CN109632918B - 电化学检测模组和电化学检测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种电化学检测模组和电化学检测方法。所述电化学检测模组,包括电化学检测器,所述电化学检测器包括检测盒,所述检测盒中容纳有用于电化学检测的导电液体,所述电化学检测模组还包括液位传感器和电化学检测模式选择电路,其中,所述液位传感器配置成检测容纳于所述检测盒中的导电液体的液面高度;所述电化学检测模式选择电路配置成根据所述液面高度计算所述检测盒中的导电液体的体积,并根据所述体积选择所述电化学检测器处于的工作模式。本发明能够提升电化学检测的精确度。
Description
技术领域
本发明涉及电化学检测技术领域,尤其涉及一种电化学检测模组和电化学检测方法。
背景技术
电化学检测器用于测量物质的电信号变化,对具有氧化还原性质的化合物,如含硝基、氨基等有机化合物及无机阴、阳离子等物质可采用电化学检测器。电化学检测工作电流时,可以采用三电极体系,也即采用工作电极,参考电极和辅助电极。电化学检测器在工作时,电流通过工作电极与辅助电极,不通过参比电极,辅助电极的工作性质不对工作电极的行为造成影响。
如图1所示,现有的电化学检测模组通常包括控制电势的恒电位仪76、产生所需信号的函数发生器74、模数采集电路77、电流检测电路75,以及可以测量、处理、显示数据的显示系统(图1中未示出)。上位机11对多种电化学实验方法进行设置,实现数据显示以及数据处理的功能,上位机11通过USB(Universal Serial Bus,通用串行走线)通信接口发送实验参数数据到微控制单元12,微控制器12传输采集到的数据到上位机11。现有的电化学检测模组无法根据检测盒(所述检测盒也即电解池)中的用于电化学检测的导电液体的体积来选择相应的工作模式,从而无法保证电化学检测的精确度。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种电化学检测模组和电化学检测方法,解决现有的电化学检测模组无法根据检测盒中的用于电化学检测的导电液体的体积来选择相应的工作模式,从而无法保证电化学检测的精确度。
为了达到上述目的,本发明提供了一种电化学检测模组,包括电化学检测器,所述电化学检测器包括检测盒,所述检测盒中容纳有用于电化学检测的导电液体,所述电化学检测模组还包括液位传感器和电化学检测模式选择电路,其中,
所述液位传感器配置成检测容纳于所述检测盒中的导电液体的液面高度;
所述电化学检测模式选择电路配置成根据所述液面高度计算所述检测盒中的导电液体的体积,并根据所述体积选择所述电化学检测器处于的工作模式。
实施时,所述工作模式对应于所述电化学检测器的峰值检测精度和所述电化学检测器中的函数发生器的特性曲线。
实施时,所述液位传感器包括液面高度检测电路和设置于所述检测盒内部的检测电容器;
所述液面高度检测电路配置成检测所述检测电容器的电容值,并根据所述电容值计算所述液面高度;
所述检测电容器的电容值与所述液面高度有关。
实施时,所述检测电容器包括设置于所述检测盒的第一内侧面的第一电容极板和设置于所述检测盒的第二内侧面的第二电容极板;所述第一电容极板和所述第二电容极板相对设置。
实施时,所述液位传感器还包括支撑部件;所述电化学检测器还包括设置于所述检测盒的内底面的工作电极;所述检测电容器包括第三电容极板和第四电容极板;所述工作电极复用为所述第三电容极板;
所述第四电容极板与所述第三电容极板相对设置,所述第三电容极板与所述第四电容极板之间的距离大于预定距离;所述支撑部件用于支撑所述第四电容极板。
实施时,本发明所述的电化学检测模组还包括液面高度判断电路和导电液体供应单元;
所述液面高度判断电路配置成当判断到所述液位传感器检测到的所述液面高度小于预定最小液面高度时,向所述导电液体供应单元发送液体添加控制信号,当判断到该液面高度大于或等于所述预定最小液面高度时,向所述导电液体供应单元发送停止添加控制信号;
