CN108645686A - 应用于硝酸盐氮氧同位素样品分析前处理的自动化系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了应用于硝酸盐氮氧同位素样品分析前处理的自动化系统，包括支撑底台、工作台、支撑架、加液箱、加料机构、若干摇床以及三维机械臂，所述工作台固定于支撑底台上，所述摇床固定于所述工作台上，所述支撑架固定于支撑底台的四周，所述加料机构固定于所述支撑架上，且加料机构位于工作台的上方，所述加液箱固定于支撑底台的一侧，所述三维机械臂安装于工作台上，且三维机械臂上安装有针套杆，所述加液箱的加液口与针套杆的进液口通过软管连通。本发明采用上述结构，能够大幅提高硝酸盐氮氧同位素样品分析前处理的效率，同时能够避免给操作人员带来健康危害和安全隐患。

Description

应用于硝酸盐氮氧同位素样品分析前处理的自动化系统

技术领域

本发明涉及硝酸盐氮氧同位素样品分析领域，具体涉及应用于硝酸盐氮氧同位素样品分析前处理的自动化系统。

背景技术

硝酸盐氮氧同位素样品分析的前处理主要包括样品稀释、pH值调节、镀铜镉粒还原、化学转化等几个步骤，样品稀释用于将样品中的硝酸根离子的浓度降低到符合测试要求，pH值调节用于将样品的pH值调节到有利于反应的酸碱度，镀铜镉粒还原用于将样品溶液中的硝酸根离子还原成亚硝酸根离子，化学转化用于将亚硝酸根离子转化成氧化亚氮气体，以上步骤中，一方面，样品稀释和pH值调节都涉及到需要将溶液摇晃，以达到使溶液混合均匀，或者反应更充分的目的，现有的操作方法一般是从工作台上取下试管，然后手动摇匀试管内的溶液，之后再放回到工作台上，这样的方式对于大量的样品前处理来说，效率极低，完全跟不上测试进度；另一方面，不管是在样品稀释还是pH值调节中，现有的方法是先加入一定的稀释液或者调节液，然后手动摇匀，再测试溶液的浓度或者pH值，这样不断重复之后，获得所需的溶液浓度以及pH值，显然这样不断加入、不断测试的方式，严重影响了整个前处理的工作效率；镀铜镉粒还原步骤中，当样品达到几十个甚至是上百个时，现有的方法是操作人员通过手动加入的方式，将5～10粒不等的镀铜镉粒分别加入到各个装有样品溶液的试管中，这样的方式不仅效率很低，而且由于镀铜镉粒具有一定的毒性，这样的手动加入方式无疑会给操作人员带来健康危害和安全隐患。

因此，急需一种自动化程度较高，能够降低样品稀释、pH值调节、镀铜镉粒还原等步骤的耗时，以提高整个硝酸盐氮氧同位素样品分析前处理效率，并提高整个前处理过程中的安全性的系统。

发明内容

本发明的目的在于提供应用于硝酸盐氮氧同位素样品分析前处理的自动化系统，解决现有的硝酸盐氮氧同位素样品分析前处理效率较低，且极易给操作人员带来健康危害和安全隐患的问题。

本发明为实现上述目的，采用以下技术方案实现：

应用于硝酸盐氮氧同位素样品分析前处理的自动化系统，包括支撑底台、工作台、支撑架、加液箱、加料机构、若干摇床以及三维机械臂，所述工作台固定于支撑底台上，所述摇床固定于所述工作台上，所述支撑架固定于支撑底台的四周，所述加料机构固定于所述支撑架上，且加料机构位于工作台的上方，所述加液箱固定于支撑底台的一侧，所述三维机械臂安装于工作台上，且三维机械臂上安装有针套杆，所述加液箱的加液口与针套杆的进液口通过软管连通。

进一步地，作为优选技术方案，所述三维机械臂包括移动式立柱和移动式横杆，所述移动式立柱的底部设置于工作台上开设的第一滑动槽内，所述第一滑动槽内设有第一齿条和第一步进电机，所述第一步进电机的转轴上固定有第一减速齿轮，所述第一减速齿轮与第一齿条啮合，所述移动式立柱的底部与第一齿条固定连接，所述移动式立柱上设有纵向的第二滑动槽，所述第二滑动槽内设有第二齿条和第二步进电机，所述第二步进电机的转轴上固定有第二减速齿轮，所述第二减速齿轮与第二齿条啮合，所述移动式横杆与第二齿条固定连接，所述移动式横杆上设有第三滑动槽，所述第三滑动槽内设有第三步进电机和第三齿条，所述第三步进电机的转轴上固定有第三减速齿轮，所述第三减速齿轮与第三齿条啮合，所述针套杆与第三齿条固定连接。

