CN105548592B - 样品收集设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种样品收集设备，尤其用于确定液体的被测变量的分析仪，样品收集设备包括：样品收集单元，其经由流体管路连接到液体移取点，供给装置，其被设计成通过流体管路将来自液体移取点的液体输送到样品收集单元，和过滤单元，其被布置在从液体移取点通过流体管路到样品收集单元的流体路径中，其特征在于，样品收集设备包括在通过流动路径从过滤单元输送到样品收集单元的液体中实现微生物减少的至少一个表面或装置。

Description

样品收集设备

技术领域

本发明涉及样品收集设备和以这种样品收集设备为特征的分析仪。

背景技术

在过程测量技术中，例如，在化学、生物技术、制药和涉及食品技术的过程以及环境测量学中，自动取样器和分析仪或分析装置经常被用于确定液体样品中的被测变量(measurand)。这种取样器或分析仪例如可以用于在污水处理厂中清洁性能的监测和优化、饮用水的监测或用于食料的质量监督。从过程自动取得的样品或在预定的时间由取样器取得的水体可以在现场或在稍后的时间在实验室中通过自动分析仪分析。分析仪可以在现场确定被测变量。例如，这些装置用于测量和监测液体样品中某些物质——也称为分析物——的含量。例如，分析物可以是诸如铵、磷酸盐、硅酸盐或硝酸盐的离子、例如激素或微生物的生物或生物化学化合物。在过程测量技术中尤其是水控制中，使用分析仪确定的其它被测变量是总氧含量(TOC：total oxygen content)或化学需氧量(COD：chemicaloxygen demand)。例如，分析仪或取样器可以设计为箱式装置或浮标。

通常通过添加一种或更多种试剂因而引起在液体样品中的化学反应来在分析仪内处理待分析的样品。试剂优选地被选择以便致使化学反应借助于电位式传感器或电流式传感器或通过电导率测量由物理方法例如由光学测量是可检验的。例如，化学反应可以引起着色或颜色的变化，着色或颜色的变化可以使用光学装置来检测。在这种情形中，颜色的强度是待确定的被测变量的度量。例如，可以由光度测定设备或光谱装置通过将诸如可见光的电磁辐射从辐射源供给到液体样品内并且在传输通过液体样品之后利用合适的接收器接收它，来确定被测变量。接收器产生取决于接收到的辐射的强度并且可以用于得到被测变量的测量信号。

为了以自动方式使用这种分析方法，例如，在工业部门或用于监测污水处理厂或外侧的水体，期望的是提供一种自动地执行需要的分析过程的分析仪。

自动分析仪在现有技术中是已知的。例如，DE10222822A1、DE10220829A1和DE102009029305A1提出了分析从水体或在液体移取点，例如开放的水体、水池或管子处的过程取得的测量样品的自动分析仪。这种自动分析仪每个被设计为以：控制单元；用于试剂、标准溶液和清洁液体的供应罐；用于向测量池(measuring cell)内供应和计量泵送液体样品和试剂的泵；和用于暴露于测量池中的试剂的液体样品的光学测量的测量传感器为特征的箱式装置。试剂、标准溶液或清洁液体被从供应罐移取并且输送到测量池内。使用过的液体被从测量池传递到废物罐。

为了从液体移取点移取液体，相关的分析仪通常具有样品收集设备，其包括从液体移取点到分析仪的流体管路以及例如软管泵的供给装置。

在这种分析仪的若干应用中，尤其是在环境部门，待分析和/或监测的液体可能含有例如作为浑浊度可注意到的一定量的固体。固体部分可导致包括如上所述的光学测量的分析方法的分析结果的歪曲，或者甚至致使测量不可能。例如，在液体中的高颗粒含量可使液体样品的着色检测不可能。而且，较大的颗粒可堵塞从液体移取点到分析仪的流体管路或者在分析仪内的流体管路。因此，样品收集设备通常包括特别用于在液体被供给到分析仪内之前过滤液体的过滤装置或样品准备装置。给定的样品量然后从该过滤而被供给到分析仪的处理装置内并且如上所述被处理和分析。一种被设计成使用包括氧化剂的清洁介质时不时地清洗过滤器以便避免过滤器堵塞的样品准备装置从DE102011088235A1是已知的。