所述导电液体供应单元配置成在接收到所述液体添加控制信号时,添加导电液体至所述检测盒,并当接收到所述停止添加控制信号时,停止添加所述导电液体至所述检测盒。
本发明还提供了一种电化学检测方法,应用于上述的电化学检测模组,所述电化学检测方法包括:
液位传感器检测容纳于检测盒中的导电液体的液面高度;
电化学检测模式选择电路根据所述液面高度计算所述检测盒中的导电液体的体积,并根据所述体积选择所述电化学检测模组中的电化学检测器处于的工作模式。
实施时,所述工作模式对应于所述电化学检测器的峰值检测精度和所述电化学检测器中的函数发生器的特性曲线。
实施时,所述液位传感器包括液面高度检测电路和设置于所述检测盒内部的检测电容器,所述检测电容器的电容值与所述液面高度有关;所述液位传感器检测容纳于检测盒中的导电液体的液面高度步骤包括:
所述液面高度检测电路检测所述检测电容器的电容值,并根据所述电容值计算所述液面高度。
实施时,所述电化学检测模组还包括液面高度判断电路和导电液体供应单元;所述电化学检测方法还包括:
所述液面高度判断电路每隔预定时间判断所述液位传感器检测到的所述液面高度是否小于预定最小液面高度;
当所述液面高度判断电路判断到所述液位传感器检测到的所述液面高度小于预定最小液面高度时,向所述导电液体供应单元发送液体添加控制信号;当所述液面高度判断电路判断到该液面高度大于或等于所述预定最小液面高度时,向所述导电液体供应单元发送停止添加控制信号;
所述导电液体供应单元在接收到所述液体添加控制信号时,添加导电液体至所述检测盒;所述导电液体供应单元在接收到所述停止添加控制信号时,停止添加所述导电液体至所述检测盒。
与现有技术相比,本发明所述的电化学检测模组和电化学检测方法增设液位传感器,在进行电化学检测之前,先通过液位传感器检测容纳于所述检测盒中的导电液体的液面高度,电化学检测模式选择电路根据该液面高度计算检测盒中的导电液体的体积,根据所述体积来选择相应的工作模式,从而提高电化学检测精度,根据被检测物质的量进行精确检测。
附图说明
图1是现有的电化学检测模组的结构框图;
图2是本发明实施例所述的电化学检测模组的结构框图;
图3是本发明所述的电化学检测模组中的检测电容器的第一实施例的侧视图;
图4是本发明所述的电化学检测模组中的检测电容器的第一实施例的俯视图;
图5是本发明所述的电化学检测模组中的检测电容器的第二实施例的侧视图;
图6是设置于本发明所述的检测电容器的第二实施例中的检测盒30内底面的三个电极的示意图;
图7是本发明所述的电哈徐检测模组的一具体实施例的结构框图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
本发明实施例所述的电化学检测模组,包括电化学检测器,所述电化学检测器包括检测盒,所述检测盒中容纳有用于电化学检测的导电液体,如图2所示,所述电化学检测模组还包括液位传感器21和电化学检测模式选择电路22,其中,
所述液位传感器21配置成检测容纳于所述检测盒(图2中未示出)中的导电液体的液面高度;
所述电化学检测模式选择电路22配置成根据所述液面高度计算所述检测盒中的导电液体的体积,并根据所述体积选择所述电化学检测器处于的工作模式。
本发明实施例所述的电化学检测模组增设液位传感器21,在进行电化学检测之前,先通过液位传感器21检测容纳于所述检测盒中的导电液体的液面高度,电化学检测模式选择电路22根据该液面高度计算检测盒中的导电液体的体积,根据所述体积来选择相应的工作模式,从而提高电化学检测精度,根据被检测物质的量进行精确检测。
本发明实施例通过对待检测的导电液体的体积进行检测,根据该体积选择不同的电化学检测方案,实现高精度电化学检测。
具体的,所述工作模式对应于所述电化学检测器的峰值检测精度和所述电化学检测器中的函数发生器的特性曲线。也即,可以根据不同的导电液体的体积选择不同的工作模式,而采用不同的工作模式即采用函数发生器产生不同的特性曲线,并根据特性曲线得到的对应不同的反馈曲线的峰值情况,实现不同的检测精度的调节。
