CN110470809A - 基于手动进样器的水质多参量检测设备和检测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及微全分析芯片领域，公开了一种基于手动进样器的水质多参量检测设备和检测方法。该水质多参量检测设备包括可控进样体积的手动进样器，该手动进样器包括样品池(2)、样品池盖(1)和出样部(3)；所述样品池盖(1)密封所述样品池(2)形成样品腔，所述出样部(3)位于所述样品池(2)的与所述样品池盖(1)相对的一侧，通过所述样品池盖(1)的移动可以改变所述样品腔的容积，并将所述样品腔中的样品通过出样部(3)压出。本发明的手动进样器通过手动压缩空气进而增大压强的方法进样，压力变化温和可控，避免了压强波动导致的进样不平稳现象，且避免了外部进样设备的使用，大大减少了进样装置的体积和系统复杂度。
Description
技术领域
本发明涉及微全分析芯片领域，具体涉及一种基于手动进样器的水质多参量检测设备和检测方法。
背景技术
世界经济和工业的发展为人类带来巨大便利的同时，也使得污染物的排放在数量和种类上不断增加，环保问题日趋严重。在大力发展各类高精尖的分析仪器和检测技术的同时，小型便携式、简易快速的分析技术也成为一大研究热点，以补充大型仪器因操作繁琐、维护工作量较大、对实验室环境要求高，难以用于现场检测的不足。
微全分析系统又称芯片实验室，是旨在将实验室所有功能集成在一个芯片上的一种分析技术，在分析技术的小型化、便携化、自动化方面显示出卓越的前景，成为近年来的一大研究热点。
样品引入微全分析系统的过程对整个分析过程及结果有较大的影响，目前微全分析系统的进样一般借助于压力差进行，如利用微泵增大注入端压力或者利用离心泵降低流入端压力，引入过程往往因压差较大而产生波动，且这些设备体积远大于微全分析芯片的体积，因而大大增加了微全分析系统的体积和复杂度。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术的进样器装置复杂、体积大等问题，提供基于手动进样器的水质多参量检测设备和检测方法及其应用，该手动进样器通过手动压缩空气进而增大压强的方法进样，压力变化温和可控，避免了压强波动导致的进样不平稳现象，且避免了外部进样设备的使用，大大减少了进样装置的体积和系统复杂度。
为了实现上述目的，本发明一方面提供一种基于手动进样器的水质多参量检测设备，该水质多参量检测设备包括手动进样器，该手动进样器用于控制进样体积，其包括样品池、样品池盖和出样部；所述样品池盖密封所述样品池形成样品腔，所述出样部位于所述样品池的与所述样品池盖相对的一侧，通过所述样品池盖的移动可以改变所述样品腔的容积，并将所述样品腔中的样品通过出样部压出。
优选地，所述样品池的侧壁上设置有刻度，所述刻度用于表示样品池盖与所述样品池的相对位置。
优选地，所述样品池盖与所述样品池可拆卸地连接。
优选地，所述样品池和所述样品池盖均为柱形。
优选地，所述样品池盖与所述样品池旋接。
优选地，所述出样部设置在所述样品池的与所述样品池盖相对的一侧的中间部。
优选地，所述出样部具有螺纹结构或柔性密封部件；更优选地，所述螺纹结构为内螺纹结构或外螺纹结构；更优选地，所述柔性密封部件为橡胶塞。
优选地，所述出样部包括出样通道。
优选地，所述样品池为透明或半透明样品池，所述样品池盖为透明或半透明样品池盖。
优选地，所述样品池的底部设置有样品处理部件。
更优选地，所述样品处理部件为样品过滤部件、样品富集部件和样品分离部件中的一种或多种。
优选地，该水质多参量检测设备包括微流控芯片，所述微流控芯片具有进样口，所述进样口设置螺纹结构，该螺纹结构与所述手动进样器的螺纹结构相匹配。
优选地，该水质多参量检测设备还包括一个以上检测部件；更优选地，所述检测部件为色度检测部件、吸光度检测部件、荧光信号检测部件、拉曼信号检测部件和红外光谱检测部件中的一种或多种。
优选地，该水质多参量检测设备还包括带动芯片转动的驱动部件、信号采集部件、数据处理部件、数据输出部件和数据传输部件中的一种或多种。
本发明第二方面提供一种水质多参量检测方法，该方法包括：移动上述手动进样器的样品池盖，使所述样品腔中的样品通过出样部压出。
