CN108362537B - 一种旋转对称式均匀分样方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种旋转对称式均匀分样方法和装置，基于样品从中心点向四周随机扩散分布，包括方形分样盘对称小格均匀分样的方法和圆形分样盘对称扇盒或类扇盒均匀分样的方法；利用本发明设计的分样方法和装置，对在一个圆形或方形分样盘上的样品，基于样品从中心点向四周随机扩散分布，以中心点为对称分为若干等份后按比例分样，能快速且均匀地分出不同比例的、均匀减量的样品。本发明的装置构造简单，制造成本低。操作方便，能操作一次就能获得不同比例的、均匀减量的样品。容易清洗样品残留。该装置可用于手动操作，也可结合电动或在线进行更高效地分样。

Description

一种旋转对称式均匀分样方法及装置

技术领域

本发明涉及一种对植物、土壤和矿物等各种用于实验的固体样品均匀分样的方法及装置，属于科学实验技术领域。

背景技术

在科学实验中需要对固体样品进行混合后均匀分样，最经典、最常见的方法是手工操作的四分法。其主要操作包括以下几步骤：一是直接用手或用小铲等简单工具，将所分样品充分混匀并堆成锥形小堆。二是以手工通过小堆顶点划垂直十字的方法，将样品分为大致相等的四份。三是按点对称(属于旋转对称的特例)原理，取对角的两份样品(弃置另外两份)，再充分混均匀堆成小堆，再以手工通过小堆顶点将样品再分为大致相等的四份，依次重复，重复的次数取决于样品的粒径和对分样量的要求，取最后一次分样的对角两份样品混合后完成分样，获得所需要的分样样品。

这种四分法分样的原理是，对于随机分布于一个圆形平面上的样品，以通过圆心等分为四份，其中任意一份相互对称的两个扇盒或类扇盒中样品的总和是样品总体的均匀分样样品。只对样品进行了均匀四等分，每次只能分成两份，往往需要多次分样才能获得合适减量的分样样品，分样速度慢。

市场上常见德国莱驰(RETSCH)公司的分样设备，广泛应用于各类实验室，有自动和手动两种。

自动设备以电力驱动，分样原理包括两种。一、进样样品先经由一个偏心设置的采样漏斗直接流入顶冠的开口，通过分样顶冠，进样样品被均匀地分入接收容器中，保证了所得分样之间存在的偏差最小。二、样品由进样漏斗先进入插槽再进入到旋转管式分样仪内，通过上部圆锥内以恒定转速转动的转动管，所有进入样品能够均匀地分布于底锥的分样圆周上，旋转管每转动一圈就有相应样品比例的样品均匀地进入到数个样品接收容器中，获得所需要的分样样品。剩余样品被收集到底部的弃置样品接收容器中。

手动设备的分样原理属于槽式分样，分样时样品通过一个样品槽均匀地散落入分样头中。通过出样口左右交错设置的穿越口，样品分两个方向滑落入放置在出样口下面的两个样品接收槽内，将样品分为两份。这样，往往需要重复操作分样，每经过一次操作，直到获得所需要的分样样品为止。

电动分样设备存在几个问题，一是对样品的细度要求较高，二是对样品的干燥度要求较高，三是分样设备制造成本高导致价格昂贵，四是管路中残留的样品不易清洗。

手动分样设备和手工操作的四分法类似，每次只能均匀分成两份。实验中往往需要更小份的样品，如四分之一样品或八分之一样品，这样需要多次分样操作，而且，每次分样前还需要对所分样品进行充分混匀。总之，其缺点是分样速度较慢、效率较低。

发明内容

针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于通过设计一种构造简单的分样方法和装置，能一次性均匀地分出不同比例的均匀减量样品。

利用本发明设计的分样方法和装置，对在一个圆形或方形分样盘上的样品，基于样品从中心点向四周随机扩散分布，以中心点为对称点按旋转对称方式，将分样盘分为若干等份后按比例分样，能快速均匀地分出不同比例的减量样品。