在提到的一些应用中，尤其是在水管理、食品技术或生物技术的领域，样品可能含有生物材料，尤其是像藻类、细菌和真菌的微生物，由于它们的小的尺寸，其可以通过样品收集设备的过滤器。如果这样的生物材料在样品收集设备的管路中繁殖，则结果可能是在过滤器下游的区域中积聚生物材料，这可能包括到分析仪的流体样品供给管路的不期望的堵塞和/或布置在分析仪内的流体样品供给管路的堵塞。

而且，在上面提到的应用中经常出现液体移取点在距分析仪的位置高达30m的距离处。所移取的液体因此必须在相当大的距离、需要一些时间的过程上被输送。在此时间期间积聚在输送管路中的生物材料的生物活性例如由于藻类、细菌和真菌的代谢过程可造成在输送期间和/或在输送到分析仪的测量池内之后，液体样品的总组分不同于当其在移取点被移取时的组分。

发明内容

因此，本发明的目的是描述一种避免这样的缺点的样品收集设备，尤其是用于分析仪的样品收集设备。

通过根据权利要求1的样品收集设备解决了该任务。在从属权利要求中阐述了有利的实施例。

根据本发明的样品收集设备，尤其用于分析仪以确定液体的被测变量，样品收集设备包括：

-样品收集单元，其经由流体管路连接到液体移取点，

-供给装置，其被设计成通过流体管路将来自液体移取点的液体输送到样品收集单元，和

-过滤单元，其被布置在从液体移取点通过流体管路到样品收集单元的流体路径中，

其中样品收集设备包括在通过流动路径从过滤单元输送到样品收集单元的液体中实现微生物减少的至少一个表面和/或装置。

例如，样品收集单元可以是分析仪的样品提供者，通过前言中描述的分析仪将具有预设体积的单独液体样品从样品提供者抽出用于处理和分析。样品收集单元也可以是容纳液体并允许液体被带到实验室用于进一步分析的罐。通过将对液体具有微生物减少效果的表面或装置布置到从过滤单元到样品收集单元的液体输送管路中，液体中的生物活性材料例如细菌、真菌或藻类的微生物的数量被大量减少，并且液体的输送路径中的积聚被简单地和有效地防止。因为材料不积聚，所以它们的新陈代谢对液体从过滤装置输送到样品收集单元期间的组分的影响是最小的并且因此可以被忽略。类似地，用于将液体输送到样品收集单元的管路的堵塞，或者如果适用，在液体流动方向上样品收集单元下游的分析仪中的管路的堵塞被有效地防止。

例如，对液体具有微生物减少效果的表面可包括具有杀生物效果(biocidaleffect)的材料，尤其是铜或银。例如，配备有具有杀生物效果的材料的表面可以是与液体接触的过滤单元的过滤器或过滤器夹具的表面，或者与液体接触的流体管路的表面，或者与液体接触的样品收集单元的表面。

在样品收集设备的另一实施例中，对液体具有微生物减少效果的装置可被设计成向液体添加具有杀生物效果的物质。这种装置也可以与包括具有杀生物效果的材料的表面组合使用。

在一个实施例中，所述装置可包括溶解在液体中的具有杀生物效果的物质的库(depot)或者用于将具有杀生物效果的物质供给到流体管路或样品收集单元内的供应管路。

在另一实施例中，对液体具有微生物减少效果的装置可以可替代地或另外包含用于加热液体的加热装置，尤其是流加热器。

在另一实施例中，对样品液体具有微生物减少效果的装置可以可替代地或另外包含辐射装置，尤其是发射UV辐射以照射液体的辐射装置。

另外或可替代地，装置还可包括设计成将超声波发射到液体内的超声波源。

在该实施例中，例如有利的是，流体管路的至少一个区段由对于由辐射源发射的辐射的至少一部分透明的材料制成，尤其是玻璃或石英玻璃，其中将辐射源相对于液体管路的该区段布置成使得从辐射源发射的辐射到达流过流体管路的该区段的液体。