在进行电化学检测时,提供不同的函数发生器的特性曲线,会得到对应的氧化还原曲线,并且会有对应的峰值,即为氧化峰和还原峰,所述峰值和导电液体的浓度成比例,因此可以通过峰值大小判断得到浓度情况;所述峰值检测精度指的是检测到的所述峰值的精度。
所述函数发生器的特性曲线有多种(所述函数发生器的特性曲线也即函数发生曲线),但是对应不同的特性曲线,检测得到的峰值的精度有差异,精度高的特性曲线对应的检测时间和功耗会较高,以及检测后的处理时间会较长,因此在进行检测时,目前现有的仪器没有匹配到根据所述峰值检测精度来进行自动处理的功能,本发明实施例采用的根据不同的检测需求自动调节检测方案是比较有优势的。
在实际操作时,可以根据检测盒中的导电液体的体积来选择相应的函数发生曲线,不同的函数发生曲线对应不同的峰值检测精度。
常用的函数发生曲线的种类例如可以有:CV(Cyclic Voltammetry,循环伏安法)曲线,SWV(Square-Wave Voltammetry,方波伏安法)曲线、DPV(Differential PulseVoltammetry,差动脉冲伏安法)曲线、LSV(Linear Sweep Voltammetry,线性扫描伏安法)曲线、ACV(Alternating Current Voltammetry,交流伏安法)等。
在具体实施时,所述电化学检测器可以包括容纳有用于电化学检测的导电液体的检测盒、控制电势的恒电位仪、产生所需信号的函数发生器、用于检测极化电流的电流检测电路和模数采集电路。电化学检测器还可以包括工作电极、参考电极和辅助电极,所述工作电极、所述参考电极和所述辅助电极可以设置于所述检测盒的内底面。
在电化学分析测试中,当所述检测盒中导电液体的体积不同时,待测的极化电流大小往往是不同的,因此需要根据实际情况选择合适的灵敏度,从而保证电流检测的准确性。
在具体实施时,在进行电化学检测之前,还需要判断所述检测盒中的导电液体的体积符合最低检测标准,如不满足则提示增加导电液体,当判断到所述检测盒中的导电液体的体积符合最低检测标准后,进行电化学检测。
在具体实施时,所述液位传感器可以包括液面高度检测电路和设置于所述检测盒内部的检测电容器;
所述液面高度检测电路配置成检测所述检测电容器的电容值,并根据所述电容值计算所述液面高度;
所述检测电容器的电容值与所述液面高度有关。
根据一种具体实施方式,所述检测电容器可以包括设置于所述检测盒的第一内侧面的第一电容极板和设置于所述检测盒的第二内侧面的第二电容极板;所述第一电容极板和所述第二电容极板相对设置。
在具体实施时,所述检测盒可以为长方体的检测盒,所述工作电极、所述参比电极和所述辅助电极都可以设置于所述检测盒的内底面。
如图3所示(图3是所述检测电容器的第一实施例的侧视图),检测盒30为长方体的检测盒,所述检测电容器的第一实施例包括第一电容极板A和第二电容极板B;
所述第一电容极板A设置于所述检测盒30的第一内侧面,所述第二电容极板B设置于所述检测盒30的第二内侧面;
在图3所示的实施例中,第一内侧面可以为左侧面,所述第二内侧面可以为右侧面,所述第一电容极板A和所述第二电容极板B相对设置;所述检测电容器为平行板电容器;
所述第一电容极板A的长度为a,所述第一电容极板A的高度为b;所述第二电容极板B的长度也为a,所述第二电容极板B的高度也为b;a和b都为正数;
所述第一电容极板A和所述第二电容极板B之间的距离为d,d为正数;
所述第一电容极板A和所述第二电容极板B都平行于所述检测盒30的内底面设置,所述第一电容极板A与所述检测盒30的内底面之间的距离为d0,所述第二电容极板B与所述检测盒30的内底面之间的距离也为d0,d0为正数;
当所述检测盒30中的导电液体的液面高度小于d0时,所述检测电容器的电容值为0,此时需要继续向检测盒30中添加导电液体;
当所述检测盒30中的导电液体的液面高度大于d0时,导电液体充当所述第一电容极板A和所述第二电容极板B之间的导电介质,当所述导电液体的液面高度为d1时,与所述第一电容极板A对应的高度为h,h=d1-d0;h和d1都为正数;