为达到以上目的，本发明采取的技术方案是：

一种旋转对称式均匀分样方法，基于样品从中心点向四周随机扩散分布，包括方形分样盘对称小格均匀分样的方法和圆形分样盘对称扇盒或类扇盒均匀分样的方法；

所述方形分样盘对称小格均匀分样的方法，包括以下步骤：

(1)将方形分样盘分为若干个大小相同的分样小格，横向和纵向上的小格数相等，中间的一个小格为中心封闭小格不分布样品；

(2)将中心封闭小格周围的分样小格按两个原则划分成若干部分，一是分取比例在不同圈的分样小格中是相同的，二是从整体上看每一部分的分样小格都以中心小格为旋转对称或点对称；

(3)划分出的每一个部分分样小格叫作对称小格组，当样品从中心封闭小格中心处向四周随机扩散分布后，进入每个对称小格组的样品就是样品总体的均匀分样样品；

(4)用导管将对称小格组的所需的分样样品导入接样箱体中，或一次性或分次取出，即获得每份分样样品；

所述圆形分样盘对称扇盒或类扇盒均匀分样的方法，包括以下步骤：

(1)将圆形分样盘以圆心角相等的原则，以若干个半径将圆形分样盘等分为大于或等于6的若干个扇盒或类扇盒；

(2)所述扇盒或类扇盒是从分样盘底面的圆心和圆周上两点形成扇形或类似扇形的棱柱体盒子，圆心和圆周上两点以直线相连形成的棱柱体就是扇盒，不以直线相连形成的棱柱体就是类扇盒，扇盒缺少靠近圆心一小部分形成的容器也为类扇盒，所述扇盒和类扇盒只有上部是全敞开的，另外几个面都是封闭的；

(3)将相同间隔并以圆形分样盘圆心为旋转对称或点对称的至少3个扇盒或类扇盒叫作对称扇盒或类扇盒组，当样品从圆形分样盘圆心点向四周随机扩散分布后，进入每个对称扇盒或类扇盒组的样品就是样品总体的均匀分样；

(4)用导管将对称扇盒或类扇盒组的所需的分样样品导入接样箱体中，或一次性或分次取出，即获得每份分样样品；

上述两种均匀分样方法采用的装置包括不可缺少的分样盘，以及可选择配置的入样漏斗、漏斗架和出样漏斗等。所述漏斗架连接入样漏斗，入样漏斗下面安装分样盘；所述分样盘包括方形分样盘和圆形分样盘；所述方形分样盘用于方形分样盘对称小格均匀分样，所述圆形分样盘用于圆形分样盘对称扇盒或类扇盒均匀分样。

所述方形分样盘包括两部分，一是一个上部敞开的长方体盒子，二是放置在其中心位置的中心封闭小格及中心封闭小格周围分布的若干个大小相同的上部敞开的分样小格。所述长方体盒子包括四周档板和底板，分样盘中横向和竖向上的分样小格数量相等，中心封闭小格周围的分样小格一圈一圈地排列着，划分分样小格时的分取比例在不同圈的分样小格中是相同的，分样小格被分成若干组对称小格组。每个对称小格组中的分样小格，都是以中心封闭小格或方形分样盘对角线为对称或基本对称的。当样品从中心封闭小格中心处向四周随机扩散分布后，进入每个对称小格组的样品就是样品总体的均匀分样样品，以导管方式或提出所需要减量比例的对称小格组中的样品可获得所需的分样样品；