进一步地，作为优选技术方案，所述加液箱内设有多通阀和第一蠕动泵，所述多通阀的出液口与第一蠕动泵的进液口连通，第一蠕动泵的出液口与针套杆连通。

进一步地，作为优选技术方案，还包括转液器，所述转液器包括注射器、第四齿条、第四减速齿轮以及第四步进电机，所述注射器的进液口通过进液管与第一蠕动泵的出液口连通，注射器的出液口通过加液管与针套杆连通，所述第四齿条与注射器的推杆固定相连，第四减速齿轮与第四齿条啮合，第四减速齿轮固定于第四步进电机的转轴上。

进一步地，作为优选技术方案，所述摇床包括底座以及位于底座上方的滑动台，所述底座上设有中心槽，所述中心槽内设有若干辊筒，底座内设有电动机，且电动机与辊筒联动，所述滑动台压在辊筒上，滑动台上设有若干用于放置试管的试管插孔；

所述中心槽两侧的底座1上对称设置有两个导向槽，每个所述导向槽的两端分别设有电动伸缩杆，且位于同一导向槽内的两个电动伸缩杆的杆头的伸缩长度相等、伸缩方向相反，所述电动伸缩杆的杆头的中心轴线与辊筒的中心轴线垂直，所述滑动台的两侧分别设有一个套筒，所述套筒通过支撑杆与滑动台的侧面固定连接，且滑动台两侧的套筒分别位于两个导向槽内，套筒的外径小于导向槽的宽度，所述电动伸缩杆的杆头直径等于或者小于套筒的内径，且电动伸缩杆的杆头的中心轴线与套筒的中心轴线重合，所述套筒的中点处设有用于隔断套筒内部空间的隔板。

进一步地，作为优选技术方案，所述套筒的两端分别设有防撞环，所述防撞环采用橡胶制成，所述导向槽的两端分别设有缓冲弹簧，电动伸缩杆的杆头可自由穿过缓冲弹簧。

进一步地，作为优选技术方案，所述加料机构包括支撑圆环和转料环，所述支撑圆环位于转料环的正下方，且支撑圆环的内、外圆半径分别对应与转料环的内、外圆半径相等，所述支撑圆环上设有纵向贯穿支撑圆环的出料孔，所述转料环上设有若干纵向贯穿转料环的装料孔，所述装料孔呈等间距圆周分布；

还包括加料斗，所述加料斗通过支撑杆固定于转料环的上方，加料斗的底端出料口到转料环的上表面的距离为0～2mm；

还包括第五步进电机，所述第五步进电机的输出转轴通过连接杆与转料环实现联动，转料环在转动过程中，转料环上的装料孔依次经过加料斗的底端出料口；

还包括出料管，所述出料管的上端进料管口与支撑圆环上出料孔连通，出料管的下端出料管口向下并向靠近摇床的方向延伸。

进一步地，作为优选技术方案，还包括弹性卡条，所述弹性卡条包括两个横向支撑条以及连接在两个横向支撑条之间的上凸条，两个横向支撑条对称设置在出料孔的内壁上，上凸条的顶点所在的水平面位置高于支撑圆环的上表面所在的水平位置，所述上凸条呈倒V字形或者倒U字形。

进一步地，作为优选技术方案，还包括卡槽和针槽，所述卡槽上设有一个凸字形的卡口，所述卡口为半封闭开口，所述针槽设置在工作台上，针槽上设置有若干用于放置不同规格针头的针头插孔。

进一步地，作为优选技术方案，还包括排液槽、第二蠕动泵以及第三蠕动泵，所述排液槽设置在工作台上，排液槽上设有两个排液孔，所述第二蠕动泵和第三蠕动泵设置在加液箱内，且第二蠕动泵和第三蠕动泵的进液口通过排液管分别与两个排液孔连通。

本发明与现有技术相比，具有以下优点及有益效果：

本发明通过设计加液箱和三维机械臂，使样品稀释、pH值调节操作实现了自动化，尤其针对于样品数量多的情况，能够大幅提高样品稀释、pH值调节的效率以及准确率，同时，通过将若干摇床安装在工作台上，样品以及标准溶液在加入稀释液、pH值调节液后，在摇床的作用下，实现试管内液体的自动摇匀，且完成摇匀操作后的试管能够回到初始位置，不影响后面的加液操作，另外，加料机构能够实现镀铜镉粒的自动加入，操作人员操作人员只需要将出料管对准目标试管的管口即可，而且每次的镀铜镉粒数量基本保持在一个恒定的状态，不会出现加多加少的情况，且操作人员无需接触到镀铜镉粒，相对于传统的一个个试管分别手动加入镀铜镉粒的方式，本发明不仅大大提高了镀铜镉粒加入试管中的效率，且无需直接接触镀铜镉粒(镉粒有毒性)，进而避免了给操作人员带来健康危害和安全隐患。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图；

