CN103495442B - 电动移液器及其自动计量方法、自动分液方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及移液器技术领域，尤其涉及电动移液器及其自动计量方法、自动分液方法，其包括有微处理器、输入模块、显示模块、吸量管、负压泵、检测吸量管内气压大小的气压传感器，负压泵通过管道连接吸量管顶部的管口，气压传感器设置在吸量管内或设置在与吸量管顶部管口连接的管道上，本发明通过气压传感器实时检测吸量管内气压并反馈给微处理器对移液过程中吸量管内的液体体积进行控制，通过控制吸量管内气压间接控制移液体积，能够自动控制吸液和排液的体积，不需要人眼观察吸量管上的刻度来确定液体体积，操作方便，效率高，并且移液控制精确度高。
Description
技术领域
本发明涉及移液器技术领域，尤其涉及一种电动移液器及其自动计量方法、自动分液方法。
背景技术
在医疗、药物、基因和蛋白质研究、生物研究、药物开发实验室以及其它生物技术应用领域中，经常需要利用移液器在各种实验室操作规程中来操纵实验室样品，其利用移液器将一定体积的液体吸入移液管内，然后将液体分配成一个或多个分配体积。
目前，移液器一般包括吸量管、负压泵等，通过负压泵控制吸量管吸液和排液，但是现有的移液器无法自动控制吸液和排液的体积，吸液、排液和分液操作都是通过人眼观察吸量管上的刻度来确定液体体积，操作不方便，效率很低，并且操作时通过人眼观察精度误差比较大。
发明内容
本发明的目的就是针对现有技术存在的不足而提供一种能够自动控制移液体积、精度高的电动移液器，还提供这种电动移液器的自动计量方法、自动分液方法。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
电动移液器，包括有微处理器、输入模块、显示模块、吸量管、负压泵、检测吸量管内气压大小的气压传感器，气压传感器、输入模块分别与微处理器的输入端电连接，显示模块、负压泵分别与微处理器的输出端电连接，负压泵通过管道连接吸量管顶部的管口，气压传感器设置在吸量管内或设置在与吸量管顶部管口连接的管道上，通过气压传感器实时检测吸量管内气压并反馈给微处理器对吸量管内的液体体积进行控制。
本发明还公开了移液器的自动计量方法，包括以下步骤：
A、设定吸液或排液后吸量管内所需的液体体积数值V；
B、根据液体体积数值V得出吸量管内对应的所需气压数值P；
C、实时检测出吸量管内气压数值PS，并与P进行比较，当PS与P不相等时，移液器进行吸液或排液动作；
D、当吸液或排液动作进行到PS=P时，移液器停止吸液或排液动作，使吸量管内的液体体积数值增加或减少到等于V。
步骤A具体为，设定需吸液或排液的体积数值ΔV，吸液或排液后吸量管内的液体体积数值V=V0+ΔV，其中V0为进行吸液或排液前吸量管内的液体体积。
步骤B中，所需气压数值P由以下公式计算得出：
其中，P大气为大气压强，g为重力常量，ρ为液体的密度，S为吸量管内腔的横截面面积。
作为另一种方案，步骤B具体为：
B1、通过吸量管分别吸取多次不同体积的液体，得到多个不同的液体体积数值，同时检测出吸量管内每次吸取的液体体积对应的气压数值，得到多个与液体体积数值相对应的气压数值，
B2、根据多组液体体积数值及相对应的气压数值构建吸量管内气压数值与液体体积数值之间的拟合函数；
B3、根据液体体积数值V，利用拟合函数计算得出吸量管内对应的所需气压数值P。
步骤B2中拟合函数为线性拟合函数、分段线性拟合函数或曲线拟合函数。
步骤C中，当PS>P时，移液器进行吸液动作，当PS<P时，移液器进行排液动作。
本发明还公开了使用上述自动计量方法的移液器的自动分液方法，包括以下步骤：
A、设定吸液总体积VA，及每次分液的分液体积ΔV；
B、根据吸液总体积VA及每次分液的分液体积ΔV计算得出每次分液后吸量管内的液体体积数值V；
C、利用上述移液器的自动计量方法将吸量管内的液体体积增加到设定的吸液总体积VA；
D、依次进行分液操作，每次分液操作分别利用上述移液器的自动计量方法，将吸量管内的液体体积减少到该次分液后对应的吸量管内的液体体积数值V，使吸量管每次分别排出该次分液设定的分液体积ΔV的液体。
本发明还公开了另一种移液器的自动计量方法，包括以下步骤：
A、设定需吸液或排液的液体体积数值ΔV；
B、检测出吸液或排液前吸量管内的气压数值P0；
C、根据液体体积数值ΔV得出吸量管内对应的所需气压数值P，所需气压数值P由以下公式计算得出：
其中，g为重力常量，ρ为液体的密度，S为吸量管内腔的横截面面积。
