CN108889354B - 一种高精度移液系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高精度移液系统，包括溶剂单元、废液单元、加液针单元、换向单元、定位单元以及称重单元。溶剂单元、加液针单元以及废液单元分别通过液体管路连接换向单元；溶剂单元中盛放有溶剂，并在移液时经加液针单元向装有溶质的目标试剂瓶中注入溶剂；废液单元回收并容置加液针单元中的溶剂；定位单元控制加液针单元的位置，以使加液针单元精准地向目标试剂瓶中注入溶剂；称重单元称取目标试剂瓶的质量。本发明通过质量法进行移液，省去了定容操作，降低了移液难度；本发明降低了移液过程中的人为干预，因而能够获取更高的移液精度。

Description

一种高精度移液系统

技术领域

本发明涉及移液设备技术领域，特别涉及一种高精度移液系统。

背景技术

目前实验室定量移液主要是采用常规移液管和移液器，移液管经过检定校准后，定量稳定，移液器经过多年的不断发展，基本已经实现了快速准确定量移液功能，但是以上两种移液方式都需要操作者具有一定的实验基础和操作技巧，才能保证移液的稳定和可靠，尤其需要操作者熟练掌握定容技术。化学实验的定容技术主要是常规的容量瓶、量筒等玻璃器具，新的定容传感器技术也有，但是受限条件比较多，而且准确度不高，故本申请打破常规思路，提出一种基于质量法移液的高精度的移液系统。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的技术方案是：

一种高精度移液系统，包括：

加液针单元；

溶剂单元，所述溶剂单元中容置有溶剂，并经所述加液针单元向装有溶质的目标试剂瓶中注入溶剂；

废液单元，所述废液单元回收并容置所述加液针单元中的溶剂；

换向单元，所述溶剂单元、所述废液单元以及所述加液针单元分别连接所述换向单元；所述加液针单元通过换向单元连通溶剂单元，或通过换向单元连通废液单元；

定位单元，所述定位单元控制所述加液针单元的位置；以及，

称重单元，所述称重单元称取所述目标试剂瓶的质量。

优选的，所述溶剂单元包括溶剂瓶和第一动力元件；所述溶剂瓶连接换向单元；所述第一动力元件通过向所述溶剂瓶中增压的形式使溶剂瓶中的溶剂经加液针单元注入目标试剂瓶。

优选的，所述废液单元包括废液瓶和第二动力元件；所述废液瓶连接换向单元；所述第二动力元件通过控制所述废液瓶呈负压，使加液针单元中的溶液回流入废液瓶中。

优选的，所述加液针单元包括加液针，所述加液针通过管道连接换向单元，所述加液针连接定位单元。

优选的，所述换向单元包括换向阀，所述溶剂单元、废液单元以及加液针单元分别连接所述换向阀。

优选的，所述定位单元包括二维机械臂，所述二维机械臂包括水平动力元件、水平运动机构、垂直动力元件以及垂直运动机构；

所述加液针单元安装在所述水平运动机构上，水平动力元件为水平运动机构的主动构件，加液针单元在水平运动机构的作用下作水平方向的线性运动；所述垂直动力元件通过所述垂直运动机构控制水平运动机构和水平动力元件一起上下运动。

优选的，还包括控制单元，所述溶剂单元、废液单元、加液针单元、换向单元、定位单元以及称重单元均与所述控制单元电连接。

优选的，还包括检测单元，所述检测单元包括高度检测模块，所述高度检测模块与控制单元电连接，并检测目标试剂瓶的高度。

优选的，所述称重单元包括与控制单元电连接的天平，所述检测单元还包括天平盖检测模块；所述目标试剂瓶放置于所述天平上；所述天平盖检测模块检测所述天平的天平盖是否打开，当所述天平盖打开，所述高精度移液系统开始向目标试剂瓶中添加溶剂。