通过液面高度检测电路检测所述检测电容器的电容值C0;
C0=ε(a×h)/(4πkd),其中,ε为介电常数,k为静电力常量,通过电容值C0可以计算得到h,进而可以得到所述检测盒30中的导电液体的液面高度为h+d0,从而可以计算得到所述检测盒30中的导电液体的体积。
在图3所示的检测电容器的第一实施例中,在检测盒30的两侧面还分别设置有第一电极41、第二电极42,所述第一电极41和所述第二电极42是导电的,相当于导线,将所述检测电容器检测到的电信号引出。
图4是所述检测电容器的第一实施例的俯视图,工作电极W、辅助电极C和参比电极E设置于所述检测盒30的内底面。
在具体实施时,所述辅助电极C和所述参比电极E可以设置于检测盒30的内侧壁。
本发明图3、图4所示的检测电容器的第一实施例包括的第一电容极板A和第二电容极板设置于检测盒30的内侧壁,在测量检测盒30中的导电液体的液面高度时,导电也即与电容极板之间浸润面积虽液位变化,相当于电容极板面积变化,导致检测电容器的电容值变化。
根据另一种具体实施方式,所述液位传感器还可以包括支撑部件;所述电化学检测器还包括设置于所述检测盒的内底面的工作电极;所述检测电容器包括第三电容极板和第四电容极板;所述工作电极复用为所述第三电容极板;
所述第四电容极板与所述第三电容极板相对设置,所述第三电容极板与所述第四电容极板之间的距离大于预定距离;所述支撑部件用于支撑所述第四电容极板。
在具体实施时,所述支撑部件可以为支撑杆,但不以此为限。
如图5所示(图5是所述检测电容器的第二实施例的侧视图),检测盒30为长方体的检测盒,工作电极W设置于所述检测盒30的内底面,所述检测电容器的第二实施例包括第三电容极板和第四电容极板D,所述工作电极W复用为所述第三电容极板,所述第四电容极板D与所述工作电极W相对设置;
所述液位传感器还包括支撑杆50;
由支撑杆50用于支撑所述第四电容极板D,所述支撑杆50的第一端部与所述工作电极W固定连接,所述支撑杆50的第二端部与所述第四电容极板D固定连接;
所述第四电容极板D与所述工作极板W之间的距离为f,f为正数;
当检测盒30中的导电液体的液面高度为h1时,所述导电液体的液面与所述第四电容极板D之间的距离为h0,h0和h1都为正数;h1=f-h0;
通过液面高度检测电路检测所述检测电容器的电容值C0;
C0=εS/(4πk×h0),其中,ε为介电常数,k为静电力常量,S为所述第四电容极板D的面积,通过电容值C0可以计算得到h0,进而可以得到所述检测盒30中的导电液体的液面高度,从而可以计算得到所述检测盒30中的导电液体的体积;
在本发明实施例所述的电化学检测模组工作时,在工作电极W上进行酶的固定,之后当检测到导电液体的体积达到一定阈值后进行电化学检测。
所述检测电容器的第二实施例将工作电极W复用为所述第三电容极板,可以将检测电容器的下极板与工作电极W整合,起到节省电极的效果。
图6是设置于所述检测电容器的第二实施例中的检测盒30内底面的三个电极的示意图,其中,标号为C的为辅助电极,标号为E的为参比电极。
在所述检测电容器的第二实施例中,所述辅助电极C和所述参比电极E放置于所述检测盒30内底面。
在具体实施时,所述辅助电极C和所述参比电极E可以设置于检测盒30的内侧壁。
在本发明所述的检测电容器的第二实施例中,所述工作电极W、所述辅助电极C和所述参比电极E处于所述检测盒30中的导电液体中,所述工作电极W上进行化学修饰待测导电液体反应的物质,在反应进行时检测第四电容极板D和工作电极W之间的电信号情况,得到体积情况,然后产生对应的函数波形,根据发射函数波形,得到对应的反应波形,然后判断对应的电荷情况,电荷情况指示的是所述导电液体的浓度与所述导电液体的体积的对应关系,从第四电容极板D和工作电极W之间的电容值可以得到所述导电液体的体积的情况,从而也就得到浓度情况。