D、实时检测出吸量管内气压数值PS，并与P进行比较，当PS与P不相等时，移液器进行吸液或排液动作；
E、当吸液或排液动作进行到PS=P时，移液器停止吸液或排液动作，使吸量管吸取或排出体积数值为ΔV的液体。
本发明还公开了使用上述自动计量方法的另一种移液器的自动分液方法，包括以下步骤：
A、设定吸液总体积VA，及每次分液的分液体积ΔV；
B、利用上述移液器的自动计量方法将吸量管内的液体体积由0增加到设定的吸液总体积VA；
C、依次进行分液操作，每次分液操作分别利用上述移液器的自动计量方法，使吸量管每次分别排出该次分液设定的分液体积ΔV的液体。
本发明有益效果在于：本发明的电动移液器包括有微处理器、输入模块、显示模块、吸量管、负压泵、检测吸量管内气压大小的气压传感器，气压传感器、输入模块分别与微处理器的输入端电连接，显示模块、负压泵分别与微处理器的输出端电连接，负压泵通过管道连接吸量管顶部的管口，气压传感器设置在吸量管内或设置在与吸量管顶部管口连接的管道上，本发明通过气压传感器实时检测吸量管内气压并反馈给微处理器对移液过程中吸量管内的液体体积进行控制，通过控制吸量管内气压间接控制移液体积，能够自动控制吸液和排液的体积，不需要人眼观察吸量管上的刻度来确定液体体积，操作方便，效率高，并且移液控制精确度高。
附图说明：
图1是本发明的原理示意图。
具体实施方式：
下面结合附图对本发明作进一步的说明，见图1所示，电动移液器，包括有微处理器1、输入模块2、显示模块3、吸量管4、负压泵5、检测吸量管4内气压大小的气压传感器6、吸管接头7，气压传感器6、输入模块2分别与微处理器1的输入端电连接，显示模块3、负压泵5分别与微处理器1的输出端电连接，吸管接头7紧密连接在吸量管4顶部的管口上，负压泵5通过管道连接吸量管4顶部的管口的吸管接头7，气压传感器6设置在吸量管4内或设置在与吸量管4顶部管口连接的管道上，由于吸量管4内的液体体积变化时吸量管4内气压也会跟着变化，通过气压传感器6实时检测吸量管4内气压并反馈给微处理器1对吸量管4内的液体体积进行控制。输入模块2为控制按键，用于输入和设定移注体积等数据、控制吸液和排液，输入方便。负压泵5与吸管接头7之间的管道上连接有电磁换向阀8，换向阀8与微处理器1的输出端电连接，通过换向阀8控制吸液和排液。
本发明通过气压传感器6实时检测吸量管4内气压并反馈给微处理器1对移液过程中吸量管4内的液体体积进行控制形成闭环控制系统，通过控制吸量管4内气压间接控制移液体积，能够自动控制吸液和排液的体积，不需要人眼观察吸量管4上的刻度来确定液体体积，操作方便，效率高，并且移液控制精确度高。
本发明还公开了移液器的自动计量方法，包括以下步骤：
A、设定吸液或排液后吸量管内所需的液体体积数值V；
B、根据液体体积数值V得出吸量管内对应的所需气压数值P；
C、实时检测出吸量管内气压数值PS，并与P进行比较，当PS与P不相等时，移液器进行吸液或排液动作；当PS>P时，移液器进行吸液动作，当PS<P时，移液器进行排液动作；
D、当吸液或排液动作进行到PS=P时，移液器停止吸液或排液动作，使吸量管内的液体体积数值增加或减少到等于V。
步骤A中，对于吸液或排液前吸量管内已经存在有液体的情况，可先设定需吸液或排液的体积数值ΔV，吸液或排液后吸量管内的液体体积数值V=V0+ΔV，其中V0为进行吸液或排液前吸量管内的液体体积。需吸液时ΔV为正数，需排液时ΔV为负数。
作为其中一种计算所需气压数值P的方案，步骤B中，所需气压数值P由以下公式计算得出：
其中，P大气为大气压强，g为重力常量，ρ为液体的密度，S为吸量管内腔的横截面面积。根据地理位置、所吸液体、所使用吸量管的不同，预先在移液器中设置好P大气、g、ρ、S等参数。
通过以上这种计算所需气压数值P的方案操作简单方便，只需提前预设好P大气、g、ρ、S等参数即可。
作为另一种计算所需气压数值P的方案，步骤B具体为：
B1、通过吸量管分别吸取多次不同体积的液体，得到多个不同的液体体积数值，体积由小至大依次为V1、V2……Vn，同时检测出吸量管内每次吸取的液体体积Vi对应的气压数值Pi，得到多个与液体体积数值相对应的气压数值P1、P2……Pn，其中n为大于1的自然数，1≤i≤n；取液体体积V1、V2……Vn时，一般均匀布满整个量程；
B2、根据多组液体体积数值V1、V2……Vn及相对应的气压数值P1、P2……Pn构建吸量管内气压数值P与液体体积数值V之间的拟合函数，并储存在移液器中；拟合函数为线性拟合函数、分段线性拟合函数或曲线拟合函数，能够有效减小移液体积误差，提高精度；拟合函数通过最小二乘法计算得出；