辐射源可以可替代地被布置在样品收集单元内，尤其是浸入存在于样品收集单元中的液体内。也可能的是，除如上面两个段落所述的布置在样品收集单元内的辐射源之外，样品收集设备以影响流体管路中的液体的另一辐射源为特征。

过滤单元可以被布置在靠近液体移取点的流体管路的末端处，且过滤单元的至少一个区段可以被浸入存在于液体移取点处的样品液体内。

本发明还包括用于确定液体样品的被测变量的分析仪，分析仪包括根据如上所述的实施例中的一个的样品收集设备，分析仪进一步包括：

-测量池，

-至少一个液体罐，其容纳处理流体，尤其是一个或更多个试剂，以处理液体样品，

-处理装置，其包括供给和计量设备，所述供给和计量设备用于在测量池中供给和计量来自样品收集单元的液体样品和来自液体罐的处理流体；

-测量传感器，尤其是光度测定测量传感器，其被设计成提供至少一个测量信号，该至少一个测量信号与利用处理流体处理的并且包括在测量池中的液体样品的被测变量相互关联。

例如，被测变量可以是液体样品的分析物的浓度。

附图说明

下面基于附图中所示的实施例进一步详细解释本发明。附图示出：

图1是具有自动分析仪和样品收集设备的分析设备的示意图；

图2是样品收集设备的示意图。

具体实施方式

在图1中，示出了具有分析仪100以确定液体样品中的被测变量的分析设备的示意图。分析仪100包括几个供应罐133、137和141、具有供给和计量容纳在供应罐133、137和141中的液体的多个泵135、139和143的处理装置，以及将供应罐133、137和141与测量池127连接的流体管路。此外，分析仪100以经由泵107也连接到测量池127的废物罐105为特征。例如，泵107、135、139和143可以是隔膜泵、活塞泵，尤其是注射泵或蠕动泵。分析仪100进一步包括具有样品收集单元的样品收集设备150。样品收集设备150以这样的方式被设计：在过程或水体的液体移取点151处获得液体、过滤液体并且将液体收集在样品收集单元中。样品收集单元用作分析仪100的样品给予者。具有预设体积的液体样品被从样品给予者取出以进行分析。样品收集单元经由供应管路109连接到测量池127。泵103被用于将液体样品供给和计量到测量池127中，例如，测量池127可以被设计成像其它泵107、135、139和143一样的隔膜泵、活塞泵，尤其是注射泵或蠕动泵。

为了捕捉将由分析仪100确定的被测变量，分析仪100还包括光学测量接收器，光学测量接收器以发射测量辐射的辐射源131和接收器132为特征，辐射源131和接收器132以这样的方式被布置到测量池127：即测量辐射通过容纳在测量池127中的液体样品，并且传输通过样品的测量辐射然后到达接收器132。

分析仪100可以以全自动模式运行。为了此目的，分析仪100配备有控制单元S，控制单元S在此处示出的示例中也满足评估单元的功能，尤其是基于利用测量传感器捕捉的测量值确定被测变量。在此处示出的示例中，控制单元S也用于控制样品收集设备150。

控制单元S包括具有存储器的数据处理单元，其具有提供用于控制分析仪100和/或样品收集设备1的控制以及如果需要由光学测量传感器131、132递送的测量信号的评估的一个或几个操作程序的存储器。数据处理设备还可具有允许操作者输入命令或参数的输入装置和/或接收来自上级单元的命令、参数或其它数据的接口。此外，控制单元S还可具有向用户输出数据、尤其是测量数据或操作信息，和用于经由接口向上级单元输出数据的输出装置。控制单元S被连接到泵103、107、135、139、143的驱动器并与阀(此处未详细示出)连接以自动地操作它们来将来自样品收集单元和液体罐133、137和141的液体输送到测量池127。控制单元S还被链接到测量传感器以控制测量传感器并从接收器132的测量信号确定待检测的测量变量。

供应罐141可包含与从样品收集单元移取的样品混合以处理样品的试剂。例如，如果待确定的被测变量是液体中分析物的浓度，则试剂可被选择以与分析物反应产生着色的反应产物。着色的强度是待确定的浓度的度量。从辐射源131发射的测量辐射的波长在此情形中与反应产物的着色协调，并相应地通过接收器132和/或控制单元S评估。代替此处所示示例中的单个试剂，根据待确定的被测变量可以使用几种试剂。在此情形中，分析仪100具有用于所需的试剂的合适数量的供应罐。