所述圆形分样盘也包括两部分，一是数量为大于或等于六的若干扇盒或类扇盒，二是扇盒或类扇盒的固定装置，所述若干扇盒或类扇盒通过固定装置连接，所述固定装置是一轴线，扇盒或类扇盒可通过轴线固定或旋转，所述圆形分样盘中心且在所有扇盒或类扇盒靠圆心端的上部安装有帽状物。所述扇盒或类扇盒是以圆心角相等的原则，以若干个半径将圆形分样盘等分的扇盒或类扇盒；将相同间隔并以圆心为旋转对称或点对称的至少3个扇盒或类扇盒叫作对称扇盒或类扇盒组，当样品从圆形分样盘圆心点向四周随机扩散分布后，进入每个对称扇盒或类扇盒组的样品就是样品总体的均匀分样，以导管方式或提出所需要减量比例的对称扇盒或类扇盒组中的样品可获得所需的分样样品。

在上述方案的基础上，所述入样漏斗的下出口正对中心封闭小格的顶部或圆形分样盘的中心帽状物的顶部。

在上述方案的基础上，所述帽状物为圆形或者圆锥形，大小以能全覆盖所有扇盒或类扇盒靠圆心端之间的缝隙为宜。

在上述方案的基础上，所述分样小格为正方形、长方形或其它形状，最好为正方形。

在上述方案的基础上，所述中心封闭小格为四周和上部均封闭的小格，不分布样品；所述中心封闭小格周围的分样小格为四周封闭但顶部敞开的小格，用于分布样品；所述分样小格和中心封闭小格大小相同，所有分样小格和中心封闭小格的顶部处于同一平面，保证样品从中心封闭小格处均匀向四周扩展分布。

在上述方案的基础上，所述每组对称小格组中设有手柄，用于整体取出不同比例的分样样品；所述对称小格组中分样小格之间通过若干连接板相连成为一个整体，所述连接板包括中下部连接板和上部连接板。

在上述方案的基础上，所述扇盒或类扇盒的底面可以与水平面平行地放置，也可以与水平面有一定的夹角，往往以扇盒或类扇盒的圆心端略高为宜。

在上述方案的基础上，为了操作方便，在应用本方法时，可将用于分样减量比例高的所述已等分的扇盒或类扇盒组合形成更大的扇盒或类扇盒。组合时要注意两点，一是只有相邻的扇盒或类扇盒可以组合，二是同一对称扇盒或类扇盒组各对称位置的扇盒或类扇盒往往都要组合。

在上述方案的基础上，所述圆形分样盘在分样过程中可以是静止的，但以圆心点旋转分样盘更有利于均匀分样。

在上述方案的基础上，所述分样小格、扇盒或类扇盒的数量取决于所分样品的粒径和所需样品减量的比例，如果样品粒径越小，分样小格数、扇盒或类扇盒可以越多，可设计的对称小格组数或对称扇盒或类扇盒组数就越多，所获得的分样样品代表性就越好，获得分样样品减量比例也会越小。

有益效果：

一是本发明的装置构造简单，制造成本低。二是操作方便，能操作一次就能获得不同比例的、均匀减量的样品。三是容易清洗样品残留。四是该装置可用于手动操作，也可结合电动或在线进行更高效地分样。

附图说明

本发明有如下附图：

图1方形分样盘对称小格均匀分样方法举例示意图。

图2圆形分样盘对称扇盒或类扇盒均匀分样方法举例示意图。

图3方形分样盘及对称小格组装置结构图。

图4圆形分样盘及扇盒装置结构图。

其中图3中，4、四周档板5、底板6、中心封闭小格7、分样小格8、中下部连接板9、上部连接板10、手柄；

图4(b)中，11、圆心端12、上底面13、水平线14、固定装置15、外侧面；

其余图中的数字均为标记数字。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步详细举例说明。

本发明所述的均匀分样方法，基于样品从中心点向四周随机扩散分布，包括方形分样盘对称小格均匀分样的方法(图1)和圆形分样盘对称扇盒或类扇盒均匀分样的方法(图2)。

所述方形分样盘对称小格均匀分样的方法举例说明见图1，包括以下步骤：

(1)将方形分样盘分为横向和竖向均有9个大小相同的正方形分样小格，其中中心封闭小格(图中标“1”)，在分样时不分布样品；

(2)样品将从中心封闭小格向四周随机扩散分布至其余的80个分样小格中。这样，中心封闭小格周围分布的四圈分样小格，标“2”的小格共40个为二分之一分样样品小格组；标“3”的小格共20个，为四分之一分样样品小格组；八分之一分样样品小格组有两组，每组各10个小格，分别标“4”和标“5”。这样，可获得1份二分之一分样样品、1份四分之一分样样品以及2份八分之一的分样样品。