图2为图1的侧视图；

图3为卡槽的结构示意图；

图4为图3的俯视图；

图5为针槽的示意图；

图6为转液器的结构示意图；

图7为排液槽的结构示意图；

图8为加料机构的结构示意图；

图9为加料机构的支撑圆环的结构示意图；

图10为弹性卡条与支撑圆环的位置关系示意图；

图11为图10中A处的放大图；

图12为弹性卡条被转料环压着时弹性卡条的状态示意图；

图13为摇床的底座的示意图；

图14为滑动台与辊筒的位置关系示意图；

图15为图14的侧视图；

图16为图14的正视图；

图17为隔板在套筒中的位置示意图；

图18为防撞环与套筒的位置关系图；

图19为缓冲弹簧与导向槽3的位置关系示意图；

图20为第一齿条与第一减速齿轮以及移动式立柱的连接关系示意图。

图中附图标记对应的名称为：1、支撑底台，2、工作台，3、支撑架，4、加液箱，5、加料机构，6、摇床，7、卡槽，8、针槽，9、转液器，10、移动式立柱，11、移动式横杆，12、针套杆，13、排液槽，14、加液管，15、第一滑动槽，16、第二滑动槽，17、第三滑动槽，41、多通阀，42、第一蠕动泵，43、第二蠕动泵，44、第三蠕动泵，51、支撑圆环，52、转料环，53、装料孔，54、加料斗，55、第五步进电机，56、连接杆，57、支撑杆，58、出料管，59、出料孔，61、底座，62、中心槽，63、导向槽，64、辊筒，65、电动伸缩杆，66、滑动台，67、试管插孔，68、套筒，69、支撑杆，71、卡口，81、针插孔，91、注射器，92、第四齿条，93、第四减速齿轮，94、进液管，101、横向支撑条，102、上凸条，111、第一齿条，112、第一减速齿轮，131、排液口，132、排液管，510、弹性卡条，610、隔板，611、防撞环，612、缓冲弹簧。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施方式不限于此。

实施例：

如图1、图2所示，本实施例所述的应用于硝酸盐氮氧同位素样品分析前处理的自动化系统，包括支撑底台1、工作台2、支撑架3、加液箱4、加料机构5、若干摇床6以及三维机械臂，工作台2固定于支撑底台1上，摇床6固定于所述工作台2上，支撑架3固定于支撑底台1的四周，加料机构5固定于支撑架3上，且加料机构5位于工作台2的上方，加液箱4固定于支撑底台1的一侧，三维机械臂安装于工作台2上，且三维机械臂上安装有针套杆12，所述加液箱4的加液口与针套杆12的进液口通过软管连通。

在上述系统中，试管的加液、摇匀等操作均在工作台2上完成，加液箱4用于直接将液体通过软管输入到针套杆12中，使用时，针套杆12的下端会套接一个针头，类似于注射器一样，将针头直接插到针套杆12上，需要加入试管中的液体通过加液箱4、针套杆12、针头注入到试管中，需要更换针头时，只需轻轻拔下针头即可。而对于加液箱的部分，本实施例可采用如下结构来实现：加液箱4内设有多通阀41和第一蠕动泵42，多通阀41的出液口与第一蠕动泵42的进液口连通，第一蠕动泵42的出液口与针套杆12连通，多通阀41用于接入不同的液体，控制不同的液体加入，第一蠕动泵42负责将通过多通阀41进入的液体注入到针头，并通过针头打入试管内。另外，要实现自动加液，需要三维机械臂的配合，通过三维机械臂，将针头运动到待加液试管的上方，然后通过加液箱4，将液体直接注入到试管中，无需操作人员手动的方式一一加液体通过滴定管之类的加液工具来完成加液，对于一些有毒挥发性液体来说，使操作人员远离了危险。

为了获得较佳的操作，本实施例采用如下结构来达到三维机械臂想要获得的效果，三维机械臂包括移动式立柱10和移动式横杆11，移动式立柱10的底部设置于工作台1上开设的第一滑动槽15内，第一滑动槽15内设有第一齿条和第一步进电机，第一步进电机的转轴上固定有第一减速齿轮，第一减速齿轮与第一齿条啮合，移动式立柱10的底部与第一齿条固定连接，在第一步进电机、第一减速齿轮以及第一齿条的共同作用下，移动式立柱10可沿着第一滑动槽15来回运动，并可通过对第一步进电机的控制，实现移动式立柱10在第一滑动槽15内任意位置的停靠；移动式立柱10上设有纵向的第二滑动槽16，第二滑动槽16内设有第二齿条和第二步进电机，第二步进电机的转轴上固定有第二减速齿轮，第二减速齿轮与第二齿条啮合，移动式横杆11与第二齿条固定连接，在第二步进电机、第二减速齿轮以及第二齿条的共同作用下，移动式横杆11可沿着移动式立柱10上的第二滑动槽16上下运动，并可通过对第二步进电机的控制，实现移动式立柱10在第二滑动槽16内任意位置的停靠；移动式横杆11上设有第三滑动槽17，第三滑动槽17内设有第三步进电机和第三齿条，第三步进电机的转轴上固定有第三减速齿轮，第三减速齿轮与第三齿条啮合，针套杆12与第三齿条固定连接，在第三步进电机、第三减速齿轮以及第三齿条的共同作用下，针套杆12可沿着第三滑动槽17回来运动，并可通过对第三步进电机的控制，实现针套杆12在第三滑动槽17内任意位置的停靠。如图20所示给出了第一齿条与第一减速齿轮以及移动式立柱的连接关系，第二减速齿轮与第二齿条以及第三减速齿轮与第三齿条同样如此，也就是说，通过对第一步进电机、第二步进电机、第三步进电机的控制，可控制针头在工作台2上方任意位置的停靠，从而可实现对工作台2上的任意试管的加液操作，做到自动加液，无需操作人员一个个地取下试管，加液后又放回，大大地简化了操作，提高了工作效率。

