CN107796910A - 自动进样系统和方法 - Google Patents

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王小菊
刘保献
杨懂艳
杨柳
陈维
鹿海峰
张大伟
刘兆莹
陆皓昀
姜洋
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    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
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    • G01N31/12—Investigating or analysing non-biological materials by the use of the chemical methods specified in the subgroup; Apparatus specially adapted for such methods using combustion
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N35/00—Automatic analysis not limited to methods or materials provided for in any single one of groups G01N1/00 - G01N33/00; Handling materials therefor
    • G01N35/02—Automatic analysis not limited to methods or materials provided for in any single one of groups G01N1/00 - G01N33/00; Handling materials therefor using a plurality of sample containers moved by a conveyor system past one or more treatment or analysis stations
    • G01N35/04—Details of the conveyor system

Abstract

一种自动进样系统和方法，所述自动进样系统包括：打孔进样器、进样杆、步进电机和控制器，步进电机和控制器可以控制打孔进样器和进样杆的移动和定位，所述打孔进样器包括一个机械臂和一个膜片架，所述机械臂是一个中空的圆筒，所述机械臂下端设置有可开闭的舱门。本发明实现了自动裁膜，减少人为误差，并且根据实际工作需要，可设定膜片裁取的面积，节省了人力。

Description

自动进样系统和方法
技术领域
本发明涉及一种自动进样系统和方法，具体涉及一种用于大气气溶胶分析的自动进样系统和方法。
背景技术
大气中的碳气溶胶通常包括有机碳(OC)和元素碳(EC)，其不仅对人体健康、能见度有重要危害，OC、EC更是大气细颗粒物PM2.5的重要组成部分，约占我国城市大气PM2.5质量浓度的20％～50％。高浓度的OC、EC既是城市“雾霾”病的主要影响因素，在区域尺度上，大量EC的一次排放被认为加速了我国近年来的南涝北旱、影响了全球气候变暖、是仅次于温室气体CO2的增温组分。分析测试大气气溶胶中的OC、EC是科学研究其对生态环境、人体健康、全球气候影响的基础，研究表明人为操作会对OC、EC的测量结果产生影响。目前，OC、EC的样品采集和测量均是自动化操作，人为操作部分就是采样膜片的裁取和进样过程。
美国研究人员研发了一种自动进样器，包括气缸驱动式样品转盘和机械臂，连接到OC、EC碳分析仪器，样品转盘用于放置样品，机械臂对样品进行抓取、转移和放置。膜片的抓取依靠一个塑料套筒内置一个活塞杆，活塞杆垂直上下移动控制塑料抓手的张开和合拢。由于抓取部分是塑料材质，仅有3、6、9、12点钟4个方向有凸起的触点，对于只有0.534平方厘米大小的膜托抓取困难，膜托抓取、转移、放置3个重要步骤难以保持水平，且由于是气缸驱动塑料抓手进行工作，样品盘、抓手的位置极易漂移。多次试验结果表明，难以实现多次重复抓取、转移、放置膜片的工作。
