CN105110281B - 一种液体自动摄取并恒温储存的装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种液体自动摄取并恒温储存的装置和方法。所述装置包括管路单元、冷却单元、定位单元和控制单元，管路单元包括动力泵、管路；冷却单元包括收集盘和冷却设备；定位单元包括X轴、Y轴、Z轴和驱动结构；控制单元连接所述冷却设备、定位单元和驱动结构，用于控制上述装置使管路的样品液流出端定位到收集盘上的收集管内；并用于控制冷却单元使收集盘上的样品液冷却到所需温度。本发明能够满足实时检测反应液对摄取效率、便捷性和温度等方面的要求，能够使得样品液最大限度地保持固有的成分构成，从而满足了精确检测的需要。

Description

一种液体自动摄取并恒温储存的装置和方法

技术领域

本发明涉及一种液体自动摄取储存的装置和方法，尤其是一种从反应容器内自动化摄取液体样品并恒温储存的装置。

背景技术

在化学、化工、环境检测、生物、医药等领域，需要实时了解液体体系的组分变化情况，这需要操作人员手动定时地从目标体系中摄取样品液并进行样品分析；或者，把样品取出后放置冰箱内低温储存，避免组分发生变化，之后再统一进行样品分析。传统做法需要操作人员定时取样，操作繁琐，劳动力投入较大，甚至通宵操作。

市场上也有简单的自动收集器、只能实现XY两个维度的平面定位，收集管头定位到指定试管的上方后，开启动力泵输送样品液。这些装置和方法只是对上述纯手工操作简单的有益补充，还远远达不到解决上述问题的程度。

上述现有的操作方式不利于保持所要分析的样品液的固有组分构成，主要是因为操作不够紧凑造成与外界发生物质交换和热量交换的机会较多。基于以上所述，有必要提高液体摄取装置的操作便利性和摄取效率，并且需要进一步采取其它措施使摄取的样品液最大限度保持固有的组分构成，以达到实时监测的需要。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种液体自动摄取并恒温储存的装置和方法，以满足实时检测反应液对摄取效率、便捷性和温度等方面的要求，使得样品液最大限度地保持固有的成分构成，以满足精确检测的需要。

本发明提供的一种液体自动摄取并恒温储存的装置，包括：

管路单元，包括管路，所述管路用于样品液的摄入、流通和流出，所述管路的两端分别为样品液摄入端和样品液流出末端；

冷却单元，包括收集盘和冷却设备，所述收集盘能够容纳收集管和废液管，所述收集管用于收集从所述管路流出的样品液，所述废液管用于收集从所述管路排出的废液，所述冷却设备用于冷却所述收集盘上的所述收集管内的样品液；

定位单元，用于将所述管路的样品液流出末端三维定位到指定的收集管，所述定位单元包括X轴、Y轴、Z轴和驱动结构，通过所述驱动结构将所述样品液流出末端定位到收集管所处的XY平面位置，通过所述驱动结构将所述样品液流出末端沿竖直Z轴方向定位到收集管内；

控制单元，连接所述管路单元、定位单元和冷却单元，所述控制单元用于控制所述驱动结构使所述管路的样品液流出末端定位到所述收集盘上的所述收集管内；并用于控制所述冷却单元使所述收集盘上的样品液冷却到所需温度。

所述管路单元的管路根据样品液的摄入位置、流出位置以及取液量选取规格并设置路径即可，目的就是使样品液按照设定得以摄入、流通和流出，对管路的材质和设置方式没有其他特定限制。

所述冷却单元负责给收集盘制冷，可以采用现有技术中的制冷设备，在一个优选的实施方式中，利用动力泵驱使冷却液流经收集盘，带走热量，冷却液的温度上升；然后，冷却液经过散热器时释放热量，冷却液的温度下降；冷却后的冷却液再次流经收集盘，完成一次完整的制冷循环操作。不断移走热量，使收集盘的温度越来越低，可达到零下十几摄氏度。

优选地，所述收集盘具有阵列状管槽，用于容纳收集管。更优选地，所述收集盘具有容纳收集管的管槽区域以及用于容纳排出的废液或者用于容纳废液管的区域。

所述定位单元能实现XYZ三维定位，能按照控制单元设定的指令依次动作，实现把管路的样品液流出末端定位到需要的位置：所述XYZ三维定位通过X轴、Y轴和Z轴的运动来实现，所述驱动结构可以为常规的驱动XYZ三维定位的结构，例如可以为能够将电能转化为直线运动的机械能的电机。

