指令执行传动任务；预设传动指令包括下面至少一项：传动开始时间、传动结束时间或传动速度；

S4、将气动装置布置于指定地点；

S5、启动气动装置并以预设气动指令执行气动任务；步骤S5中所述预设气动指令包括下面至少一项：气动开始时间、气动结束时间、气动频率或气动强度；

S6、完成检测任务并获取分析数据。

参照图2所示为根据本发明的装置连接图，包括：毛细管，用于盛放待测溶液，其材料可以是玻璃、石英、陶瓷或其他具备亲水性的聚合物材料，其外形为两边等径的圆柱形或两边不等径的圆锥形；

传动装置，与毛细管连接，用于根据预设传动指令执行传动任务，可以是转盘、托盘或传送带；

气动装置，与毛细管连接，用于根据预设气动指令执行气动任务，可以通过控制强气流的启停将指定毛细管内的待测溶液吹送至指定位置。

参照图3所示为根据本发明的具体实施例A，实施例A展示的是实现本方案的其中一种装置。装置设有载体，载体为一载盘，载盘中间设有两个收集装置。环载盘四周设有多个带微米单位孔径的流通通道，多种流通通道之间呈环状以一定秩序排列，流通通道朝外一端都有一个小径喇叭口。在机械带动下，载体带动毛细流通通道以一定速度做匀速圆周运动。在装置的三点钟方向和九点钟方向，各有一气体发生装置，发生装置的嘴口对准毛细通道喇叭口方向。运动至第一地点时，毛细微孔一端和液体接触，液体通过润湿作用浸润毛细管道，完成水样采集工作。运动至第二地点时，三点钟方向的气体发生装置对准喇叭口吹气，水样在气流压力下流进第一收集装置。运动至第三地点时，另一种液体同样通过润湿作用浸润毛细通道，完成第二次水样的采集工作。运动至第四地点时，九点钟方向的气体发生装置对准喇叭口吹气，水样在气流压力下流进第二收集装置。第一收集装置和第二收集装置的液体经过混合后流入下一通道。

参照图4所示为根据本发明的具体实施例B，在第一地点时，液体通过毛细作用浸润流通通道，浸润液体在毛细管中的液面是凹形的，它对下面的液体施加拉力，使液体沿着管壁上升，当向上的拉力跟管内液柱所受的重力相等时，管内的液体停止上升，达到平衡.

上升高度h＝2×表面张力系数/(液体密度×重力加速度g×液面半径R)

上升高度h＝2×表面张力系数×cos接触角/(液体密度*重力加速度g×毛细管半径r)

由公式可见，液面的上升高度和液体本身的性质以及毛细管的直径相关。液体本身的性质在同一样品下以及同一环境下是恒定的，因此，液面上升高度和毛细管直径相关。

在第三地点时，液体在重力作用下，必然沿着向地心引力方向运动。由于流通通道两端与大气互通，因此液体有流出流通通道的趋势。在表面张力的作用下，液体必须克服表面张力的功才可以流出。

表面张力F的大小跟分界线MN的长度成正比。F＝σL(比值σ叫做表面张力系数，在数值上表面张力系数就等于液体表面相邻两部分间单位长度的相互牵引力，在293K下水的表面张力系数为72.75×10-3N·m-1)

在第二地点和第四地点时，溶液若要脱离毛细通道，需要克服空气阻力，壁面摩擦力以及表面张力等阻碍力，基于喇叭口嘴设计的气流流体通过时，气流强度达到一定值时，液体就可以克服所有的功以加速运动脱离流通通道。

参照图5所示为根据本发明的具体实施例C，实施例C展示的是实现本方案的其中一种装置。该装置由三套设计方法相同的分装置组合而成，三套分装置之间由管道连接排向下一通道。每套分装置设有载体，载体为一载盘，载盘中间设有收集装置，收集装置连接管道，管道是连接每套分装置之间的交通枢纽。环载盘四周设有多个带微米单位孔径的流通通道，多种流通通道之间呈环状以一定秩序排列，流通通道朝外一端都有一个小径喇叭口。在机械带动下，载体四周毛细流通通道以一定速度逆时针方向做匀速圆周运动，载盘静止不动。在装置的六点钟方向是样品池，毛细通道通过润湿作用吸收样品。十二点钟方向，设有气体发生装置，发生装置的嘴口对准毛细通道喇叭口方向，以一定的频率做脉冲动作发出强气流，将毛细管内样品吹入收集池的管道内，和其他管道内液体混合流入下一通道。