以分段线性拟合函数为例，将每相邻两组对应数据（Vj，Pj）、（Vj+1，Pj+1）分别拟合成一次线性拟合函数：
；
当然，也可以将每相邻多组对应数据分别拟合成一次线性拟合函数；也可以将所有组对应数据拟合成一次线性拟合函数或曲线拟合函数；
B3、根据液体体积数值V，利用拟合函数计算得出吸量管内对应的所需气压数值P。
通过以上这种计算所需气压数值P的方案能够抵消外界环境和操作手法对移液器精度的影响，并修正精度，提高移液控制精确度，提高系统稳定性和对外界环境的抗干扰能力，减少系统成本。
本发明还公开了使用上述自动计量方法的移液器的自动分液方法，包括以下步骤：
A、设定吸液总体积VA，及每次分液的分液体积ΔVi；每次分液的分液体积ΔVi可以都相同，也可以不相同，每次分液的分液体积依次为ΔV1、ΔV2……ΔVn，其中n为总分液的次数，n为自然数，1≤i≤n；
B、根据吸液总体积VA及每次分液的分液体积ΔV计算得出每次分液后吸量管内的液体体积数值V，即第i次分液后吸量管内的液体体积数值Vi为:
C、利用上述移液器的自动计量方法将吸量管内的液体体积增加到设定的吸液总体积VA；
D、依次进行分液操作，每次分液操作分别利用上述移液器的自动计量方法，将吸量管内的液体体积减少到该次分液后对应的吸量管内的液体体积数值V，使吸量管每次分别排出该次分液设定的分液体积ΔV的液体；
E、当吸量管内的液体体积小于时下一次分液的分液体积ΔV时，移液器停止排液动作。
本发明还公开了另一种移液器的自动计量方法，包括以下步骤：
A、设定需吸液或排液的液体体积数值ΔV；需吸液时ΔV为正数，需排液时ΔV为负数；
B、检测出吸液或排液前吸量管内的气压数值P0；
C、根据液体体积数值ΔV得出吸量管内对应的所需气压数值P，所需气压数值P由以下公式计算得出：
其中，g为重力常量，ρ为液体的密度，S为吸量管内腔的横截面面积，根据地理位置、所吸液体、所使用吸量管的不同，预先在移液器中设置好g、ρ、S等参数。
D、实时检测出吸量管内气压数值PS，并与P进行比较，当PS与P不相等时，移液器进行吸液或排液动作；当PS>P时，移液器进行吸液动作，当PS<P时，移液器进行排液动作；
E、当吸液或排液动作进行到PS=P时，移液器停止吸液或排液动作，使吸量管吸取或排出体积数值为ΔV的液体。
以上这种自动计量方法能够应用于吸液或排液前吸量管内已经存在液体和没有液体的场合，吸液或排液前不需要知道吸液或排液前吸量管内液体的体积就能够直接操作，使用方便。当然以上这种自动计量方法也可以使用上述前一种自动计量方法中的计算所需气压数值P的拟合函数方法来计算所需气压数值P。当然以上这种自动计量方法也可以仅检测气压的变化值ΔP来控制吸液或排液的液体体积数值ΔV。
本发明还公开了使用上述自动计量方法的另一种移液器的自动分液方法，包括以下步骤：
A、设定吸液总体积VA，及每次分液的分液体积ΔVi；每次分液的分液体积ΔVi可以都相同，也可以不相同，每次分液的分液体积依次为ΔV1、ΔV2……ΔVn，其中n为总分液的次数，n为自然数，1≤i≤n；
B、利用上述移液器的自动计量方法将吸量管内的液体体积由0增加到设定的吸液总体积VA；
C、依次进行分液操作，每次分液操作分别利用上述移液器的自动计量方法，使吸量管每次分别排出该次分液设定的分液体积ΔV的液体；
D、当吸量管内的液体体积小于时下一次分液的分液体积ΔV时，移液器停止排液动作。
本发明的自动计量方法、自动分液方法都是通过实时检测吸量管内气压并反馈给微处理器对移液过程中吸量管内的液体体积进行控制，通过控制吸量管内气压间接控制移液体积，能够自动控制吸液和排液的体积，不需要人眼观察吸量管上的刻度来确定液体体积，操作方便，效率高，并且移液控制精确度高。
Claims (10)
1.电动移液器，其特征在于：包括有微处理器、输入模块、显示模块、吸量管、负压泵、检测吸量管内气压大小的气压传感器，气压传感器、输入模块分别与微处理器的输入端电连接，显示模块、负压泵分别与微处理器的输出端电连接，负压泵通过管道连接吸量管顶部的管口，气压传感器设置在吸量管内或设置在与吸量管顶部管口连接的管道上，通过气压传感器实时检测吸量管内气压并反馈给微处理器对吸量管内的液体体积进行控制。
2.权利要求1所述的移液器的自动计量方法，其特征在于，包括以下步骤：
A、设定吸液或排液后吸量管内所需的液体体积数值V；
B、根据液体体积数值V得出吸量管内对应的所需气压数值P；