(3)这种分样小格的划分符合两个原则。一是分取比例在不同圈的分样小格中是相同的，在图1中，不同圈中标“2”的小格都占各圈小格总数的二分之一，标“3”的小格占每圈小格数的四分之一，同理，标“4”或者“5”小格分别占八分之一。二是从整体上看标“2”小格的分布以中心为点对称，为一个对称小格组；同理，标“3”、标“4”、标“5”小格的分布也分别以中心为对称或基本对称，各为一个对称小格组。

所述圆形分样盘对称扇盒或类扇盒均匀分样的方法举例说明见图2，包括以下步骤：

(1)以圆形分样盘等分为32个扇盒；

(2)样品从圆形分样盘中心点向四周随机扩散分布后，将这32个扇盒上的样品按以圆心对称的方法可以组合多种不同减量比例的分样样品；

(3)例如图2中所示，标“1”、“9”、“17”、“25”的扇盒(点)上的样品是八分之一分样样品，这4个扇盒以圆心为点对称，且任意相邻的两个间隔的扇盒数相等均为7。在圆形分样盘中，任意符合这个条件的4个扇盒上的样品都是八分之一分样样品，例如，标“4”、“12”、“20”、“28”的扇盒(横线)上的样品也是八分之一分样样品；

(4)同理，任意8个扇盒以圆心为点对称，且任意相邻的两个间隔的扇盒数相等均为3都是四分之一分样样品，例如，标“1”、“5”、“9”、“13”、“17”、“21”、“25”、“29”的扇盒上的样品是四分之一分样样品。如果将2个相邻的扇盒作为一组，取任意以圆心为对称的4个组，且任意相邻的两组间隔的扇盒数相等均为6，那么这4组共8个扇盒上的样品是四分之一分样样品，例如，标“2”、“3”，“10”、“11”，“18”、“19”，“26”、“27”的扇盒(网格线)；

(5)每间隔一个扇盒所取扇盒上样品就是二分之一分样样品，图中空白的以4个相邻扇盒为一组的扇盒上样品也是二分之一分样样品。

所述方形分样盘及对称小格组装置结构实例示意图见图3。所述方形分样盘包括三部分，第一部分是一个上部敞开的长方体盒子，第二和第三部分是对称小格组。

长方体盒子有四周档板4和底板5，中心位置固定着一个中心封闭小格6，这个中心封闭小格6的顶部正对入样漏斗的下出口；

中心封闭小格6周围的空间大小按能放置48个上部敞开的分样小格设计，即包括中心封闭小格6，长方体盒子可放置横向上和竖向上各7排分样小格7；

每个对称小格组包括三个部件，即12个上部敞开的分样小格7、若干将所有分样小格7连接成一体并使小格顶部在同一平面的连接板、用于将对称小格组整体提起来的手柄10；

两个对称小格组中固定的连接板分别为中下部连接板8和上部连接板9，所有分样小格7和中心封闭小格6大小相同，这样，两个对称小格组都能放进长方体盒子1，使所有分样小格7和中心封闭小格6的顶部处于同一平面，保证样品从中心封闭小格6处均匀向四周扩展分布；

每个对称小格组的12个上部敞开的分样小格7以中心封闭小格6为对称；

由于长方体盒子1设计了放置48个分样小格7的空间，而两个对称小格组分别有12个分样小格7，所以从每个对称小格组能得到四分之一均匀分样；

两个对称小格组外的空间收集的样品就是二分之一均匀分样，可整盘倒出所获得的分样样品。

所述圆形分样盘的俯视图、扇盒及其固定装置结构实例示意图见图4。所述分样盘是以将一个圆进行32等分设计的，每一个扇盒其实是缺少靠近圆心一小部分形成类似扇盒的容器(本文亦称之为扇盒)。