优选的，所述控制单元包括：

控制模块，溶剂单元、废液单元、加液针单元、换向单元、定位单元以及称重单元均与所述控制模块电连接；和，

输入模块，通过所述输入模块与所述控制模块电连接，并向其输入参数和操作指令。

优选的，还包括标签打印机，所述标签打印机与所述控制模块电连接。

优选的，所述参数包括目标溶液的浓度。

优选的，所述操作指令包括控制所述定位单元运动的指令。

优选的，所述控制模块基于单片机控制。

优选的，所述高度检测模块为高度检测传感器。

相对于现有技术，本发明的有益效果是：

1、本发明通过质量法进行移液，省去了定容操作，从而降低了移液难度。移液的每个步骤均不要求操作者具有实验基础和操作技巧，从而进一步降低了移液难度。

2、移液过程中，目标溶液的精度通过溶剂单元、废液单元、加液针单元、换向单元等设备来实现，降低了对人的依赖性，因而更容易控制精度，能够获取更高的精度。

3、当称重单元称得目标试剂瓶达到目标质量时，废液单元工作，将加液针单元中的溶剂回收，从而防止加液针单元中的溶剂在重力作用下或其它外界因素的影响下滴入目标试剂瓶中而导致目标溶液精度降低。

4、在一个方案里，高精度移液系统通过控制单元，实现对换向阀、第一动力元件、第二动力元件、水平动力元件、竖直动力元件、高度检测模块、天平盖检测模块(或其它实施例中的形成开关)、输入模块以及输出模块自动控制，从而简化了操作人员的操作步骤，降低了移液过程中的人为干预，提高了移液的精度。

附图说明

图1为本申请高精度移液系统的示意图一；

图2为本申请高精度移液系统的示意图二。

其中，1、第一动力元件，2、第二动力元件，3、溶剂瓶，3-1、溶剂瓶本体，3-2、溶剂瓶盖，4、废液瓶，4-1、废液瓶本体，4-2、废液瓶盖，5、换向阀，6、水平动力元件，7、垂直动力元件，8、天平盖检测模块，9、加液针，9-1、杆件，10、目标试剂瓶，11、天平，11-1、天平盖，12、标签打印机，13、高度检测模块，14、输入模块，15、输出模块，16、架体。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例加以详细说明。其中，图1中隐去了架体，图2主要用于体现架体、天平、标签打印机、输入模块以及输出模块。

请参阅图1和图2，一种高精度移液系统，包括溶剂单元、废液单元、加液针单元、换向单元、定位单元以及称重单元。溶剂单元、加液针单元以及废液单元分别通过液体管路连接换向单元；溶剂单元中盛放有溶剂，并在移液时经加液针单元向装有溶质的目标试剂瓶10中注入溶剂；废液单元回收并容置加液针单元中的溶剂；定位单元控制加液针单元的位置，以使加液针单元精准地向目标试剂瓶10中注入溶剂；称重单元称取目标试剂瓶10的质量。

移液时，首先，向放置在称重单元上的目标试剂瓶10中添加容置，称重单元称取得到容置的质量。其次，通过定位单元使加液针单元的出液端位于目标试剂瓶10的上方，并对准目标试剂瓶10的瓶口。再次，换向单元控制溶剂单元与加液针单元连通，溶剂单元工作，使溶剂经加液针单元向目标试剂瓶10中注入溶剂；然后，当称重单元称得目标试剂瓶10达到目标质量时，溶剂单元停止工作，换向单元控制加液针单元与溶剂单元断开，并与废液单元连通，废液单元工作，将加液针单元中的溶剂回收，从而防止加液针单元中的溶剂在重力作用下或其它外界因素的影响下滴入目标试剂瓶10中，导致目标溶液精度降低。移液完成后，定位单元控制加液针单元复位。

上述的“目标质量”可通过目标浓度(即预配制的浓度)与称重单元称得的溶质的质量计算得来。

本发明通过质量法进行移液，省去了定容操作，降低了移液难度。从上述可知，移液的每个步骤均不要求操作者具有实验基础和操作技巧，从而进一步降低了移液难度。移液过程中，目标溶液的精度通过溶剂单元、废液单元、加液针单元、换向单元等设备来实现，降低了对人的依赖性，因而更容易控制精度，能够获取更高的精度。

请继续参阅图1，具体的，溶剂单元包括溶剂瓶3和第一动力元件1。溶剂瓶3连接换向单元，第一动力元件1通过向溶剂瓶3中增压的形式使溶剂瓶3中的溶剂经加液针单元注入目标试剂瓶10中。

进一步的，溶剂瓶3为瓶状容器，包括密封连接的溶剂瓶盖3-2和溶剂瓶本体3-1。溶剂瓶本体3-1中容置有溶剂，溶剂瓶盖3-2开有两个孔，该两个孔分别连接换向单元和第一动力元件1。