优选地，所述样品池盖与所述样品池旋接，移动所述样品池盖通过旋转所述样品池盖进行。
优选地，该方法包括：通过设置在所述样品池的侧壁上的刻度确定通过所述出样部压出的样品的体积。
优选地，该方法包括：将所述手动进样器与上述的微流控芯片旋接，使所述手动进样器中的样品进入所述微流控芯片。
本发明第三方面还提供上述水质多参量检测设备或水质多参量检测方法在环境污染物检测、体外诊断、微全分析芯片等领域的应用。
通过上述技术方案，与现有技术相比，本发明提供的基于手动进样器的水质多参量检测设备具有如下技术效果：1)手动完成进样过程，避免使用微泵等外部设备，大大降低了微全分析系统的体积和复杂度；2)通过手动旋转螺纹结构的位置改变进样压力，使压力变化温和可控；3)可旋转的螺纹结构可以有效固定位置，防止芯片中压力增大使造成螺帽上升，造成压力波动影响进样效果；4)手动进样器底部以螺纹结构接入芯片，增大了装卸的方便性和二者连接处的气密性，有效防止进样时样品溢出的发生。
附图说明
图1是本发明的可控进样体积的手动进样器上样状态的结构示意图；
图2是本发明的可控进样体积的手动进样器使用状态的结构示意图；
图3是本发明的微流控芯片的结构示意图。
附图标记说明
1、样品池盖 2、样品池 3、出样部
4、外螺纹 5、进样口 6、第一反应池
7、第二反应池 8、出样通道
具体实施方式
在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。
在本发明中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“上、下、左、右”通常是指附图中的上、下、左、右。
根据本发明的基于手动进样器的水质多参量检测设备，该水质多参量检测设备包括例如图1-2所示的手动进样器，该手动进样器用于控制进样体积，其包括样品池2、样品池盖1和出样部3；所述样品池盖1密封所述样品池2形成样品腔，所述出样部3位于所述样品池2的与所述样品池盖1相对的一侧，通过所述样品池盖1的移动可以改变所述样品腔的容积，并将所述样品腔中的样品通过出样部3压出。
在本发明中，如图1所示打开样品池盖1，将样品置于样品池中，并移动样品池盖1，如图2所示，样品在压力的作用下，即可从手动进样器中被压出，从而完成了进样过程。通过适当的移动所述样品池盖，即能够达到控制进样体积的目的。所述出样部3可以设置为从所述样品池2凸出，也可以设置在所述样品池内部，例如出样部3底部与样品池底部齐平。
为了方便直观地确定具体的进样体积，优选地，所述样品池2的侧壁上设置有刻度，所述刻度用于表示样品池盖1与所述样品池2的相对位置。也即，所述刻度表示所述样品腔的容积。通过设置刻度显示样品池盖1与所述样品池2相对位置，可以在加样过程中直观地判断加样量，从而可以确定进样体积。为了更精确进样，所述样品池2和所述样品池盖1的尺寸可以根据需要的进样体积进行选择，从而使得所述刻度更精确的显示所述样品池盖1的位置，即需要较少的进样量时选择较小截面积和更大高度的样品池2。
在本发明中，所述刻度可以根据需要添加的样品的量进行设置，为了保证刻度准确地显示添加样品的体积，刻度可以根据样品腔内部的样品和空气的体积进行不均匀设置。
根据本发明，为了便于向所述手动进样器中加入样品，所述样品池盖1与所述样品池2可拆卸地连接。需要加入样品时，将样品池盖1打开，如图1所示，加入样品后再次封闭所述样品池2。
根据本发明的一个优选的实施方式，为了便于移动所述样品池盖1，所述样品池2和所述样品池盖1均为柱形，更优选均为圆柱形。具体地，所述样品池2和所述样品池盖1可以形成为套筒结构，其中所述样品池盖1可以作为外筒或者内筒。从便于加样的角度考虑，优选所述样品池盖1作为外筒，所述样品池2作为内筒。
在本发明中，所述样品池盖1与所述样品池2的连接方式没有特别的限定，例如可以使所述样品池2和所述样品池盖1形成为套筒结构，并在内筒形成外螺纹，外筒形成有与之匹配的内螺纹，通过上述螺纹结构使得所述样品池盖1与所述样品池2旋接。此时，可以通过旋转所述样品池盖1使得样品腔的容积改变。通过使述样品池盖1与所述样品池2旋接，可以使旋转样品池盖1的过程更加容易控制，从而更容易精确控制上样过程。在样品池盖1旋进的过程中，样品池盖1可以固定在任意位置，并且即使松手，样品池盖1的位置也会被螺纹卡住，而不会发生回退的现象，保证样品池内压力的稳定，使得微全分析芯片中的液体也不会发生回流。