如图6所示，为了更好地实现对液体的控制，本实施例还可转液器9，转液器9包括注射器91、第四齿条92、第四减速齿轮93以及第四步进电机，注射器91的进液口通过进液管94与第一蠕动泵42的出液口连通，注射器91的出液口通过加液管14与针套杆12连通，第四齿条92与注射器91的推杆固定相连，第四减速齿轮93与第四齿条92啮合，第四减速齿轮93固定于第四步进电机的转轴上，通过控制第四步进电机来控制注射器91的推杆的位置，来实现加液或者抽液操作，以及加液、抽液的量的控制，以图6所示为例，当第四步进电机带动控制注射器91的推杆向上运动时，实现的是将注射器91中的液体打入试管中，当第四步进电机带动控制注射器91的推杆向下运动时，是一个抽液操作，此时可实现试管之间的液体转移，比如先将其中一个试管内的液体抽入注射器91中，然后再打入到另一个试管中，也可以实现试管中废液的排出，通过注射器91抽出试管中的废液，然后直接将废液打出到废液收集器中，当然，对于本领域技术人员来说，自然而然能够想到在注射器91的进液口位置以及出液口位置设置单向阀，防止液体往我们不希望的方向流动。

本实施例通过增加上述转液器，能够实现试管间液体的转移，全程无需操作人员接触试管、液体，有效提高了实验的安全性，同时可一次性精准加入稀释液、pH调节液，比如可预先计算稀释到目标浓度时需要加入的稀释液体积，以及调节到目标pH值时需要加入的调节液的体积，然后通过转液器9精准地达到对应的试管中，相对于传统的不断加、不断测的方式，能够大大提高稀释、pH调节效率。

在实现自动加液的时候，由于采用的是三维定位的方式，需要试管的位置保持不变，否则可能前后两次加液的试管是不同的试管，而导致实验数据错误。现有的一般的摇床一般只是实现试管内液体的摇匀，并不保证试管的位置，在完成摇匀工作后，摇床最后的位置往往是不确定的，这就会影响后面的定位，因此，自动加液环节需要试管的准确位置，现有的摇床无法实现；另外，如果采用手动摇匀的方式，在取下试管和放回试管之间，也有可能导致试管的位置放错，即取试管的位置和放回试管的位置不是同一位置，进而影响后面的自动加液。为解决上述问题，本发明创新性地设计了一种新的摇床结构，如图13～17所示，具体包括底座61以及位于底座61上方的滑动台66，底座61上设有中心槽62，中心槽62内设有若干辊筒64，底座61内设有电动机，且电动机与辊筒64联动，滑动台66压在辊筒64上，滑动台66上设有若干用于放置试管的试管插孔67；中心槽62两侧的底座1上对称设置有两个导向槽63，每个导向槽63的两端分别设有电动伸缩杆65，且位于同一导向槽63内的两个电动伸缩杆65的杆头的伸缩长度相等、伸缩方向相反，电动伸缩杆65的杆头的中心轴线与辊筒64的中心轴线垂直，滑动台66的两侧分别设有一个套筒68，套筒68通过支撑杆69与滑动台66的侧面固定连接，且滑动台66两侧的套筒68分别位于两个导向槽63内，套筒68的外径小于导向槽63的宽度，电动伸缩杆65的杆头直径等于或者小于套筒68的内径，且电动伸缩杆65的杆头的中心轴线与套筒68的中心轴线重合，套筒68的中点处设有用于隔断套筒68内部空间的隔板610。

本实施例的电动伸缩杆65为现有结构，其主体安装在底座61内，杆头穿入导向槽63内，并可实现收起、伸出，当杆头收起时，套筒68在导向槽63内可随着滑动台66来回自由运动，而当杆头伸出时，套筒68两端的杆头分别从两端伸入到套筒68中，并顶向隔板610，由于两端的杆头伸长长度相等，且隔板610又是位于套筒68的中点处，从而可实现通过将套筒68归位，进而实现滑动台66归位，以解决现有摇床无法回位而难以运用到硝酸盐氮氧同位素样品分析前处理中来的问题。