控制单元为实现上述功能的自动控制单元，在知悉上述功能的情况下，本领域技术人员按照本领域常规操作方式实现即可。所以这里仅做如下简单介绍：所述控制单元包括硬件和软件单元，硬件单元主要是此类单元所需要的常规的电路板和各种电气元器件，软件单元包括操作界面，方便操作人员设定相关控制参数：取样时间点、样品液的收集体积、样品液的储存温度，以及其他硬件的状态设置和查询。控制单元使各种硬件协调一致，实现程序化、智能化地取样并低温储存和清洗的功能。根据本发明所述的装置，优选地，所述管路设置有控制管路开/关的阀门硬件。

这种设置，可以用于利用封闭容器的正压力或者样品液的重力势能作为液体流动的动力的情况。根据本发明所述的装置，优选地，所述管路单元包括第一动力泵，所述控制单元根据所述定位单元的定位完成情况控制所述第一动力泵的工作起始时点，并根据设定的时间参数控制所述第一动力泵的工作终止时点。

这种设置，可以实现更准确和便捷的取样控制。所述第一动力泵可以为各种常规动力泵，例如为蠕动泵。

根据本发明所述的装置，优选地，所述冷却单元使所述收集盘上样品液通过冷却液循环降温，所述冷却单元包括第二动力泵和散热器，所述第二动力泵用于驱使冷却液流经收集盘，所述散热器用于使流经收集盘的冷却液降温而循环使用。

这种降温方式直接而高效，可以使收集盘的收集管内的样品很快降低温度，有利于保持收集管内收集的样品液保持固有组分，是确保样品液测定准确性的一种有效手段。

根据本发明所述的装置，优选地，所述定位单元的X轴和Y轴的XY平面运动区域与所述收集盘的大小及其在水平面上的位置相配合，所述Z轴的竖直运动区域与所述收集盘在竖直方向上的位置相配合。

所述“相配合”是指能够提供合适的运动路径满足相应的功能需要，以X轴和Y轴为例，XY平面运动区域与所述收集盘的大小及其在水平面上的位置相配合是指，X轴和Y轴的XY平面运动区域能够完全覆盖所述收集盘的大小，而且不过分超出所述收集盘的大小，这样能够完全满足功能需要，而且尽量避免了多余的无用运动，从而兼顾了功能和效率。Z轴的情形可以参照理解，这里不再赘述。

本发明还提供了利用上述装置进行液体自动摄取并恒温储存的方法，其包括以下步骤：

1)废液排放：利用所述控制单元控制所述定位单元的驱动结构使所述管路的样品液流出末端定位到所述收集盘上的废液管，通过第一动力泵驱动而排放滞留在管路里面的废液；

2)取液步骤：利用所述控制单元控制所述定位单元的驱动结构使所述管路的样品液流出末端重新定位到所述收集盘上指定的收集管，通过第一动力泵驱动使样品液流入到所述指定的收集管内；

3)冷却步骤：利用所述控制单元控制所述冷却单元使所述收集盘通过冷却液降温，流经所述收集盘的冷却液经过降温循环流经所述收集盘。

所述废液排放步骤中，在所述控制单元预先设置废液排放时间参数值，所述第一动力泵在所述废液排放时间内工作使得滞留在管路里面的废液排出。

根据本发明所述的方法，优选地，所述取液步骤中，根据所述定位单元的定位完成情况控制所述样品液流入收集管的起始时点，并根据设定的取样持续时间参数来控制所述样品液流入收集管的终止时点。

根据本发明所述的方法，优选地，所述定位单元的X轴、Y轴和Z轴的初始位置与所述收集盘的规格和位置都预设在所述控制单元中，并且在所述控制单元中根据所述收集盘的规格和位置定义了X轴、Y轴和Z轴的运动路径，能够通过操作界面进行设置而使得所述定位单元通过X轴、Y轴和Z轴的运动将所述管路的样品液流出末端定位到所述收集盘上特定位置的收集管内。

根据本发明所述的方法，优选地，还包括：

清洗步骤：完成取液步骤后利用所述控制单元将所述管路的样品液流出末端浸泡在样品液中。这样能够防止所述管路的样品液流出末端的样品液风干结焦而堵死管口，等待下一次取样时间点，下一次取样前将所述管路内滞留的液体排出。