在本发明中，也可以在所述样品池盖1或者所述样品池2上设置软质密封部件(如橡胶密封圈等)达到密封形成样品腔的目的，此时，可以通过抽拉所述样品池盖1使得样品腔的容积改变，完成进样过程。
根据本发明，所述出样部3设置的位置没有特别的限定，优选设置在所述样品池2的与所述样品池盖1相对的一侧的中间部。
根据本发明，为了保证样品在加样过程中全部进入待加样的装置(例如微流控芯片)中，优选使所述加样部与待加样的装置密封连接，具体地，可以使所述出样部3具有螺纹结构或柔性密封部件，从而可以通过所述加样部与待加样的装置旋接或者通过密封部件密封该接口部分。
上述螺纹结构可以为内螺纹结构或外螺纹结构，只要与待加样的装置密封连接即可。所述柔性密封部件可以为橡胶塞等，具体可以使出样部设置在所述橡胶塞内部，完成密封连接使通过橡胶塞密封待加样的装置的进样口即可。
根据本发明的一个优选的实施方式，所述出样部3包括出样通道8，所述出样通道8连接所述样品池和所述出样部3的样品出口端。所述出样通道8优选设置为管状，更优选为透明的管状。通过设置出样通道8，可以更加方便地观察样品进样情况。
根据本发明，为了便于观察样品的进样情况，所述样品池2为透明或半透明样品池，所述样品池盖1为透明或半透明样品池盖。作为所述样品池2和所述样品池该1的材质，例如可以选自玻璃、聚丙烯、石英、聚丙烯酸甲酯和聚苯乙烯中的一种或多种。其中优选为玻璃、聚丙烯酸甲酯或聚丙烯。通过将样品池盖1和样品池2设置为透明或半透明，能够随时观察掌握样品池内的液体和气体状态，便于控制加样过程。
为了便于样品的处理，可以在进样过程中进行预处理，例如可以使述样品池2的底部设置有样品处理部件。优选地，所述样品处理部件为样品过滤部件、样品富集部件和样品分离部件中的一种或多种，具体可以为滤片、功能树脂、硅胶和氧化铝中的一种或多种。作为所述滤片可以为疏水性滤片，例如聚丙烯纤维、玻璃纤维、活性炭、砾石等。作为所述功能树脂，例如阳离子交换树脂、十八烷基硅胶等。上述样品处理部件的设置数量和设置方式没有特别的限定，可以为一种或多种，并可以根据需要在各样品处理部件之间设置需要的隔板等分割结构，从而保证依次进行各处理过程。通过设置上述样品处理部件，可以在进样过程的同时进行样品的预处理，更加便于进样和后续反应的进行。
根据本发明，该水质多参量检测设备包括微流控芯片，所述微流控芯片具有进样口5，所述进样口5设置螺纹结构，该螺纹结构与所述手动进样器的螺纹结构相匹配。本发明的水质多参量检测设备配合上述微流控芯片使用，进样过程中设置在手动进样器的螺纹结构与设置在微流控芯片的进样口5上的螺纹结构旋接，从而实现二者密封连接，防止进样过程中微流控芯片内部的压力影响进样体积。
在本发明中，所述微流控芯片的结构没有特别的限定，优选具有反应池，并可以具有流道等结构。所述反应池的数量可以根据数量设置，可以为一个以上，例如1-10个，优选为1-2个。所述流道的结构根据反应的需要进行设置即可。
根据本发明的一个优选的实施方式，例如图3所示的微流控芯片，其具有进样口5、第一反应池6和第二反应池7，并且在所述进样口5和所述第一反应池6之间、所述第一反应池6和所述第二反应池7之间设置有流道，所述进样口5处设置有内螺纹，从而可以与出样部具有外螺纹的手动进样装置相互配合进行进样。
在本发明中，该水质多参量检测设备还可以包括一个以上检测部件。
根据本发明，所述检测部件没有特别的限定，可以用于芯片检测的各种检测部件，例如所述检测部件可以为色度检测部件、吸光度检测部件、荧光信号检测部件、拉曼信号检测部件和红外光谱检测部件中的一种或多种。其中优选为吸光度检测部件和/或荧光检测部件。
为了便于检测的进行，所述微流控芯片能够以便于检测的任意方式固定在所述芯片检测装置中，例如可以固定、可旋转或者可滑动的方式。
根据本发明的一个优选的实施方式，所述检测部件由光源、分路光纤和光谱设备构成。所述光源用于产生进行测试所需波长的光，所述分路光纤用于同时检测多个反应池内光学信号，所述光谱设备用于收集产生的或经过吸收后的光信号。当需要对不同位置的反应池进行检测时，所述分路光纤可以将检测的入射光分为多路，从而快速完成检测。