未启动摇床之前，导向槽63两端的电动伸缩杆65的杆头伸向导向槽63的中点处，并穿入到套筒68中并顶到隔板610，由于两个电动伸缩杆65的杆头的伸缩长度相等，因此，能够确保滑动台66在底座61的中心位置；开始启动摇床后，电动伸缩杆65的杆头收起，套筒68不再受到电动伸缩杆65的杆头的作用，滑动台66处于自由状态，辊筒64在电动机的带动作用下不断地正转、反转，同时，套筒68随着滑动台66的运动在导向槽63内来回运动，套筒68提高了滑动台66的运动稳定性，同时也能够防止滑动台66脱离底座61，完成滑动台66上的试管的摇匀工作后，电动伸缩杆65的杆头伸出，并穿入到套筒68，套筒68两端的电动伸缩杆65的杆头穿入到套筒68中，最后杆头均顶到套筒68内的隔板610上，从而使滑动台66在摇匀操作结束后回到初始位置，即滑动台66上的试管回到初始位置，确保三维机械臂下次加液时，目标试管的位置没有偏差。

如图18、图19所示，为了有效降低套筒68与导向槽63之间的撞击，提高滑动台66在来回运动过程中的稳定性，在实现滑动台66上的试管中的液体摇匀的前提下，避免试管内的液体甩出试管，同时也避免套筒68与导向槽63之间形成剧烈碰撞而产生噪声，本实施例可在套筒68的两端分别设置防撞环611，防撞环11采用橡胶制成，在导向槽63的两端分别设置缓冲弹簧612，电动伸缩杆65的杆头可自由穿过缓冲弹簧612。

如图8、图9所示，为了实现在短时间内将所需的镀铜镉粒分别加入到很多试管中，大幅提高镀铜镉粒加入到试管中的效率，同时，规避镀铜镉粒带来的健康危害和安全隐患的问题，本实施例对加料机构进行了创新性设计，具体包括支撑圆环51和转料环52，支撑圆环51位于转料环52的正下方，且支撑圆环51的内、外圆半径分别对应与转料环52的内、外圆半径相等，支撑圆环51上设有纵向贯穿支撑圆环51的出料孔59，转料环52上设有若干纵向贯穿转料环52的装料孔53，装料孔53呈等间距圆周分布；还包括加料斗54，加料斗54通过支撑杆57固定于转料环52的上方，加料斗54的底端出料口到转料环52的上表面的距离为0～2mm；还包括第五步进电机55，第五步进电机55的输出转轴通过连接杆56与转料环52实现联动，转料环52在转动过程中，转料环52上的装料孔53依次经过加料斗54的底端出料口；还包括出料管58，所述出料管58的上端进料管口与支撑圆环51上出料孔59连通，出料管58的下端出料管口向下并向靠近摇床6的方向延伸。

上述加料机构中，加料斗54用于加入镀铜镉粒，事先将镀铜镉粒加入到加料斗中，加料斗中的镀铜镉粒从加料斗的底端出口进入到转料环52上的装料孔53内，由于加料斗54的底端出料口到转料环52的上表面的距离只有0～2mm，因此，能够确保镀铜镉粒不会进入到转料环52上除装料孔53以外的地方。本实施例的第五步进电机55的输出转轴通过连接杆56与转料环52实现联动，在第五步进电机55的带动作用下，转料环52随着转动，在转料环52的转动过程中，转料环52上的装料孔53依次经过加料斗54的底端出料口，第五步进电机55每转一格，就有一个装料孔53转到加料斗54的底端出料口，同时前一个装料孔53转出加料斗54的底端出料口，由于支撑圆环51上设有出料孔59，步进电机55每转一格，就有一个装料孔53转动到该出料孔59上方，此时，该位于出料孔59上方的装料孔53由于缺少了下方的支撑，装料孔53内的镀铜镉粒顺势从出料孔59进入到出料管58中，操作人员只需要将出料管58的下端管口对准需要加入镀铜镉粒的试管，即可完成镀铜镉粒的加料操作。

需要说明的是，本实施例的第五步进电机55可以每启动一次，转动一格，并带动转料环52转动一下，转料环52每转动一下，就有一个装料孔53进入到加料斗54的底端出料口的正下方，同时有一个装料孔53进入到出料孔59的正上方，即转料环52每转动一下，就有一个装料动作，同时有一个出料动作；另外，第五步进电机55也可以设置成每隔一定时间自动转一格，转料环52的工作方式与前述相同。