所述圆形分样盘中标“3”的扇盒共有4个，其中相对的两个都以圆心为对称，是八分之一分样的对称扇盒组，同样标“4”的4个扇盒是八分之一分样的对称扇盒组。

所述圆形分样盘中标“5”的扇盒共有4个，每一个扇盒的大小是2个32等分扇盒的和，是四分之一分样的对称扇盒组，相对的两个标“5”的扇盒都以圆心为对称。

所述圆形分样盘中标“6”的扇盒共有4个，每一个扇盒的大小是4个32等分扇盒的和，是二分之一分样的对称扇盒组，相对的两个标“6”的扇盒都以圆心为对称。

所述圆形分样盘中心并在所有扇盒靠圆心端上部安装有圆形或者圆锥形帽状物，上部正对入样漏斗的下出口，帽状物的大小以能全覆盖所有扇盒靠圆心端之间的缝隙为宜；

所述扇盒通过固定装置14安装在一起，所述固定装置14是一轴线，扇盒可在这个轴线上固定或旋转，固定时可接从入样漏斗向下分布的样品，旋转时可将所需要的分样和弃置的剩余样品倒入安装在下部的出样漏斗；

所述扇盒的外侧面15是正方形，在其固定时外侧面15与水平面垂直，上底面12与下底面平行，下底面与水平线13有一定的夹角a导致圆心端11略高,有利于上部入样漏斗向下分布的样品向四周扩散。

本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

Claims (7)

1.一种旋转对称式均匀分样方法，基于样品从中心点向四周随机扩散分布，其特征在于：包括方形分样盘对称小格均匀分样的方法和圆形分样盘对称扇盒或类扇盒均匀分样的方法；所述方形分样盘对称小格均匀分样的方法，包括以下步骤：

（1）将方形分样盘分为多个大小相同的分样小格，横向和纵向上的小格数相等，中间的一个小格为中心封闭小格不分布样品；

（2）将中心封闭小格周围的分样小格按两个原则划分成多部分，一是分取比例在不同圈的分样小格中是相同的，二是从整体上看每一部分的分样小格都以中心小格为旋转对称或点对称；

（3）划分出的每一个部分分样小格叫作对称小格组，当样品从中心封闭小格中心处向四周随机扩散分布后，进入每个对称小格组的样品就是样品总体的均匀分样样品；

（4）用导管将对称小格组的所需的分样样品导入接样箱体中，或一次性或分次取出，即获得每份分样样品；

所述圆形分样盘对称扇盒或类扇盒均匀分样的方法，包括以下步骤：

（1）将圆形分样盘以圆心角相等的原则，以若干个半径将圆形分样盘等分为大于或等于 6 的若干个扇盒或类扇盒；

（2）所述扇盒或类扇盒是从分样盘底面的圆心和圆周上两点形成扇形或类似扇形的棱柱体盒子，所述扇盒和类扇盒只有上部是全敞开的，另外几个面都是封闭的；

（3）将相同间隔并以圆形分样盘圆心为旋转对称或点对称的至少 3 个扇盒或类扇盒叫作对称扇盒或类扇盒组，当样品从圆形分样盘圆心点向四周随机扩散分布后，进入每个对称扇盒或类扇盒组的样品就是样品总体的均匀分样；