进一步的，第一动力元件1可为增压泵、隔膜气泵、蠕动泵等其中的任一种元件。以增压泵为例，增压泵通过管道连通溶剂瓶盖3-2上的一个孔。溶剂单元工作时，增压泵动作，向溶剂瓶3中输送气体进行增压，溶剂瓶3中的溶剂在压力的作用下流入加液针单元中，并最终注入目标试剂瓶10中。

请继续参阅图1，具体的，废液单元包括废液瓶4和第二动力元件2。废液瓶4连接换向单元，第二动力元件2通过控制废液瓶4呈负压，而使加液针单元中的溶液回流入废液瓶4中。废液单元采用负压的形式，使加液针单元中的溶剂回流，从而在实现目标溶液后，防止加液针单元的溶剂滴落入目标试剂瓶10。

进一步的，废液瓶4为瓶状容器，包括密封连接的废液瓶盖4-2和废液瓶本体4-1。废液瓶本体4-1中容置有从加液针单元回收的溶剂，废液瓶盖4-2上开有两个孔，该两个孔分别连接换向单元和第二动力元件2。在移液前，最好保证废液瓶4为空瓶，或至少保证废液瓶4上层为气体，且该气体的体积不小于加液针单元容纳的溶剂的体积。

进一步的，第二动力元件2采用泵吸的形式将加液针单元中的溶剂回收，其具体装置可为真空泵或其他用于具有泵吸功能的气泵。以真空泵为例，真空泵通过管道连通废液瓶盖4-2上的一个孔。废液单元工作时，真空泵动作，向溶剂瓶3中吸气，废液瓶4呈负压，故加液针单元中的溶剂回流入加液瓶中。

进一步的，考虑到溶剂单元工作完成后，加液针单元中留存的溶剂体积固定，故回收时，第二动力元件2的工作时长可进行设定。

请继续参阅图1，具体的，加液针单元包括加液针9，加液针9用于向目标试剂瓶10中滴加溶剂，还可采用吸头等具有同样功能的零部件进行替换。加液针9通过管道连接换向单元，加液针9连接在定位单元上，并通过定位单元控制位置和位移。

请继续参阅图1，具体的，换向单元包括换向阀5，上述的溶剂瓶3、废液瓶4以及加液针9分别通过管道连接换向阀5。

请继续参阅图1，具体的，定位单元包括二维机械臂，二维机械臂包括水平动力元件6、水平运动机构、垂直动力元件7以及垂直运动机构。加液针9通过杆件9-1固定在水平运动机构上，水平动力元件6为水平运动机构的主动构件，加液针单元在水平运动机构的作用下作水平方向的线性运动；垂直动力元件7为垂直运动机构的主动构件，加液针单元、水平动力元件6以及水平运动机构共同在垂直运动机构的作用下上下运动。

进一步的，上述的水平动力元件6和垂直动力元件7均可采用马达，上述的水平机构和垂直机构均可采用线性运动机构，线性运动机构的具体传动形式可为齿轮传动、螺纹传动等。

请继续参阅图1和图2，具体的，上述的第一动力元件1、第二动力元件2、换向阀5、水平动力元件6以及垂直动力元件7均可单独控制，考虑到单独控制需要操作者熟悉每一步该开启或关闭哪个零部件，优选采用控制单元集中控制，以实现自动移液，从而简化操作人员的操作步骤，减少移液过程中的人为干预，提高移液系统的移液精度。当然，第一动力元件1、第二动力元件2、换向阀5、水平动力元件6以及垂直动力元件7均与控制单元电连接。

进一步的，高精度移液系统还包括检测单元，检测单元包括高度检测模块13。高度检测模块13位于称重单元侧面，用于检测目标试剂瓶10的高度，可采用高度检测传感器、电子测量尺等设备。高度检测模块13可显示测量结果，然后操作人员根据该检测结果自行判断加液针单元的出液端的理想位置，为调控加液针单元的位置做铺垫。但优选另一实施例，即，高度检测与控制单元电连接，高度检测模块13将检测结果传送给控制单元，以进一步降低移液过程中的人为干预，提高移液精度。以下均在本实施例的基础上对本申请进行说明。控制单元根据高度检测模块13的，检测结果计算加液针单元加液时的位置，尤其是精准计算加液针9的理想高度，以保证加液针单元的出液端位于目标试剂瓶10瓶口的上方，从而避免两者干涉。