另外，本实施例中，转料环52上的装料孔53的孔径、深度均可根据实际需要加入的镀铜镉粒的量进行设计，由于加料斗54的底端出料口到转料环52的上表面的距离只有0～2mm，当装料孔53转动到加料斗54的底端出料口下方时，由于加料斗54内的镀铜镉粒很多，加料斗54内的镀铜镉粒会将该装料孔53装满并高出装料孔53的上沿，此时加料斗54与装料孔53构成一个容器，装料孔53作为底部，当转料环52转动并到已经装满镀铜镉粒的装料孔53从加料斗54的底端出料口下方转出时，高出装料孔53的镀铜镉粒会被加料斗54的底端出料口截住且不会跑出加料斗54外，使得离开加料斗54的装料孔53中装有的镀铜镉粒不至于太多，同时不会造成镀铜镉粒洒落。因此，只要我们设计大小、深度合适的装料孔，即可获得所需数量的镀铜镉粒。

如图10、图11、图12所示，为了避免装料孔53内的镀铜镉粒在运动到出料孔59上方时，因为可能相互卡住而无法掉落进出料孔59中的情况发生，提高加料操作的稳定性、可靠性，本实施例还包括弹性卡条510，弹性卡条510包括两个横向支撑条101以及连接在两个横向支撑条101之间的上凸条102，两个横向支撑条101对称设置在出料孔59的内壁上，上凸条102的顶点所在的水平面位置高于支撑圆环51的上表面所在的水平位置，上凸条102呈倒V字形或者倒U字形。本实施例的上凸条102优选设计为倒V字形或者倒U字形，横向支撑条101与上凸条102采用一体化成型的方式制成，相当于是中间凸起、两端呈直线形，整个弹性卡条510可采用钢丝一体成型，弹性卡条在静止状态下，中间的上凸条102向上凸起，且最高点高于支撑圆环51，在转料环52转动的过程中，当出料孔59的正上方是转料环52的非装料孔区域时，上凸条102被转料环2压着，横向支撑条101扭着，如图8所示。当出料孔59的正上方是装料孔时，上凸条102不再被压着，再次向上凸起，同时横向支撑条101恢复至静止状态并使上凸条102保持上凸状态，如图11所示，图11既是图10中A处的局部放大图，同时也是弹性卡条510处于静止状态时的结构示意图，上凸条102在由压着变为释放的状态过程中，顺势将装料孔53内可能相互卡住的镀铜镉粒打散，使其顺利地掉落到出料孔59中，从而避免加料不成功的情况发生，由于镀铜镉粒之间卡住本身不需要太大力来将其打散，因此，在设计弹性卡条510时，只需要其在由压着回弹至初始位置具有一点冲击力即可，无需太大，避免将镀铜镉粒打出装料孔53，弹性卡条510的弹力大小设计可通过有限次实验来获得。

另外，需要说明的是，为了进一步提高整个系统的工作效率，完全杜绝操作人员接触到镀铜镉粒，本实施例还可将出料管58的出料端与针套杆12固定，这样，即可通过三维机械臂来使出料管58的出料端运动到目标试管的正上方，从而全自动实现加料，无需操作人员手持出料管58进行挨个加料，有效提高了加料效率，同时也更能避免操作人员接触到镀铜镉粒，防止对操作人员的健康及安全带来危害。

如图3、图4、图5所示，为了进一步提高整个前处理系统的自动化水平，本实施例还可增加卡槽7和针槽8，卡槽7上设有一个凸字形的卡口71，卡口71为半封闭开口，针槽8设置在工作台2上，针槽8上设置有若干用于放置不同规格针头的针头插孔81。三维机械臂带动针套杆12运动到卡槽7的卡口71的外侧，此时针头位于卡口71所在的水平面以下，然后三维机械臂带动针套杆12水平运动，使针套杆12卡入卡口71中，由于针头的尺寸大于卡口71，三维机械臂带动针套杆12向上运动时，针套杆12与针头实现分离，从而实现针头的自动取下，然后三维机械臂带动针套杆12运动到针槽8上方，并精准运动到目标针头的正上方，然后三维机械臂带动针套杆12向下运动，使针头套紧在针套杆12上，然后三维机械臂带动针套杆12向上运动，完成上针操作。

如图7所示，为了能够及时地将废液排出，本实施例还包括排液槽13、第二蠕动泵43以及第三蠕动泵44，排液槽13设置在工作台2上，排液槽13上设有两个排液孔131，第二蠕动泵43和第三蠕动泵44设置在加液箱4内，且第二蠕动泵43和第三蠕动泵44的进液口通过排液管132分别与两个排液孔131连通。试管内的废液通过针头抽入到注射器91中，然后再打入到排液孔131中，两个排液孔131可用于排出不同的液体，比如水、pH调节液、反应液等等，实现分别排放，通过第二蠕动泵43、第三蠕动泵44实现快速抽离，避免废液污染工作台2，同时也可以较为快速地实现对针头的清洗，以及清洗废液的排出。

