CN110412304B - pH值测试系统及pH值自动化测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及自动化检测技术领域，公开了一种pH值测试系统，包括机架，在机架上设置样品容器单元、注液抽液单元、pH检测单元和控制单元，所述样品容器单元包括摇床、容器架和样品容器，注液抽液单元包括第一水平轨、注液抽液机械臂、注液升降架和抽液升降架，pH检测单元包括第二水平轨、pH检测升降架、移液升降架和检测容器，所述注液抽液单元连接至试液源，所述pH检测单元连接至注液抽液单元，控制单元控制注液抽液单元从样品容器单元抽取反应过的试剂送至pH检测单元进行pH测试。本发明还公开了pH测试方法。本发明实现对样品自动完成从样品试剂反应、pH检测等一系列操作，提高工作效率和检测精确度。

Description

pH值测试系统及pH值自动化测试方法

技术领域

本发明涉及自动化检测技术领域，尤其涉及一种pH值测试系统及pH值自动化测试方法。

背景技术

实验室的样品pH值检测目前主要通过人工操作完成，每份样品要进行三个试剂瓶进行分装后，同步测量均值。

以目前实验室每天产量100多份为例，就要进行300多瓶样品的检测，需要2-3个操作人员才能完成基本测试，工作强度非常大。

除了操作人员要进行大量机械、重复性操作、工作枯燥乏味之外，对于检测也带来一致性和稳定性差。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述问题，提供一种pH值测试系统及pH值自动化测试方法，实现对样品自动完成从样品试剂反应、pH检测等一系列操作，提高工作效率和检测精确度。

本发明采取的技术方案是：

一种pH值测试系统，其特征是，包括机架，在机架上设置样品容器单元、注液抽液单元、pH检测单元和控制单元，所述样品容器单元包括摇床、容器架和样品容器，所述摇床安装在机架的中间位置，容器架设置在摇床上，容器架上布置样品容器，注液抽液单元包括第一水平轨、注液抽液机械臂、注液升降架和抽液升降架，所述第一水平轨设置在机架的侧边，在第一水平轨上设置注液抽液机械臂，所述注液抽液机械臂跨设在样品容器单元上方，所述注液抽液机械臂上设置注液升降架和抽液升降架，pH检测单元包括第二水平轨、pH检测升降架、移液升降架和检测容器，所述第二水平轨设置在机架的另一侧边，在第二水平轨上设置pH检测升降架和移液升降架，所述移液升降架下方的机架上设置检测容器，所述注液抽液单元连接至试液源，所述pH检测单元连接至注液抽液单元，控制单元控制注液抽液机械臂在第一水平轨上移动，注液升降架和抽液升降架在注液抽液机械臂上移动，注液升降架对样品容器单元的样品容器注入试剂，摇床对容器架进行摇动，样品容器中的样品与试剂反应后，抽液升降架抽取试剂送至pH检测单元，通过移液升降架将试剂移至检测容器中，pH检测升降架上的pH传感器对检测空器中的试剂进行检测。

进一步，所述样品容器单元为多个，每个容器架设置的样品容器为阵列排布，若干个样品容器为一组，检测容器也为阵列排布，每组中的第一个样品容器内的试剂对对应的检测容器进行清洗，余下样品容器内的试剂送至对应检测容器进行平行检测。

进一步，所述样品容器的阵列排布为3*6阵列，每3个样品容器为一组，直线排布，共6组，所述pH检测单元的检测容器为2*3阵列排布，每2个检测容器为一组，直线排布，共3组。

进一步，所述pH检测单元还包括pH校验容器，设置在所述pH检测升降架下方的机架上，通过在pH校验容器中的标准液对所述pH传感器进行校正。

进一步，在所述注液抽液单元的第一水平轨一侧，设置第一清洗单元，所述抽液升降架完成一组抽液操作时，将抽液针送至第一清洗单元清洗。

进一步，在所述pH检测单元的第二水平轨一侧，设置第二清洗单元，所述移液升降架完成一组移液操作时，将移液针送至第二清洗单元清洗。

进一步，所述第一水平轨和第二水平轨的一侧的多个位置，设置排液槽，所述排液槽连接至废液箱，所述检测容器通过电磁阀连接至废液箱。

进一步，所述注液升降架和抽液升降架组合设置在注液抽液机械臂上，注液升降架和抽液升降架分别实现升降。

一种pH值测试系统进行pH值自动化测试的方法，其特征是，包括如下步骤：

（1）取若干份相同样品放置于样品容器内，形成一组样品，将多组样品置于摇床的容器架上；

（2）注液抽液单元的注液升降架移至样品容器位置，依次对样品容器注入试剂；

（3）启动样品容器单元的摇床，根据预定的时间对样品容器进行振荡反应；

（4）注液抽液单元的抽液升降架移至样品容器位置，抽取一组样品中的第一个样品试剂，经连接管道送至pH检测单元的移液升降架，移液升降架将试剂送至检测容器，对检测容器进行润洗；