本发明提供的液体自动摄取并恒温储存的装置和方法主要优点为：能够满足实时检测反应液对摄取效率、便捷性和温度等方面的要求，能够使得样品液最大限度地保持固有的成分构成，从而满足了精确检测的需要。

附图说明

图1为本发明的一种液体摄取并恒温储存的装置的结构示意图；

附图标记说明如下：

1为管路单元，2为冷却单元，3为定位单元，4为控制单元，5为反应容器，101为管路，102为第一动力泵，201为收集盘，2011为收集管，2012为废液管，301为X轴，302为Y轴，303为Z轴。

具体实施方式

本发明提供的液体摄取并恒温储存的装置包括管路单元、冷却单元、定位单元和控制单元，这些“单元”是功能化单元，通过前面描述的相关部件联系在一起，在控制单元的软件控制下实现协同作用。前面已经把各单元的构成、连接和协同做了比较充分的说明，本领域的技术人员参照之前的说明和本领域的常识就可以实现本发明。为了便于更好地理解本发明，下面结合附图以及具体实施例对本发明作进一步的说明，但本发明的保护范围并不限于此。

实施例1

液体摄取并恒温储存的装置：

如图1所示，该液体摄取并恒温储存的装置包括：管路单元1、冷却单元2、定位单元3和控制单元4。其中，管路单元1包括管路101，所述管路101用于样品液的摄入、流通和流出，管路101的摄入端设置在反应容器5中，所述管路101的样品液流出末端随着定位单元3(XYZ)运动。管路单元1还包括第一动力泵102，用于提供排出溶液(样品液或废液)的动力。冷却单元2包括收集盘201和冷却设备。收集盘201用于容纳收集管2011和废液管2012；收集管2011用于收集从管路101流出的样品液，废液管2012用于收集从管路101排出的废液。冷却设备在图1中未示出，用于冷却所述收集盘201上的收集管2011内的样品液，具体原理和结构如前所述。定位单元3用于对管路101的样品液流出末端进行三维定位，包括X轴301、Y轴302、Z轴303和驱动结构(图中未示)，能够通过所述驱动结构将所述样品液流出末端定位到收集管2011或废液管2012所处的XY平面位置，通过所述驱动结构将所述样品液流出末端沿Z轴303方向定位到收集管2011或废液管2012内。控制单元4连接管路单元1、冷却设备和驱动结构3，控制单元4用于控制所述驱动结构使管路单元1的样品液流出末端定位到收集盘上的收集管2011内；并用于控制冷却单元使收集盘201上的样品液冷却到所设定的温度。

实施例2

利用上述装置进行液体摄取并恒温储存的方法：

在控制单元4预先设定的时间点，先把管路101的样品液流出末端通过X轴和Y轴的运动二维平面定位到废液管2012位置，Z轴303下降到一定位置，然后利用第一动力泵102排出一定体积的废液体积，废液体积与第一动力泵的开启时间(根据流速和所需排出量预先在控制单元内设定)相关；然后，Z轴303上升到原点，再通过X轴301和Y轴302的移动把管路101的样品液流出末端定位到指定的收集管2011位置，Z轴303下降到一定位置，通过第一动力泵102从反应容器5泵出一定体积的样品液，样品液体积与第一动力泵102的开启时间(根据流速和所需排出量预先在控制单元内设定)相关；本发明装置的冷却单元2能迅速冷却样品液并保持在恒定的低温状态，防止样品继续反应导致组分发生变化。最后，Z轴303上升到原点，再通过XY二维平面定位把管路101的样品液流出末端恢复到废液管2012。完成一次完整的取样操作，管路101的样品液流出末端浸泡在本次的样品液中，等待下一次时间点的取样操作。取样时间点、样品的废液排放体积和收集体积、温度控制都可程序设定。整个过程完全自动化，不需要人工操作。