本发明通过采用上述结构，能够分别使硝酸盐氮氧同位素样品分析前处理得每个步骤均做到自动化处理，具体如下：

(1)在样品稀释步骤中，本发明可对几十甚至上百个样品的浓度及体积进行记录，并将装有这些样品的试管放置在工作台的摇床上，然后通过控制第一步进电机、第二步进电机、第三步进电机来精准找到每个需要加入稀释液的试管，即将针头运动到目标试管的正上方即可，然后再启动第一蠕动泵将稀释液打入到注射器中，再通过控制第四步进电机，将所需要体积的稀释液精确地打入到目标试管中，从而实现精准加液，然后再控制第一步进电机或者第三步进电机，使针头运动到下一试管正上方，继续加液，以此类推，当所有试管加完稀释液后，启动摇床，将所有试管中的液体摇匀，摇匀之后，所有的试管均回到摇匀操作之前的位置，即初始位置，完成样品稀释操作，整个操作快速、准确，尤其是针对样品数量多的情况，能够大幅提高样品稀释的效率以及准确率。

(2)在pH值调节步骤中，其过程与样品稀释过程类似，只是将稀释液换成了pH值调节液，采用本发明，能够提高整个pH值调节过程的效率，尤其是针对样品数量多的情况，能够大幅提高pH值调节的效率以及准确率。

(3)在镀铜镉粒还原步骤中，本发明采用加料机构来实现镀铜镉粒的自动加料，操作人员只需要将出料管对准目标试管的管口即可，而且每次的镀铜镉粒数量基本保持在一个恒定的状态，不会出现加多加少的情况，且操作人员无需接触到镀铜镉粒，相对于传统的一个个试管分别手动加入镀铜镉粒的方式，本发明不仅大大提高了镀铜镉粒加入试管中的效率，且无需直接接触镀铜镉粒(镉粒有毒性)，进而避免了给操作人员带来健康危害和安全隐患。

(4)在化学转化步骤中，与加稀释液、加pH值调节液类似，同样能够实现自动加液，整个操作快速、准确，尤其是针对样品数量多的情况，能够大幅提高整个操作的效率以及准确率。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化，均落入本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.应用于硝酸盐氮氧同位素样品分析前处理的自动化系统，其特征在于：包括支撑底台(1)、工作台(2)、支撑架(3)、加液箱(4)、加料机构(5)、若干摇床(6)以及三维机械臂，所述工作台(2)固定于支撑底台(1)上，所述摇床(6)固定于所述工作台(2)上，所述支撑架(3)固定于支撑底台(1)的四周，所述加料机构(5)固定于所述支撑架(3)上，且加料机构(5)位于工作台(2)的上方，所述加液箱(4)固定于支撑底台(1)的一侧，所述三维机械臂安装于工作台(2)上，且三维机械臂上安装有针套杆(12)，所述加液箱(4)的加液口与针套杆(12)的进液口通过软管连通。

2.根据权利要求1所述的应用于硝酸盐氮氧同位素样品分析前处理的自动化系统，其特征在于：所述三维机械臂包括移动式立柱(10)和移动式横杆(11)，所述移动式立柱(10)的底部设置于工作台(1)上开设的第一滑动槽(15)内，所述第一滑动槽(15)内设有第一齿条(111)和第一步进电机，所述第一步进电机的转轴上固定有第一减速齿轮(112)，所述第一减速齿轮(112)与第一齿条(111)啮合，所述移动式立柱(10)的底部与第一齿条固定连接，所述移动式立柱(10)上设有纵向的第二滑动槽(16)，所述第二滑动槽(16)内设有第二齿条和第二步进电机，所述第二步进电机的转轴上固定有第二减速齿轮，所述第二减速齿轮与第二齿条啮合，所述移动式横杆(11)与第二齿条固定连接，所述移动式横杆(11)上设有第三滑动槽(17)，所述第三滑动槽(17)内设有第三步进电机和第三齿条，所述第三步进电机的转轴上固定有第三减速齿轮，所述第三减速齿轮与第三齿条啮合，所述针套杆(12)与第三齿条固定连接。

3.根据权利要求1所述的应用于硝酸盐氮氧同位素样品分析前处理的自动化系统，其特征在于：所述加液箱(4)内设有多通阀(41)和第一蠕动泵(42)，所述多通阀(41)的出液口与第一蠕动泵(42)的进液口连通，第一蠕动泵(42)的出液口与针套杆(12)连通。