C、实时检测出吸量管内气压数值PS，并与P进行比较，当PS与P不相等时，移液器进行吸液或排液动作；
D、当吸液或排液动作进行到PS＝P时，移液器停止吸液或排液动作，使吸量管内的液体体积数值增加或减少到等于V。
3.根据权利要求2所述的移液器的自动计量方法，其特征在于：步骤A具体为，设定需吸液或排液的体积数值ΔV，吸液或排液后吸量管内的液体体积数值V＝V0+ΔV，其中V0为进行吸液或排液前吸量管内的液体体积。
4.根据权利要求2所述的移液器的自动计量方法，其特征在于：步骤B中，所需气压数值P由以下公式计算得出：
P＝P大气-ρgV/S
其中，P大气为大气压强，g为重力常量，ρ为液体的密度，S为吸量管内腔的横截面面积。
5.根据权利要求2所述的移液器的自动计量方法，其特征在于，步骤B具体为：
B1、通过吸量管分别吸取多次不同体积的液体，得到多个不同的液体体积数值，同时检测出吸量管内每次吸取的液体体积对应的气压数值，得到多个与液体体积数值相对应的气压数值；
B2、根据多组液体体积数值及相对应的气压数值构建吸量管内气压数值与液体体积数值之间的拟合函数；
B3、根据液体体积数值V，利用拟合函数计算得出吸量管内对应的所需气压数值P。
6.根据权利要求5所述的移液器的自动计量方法，其特征在于：步骤B2中拟合函数为线性拟合函数、分段线性拟合函数或曲线拟合函数。
7.根据权利要求2所述的移液器的自动计量方法，其特征在于：步骤C中，当PS>P时，移液器进行吸液动作，当PS<P时，移液器进行排液动作。
8.移液器的自动分液方法，其特征在于，包括以下步骤：
A、设定吸液总体积VA，及每次分液的分液体积ΔV；
B、根据吸液总体积VA及每次分液的分液体积ΔV计算得出每次分液后吸量管内的液体体积数值V；
C、利用权利要求2～7任意一项所述的移液器的自动计量方法将吸量管内的液体体积增加到设定的吸液总体积VA；
D、依次进行分液操作，每次分液操作分别利用权利要求2～7任意一项所述的移液器的自动计量方法，将吸量管内的液体体积减少到该次分液后对应的吸量管内的液体体积数值V，使吸量管每次分别排出该次分液设定的分液体积ΔV的液体。
9.权利要求1所述的移液器的自动计量方法，其特征在于，包括以下步骤：
A、设定需吸液或排液的液体体积数值ΔV；
B、检测出吸液或排液前吸量管内的气压数值P0；
C、根据液体体积数值ΔV得出吸量管内对应的所需气压数值P，所需气压数值P由以下公式计算得出：
P＝P0-ρgΔV/S
其中，g为重力常量，ρ为液体的密度，S为吸量管内腔的横截面面积；
D、实时检测出吸量管内气压数值PS，并与P进行比较，当PS与P不相等时，移液器进行吸液或排液动作；
E、当吸液或排液动作进行到PS＝P时，移液器停止吸液或排液动作，使吸量管吸取或排出体积数值为ΔV的液体。
10.移液器的自动分液方法，其特征在于，包括以下步骤：
A、设定吸液总体积VA，及每次分液的分液体积ΔV；
B、利用权利要求9所述的移液器的自动计量方法将吸量管内的液体体积由0增加到设定的吸液总体积VA；
C、依次进行分液操作，每次分液操作分别利用权利要求9所述的移液器的自动计量方法，使吸量管每次分别排出该次分液设定的分液体积ΔV的液体。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right |
Denomination of invention: Electric pipettor and automatic gauge method thereof, automatic liquid separation method Effective date of registration: 20170822 Granted publication date: 20151223 Pledgee: Guangdong Nanhai Rural Commercial Bank branch branch of Limited by Share Ltd Pledgor: Shunde District, Foshan City sieve grace scientific instrument Co., Ltd Registration number: 2017440000069 |
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| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right |