现有技术存在以下问题：
(1)需要人工裁膜，裁刀所用力度，裁刀在膜片上所放的位置，对测量结果会造成人为误差；
(2)采用气缸驱动样品盘旋转，每个圆形凹槽的直径很小，仅仅6毫米，要求样品盘和机械臂运行正常的情况下，大约每1小时凹槽才会转动一个位置，18个位置转动持续的时间，容易造成凹槽上膜托和膜片位置的较大偏移；
(3)塑料抓手的张开和合拢以及摆动，主要是气动驱动，幅度较大，机械振动较大。常常遇到测试用的膜片或者是测试完毕的膜片被抓手抓不起来，机械臂垂直向下找不准样品盘上凹槽的位置或者找不准进样杆上样品环的位置，机械臂和抓手从进样杆的样品环处将抓取到的膜托放回样品盘时会掉落或者甩出；
(4)采用的进样杆前端有一个铁片，中间镂空成环装，形成样品环，镂空部分用于放置膜托及膜托上负载的膜片，由于前端样品环长期反复阶梯升温到900度后又降温到室温，样品环极易变形，导致塑料抓手取不出膜托，更容易导致变形后的铁环在氧化炉中卡住无法退出；
(5)进样杆是一个来回在燃烧炉中和炉外舱门移动的不锈钢杆，裸露在空气中，在北方天气尤其是沙尘天气，直接导致杆上沾满灰尘，并带入燃烧炉中，致使实验结果本底偏高，同时也会造成舱门处沾污，无法密封燃烧炉。
发明内容
为了解决现有技术中存在的问题，本发明提出了一种自动进样系统和方法。
一方面，本发明提供了一种自动进样系统，包括：打孔进样器、进样杆、步进电机和控制器，步进电机和控制器可以控制打孔进样器和进样杆的移动和定位，所述打孔进样器包括一个机械臂和一个膜片架，所述机械臂是一个中空的圆筒，所述机械臂下端设置有可开闭的舱门。
优选地，所述机械臂的直径可以根据实际工作需要任意选择。
优选地，所述膜片架是固定的圆柱体结构，所述膜片架的中间是一个可以向上移动的小圆柱体结构，形成一个顶杆，所述顶杆的上升和下降由所述步进电机控制，其直径略小于所述机械臂，所述顶杆和所述机械臂的轴心重合。
优选地，所述进样杆包括杆体和设置在所述杆体前端的陶瓷支架。
优选地，所述陶瓷支架上设置有用于放置待测膜片的膜片凹槽。
优选地，所述自动进样系统还包括防尘罩，所述防尘罩可以罩住所述打孔进样器和所述进样杆。
优选地，所述防尘罩采用透明材料制成。
优选地，所述防尘罩采用有机玻璃制成。
另一方面，本发明提供了一种自动进样方法，包括：
(1)打开防尘罩，将完成采样后的采样膜放置在膜片架上；
(2)打开机械臂下方的舱门，机械臂向下移动在采样膜上裁取一个待测膜片，同时膜片架中间的顶杆向上移动将裁好的待测膜片送入机械臂，待测膜片进入机械臂后，舱门关闭从而将裁好的待测膜片密封；
(3)机械臂将待测膜片转移至进样杆前端的膜片凹槽处，舱门打开，将待测膜片放入膜片凹槽中，然后进样杆将待测膜片送入分析装置。
与现有技术相比，本发明所述的自动进样系统具有以下优点：
1、本发明实现了自动裁膜，减少人为误差，并且根据实际工作需要，可设定膜片裁取的面积，节省了人力；
2、增加了舱门，待测膜片在转移过程中避免了与外界接触，保持了样品的清洁程度。相对于现有技术，节省了气缸驱动装置，并减少持续转动样品盘产生的机械位置偏移；
3、裁膜和进样采用了一体化的结构，与现有技术相比，减少机械结构和部件；
4、驱动结构采用电机，比气缸驱动更保证了进样的精度和位置的准确性，避免了待测样品即膜片的掉落或甩出；
5、反复经历升温降温的放置膜片的结构采用陶瓷，不易变形，避免了样品完成测试后被卡在支架上，陶瓷支架不易变形的特点能使它在圆柱形、狭长的燃烧炉中来回移动，不易卡住；
6、本发明中的防尘罩不仅可以保护样品盘还可以保护机械臂和进样杆，有效减少实验误差，并且由于采用透明材料，可以看到进样的整个过程，有效避免误操作；
7、本发明的进样系统可靠性好，取样过程方便，样品抓取牢靠，具有噪声低、体积小、污染小、质量轻等优点。
附图说明
图1是本发明的自动进样系统的方框图；
图2是本发明的自动进样系统的打孔进样器；