（5）抽液升降架分别抽取一组样品中的其它样品试剂，分别送至对应的检测容器；

（6）pH检测单元的pH检测升降架移至检测容器，通过pH传感器分别对检测容器中的试剂进行检测；

（7）检测完一组样品后，抽液升降架和移液升降架分别移至第一清洗单元和第二清洗单元，对抽液针和移液针进行清洗；

（8）返回步骤（4）进行下一组样品的检测。

进一步，第一次检测时，在步骤（3）进行的同时，对pH传感器进行校正，

在步骤（4）中，还包括对pH传感器进行润洗的步骤。

本发明的有益效果是：

（1）全自动化操作，实现从样品加液、振荡、清洗、测试等一系列操作；

（2）实现24小时无人值守，工作效率高；

（3）减少实际操作人员、降低人员流动影响。

附图说明

附图1是本发明整体结构示意图；

附图2是本发明去除罩壳后的结构示意图；

附图3是样品容器单元的结构示意图；

附图4是注液抽液单元的包括注液抽液机构臂部分的结构示意图；

附图5是注液抽液单元的注液升降架和抽液升降架的结构示意图；

附图6是注液抽液单元以及第一清洗单元和集液槽的结构示意图；

附图7是pH检测单元的结构示意图；

附图8是pH检测升降架的结构示意图；

附图9是机构内部部分设备示意图。

附图中的标号分别为：

1. 机架； 2. 平台；

3. 罩壳； 4. 电脑；

5. 样品容器单元； 6. 注液抽液单元；

7. pH检测单元； 8. 摇床；

9. 容器架； 10. 样品容器；

11. 容器槽； 12. 第一水平轨；

13. 注液抽液机械臂； 14. 注液升降架；

15. 抽液升降架； 16. 支撑轮；

17. 注液针； 18. 管路；

19. 吸盘； 20. 抽液针；

21. 第一清洗单元； 22. 废液箱；

23. 集水槽； 24. 第二水平轨；

25. pH检测升降架； 26. 移液升降架；

27. 检测容器； 28. 清洗部件；

29. 搅拌器； 30. 移液针；

31. pH校验容器； 32. pH传感器；

33. 容器仓； 34. 试剂桶；

35. 废液桶； 36. 第二清洗单元。

具体实施方式

下面结合附图对本发明pH值测试系统及pH值自动化测试方法的具体实施方式作详细说明。

参见附图1，pH值测试系统为一个长方体结构，主体机架1为钢结构，机架1为钢管焊接或紧固装置而成，机架1的下方布置控制柜和电气电路，用于对pH测试系统进行控制。机架1的上方设置平台2，机架1及平台2用于布置pH测试系统的各个功能单元。机架1上布置罩壳3，用于保护系统中各功能单元以及美观作用。用户通过电脑4对系统进行设置和操作。罩壳3前方可翻起，进行更换样品。前方的罩壳3采用透明材料，便于值守人员的观察。

参见附图2,pH值测试在机架1上设置样品容器单元5、注液抽液单元6、pH检测单元7和控制单元。样品容器单元5布置样品，并通过注液抽液单元6对样品注入试剂，并进行摇动振荡使样品与试剂反应，注液抽液单元6将试剂抽至pH检测单元7进行检测，控制单元控制各单元的流程和进度。

参见附图2、3,样品容器单元5包括摇床8、容器架9和样品容器10，摇床8安装在机架1的中间位置，容器架9设置在摇床8上，容器架9上布置样品容器10。样品容器10采用锥形瓶，每个容器架9上设有阵列式的容器槽11，用于固定锥形瓶，摇床8位于机架1平台2表面的下方，通过电机驱动偏心转轴实现容器架9振动，容器架9带动其上布置的锥形瓶振荡。

样品容器单元5的容器架9有6个，每个容器架9上布置3*6的锥形瓶阵列，每三个竖直布置的锥形瓶为一组，共6组。每组用于测量一个样品，每三组同时操作，6组样品分成两次操作即可完成。整个测试系统一次能完成6*3*6=108个锥形瓶的操作，实现36个样品一次检测完成。