本发明实施例将液位传感器和电化学传感器相结合,在容纳有用于电化学检测的导电液体的检测盒中安装所述液位传感器包括的检测电容器,根据所述液位传感器检测到的导电液体的液面高度,以确定电化学检测器处于的工作模式。
在实际操作时,本发明实施例所述的电化学检测模组还可以包括液面高度判断电路和导电液体供应单元;
所述液面高度判断电路配置成当判断到所述液位传感器检测到的所述液面高度小于预定最小液面高度时,向所述导电液体供应单元发送液体添加控制信号,当判断到该液面高度大于或等于所述预定最小液面高度时,向所述导电液体供应单元发送停止添加控制信号;
所述导电液体供应单元配置成在接收到所述液体添加控制信号时,添加导电液体至所述检测盒,并当接收到所述停止添加控制信号时,停止添加所述导电液体至所述检测盒。
在具体实施时,所述预定最小液面高度可以根据实际情况选取。
在进行电化学检测时,需要保证检测盒中的导电液体的体积符合最低检测标准,如果不符合则提示增加所述导电液体至检测盒,当判断到检测盒中的导电液体的液面高度大于预定最小液面高度时,停止添加导电液体至检测盒,进行电化学检测。
本发明实施例所述的电化学检测模组在工作时,先检测所述检测盒中的导电液体的液面高度di,并当判断到所述液面高度di大于所述预定最小液面高度后,指示开始进行电化学检测;
根据所述液面高度di选择相应的峰值检测精度以及相应的函数发生曲线。
在具体实施时,N为Di除以T得到的数值中的整数,其中,
Di为待除高度,T为标准高度,当N的值不同时,选择相应的电流检测精度和函数发生曲线。
具体的,当Di等于7.5,T等于2.2时,N等于3。
如图7所示,本发明所述的电化学检测模组的一具体实施例可以包括液位传感器21、放大电路71、模数转换电路72、电化学检测模式选择电路、单片机73、函数发生器74、电流检测电路75、恒电位仪76、模数采集电路77和电源电路70;
所述电化学检测模式选择电路设置于所述单片机73中;
本发明所述的电化学检测模组的该具体实施例在工作时,液位传感器21检测所述检测盒中的导电液体的液面高度,然后通过放大电路71和所述模数转换电路72传送至所述单片机73,所述电化学检测模式选择电路根据所述液面高度计算检测盒中的导电液体的体积,根据不同的体积来选定电化学检测时的检测灵敏度,实现自动选择电流检测精度以及自动进行函数发生的曲线的匹配。本发明实施例在对检测盒中的导电液体的体积的精确检测后,选择不同的电化学测试方案,实现高精度电化学检测。
本发明实施例所述的电化学检测方法,应用于上所述的电化学检测模组,所述电化学检测方法包括:
液位传感器检测容纳于检测盒中的导电液体的液面高度;
电化学检测模式选择电路根据所述液面高度计算所述检测盒中的导电液体的体积,并根据所述体积选择所述电化学检测模组中的电化学检测器处于的工作模式。
本发明实施例所述的电化学检测方法在进行电化学检测之前,先通过液位传感器检测容纳于所述检测盒中的导电液体的液面高度,电化学检测模式选择电路根据该液面高度计算检测盒中的导电液体的体积,根据所述体积来选择相应的工作模式,从而提高电化学检测精度,根据被检测物质的量进行精确检测。
具体的,所述工作模式对应于所述电化学检测器的电流检测精度和所述电化学检测器中的函数发生器的特性曲线。
在具体实施时,所述液位传感器可以包括液面高度检测电路和设置于所述检测盒内部的检测电容器,所述检测电容器的电容值与所述液面高度有关;所述液位传感器检测容纳于检测盒中的导电液体的液面高度步骤包括:
所述液面高度检测电路检测所述检测电容器的电容值,并根据所述电容值计算所述液面高度。
具体的,所述电化学检测模组还可以包括液面高度判断电路和导电液体供应单元;所述电化学检测方法还包括:
所述液面高度判断电路每隔预定时间判断所述液位传感器检测到的所述液面高度是否小于预定最小液面高度;
当所述液面高度判断电路判断到所述液位传感器检测到的所述液面高度小于预定最小液面高度时,向所述导电液体供应单元发送液体添加控制信号;当所述液面高度判断电路判断到该液面高度大于或等于所述预定最小液面高度时,向所述导电液体供应单元发送停止添加控制信号;