根据本发明，为了实现功能集成，该水质多参量检测设备还可以包括信号采集部件、数据处理部件、数据输出部件和数据通信部件中的一种或多种。作为该水质多参量检测设备的一种优选实施方式，其包括数据处理部件、数据输出部件、数据传输部件。作为所述数据处理部件，可以是包括控制器、运算器和寄存器的中央处理器等；作为所述数据输出部件，可以包括具有图形输出功能的显示屏、触摸屏、语音输出等；作为所述数据传输部件，可以将原始数据上传至远程服务器进行远程处理，再将结果直接返回至指定终端，也可以将数据处理部件产生的处理后的信息远传至云端进行信息收集。
本发明第二方面提供一种水质多参量检测方法，该方法包括：移动上述手动进样器的样品池盖1，使所述样品腔中的样品通过出样部3压出。移动所述样品池盖1的方式可以为旋转或者抽拉等，根据所述手动进样器的结构进行即可。通过移动所述样品池盖1，可以样品腔的体积缩小，其中的样品在压力的作用下从手动进样器中排出，从而完成进样过程。
根据本发明，优选所述样品池盖1与所述样品池2旋接，移动所述样品池盖1通过旋转所述样品池盖1进行。如上述，旋转所述样品池盖1的过程可以被精确控制，从而可以更加准确控制加样体积。为了保证在样品池盖1和样品池2之间的密封，例如可以在样品池盖1和样品池2旋接的螺纹部分进行磨砂处理。
根据本发明的一个优选的实施方式，该方法包括：通过设置在所述样品池2的侧壁上的刻度确定通过所述出样部3压出的样品的体积。进样过程中的进样量可以用所述刻度直接读出，从而更加准确的加样所需体积的样品。
根据本发明的一个优选的实施方式，该方法包括：将所述手动进样器与上述的微流控芯片旋接，使所述手动进样器中的样品进入所述微流控芯片。通过将手动进样器与微流控芯片旋接，可以使进样过程更加准确可靠。
在发明中，所述样品没有特别的限定，只要可以用芯片进行反应或检测等操作的液体样品即可，例如可以为水样、体液样品、液体食品等。
本发明还提供了上述水质多参量检测设备或水质多参量检测方法在环境污染物检测、体外诊断、微全分析芯片等领域的应用。
以下将通过实施例对本发明进行详细描述。
实施例1
本实施例用于说明已知体积的样品注入。
使用基于手动进样器的水质多参量检测设备，该装置包括如图1-2所示的可控进样体积的手动进样器，该手动进样器包括样品池2、样品池盖1和出样部3；所述样品池盖1与所述样品池2均为圆柱形、透明的玻璃材质，并可拆卸地旋接形成套筒结构从而密封形成容积为100μL的样品腔，出样部3位于所述样品池2的与所述样品池盖1相对的一侧，通过所述样品池盖1的移动可以改变所述样品腔的容积，并将所述样品腔中的样品通过出样部3压出，出样部3包括直管状出样通道8，出样通道一端连接样品池，另一端作为出样口，并在出样口的样品出口端设置有外螺纹。样品池2的侧壁上设置有0～5的刻度。
该水质多参量检测设备还包括如图3所示的与上述手动进样器相配合的微流控芯片，该微流控芯片具有进样口5、第一反应池6和第二反应池7，并且在所述进样口5和所述第一反应池6之间、所述第一反应池6和所述第二反应池7之间设置有流道，进样口5处设置有内螺纹，从而可以与出样部3的外螺纹的相互配合进行进样。
进行过程开始前，先在手动进样器中加入65μL的样品，再用样品池盖1密封样品池2。然后将出样部3的外螺纹与微流控芯片的进样口5处的内螺纹旋接，使手动进样器与微流控芯片连接，旋转样品池盖1使样品池盖1下移，样品腔容积减小、压力增大，样品在该压力作用下通过出样通道8全部进入微流控芯片，可以恰好充满微流控芯片中的第一反应池6和第二反应池7。进样过程中，通过样品池2、样品池盖1和出样通道8能够观察到内部液体的流动情况。
在样品池盖1旋进的过程中，不管样品池盖1到达哪个位置，都可以随时暂停或停止进样过程，即使松手，样品池盖的位置也会被螺纹结构卡住，而不会发生回退的现象，保证样品池内压力的稳定，使得微流控芯片中的液体稳定，不会发生回流。
实施例2
本实施例用于说明未知体积的样品注入。
使用与实施例1相同的水质多参量检测设备。