图3是本发明的自动进样系统的进样杆。
附图标记说明：
1-机械臂；2-膜片架；3-舱门；4-采样膜；5-待测膜片；6-杆体；7-陶瓷支架。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明作进一步的详细说明。
如图1所示，本发明所述的自动进样系统包括打孔进样器、进样杆、防尘罩、步进电机和控制器。步进电机和控制器可以控制打孔进样器和进样杆的移动和定位。防尘罩可以罩住打孔进样器和进样杆，防尘罩采用透明材料制成，例如有机玻璃材质等，可清楚观察膜片的裁取、转移和放置过程。
如图2所示，打孔进样器包括一个机械臂1和一个膜片架2，机械臂1是一个中空的圆筒，机械臂1下端设置有可开闭的舱门3。机械臂1的直径可以根据实际工作需要任意选择。舱门3的开闭由步进电机和控制器控制。
膜片架2是固定的圆柱体结构，膜片架2的中间是一个可以向上移动的小圆柱体结构，形成一个顶杆，顶杆的移动依靠步进电机实现，其直径略小于机械臂1，顶杆和机械臂1的轴心重合。
如图3所示，进样杆包括杆体6和设置在杆体6前端的陶瓷支架7，陶瓷支架7上设置有膜片凹槽，膜片凹槽用于放置待测膜片5。
在一个检测空气气溶胶中的OC、EC的实施例中，一个47mm直径的采样膜用于采集空气气溶胶样品，采集方法可以是本领域中常规的各种采样方法。
在利用所述自动进样系统进样时，首先打开防尘罩，然后将完成采样后的采样膜4放置在膜片架上，并使截取部分位于膜片架2的中间位置。
然后打开机械臂1下方的舱门3，机械臂1向下移动在采样膜4上裁取一个待测膜片5，同时膜片架2中间的顶杆向上移动将裁好的待测膜片5送入机械臂1，待测膜片5进入机械臂1后舱门3关闭从而将裁好的待测膜片5密封。
然后机械臂1将待测膜片5转移至进样杆6前端的膜片凹槽处，舱门3打开，将待测膜片放入膜片凹槽中，然后进样杆将待测膜片5送入燃烧炉进行分析测试。
与现有技术相比，打孔进样减少了人工制样的误差；顶杆位置的固定设计保证每次裁膜位置的相对固定，保证样品的统一性，减少人为误差；整个进样过程相对于现有技术节省了人力，缩减了步骤，时间缩短为现有技术的一半。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种自动进样系统，包括：打孔进样器、进样杆、步进电机和控制器，步进电机和控制器可以控制打孔进样器和进样杆的移动和定位，所述打孔进样器包括一个机械臂和一个膜片架，所述机械臂是一个中空的圆筒，所述机械臂下端设置有可开闭的舱门。
2.如权利要求1所述的自动进样系统，其特征在于：所述机械臂的直径可以根据实际工作需要任意选择。
3.如权利要求1所述的自动进样系统，其特征在于：所述膜片架是固定的圆柱体结构，所述膜片架的中间是一个可以向上移动的小圆柱体结构，形成一个顶杆，所述顶杆的上升和下降由所述步进电机控制，其直径略小于所述机械臂，所述顶杆和所述机械臂的轴心重合。
4.如权利要求1所述的自动进样系统，其特征在于：所述进样杆包括杆体和设置在所述杆体前端的陶瓷支架。
5.如权利要求4所述的自动进样系统，其特征在于：所述陶瓷支架上设置有用于放置待测膜片的膜片凹槽。
6.如权利要求1所述的自动进样系统，其特征在于：所述自动进样系统还包括防尘罩，所述防尘罩用于罩住所述打孔进样器和所述进样杆。
7.如权利要求1所述的自动进样系统，其特征在于：所述防尘罩采用透明材料制成。
8.如权利要求7所述的自动进样系统，其特征在于：所述防尘罩采用有机玻璃制成。
9.一种自动进样方法，包括：
(1)打开防尘罩，将完成采样后的采样膜放置在膜片架上；
(2)打开机械臂下方的舱门，机械臂向下移动在采样膜上裁取一个待测膜片，同时膜片架中间的顶杆向上移动将裁好的待测膜片送入机械臂，待测膜片进入机械臂后，舱门关闭从而将裁好的待测膜片密封；
(3)机械臂将待测膜片转移至进样杆前端的膜片凹槽处，舱门打开，将待测膜片放入膜片凹槽中，然后进样杆将待测膜片送入分析装置。
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