4.根据权利要求3所述的应用于硝酸盐氮氧同位素样品分析前处理的自动化系统，其特征在于：还包括转液器(9)，所述转液器(9)包括注射器(91)、第四齿条(92)、第四减速齿轮(93)以及第四步进电机，所述注射器(91)的进液口通过进液管(94)与第一蠕动泵(42)的出液口连通，注射器(91)的出液口通过加液管(14)与针套杆(12)连通，所述第四齿条(92)与注射器(91)的推杆固定相连，第四减速齿轮(93)与第四齿条(92)啮合，第四减速齿轮(93)固定于第四步进电机的转轴上。

5.根据权利要求1所述的应用于硝酸盐氮氧同位素样品分析前处理的自动化系统，其特征在于：所述摇床包括底座(61)以及位于底座(61)上方的滑动台(66)，所述底座(61)上设有中心槽(62)，所述中心槽(62)内设有若干辊筒(64)，底座(61)内设有电动机，且电动机与辊筒(64)联动，所述滑动台(66)压在辊筒(64)上，滑动台(66)上设有若干用于放置试管的试管插孔(67)；

所述中心槽(62)两侧的底座(1)上对称设置有两个导向槽(63)，每个所述导向槽(63)的两端分别设有电动伸缩杆(65)，且位于同一导向槽(63)内的两个电动伸缩杆(65)的杆头的伸缩长度相等、伸缩方向相反，所述电动伸缩杆(65)的杆头的中心轴线与辊筒(64)的中心轴线垂直，所述滑动台(66)的两侧分别设有一个套筒(68)，所述套筒(68)通过支撑杆(69)与滑动台(66)的侧面固定连接，且滑动台(66)两侧的套筒(68)分别位于两个导向槽(63)内，套筒(68)的外径小于导向槽(63)的宽度，所述电动伸缩杆(65)的杆头直径等于或者小于套筒(68)的内径，且电动伸缩杆(65)的杆头的中心轴线与套筒(68)的中心轴线重合，所述套筒(68)的中点处设有用于隔断套筒(68)内部空间的隔板(610)。

6.根据权利要求5所述的应用于硝酸盐氮氧同位素样品分析前处理的自动化系统，其特征在于：所述套筒(68)的两端分别设有防撞环(611)，所述防撞环(11)采用橡胶制成，所述导向槽(63)的两端分别设有缓冲弹簧(612)，电动伸缩杆(65)的杆头可自由穿过缓冲弹簧(612)。

7.根据权利要求1所述的应用于硝酸盐氮氧同位素样品分析前处理的自动化系统，其特征在于：所述加料机构包括支撑圆环(51)和转料环(52)，所述支撑圆环(51)位于转料环(52)的正下方，且支撑圆环(51)的内、外圆半径分别对应与转料环(52)的内、外圆半径相等，所述支撑圆环(51)上设有纵向贯穿支撑圆环(51)的出料孔(59)，所述转料环(52)上设有若干纵向贯穿转料环(52)的装料孔(53)，所述装料孔(53)呈等间距圆周分布；

还包括加料斗(54)，所述加料斗(54)通过支撑杆(57)固定于转料环(52)的上方，加料斗(54)的底端出料口到转料环(52)的上表面的距离为0～2mm；

还包括第五步进电机(55)，所述第五步进电机(55)的输出转轴通过连接杆(56)与转料环(52)实现联动，转料环(52)在转动过程中，转料环(52)上的装料孔(53)依次经过加料斗(54)的底端出料口；

还包括出料管(58)，所述出料管(58)的上端进料管口与支撑圆环(51)上出料孔(59)连通，出料管(58)的下端出料管口向下并向靠近摇床(6)的方向延伸。

8.根据权利要求7所述的应用于硝酸盐氮氧同位素样品分析前处理的自动化系统，其特征在于：还包括弹性卡条(510)，所述弹性卡条(510)包括两个横向支撑条(101)以及连接在两个横向支撑条(101)之间的上凸条(102)，两个横向支撑条(101)对称设置在出料孔(59)的内壁上，上凸条(102)的顶点所在的水平面位置高于支撑圆环(51)的上表面所在的水平位置，所述上凸条(102)呈倒V字形或者倒U字形。

9.根据权利要求1所述的应用于硝酸盐氮氧同位素样品分析前处理的自动化系统，其特征在于：还包括卡槽(7)和针槽(8)，所述卡槽(7)上设有一个凸字形的卡口(71)，所述卡口(71)为半封闭开口，所述针槽(8)设置在工作台(2)上，针槽(8)上设置有若干用于放置不同规格针头的针头插孔(81)。

10.根据权利要求1所述的应用于硝酸盐氮氧同位素样品分析前处理的自动化系统，其特征在于：还包括排液槽(13)、第二蠕动泵(43)以及第三蠕动泵(44)，所述排液槽(13)设置在工作台(2)上，排液槽(13)上设有两个排液孔(131)，所述第二蠕动泵(43)和第三蠕动泵(44)设置在加液箱(4)内，且第二蠕动泵(43)和第三蠕动泵(44)的进液口通过排液管(132)分别与两个排液孔(131)连通。