参见附图2、4、5，注液抽液单元6包括第一水平轨12、注液抽液机械臂13、注液升降架14和抽液升降架15，第一水平轨12设置在机架1的侧边，位于远离操作人员的一侧。在第一水平轨12上设置注液抽液机械臂13，注液抽液机械臂13与第一水平轨12垂直，注液抽液机械臂13跨设在样品容器单元5上方。位于操作人员一侧的注液抽液机械臂13端部设置支撑轮16，支撑轮16在机架1的平台2上滚动前进或后退，对注液抽液机械臂13进行支撑以及移动。注液抽液机械臂13由第一水平轨12上的驱动部件实现在水平移动。

注液抽液机械臂13上设置注液升降架14和抽液升降架15，注液升降架14和抽液升降架15在注液抽液机械臂13上移动，对下方的样品容器单元5进行操作。注液升降架14和抽液升降架15也可以设置在同一移动架上移动。

注液升降架14上布置三组注液针17，同时对三组不同的样品同时进行注液操作。注液针17通过管路18连接至试剂源，通过蠕动泵实现精确容量的试剂注入。

如果锥形瓶带有瓶盖，还要进行取放瓶盖的操作，在注液升降架14设置三个吸盘19，位置对应于三个锥形瓶，注液针17和吸盘19间隔排列在注液升降架14上，吸盘19连接气源，实现对锥形瓶盖的吸起和放下。气源为安装在机架1下方的空压机或者室内公用气源。

抽液升降架15上布置三组抽液针20，抽液针20的长度能够伸入至锥形瓶靠近底部位置，抽液针20下方设置滤网，以防止样品小颗料或碎片被吸入。抽液针20通过管路18连接至pH检测单元7，供pH检测单元7进行检测。

参见附图6，在第一水平轨12的一侧，设置第一清洗单元21，抽液升降架15完成一组抽液操作时，将抽液针20送至第一清洗单元21清洗。第一清洗单元21内设置柱状清洗槽，清洗槽中间设置竖直通孔，在清洗槽的侧壁上开设注水孔和吹气孔，分别连通水源和气源，清洗槽下端连通至废液箱22。第一清洗单元21包括三个并排的清洗槽，同时对抽液升降架15上的三个抽液针20进行清洗，清洗时先进行清水冲洗，然后通过气流吹干。

在第一水平轨12的一侧还设置集水槽23，用于收集残留试剂，集水槽23也连接至废液箱22。当注液或抽液完成后，由于管路18中残留的试剂可能会污染机架1台面或其它设备，将注液升降架14和抽液升降架15移至集水槽23的上方，收集残余试剂滴液，最后汇流至废液箱22。

参见附图7、8，pH检测单元7包括第二水平轨24、pH检测升降架25、移液升降架26和检测容器27，第二水平轨24设置在机架1的另一侧边，即机架1的右侧，靠近机构的边缘。在第二水平轨24上设置pH检测升降架25和移液升降架26，pH检测升降架25上布置pH传感器32以及清洗部件28、搅拌器29。

在移液升降架26下方的机架1上设置检测容器27，移液升降架26上设置移液针30，移液针30通过管路18与抽液升降架15的抽液针20连通，移液针30的数量为3个，与抽液升降架15上的抽液针20和锥形瓶组的数量相等。移液升降架26下方的机架1上设置检测容器27，检测容器27为三组，每组两个，用于对一组试剂的平行检测。检测容器27通过电磁阀连接至废液箱22，检测完成后，试剂排入废液箱22。

在检测容器27的一侧设置第二清洗装置36, 当移液升降架26完成一组移液操作时，将移液针30送至第二清洗单元清洗。第二清洗单元36的结构与第一清洗单元21相同，工作原理和过程也相同。

在pH检测升降架25下方的机架1上设置pH校验容器31，通过在pH校验容器31中的标准液对pH传感器32进行校正。pH检测升降架25上的pH传感器32以及清洗部件28、搅拌器29的数量为3组，分别对应于三个检测容器27，pH校验容器31也为三组，分别同时对三个pH传感器32进行检验。检验pH传感器32的过程按照pH传感器32的厂商要求进行。如采用梅特勒-托利多公司生产的pH传感器32，根据其操作规范完成pH传感器32的检测，pH检测容器27也根据要求进行配置。