进一步的，称重单元包括天平11，检测单元还包括天平盖检测模块8，高精度移液系统还包括一架体16。天平11与控制单元电连接，上述的目标试剂瓶10放置于天平11上，上述的高度检测模块13位于天平11的侧面，可安装在天平11上，但本实施例优选安装在架体16上，如图2所示。

架体16紧邻天平11设置，用于安装和布置其它零部件，如安装上述的定位单元。

天平盖检测模块8位于天平11的天平盖11-1处，可安装在天平11上，也可安装在架体16上。天平盖检测模块8与控制单元电连接，用于实时检测天平盖11-1是否打开，可为光学传感器或压力传感器等。当天平盖11-1打开，则高精度移液系统开始向盛有溶质的目标试剂瓶10中添加溶剂，详细来说，天平盖检测模块8将检测结果实时传输给控制单元，控制单元依据该检测结果进行判断与计算，天平盖检测模块8检测到天平盖11-1打开后，控制单元向换向阀5和第一动力元件1发送指令，使溶剂瓶3与加液针9连通，第一动力元件1向溶剂瓶3中增压。

天平盖检测模块8相当于向控制单元输入“开始移液”信号，在其他实施例中，也可以不采用天平盖检测模块8，而采用其他同样具有“向控制单元输入“‘开始移液’信号”功能的零部件，例如采用安装在天平11上的行程开关，该行程开关与控制单元电连接，当天平盖11-1打开到一定开度后触发该行程开关，然后高精度移液系统开始项目表试剂瓶中添加溶剂。

进一步的，控制单元包括输入模块14、输出模块15和控制模块。输入模块14与控制模块电连接，操作者通过输入模块14向控制模块输入参数和操作指令。该参数包括预配置的目标溶液的浓度和名称等；该操作指令包括控制定位单元运动的指令，如在需要手动调整定位单元时，水平动力元件6和垂直动力元件7的转向、转动量等操作指令。

输出模块15包括显示屏，控制模块控制显示屏的显示信息，如天平11称得的目标试剂瓶10的质量信息、高度检测单元检测的目标试剂瓶10的高度信息、加液针9的出液端的位置信息、通过输入模块14输入的目标溶液的浓度信息等。

输入模块14的参数和操作指令可通过在显示屏附近设置按键进行输入，也可通过触摸式的显示屏进行输入。

控制模块与上述的第一动力元件1、第二动力元件2、换向阀5、水平动力元件6、垂直动力元件7、高度检测模块13、天平盖检测模块8(或其它实施例中的形成开关)、输入模块14以及输出模块15等电连接。控制模块可基于单片机原理控制，也可基于PLC等原理控制，控制模块具有处理、存储数据等功能。

控制模块中还预设有数据库，该数据库中存有与输入模块14输入的参量的相关信息，如存有上述目标溶液的浓度的单位，包括摩尔浓度、质量体积浓度、质量百分比浓度等，再如存有上述目标溶液的名称等。当然，该数据库中还可存有与输出模块15输出的参量相关的信息。

另外，上述的第二动力元件2的工作时长参数在控制模块中进行设定。

高精度移液系统还包括标签打印机12，标签打印机12与控制模块电连接，用于打印目标溶液的浓度等参数。考虑到系统结构的紧凑性，标签打印机12嵌接在架体16上，如图2所示。

以上从物理构件方面对高精度移液系统进行了阐述，以下结合工作流程对本申请作更深一步的阐述。

通过输入模块14输入目标溶液的名称和浓度，名称与浓度的单位可直接从数据库中调取输入，高精度移液系统进入工作状态。

接着，向天平11上放置目标试剂瓶10，控制模块存储天平11的测量值，显示屏上显示该测量值，操作人员可直接观察；同时，高度检测模块13检测目标试剂瓶10的高度，并将检测结果传送给控制模块，控制模块据此控制水平动力元件6或/和垂直动力元件7工作，使加液针9的出液端位于目标试剂瓶10的瓶口上方。

再接着，向目标试剂瓶10中添加溶质，控制模块存储天平11的新的测量值，并计算溶质的质量、目标溶液的目标质量。

操作人员打开天平盖11-1，控制模块通过天平盖检测模块8检测到天平盖11-1的打开信号后，控制上述的换向阀5和第一动力元件1工作，溶剂瓶3中的溶剂经加液针9的出液端进入目标试剂瓶10。