在分析仪的测量操作期间，控制单元S首先将预设量的容纳在样品收集单元中的液体计量到测量池127中作为待分析的样品。同时或随后，控制单元S控制泵143以便将给定量的容纳在供应罐141中的试剂输送到测量池。因此，在此处描述的示例中，测量池127也用作使液体样品和试剂混合的混合计。然而，其它实施例也是可能的，其中在液体样品被计量到测量池127中之前将试剂或几个试剂相互混合。

为了捕捉容纳在测量池中的处理过的液体样品的被测变量，控制单元S操作测量传感器131、132并评估由测量传感器131、132输出的测量信号。通过控制单元S从测量信号确定的被测变量可以被保存在控制单元S的数据存储器中，并且经由在控制单元S上的接口和/或显示器输出到上级单元。

一旦已经确定被测变量，通过使用泵107将在测量池中的使用过的样品输送到废物罐105而排空测量池127。分析仪100具有可以包括用于校准和/或清洁液体的标准溶液的其它供应罐133、137。由于与供应罐133、137关联的泵135、139，那些溶液可以被输送到测量池。

在进行了一个或几个测量循环之后，可以通过将来自供应罐137的标准溶液供给到测量池127来执行分析仪100的校准。在测量池127中像从样品收集单元取得的“真实”液体样品一样用试剂处理标准溶液，其中借助于泵143将所述试剂从供应罐141输送到测量池127。借助于测量传感器131、132光度测定地确定被测变量的测量值，并且如果必要，基于测量值调整分析仪100。

图2以示意图详细地示出了样品收集设备150。样品收集设备150包括过滤装置153，过滤装置153在操作期间至少以某些区段浸入在液体移取点151处存在的液体内。过滤装置153经由流体管路155和供给装置157连接到样品收集单元159。供给装置157包括泵161，泵161以这样的方式被设计，即通过流体管路155输送从液体移取点151取得的液体。例如，泵161可以是软管泵。过滤装置可包括具有0.5μm至50μm孔尺寸的塑料、金属或陶瓷过滤器用于扣留液体中存在的固体颗粒。

供给装置157具有设计成控制泵161的控制单元163。控制装置163可以可选地经由用于通信的接口164连接到上级控制单元，例如图1中所示的分析仪100的控制单元S。控制器包括数据处理单元，尤其是包括具有存储器的微处理器，存储器包含数据处理装置能够执行的用于控制供给单元157的操作程序。样品收集单元159用于接收从液体移取点151取得的液体，并且用作自动分析仪例如基于图1描述的分析仪100从其移取样品以确定被测变量的样品给予者。

样品收集设备150可以具有一个或更多个对液体具有微生物减少效果的表面或装置。微生物减少表面或装置可以被安装的可能位置已经在图2中用大写字母A、B、C和D标记。

基本上，液体或液体样品或废弃样品的微生物减少可以以几种方式完成：一种选择是利用超过80℃的温度进行液体的热处理，优选地，超过100℃是有利的。另一种选择是利用致使包含在其中的生物物质无害的UV辐射处理液体。利用超声处理液体也可用于移除微生物。可替代地，可以将具有杀生物效果的物质添加到液体。具有杀生物效果的物质是包括意在对生物活性物质——尤其是诸如包含在液体中的真菌、藻类和细菌的生物体进行破坏、阻止、致使无害或防止其影响，或者以其它方式对抗它们的一种或更多种试剂的物质或物质混合物。具有杀生物效果的这种物质在本发明的意义上具有微生物减少效果。例如，可以利用计量泵或利用自溶解杀生物库(self-dissolving biocide depot)将具有杀生物效果的物质引入到液体内。样品收集设备150上接触液体的表面也可以以具有杀生物效果的物质为特征，尤其是通过由具有杀生物效果的材料制造样品收集设备150的部件或者通过对它们涂布包括具有杀生物效果的物质的涂层。