检测容器27安装于容器仓33内，容器仓33也用于收集废液并且连接至废液箱22。在容器仓33内设置吹干容器，用于对清洗后的pH传感器32及清洗部件28、搅拌器29进行干燥处理，吹干容器连接至气源，将pH传感器32及清洗部件28、搅拌器29伸入吹干容器后，进行吹干过程。

参见附图9，在机架1的下方设置试剂桶34、废液桶35和废液箱22，试剂桶34为注液提供试剂，废液箱22敞口接受各部分的废液后，通过集水管连接到废液桶35。在机架1下方还布置有蠕动泵、分流装置等部件，提供供液动力和管路18压力功能。

参见附图2，下面对本发明的工作过程进行说明。

开机前，检查废液桶35是否清空，试剂桶34是否准备好，各种安全措施是否完备。开机后机器自检，所有模块进入初始工位，包括蠕动泵的自动校准、各部件的清洗检查等。

在规定的时间间隔内，对pH传感器32进行一次校正，通过标准pH试液按厂家标准流程对pH传感器32进行校正，以确保测量结果的准确性。

取3份相同样品放置于样品容器10内，形成一组样品，将6组样品置于摇床8的容器架9上。样品的份数和样品组可以根据要测试的样品进行调节。本发明的设备最多可以36个样品同时检测。

控制注液抽液单元6，移动注液抽液机械臂13至对应的容器架9位置，再驱动注液升降架14移至样品容器10位置，对锥形瓶进行注液。如果锥形瓶有瓶盖的话，通过注液升降架14上的吸盘19先取下锥形瓶瓶盖，再进行注液，注液完成后再通过吸盘19将瓶盖盖上。取放瓶盖和注液过程，通过注液升降架14在移动注液抽液机械臂13上移动位置精确对准锥形瓶。按这种方式依次对样品容器10注入试剂。

完成试剂的注入后，注液抽液机械臂13以及注液升降架14和抽液升降架15移动至初始位置，注液针17和移液针30位于集水槽23的上方，其滴落的液体回收到集水槽23，最后归入废液桶35。

对所有待测试的锥形瓶注完试剂后，启动样品容器单元5的摇床8，根据预定的时间对样品容器10进行振荡反应。振荡过程使样品与试剂充分反应，由于每组锥形瓶位于同一个样品容器单元5内，因此振荡过程使一组锥形瓶内的试剂一致性很好。

振荡完成后，注液抽液单元6移动，使抽液升降架15移至样品容器10位置，抽取一组样品中的第一个样品试剂，经连接管道送至pH检测单元7的移液升降架26，移液升降架26将试剂送至检测容器27，检测容器27每组两个，移液升降架26送过来的每一组试剂的第一个样品试剂对每组的两个检测容器27进行润洗。减少检测容器27对测试结果的不利影响。

然后将第二第三个样品试剂分别抽取至两个检测容器27。抽取过程中，通过抽液针20和移液针30连接的管路18，直接从锥形瓶注入至检测容器27中。

pH检测单元7的pH检测升降架25移至检测容器27，使pH传感器32伸入检测容器27中，根据需要通过搅拌器29对试剂进行搅拌。pH传感器32分别对每组两个检测容器27中的试剂进行检测，并将检测结果返回至控制单元。一次完成3个样品的测试。pH检测单元7测试前，要对pH传感器32进行清洗，清洗过程通过清洗部件28在清洗杯或者测试容器中进行。

检测完样品后，抽液升降架15和移液升降架26分别移至第一清洗单元21和第二清洗单元36，对抽液针20和移液针30进行清洗。然后进行下三组锥形瓶内试剂的测试。重复上述抽液，移液和检测的过程。

所有的样品容器单元5上的锥形瓶都完成pH试剂检测后，更换新的锥形瓶，将原来的锥形瓶清理回收，进行下一轮检测。

下面通过具体参数来对测试过程进一步描述。

在对样品的锥形瓶加液时，通过蠕动泵控制向锥形瓶内注入50-100ml试剂。然后在摇床8上振动2小时。通过抽液和移液过程取50ml的锥形瓶液体于检测容器27烧杯内，通过pH传感器32探针插入液面下1cm ，稳定后pH计的数值，并记录。