所述导电液体供应单元在接收到所述液体添加控制信号时,添加导电液体至所述检测盒;所述导电液体供应单元在接收到所述停止添加控制信号时,停止添加所述导电液体至所述检测盒。
以上所述是本发明的优选实施方式,应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明所述原理的前提下,还可以作出若干改进和润饰,这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (4)
1.一种电化学检测模组,包括电化学检测器,所述电化学检测器包括检测盒,所述检测盒中容纳有用于电化学检测的导电液体,其特征在于,所述电化学检测模组还包括液位传感器和电化学检测模式选择电路,其中,
所述液位传感器配置成检测容纳于所述检测盒中的导电液体的液面高度;
所述电化学检测模式选择电路配置成根据所述液面高度计算所述检测盒中的导电液体的体积,并根据所述体积选择所述电化学检测器处于的工作模式;
所述工作模式对应于所述电化学检测器的峰值检测精度和所述电化学检测器中的函数发生器的特性曲线;
所述液位传感器包括液面高度检测电路和设置于所述检测盒内部的检测电容器;
所述液面高度检测电路配置成检测所述检测电容器的电容值,并根据所述电容值计算所述液面高度;
所述检测电容器的电容值与所述液面高度有关;
所述液位传感器还包括支撑部件;所述电化学检测器包括设置于所述检测盒的内底面的工作电极;所述检测电容器包括第三电容极板和第四电容极板;所述工作电极复用为所述第三电容极板;
所述第四电容极板与所述第三电容极板相对设置,所述第三电容极板与所述第四电容极板之间的距离大于预定距离;所述支撑部件用于支撑所述第四电容极板。
2.如权利要求1所述的电化学检测模组,还包括液面高度判断电路和导电液体供应单元;
所述液面高度判断电路配置成当判断到所述液位传感器检测到的所述液面高度小于预定最小液面高度时,向所述导电液体供应单元发送液体添加控制信号,当判断到该液面高度大于或等于所述预定最小液面高度时,向所述导电液体供应单元发送停止添加控制信号;
所述导电液体供应单元配置成在接收到所述液体添加控制信号时,添加导电液体至所述检测盒,并当接收到所述停止添加控制信号时,停止添加所述导电液体至所述检测盒。
3.一种电化学检测方法,其特征在于,应用于如权利要求1或2所述的电化学检测模组,所述电化学检测方法包括:
液位传感器检测容纳于检测盒中的导电液体的液面高度;
电化学检测模式选择电路根据所述液面高度计算所述检测盒中的导电液体的体积,并根据所述体积选择所述电化学检测模组中的电化学检测器处于的工作模式;
所述工作模式对应于所述电化学检测器的峰值检测精度和所述电化学检测器中的函数发生器的特性曲线;
所述液位传感器包括液面高度检测电路和设置于所述检测盒内部的检测电容器,所述检测电容器的电容值与所述液面高度有关;所述液位传感器检测容纳于检测盒中的导电液体的液面高度步骤包括:
所述液面高度检测电路检测所述检测电容器的电容值,并根据所述电容值计算所述液面高度。
4.如权利要求3所述的电化学检测方法,其特征在于,所述电化学检测模组还包括液面高度判断电路和导电液体供应单元;所述电化学检测方法还包括:
所述液面高度判断电路每隔预定时间判断所述液位传感器检测到的所述液面高度是否小于预定最小液面高度;
当所述液面高度判断电路判断到所述液位传感器检测到的所述液面高度小于预定最小液面高度时,向所述导电液体供应单元发送液体添加控制信号;当所述液面高度判断电路判断到该液面高度大于或等于所述预定最小液面高度时,向所述导电液体供应单元发送停止添加控制信号;
所述导电液体供应单元在接收到所述液体添加控制信号时,添加导电液体至所述检测盒;所述导电液体供应单元在接收到所述停止添加控制信号时,停止添加所述导电液体至所述检测盒。
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