具有杀生物效果和/或微生物减少效果的接触液体的表面可以被安装在位置A，即直接在过滤单元153下游的液体的流动路径中。例如，将过滤器附接到流体管路155的过滤器夹具可以由铜或银制成或者以铜或银涂覆。金属铜或银对流过过滤器夹具的液体具有微生物减少效果。

在本示例中，计量装置165已经被插入到流体管路155内，流体管路155被设计成以可控的方式供给具有杀生物效果的物质例如杀生物化学品的溶液，杀生物化学品可以例如包括银盐、银纳米颗粒和/或氯溶液。计量单元165包括液体罐以及计量泵，液体罐包括存在于液体中的具有杀生物效果的物质，计量泵例如可以被设计为注射泵。计量单元165可以具有其自己的控制单元，其被设计成根据给定的时间表时不时地或连续地向流过流体管路的液体添加具有杀生物效果的物质。控制器也可以经由用于通信的接口167连接到上级控制单元，例如基于图1描述的分析仪100的控制单元S。在每时间单位期间待添加的具有杀生物效果的物质的量例如可以根据在液体移取点151处得到的液体的组分或通过流体管路155的液体的流动速度来设定。为了此目的，上级控制单元可以对计量单元165的控制器进行配置或参数化或者向计量装置165的控制器传递控制命令。

在可替代的示例中，也可能的是，具有杀生物效果的物质的库被布置在流体管路155内侧，其缓慢地溶解在流过流体管路的液体中。其一个示例是包括微细分布的机械银的银丝或者包含在诸如数周或数月的较长时间段相对缓慢地释放银或银离子的银离子的片剂或粉末。

杀菌单元169被安装在位置B，即，在供给单元157内，尤其是在泵161下游(在此处显示的流动方向上)或者直接在泵161前面。用于通过液体管路155输送的液体的热处理的杀菌单元例如可以包括流加热器或微波加热，通过流体管路155输送的液体被引导通过流加热器。流加热器也可以通过在没有样品流的情况下适时加热到更高的温度来循环地执行自杀菌循环。在可替代的实施例中，杀菌装置169可以以插入流体管路155内并且对于UV辐射以及UV光源透明的管路的区段为特征，UV光源被设计成通过透明管路区段将UV光照射到流过其的流体内。

此外或可替代地，计量单元可以在位置B被布置在流体管路155中以对流过流体管路155的液体进行杀菌，该计量单元以类似于已经描述的计量装置165的方式设计。

液体管路155在供给单元157和样品收集单元159之间延伸的区段可以在工业过程的很多应用中——例如在污水处理厂中——高达30m长。在该管路区段内的位置C，接触液体的表面可以包括具有杀生物效果的物质。例如，流体管路155自身可以至少部分地由具有杀生物效果的物质制成，或者涂覆有包括具有杀生物效果的物质的涂层。也可以将具有杀生物效果的铜或银线放置在流体管路155内。

在此处示出的示例中，UV辐射源171被布置在样品收集单元159内的位置D处，其被设计成将UV辐射照射到流入样品收集单元159内或接收到样品收集单元159内的液体内。样品收集单元159的壁可以被设计成将UV辐射反射回到液体内，和/或防止UV辐射从样品收集单元159离开。UV辐射源171可以包括控制装置，该控制装置可以经由用于通信的接口173连接到上级控制装置例如基于图1描述的分析仪100的控制单元S，并且用于控制UV辐射源。

此外或可替代地，杀生物物质可以被布置在样品收集单元159中，作为缓慢溶解的库或具有杀生物效果的金属体。在样品收集单元159通常由液体覆盖的区域中布置杀生物物质是有利的。

可以设想根据本发明的很多样品收集设备或其可替代的实施例。样品收集设备尤其可以以基于图2描述的具有杀生物效果的表面中的仅仅一个和/或那些表面和/或装置中的两个或更多个的装置或组合为特征。样品收集单元159如果不用作用于自动分析仪的样品给予者，也可以被设计成优选地加盖的罐，其用于保存在液体移取点获得的液体和用于将液体输送到实验室以用于液体的进一步分析。

Claims (21)