本发明的液体摄取并恒温储存的装置和利用所述装置进行摄取并恒温储存的方法，能够满足实时检测反应液对摄取效率、便捷性和温度等方面的要求，能够使得样品液最大限度地保持固有的成分构成，从而满足了精确检测的需要。技术人员可以按照设定的参数，程序化实现一系列操作，从目标体系取出需要样品液，并低温储存在指定的收集管里面，方便后续的样品分析。整个操作过程完全自动化，降低劳动力。本发明的装置的各部分相互配合，本发明所述方法的各步骤也是相互协作，从而作为一个有机整体实现上述效果。为了便于更好地理解以上效果，下面举例说明一些具体的优点：收集盘的温控功能更高效直接；样品液和废液排放的方式更直接简便，样品液体积的控制更高效准确，有利于收集到实时的、新鲜的样品液；可以对固形物含量较高的样品液取样，避免了取样间隔较长时接触空气端口的样品液会干燥结焦而造成慢慢堵死管口的情况发生。

本发明并不限于上述实施方式，在不背离本发明的实质内容的情况下，本领域技术人员可以想到的任何变形、改进、替换均落入本发明的范围。

Claims (7)

1.一种液体自动摄取并恒温储存的装置，其特征在于，包括：

管路单元，包括管路，所述管路用于样品液的摄入、流通和流出，所述管路的两端分别为样品液摄入端和样品液流出末端；所述管路单元包括第一动力泵；

冷却单元，包括收集盘和冷却设备，所述收集盘容纳有收集管和废液管，所述收集管用于收集从所述管路流出的样品液，所述废液管用于收集从所述管路排出的废液；所述收集盘具有容纳收集管的管槽区域以及用于容纳所述废液管的区域；所述冷却设备用于冷却所述收集盘上的所述收集管内的样品液；所述冷却单元使所述收集盘上样品液通过冷却液循环降温，所述冷却单元还包括第二动力泵和散热器，所述第二动力泵用于驱使冷却液流经收集盘，所述散热器用于使流经收集盘的冷却液降温而循环使用；

定位单元，用于将所述管路的样品液流出末端三维定位到指定的收集管，所述定位单元包括X轴、Y轴、Z轴和驱动结构，通过所述驱动结构将所述样品液流出末端定位到收集管所处的XY平面位置，通过所述驱动结构将所述样品液流出末端沿竖直Z轴方向定位到收集管内；所述定位单元的X轴和Y轴的XY平面运动区域与所述收集盘的大小及其在水平面上的位置相配合，所述Z轴的竖直运动区域与所述收集盘在竖直方向上的位置相配合；

控制单元，连接所述管路单元、定位单元和冷却单元，所述控制单元用于控制所述驱动结构使所述管路的样品液流出末端定位到所述收集盘上的所述收集管内；并用于控制所述冷却单元使所述收集盘上的样品液冷却到所需温度；所述控制单元根据所述定位单元的定位完成情况控制所述第一动力泵的工作起始时点，并根据设定的时间参数控制所述第一动力泵的工作终止时点。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述管路设置有控制管路开/关的阀门硬件。

3.利用权利要求1或2所述的装置进行液体摄取并恒温储存的方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)废液排放：利用所述控制单元控制所述定位单元的驱动结构使所述管路的样品液流出末端定位到所述收集盘上的废液管，通过第一动力泵驱动而排放滞留在管路里面的废液；

2)取液步骤：利用所述控制单元控制所述定位单元的驱动结构使所述管路的样品液流出末端重新定位到所述收集盘上指定的收集管，通过第一动力泵驱动使样品液流入到所述指定的收集管内；

3)冷却步骤：利用所述控制单元控制所述冷却单元使所述收集盘通过冷却液降温，流经所述收集盘的冷却液经过降温循环流经所述收集盘。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述废液排放步骤中，在所述控制单元预先设置废液排放时间参数值，所述第一动力泵在所述废液排放时间内工作使得滞留在管路里面的废液排出。

5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述取液步骤中，根据所述定位单元的定位完成情况控制所述样品液流入收集管的起始时点，并根据设定的取样持续时间参数来控制所述样品液流入收集管的终止时点。

6.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述定位单元的X轴、Y轴和Z轴的初始位置与所述收集盘的规格和位置都预设在所述控制单元中，并且在所述控制单元中根据所述收集盘的规格和位置定义了X轴、Y轴和Z轴的运动路径，能够通过操作界面进行设置而使得所述定位单元通过X轴、Y轴和Z轴的运动将所述管路的样品液流出末端定位到所述收集盘上特定位置的收集管内。

7.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，还包括：

清洗步骤：完成取液步骤后利用所述控制单元将所述管路的样品液流出末端浸泡在样品液中。