（4）用导管将对称扇盒或类扇盒组的所需的分样样品导入接样箱体中，或一次性或分次取出，即获得每份分样样品；

所述旋转对称式均匀分样方法采用的分样装置，包括分样盘，所述分样盘包括方形分样盘和圆形分样盘；

所述方形分样盘包括两部分，一是一个上部敞开的长方体盒子，二是放置在长方体盒子中心位置的中心封闭小格及中心封闭小格周围分布的多个大小相同的上部敞开的分样小格，所述长方体盒子包括四周档板和底板；分样盘中横向和竖向上的分样小格数量相等，中心封闭小格周围的分样小格一圈一圈地排列着，划分分样小格时的分取比例在不同圈的分样小格中是相同的，分样小格被分成多组对称小格组，每个对称小格组中的分样小格，都是以中心封闭小格或方形分样盘对角线为对称，当样品从中心封闭小格中心处向四周随机扩散分布后，进入每个对称小格组的样品就是样品总体的均匀分样样品，以导管方式取出所需要减量比例的对称小格组中的样品可获得所需的分样样品；

所述圆形分样盘也包括两部分，一是数量为大于或等于六的若干扇盒或类扇盒，二是扇盒或类扇盒的固定装置，所述若干扇盒或类扇盒通过固定装置连接，所述固定装置是一轴线，扇盒或类扇盒可通过轴线固定或旋转，所述圆形分样盘中心且在所有扇盒或类扇盒靠圆心端的上部安装有帽状物；所述扇盒或类扇盒是以圆心角相等的原则，以若干个半径将圆形分样盘等分的扇盒或类扇盒；将相同间隔并以圆心为旋转对称或点对称的至少 3个扇盒或类扇盒叫作对称扇盒或类扇盒组，当样品从圆形分样盘圆心点向四周随机扩散分布后，进入每个对称扇盒或类扇盒组的样品就是样品总体的均匀分样，以导管方式取出所需要减量比例的对称扇盒或类扇盒组中的样品可获得所需的分样样品；

所述装置还包括可选择配置的入样漏斗、漏斗架和出样漏斗，所述漏斗架连接入样漏斗，入样漏斗下面安装分样盘；

所述入样漏斗的下出口正对中心封闭小格的顶部或圆形分样盘的中心帽状物的顶部；所述帽状物为圆形或者圆锥形，大小能全覆盖所有扇盒或类扇盒靠圆心端之间的缝隙。

2.如权利要求 1 所述的旋转对称式均匀分样方法，其特征在于：所述中心封闭小格为四周和上部均封闭的小格，不分布样品；所述中心封闭小格周围的分样小格为四周封闭但顶部敞开的小格，用于分布样品；所述分样小格为正方形、长方形或其它形状；所述分样小格和中心封闭小格大小相同，所有分样小格和中心封闭小格的顶部处于同一平面，保证样品从中心封闭小格处均匀向四周扩展分布。

3.如权利要求 1所述的旋转对称式均匀分样方法，其特征在于：所述每组对称小格组中设有手柄，用于整体取出不同比例的分样样品；所述对称小格组中分样小格之间通过多个连接板相连成为一个整体，所述连接板包括中下部连接板和上部连接板。

4.如权利要求 1 所述的旋转对称式均匀分样方法，其特征在于：所述扇盒或类扇盒的底面与水平面平行放置或者与水平面有一定的夹角，以扇盒或类扇盒的圆心端略高放置。

5.如权利要求 1 所述的旋转对称式均匀分样方法，其特征在于：所述均匀分样的扇盒或类扇盒可以组合形成更大的扇盒或类扇盒；组合时要注意两点，一是只有相邻的扇盒或类扇盒可以组合，二是同一对称扇盒或类扇盒组各对称位置的扇盒或类扇盒都要组合。

6.如权利要求 1 所述的旋转对称式均匀分样方法，其特征在于：所述圆形分样盘在分样过程中是静止的或者以圆心点旋转。

7.如权利要求 1 所述的旋转对称式均匀分样方法，其特征在于：所述分样小格、 扇盒或类扇盒的数量取决于所分样品的粒径和所需样品减量的比例，如果样品粒径越小，分样小格数、扇盒或类扇盒越多，可设计的对称小格组数或对称扇盒或类扇盒组数就越多，所获得的分样样品代表性就越好，获得分样样品减量比例也会越小。