1.一种样品收集设备，所述样品收集设备包括：

-样品收集单元，所述样品收集单元经由流体管路连接到液体移取点，

-供给装置，所述供给装置被设计成通过所述流体管路将来自所述液体移取点的液体输送到所述样品收集单元，和

-过滤单元，所述过滤单元被布置在从所述液体移取点通过所述流体管路到所述样品收集单元的流动路径中，

其特征在于，所述样品收集设备包括在通过所述流动路径从所述过滤单元输送到所述样品收集单元的所述液体中实现微生物减少的至少一个表面或装置。

2.根据权利要求1所述的样品收集设备，

其中，实现所述液体中的微生物减少的所述表面包括具有杀生物效果的材料。

3.根据权利要求2所述的样品收集设备，

其中，配备有具有杀生物效果的所述材料的所述表面是与所述液体接触的、所述过滤单元的过滤器或过滤器夹具的表面，或者是与所述液体接触的所述流体管路的表面，或者是与所述液体接触的所述样品收集单元的表面。

4.根据权利要求1所述的样品收集设备，

其中，实现所述液体中的微生物减少的所述装置被设计成向所述液体添加具有杀生物效果的物质。

5.根据权利要求4所述的样品收集设备，

其中，所述装置包括溶解在所述液体中的、具有杀生物效果的所述物质的库，或者用于将具有杀生物效果的所述物质供给到所述流体管路或所述样品收集单元内的供应管路。

6.根据权利要求1所述的样品收集设备，

其中，所述装置对所述液体具有微生物减少效果，所述装置包含用于加热液体的加热装置。

7.根据权利要求1所述的样品收集设备，

其中，实现所述液体中的微生物减少的所述装置包括辐射源。

8.根据权利要求7所述的样品收集设备，

其中，所述流体管路的至少一个区段由对于由所述辐射源发射的所述辐射的至少一部分透明的材料制成，并且其中，所述辐射源相对于所述液体管路的所述区段被布置成使得从所述辐射源发射的辐射到达流过所述流体管路的该区段的所述液体。

9.根据权利要求7所述的样品收集设备，

其中，所述辐射源被布置在所述样品收集单元内。

10.根据权利要求1至9中的一项所述的样品收集设备，

其中，所述过滤单元被布置在所述流体管路的靠近所述液体移取点的末端处，并且其中，所述过滤单元的至少一个区段被浸入存在于所述液体移取点处的样品液体内。

11.根据权利要求1所述的样品收集设备，

其中，所述样品收集设备是用于确定液体的被测变量的分析仪。

12.根据权利要求2所述的样品收集设备，

其中，所述具有杀生物效果的材料是铜或银。

13.根据权利要求6所述的样品收集设备，

其中，所述加热装置是流加热器。

14.根据权利要求7所述的样品收集设备，

其中，所述辐射源发射UV辐射以照射所述液体。

15.根据权利要求8所述的样品收集设备，

其中，所述至少一个区段由玻璃制成。

16.根据权利要求8所述的样品收集设备，

其中，所述至少一个区段由石英玻璃制成。

17.根据权利要求9所述的样品收集设备，

其中，所述辐射源被布置为浸入存在于所述样品收集单元中的所述液体内。

18.一种用于确定液体样品的被测变量的分析仪，包括根据权利要求1至17中的一项所述的样品收集设备，所述分析仪进一步包括：

-测量池，

-至少一个液体罐，所述至少一个液体罐容纳处理流体，以处理所述液体样品，

-处理装置，所述处理装置包括供给和计量设备，所述供给和计量设备用于在所述测量池中供给和计量来自所述样品收集单元的所述液体样品和来自所述液体罐的所述处理流体；

-测量传感器，所述测量传感器被设计成提供至少一个测量信号，所述至少一个测量信号与利用所述处理流体处理的并且包括在所述测量池中的所述液体样品的所述被测变量相互关联。

19.根据权利要求18所述的分析仪，

其中，所述被测变量是分析物的浓度。

20.根据权利要求18所述的分析仪，

其中，所述至少一个液体罐容纳一个或更多个试剂。

21.根据权利要求18所述的分析仪，

其中，所述测量传感器是光度测定测量传感器。