参照图6所示为根据本发明的具体实施例D，实施例D展示的是实现本方案的其中一种装置。该装置液体并非流入下一流通管道，而是直接到达了检测端点。装置设有载体，载体为一载盘，载盘中间设有光源和废液收集装置，光源光照方向朝九点钟方向，废液收集池开口朝十二点方向。环载盘四周设有多个带微米单位孔径的流通通道，多种流通通道之间绕着中心点以环装方式排列，流通通道朝外端都有一个小径喇叭口。在机械带动下，载体四周的毛细通道以一定速度做顺时针圆周运动，载盘静止不动。在装置六点钟方向是样品池，毛细通道通过润湿作用吸收样品。九点钟方向是检测装置，在计算机控制下，在光源作用下对样品做脉冲检测动作。十二点钟方向设有气体发生装置发生装置的嘴口对准毛细通道喇叭口方向，以一定的频率做脉冲动作发出强气流，将毛细管内液体吹入废液收集池。实施例2所描述的装置可以和实施例1所描述的装置一起使用，也可以和其他实施例或者符合本专利设计方法的装置一起使用。

参照图7所示为根据本发明的具体实施例E，实施例E展示的是实现本方案的其中一种装置。这种方式可实现多种液体样本的同时采集，并将指定样本传输到不同的收集池进行收集。装置载体为一传送带，由两个齿轮控制传送带做匀速直线运动，传送带上设有多个带微米单位孔径的流通通道，多种流通通道之间以一定的秩序排列，流通通道朝上一端都有一个小径喇叭口。在机械带动下，载体带通毛细通道以一定速度做匀速直线运动，经过齿轮做环形运动回到起点，周而复始。在装置起点，设有多个样品流通口，指定毛细通道接收从各个样品流通口流入的样品，通过传送带，传送到气体发生装置，气体发生装置发生装置的嘴口对准毛细通道喇叭口方向，以一定的频率做脉冲动作发出强气流，将指定毛细管内液体吹入指定的液体收集通道，再由流通通道经过混合等作用进入下一流通通道。

参照图8所示为根据本发明的具体实施例F，实施例F展示的是实现本方案的其中一种装置。分为俯视图和立体三维图。这种方式可以通过连接通道重叠使用，也可以单独使用。单独使用装置设有一圆盘托盘，多个带微米单位孔径的流通通道镶嵌在圆盘中和圆盘连为一体，流通通道以等间角秩序绕着圆心呈环状排列。托盘中心连有一个轴，轴连接电机带动托盘做逆时针方向匀速圆周运动，在托盘沿着圆心到圆周的一端有一排样品流通通道，流通通道对准每一个毛细通道喇叭口，指定毛细通道通过润湿作用采集样品，随后托盘旋转至一定角度，有一排气体发生装置，气体发生装置发生装置的嘴口对准毛细通道喇叭口方向，以一定的频率做脉冲动作发出强气流，将指定毛细管内液体吹入指定的液体收集通道，再由流通通道经过混合等作用进入下一流通通道。

以上所述，只是本发明的较佳实施例而已，本发明并不局限于上述实施方式，只要其以相同的手段达到本发明的技术效果，都应属于本发明的保护范围。在本发明的保护范围内其技术方案和/或实施方式可以有各种不同的修改和变化。

Claims (9)

1.一种定量微量取样和传输的方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、将毛细管布置于传动装置上；

S2、向毛细管中注入待测溶液；

S3、启动传动装置并以预设传动指令执行传动任务；

S4、将气动装置布置于指定地点；

S5、启动气动装置并以预设气动指令执行气动任务；

S6、完成检测任务并获取分析数据。

2.根据权利要求1所述的定量微量取样和传输的方法，其特征在于，步骤S1中布置于传动装置上的毛细管数量至少一个。

3.根据权利要求1所述的定量微量取样和传输的方法，其特征在于，步骤S3中所述预设传动指令包括下面至少一项：传动开始时间、传动结束时间或传动速度。

4.根据权利要求1所述的定量微量取样和传输的方法，其特征在于，步骤S5中所述预设气动指令包括下面至少一项：气动开始时间、气动结束时间、气动频率或气动强度。

5.一种定量微量取样和传输的装置，其特征在于，包括：

毛细管，用于盛放待测溶液；

传动装置，用于根据预设传动指令执行传动任务；以及

气动装置，用于根据预设气动指令执行气动任务。

6.根据权利要求5所述的定量微量取样和传输的装置，其特征在于，所述毛细管的材料包括但不限于玻璃、石英或陶瓷。

7.根据权利要求5所述的定量微量取样和传输的装置，其特征在于，所述毛细管为两边等径的圆柱形或两边不等径的圆锥形。

8.根据权利要求5所述的定量微量取样和传输的装置，其特征在于，所述传动装置包括但不限于转盘、托盘或传送带。

9.根据权利要求5所述的定量微量取样和传输的装置，其特征在于，所述气动装置可以通过控制强气流的启停将指定毛细管内的待测溶液吹送至指定位置。