向目标试剂瓶1010添加溶剂的过程中，天平11实时检测目标试剂瓶10的质量，当检测值到达上述的目标溶液的目标质量后，控制模块控制第一动力元件1停止工作、换向阀5切换至加液针9与废液瓶4连通的状态、第二动力元件2动作，加液针9中存留的溶剂回收到废液瓶4中，完成移液。

然后控制模块向标签打印机12发送打印指令，标签打印机12工作。打印的数据可包括目标溶液的名称、目标浓度等

以上公开的仅为本申请的部分具体实施例，但本申请并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化，都应落在本申请的保护范围内。

Claims (15)

1.一种高精度移液系统，其特征在于，包括：

加液针单元；

溶剂单元，所述溶剂单元中容置有溶剂，并经所述加液针单元向装有溶质的目标试剂瓶中注入溶剂；

废液单元，所述废液单元回收并容置所述加液针单元中的溶剂；

换向单元，所述溶剂单元、所述废液单元以及所述加液针单元分别连接所述换向单元；所述加液针单元通过换向单元连通溶剂单元，或通过换向单元连通废液单元；

定位单元，所述定位单元控制所述加液针单元的位置；以及，

称重单元，所述称重单元称取所述目标试剂瓶的质量。

2.如权利要求1所述的高精度移液系统，其特征在于，所述溶剂单元包括溶剂瓶和第一动力元件；所述溶剂瓶连接换向单元；所述第一动力元件通过向所述溶剂瓶中增压的形式使溶剂瓶中的溶剂经加液针单元注入目标试剂瓶。

3.如权利要求1所述的高精度移液系统，其特征在于，所述废液单元包括废液瓶和第二动力元件；所述废液瓶连接换向单元；所述第二动力元件通过控制所述废液瓶呈负压，使加液针单元中的溶液回流入废液瓶中。

4.如权利要求1所述的高精度移液系统，其特征在于，所述加液针单元包括加液针，所述加液针通过管道连接换向单元，所述加液针连接定位单元。

5.如权利要求1所述的高精度移液系统，其特征在于，所述换向单元包括换向阀，所述溶剂单元、废液单元以及加液针单元分别连接所述换向阀。

6.如权利要求1所述的高精度移液系统，其特征在于，所述定位单元包括二维机械臂，所述二维机械臂包括水平动力元件、水平运动机构、垂直动力元件以及垂直运动机构；

所述加液针单元安装在所述水平运动机构上，水平动力元件为水平运动机构的主动构件，加液针单元在水平运动机构的作用下作水平方向的线性运动；所述垂直动力元件通过所述垂直运动机构控制水平运动机构和水平动力元件一起上下运动。

7.如权利要求1所述的高精度移液系统，其特征在于，还包括控制单元，所述溶剂单元、废液单元、加液针单元、换向单元、定位单元以及称重单元均与所述控制单元电连接。

8.如权利要求7所述的高精度移液系统，其特征在于，还包括检测单元，所述检测单元包括高度检测模块，所述高度检测模块与控制单元电连接，并检测目标试剂瓶的高度。

9.如权利要求8所述的高精度移液系统，其特征在于，所述称重单元包括与控制单元电连接的天平，所述检测单元还包括天平盖检测模块；所述目标试剂瓶放置于所述天平上；所述天平盖检测模块检测所述天平的天平盖是否打开，当所述天平盖打开，所述高精度移液系统开始向目标试剂瓶中添加溶剂。

10.如权利要求7所述的高精度移液系统，其特征在于，所述控制单元包括：

控制模块，溶剂单元、废液单元、加液针单元、换向单元、定位单元以及称重单元均与所述控制模块电连接；和，

输入模块，通过所述输入模块与所述控制模块电连接，并向其输入参数和操作指令。

11.如权利要求10所述的高精度移液系统，其特征在于，还包括标签打印机，所述标签打印机与所述控制模块电连接。

12.如权利要求10所述的高精度移液系统，其特征在于，所述参数包括目标溶液的浓度。

13.如权利要求10所述的高精度移液系统，其特征在于，所述操作指令包括控制所述定位单元运动的指令。

14.如权利要求10所述的高精度移液系统，其特征在于，所述控制模块基于单片机控制。

15.如权利要求8所述的高精度移液系统，其特征在于，所述高度检测模块为高度检测传感器。

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