按照上述操作过程，以第天工作时长8.5小时计算，可完成36组试样的精确测量，即对108份样品进行操作，定量精度小于±1%，大大高于手工检测的精确度。

以上所述仅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，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种pH值测试系统，其特征在于：包括机架，在机架上设置样品容器单元、注液抽液单元、pH检测单元和控制单元，所述样品容器单元包括摇床、容器架和样品容器，所述摇床安装在机架的中间位置，容器架设置在摇床上，容器架上布置样品容器，注液抽液单元包括第一水平轨、注液抽液机械臂、注液升降架和抽液升降架，所述第一水平轨设置在机架的侧边，在第一水平轨上设置注液抽液机械臂，所述注液抽液机械臂跨设在样品容器单元上方，所述注液抽液机械臂上设置注液升降架和抽液升降架，pH检测单元包括第二水平轨、pH检测升降架、移液升降架和检测容器，所述第二水平轨设置在机架的另一侧边，在第二水平轨上设置pH检测升降架和移液升降架，所述移液升降架下方的机架上设置检测容器，所述注液抽液单元连接至试液源，所述pH检测单元连接至注液抽液单元，控制单元控制注液抽液机械臂在第一水平轨上移动，注液升降架和抽液升降架在注液抽液机械臂上移动，注液升降架对样品容器单元的样品容器注入试剂，摇床对容器架进行摇动，样品容器中的样品与试剂反应后，抽液升降架抽取试剂送至pH检测单元，通过移液升降架将试剂移至检测容器中，pH检测升降架上的pH传感器对检测容器中的试剂进行检测。

2.根据权利要求1所述的pH值测试系统，其特征在于：所述样品容器单元为多个，每个容器架设置的样品容器为阵列排布，若干个样品容器为一组，检测容器也为阵列排布，每组中的第一个样品容器内的试剂对对应的检测容器进行清洗，余下样品容器内的试剂送至对应检测容器进行平行检测。

3.根据权利要求2所述的pH值测试系统，其特征在于：所述样品容器的阵列排布为3*6阵列，每3个样品容器为一组，直线排布，共6组，所述pH检测单元的检测容器为2*3阵列排布，每2个检测容器为一组，直线排布，共3组。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的pH值测试系统，其特征在于：所述pH检测单元还包括pH校验容器，设置在所述pH检测升降架下方的机架上，通过在pH校验容器中的标准液对所述pH传感器进行校正。

5.根据权利要求1至3中任一项所述的pH值测试系统，其特征在于：在所述注液抽液单元的第一水平轨一侧，设置第一清洗单元，所述抽液升降架完成一组抽液操作时，将抽液针送至第一清洗单元清洗。

6.根据权利要求5所述的pH值测试系统，其特征在于：在所述pH检测单元的第二水平轨一侧，设置第二清洗单元，所述移液升降架完成一组移液操作时，将移液针送至第二清洗单元清洗。

7.根据权利要求1至3中任一项所述的pH值测试系统，其特征在于：所述第一水平轨和第二水平轨的一侧的多个位置，设置排液槽，所述排液槽连接至废液箱，所述检测容器通过电磁阀连接至废液箱。

8.根据权利要求1至3中任一项所述的pH值测试系统，其特征在于：所述注液升降架和抽液升降架组合设置在注液抽液机械臂上，注液升降架和抽液升降架分别实现升降。

9.一种如权利要求1至8中任一项所述的pH值测试系统进行pH值自动化测试的方法，其特征在于：包括如下步骤：

（1）取若干份相同样品放置于样品容器内，形成一组样品，将多组样品置于摇床的容器架上；

（2）注液抽液单元的注液升降架移至样品容器位置，依次对样品容器注入试剂；

（3）启动样品容器单元的摇床，根据预定的时间对样品容器进行振荡反应；

（4）注液抽液单元的抽液升降架移至样品容器位置，抽取一组样品中的第一个样品试剂，经连接管道送至pH检测单元的移液升降架，移液升降架将试剂送至检测容器，对检测容器进行润洗；

（5）抽液升降架分别抽取一组样品中的其它样品试剂，分别送至对应的检测容器；

（6）pH检测单元的pH检测升降架移至检测容器，通过pH传感器分别对检测容器中的试剂进行检测；

（7）检测完一组样品后，抽液升降架和移液升降架分别移至第一清洗单元和第二清洗单元，对抽液针和移液针进行清洗；

（8）返回步骤（4）进行下一组样品的检测。

10.根据权利要求9所述的pH值自动化测试方法，其特征在于：第一次检测时，在步骤（3）进行的同时，对pH传感器进行校正，

在步骤（4）中，还包括对pH传感器进行润洗的步骤。