进行过程开始前，先在手动进样器中加入样品，再用样品池盖1密封样品池2，并使样品池盖下端与样品池的0刻度线重合。然后将出样部3的外螺纹与微流控芯片的进样口5处的内螺纹旋接，使手动进样器与微流控芯片连接，旋转样品池盖1使样品池盖1下移，样品腔容积减小、压力增大，样品在该压力作用下通过出样通道8进入微流控芯片，边进样边观察刻度的读数，在样品池盖与样品池的刻度2重合时停止进样，从而可以向微流控芯片中加入65μL的样品。进样过程中，通过样品池2、样品池盖1和出样通道8能够观察到内部液体的流动情况。
在样品池盖1旋进的过程中，不管样品池盖1到达哪个位置，都可以随时暂停或停止进样过程，即使松手，样品池盖的位置也会被螺纹结构卡住，而不会发生回退的现象，保证样品池内压力的稳定，使得微流控芯片中的液体稳定，不会发生回流。
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于此。在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，包括各个技术特征以任何其它的合适方式进行组合，这些简单变型和组合同样应当视为本发明所公开的内容，均属于本发明的保护范围。
Claims (15)
1.一种基于手动进样器的水质多参量检测设备，其特征在于，该水质多参量检测设备包括手动进样器，该手动进样器用于控制进样体积，其包括样品池(2)、样品池盖(1)和出样部(3)；
所述样品池盖(1)密封所述样品池(2)形成样品腔，所述出样部(3)位于所述样品池(2)的与所述样品池盖(1)相对的一侧，通过所述样品池盖(1)的移动可以改变所述样品腔的容积，并将所述样品腔中的样品通过出样部(3)压出。
2.根据权利要求1所述的水质多参量检测设备，其中，所述样品池(2)的侧壁上设置有刻度，所述刻度用于表示样品池盖(1)与所述样品池(2)的相对位置。
3.根据权利要求1所述的水质多参量检测设备，其中，所述样品池盖(1)与所述样品池(2)可拆卸地连接；
优选地，所述样品池(2)和所述样品池盖(1)均为柱形；
优选地，所述样品池盖(1)与所述样品池(2)旋接。
4.根据权利要求1所述的水质多参量检测设备，其中，所述出样部(3)设置在所述样品池(2)的与所述样品池盖(1)相对的一侧的中间部。
5.根据权利要求1所述的水质多参量检测设备，其中，所述出样部(3)具有螺纹结构或柔性密封部件；
优选地，所述螺纹结构为内螺纹结构或外螺纹结构；
优选地，所述柔性密封部件为橡胶塞。
6.根据权利要求1所述的水质多参量检测设备，其中，所述出样部(3)包括出样通道(8)。
7.根据权利要求1-6中任意一项所述的水质多参量检测设备，其中，所述样品池(2)为透明或半透明样品池，所述样品池盖(1)为透明或半透明样品池盖。
8.根据权利要求1-6中任意一项所述的水质多参量检测设备，其中，所述样品池(2)的底部设置有样品处理部件；
优选地，所述样品处理部件为样品过滤部件、样品富集部件和样品分离部件中的一种或多种。
9.根据权利要求1-6中任意一项所述的水质多参量检测设备，其中，该水质多参量检测设备包括微流控芯片，所述微流控芯片具有进样口(5)，所述进样口(5)设置螺纹结构，该螺纹结构与所述手动进样器的螺纹结构相匹配。
10.根据权利要求1-6中任意一项所述的水质多参量检测设备，该水质多参量检测设备还包括一个以上检测部件；
优选地，所述检测部件为色度检测部件、吸光度检测部件、荧光信号检测部件、拉曼信号检测部件和红外光谱检测部件中的一种或多种。
11.根据权利要求1-6中任意一项所述的水质多参量检测设备，该水质多参量检测设备还包括带动芯片转动的驱动部件、信号采集部件、数据处理部件、数据输出部件和数据传输部件中的一种或多种。
12.一种水质多参量检测方法，其特征在于，移动权利要求1-1中任意一项所述的手动进样器的样品池盖(1)，使所述样品腔中的样品通过出样部(3)压出。
13.根据权利要求12所述的水质多参量检测方法，其中，所述样品池盖(1)与所述样品池(2)旋接，移动所述样品池盖(1)通过旋转所述样品池盖(1)进行。
14.根据权利要求12所述的水质多参量检测方法，其中，该方法包括：通过设置在所述样品池(2)的侧壁上的刻度确定通过所述出样部(3)压出的样品的体积；
优选地，该方法包括：将所述手动进样器与权利要求9所述的微流控芯片旋接，使所述手动进样器中的样品进入所述微流控芯片。
15.根据权利要求1-11中任意一项所述的水质多参量检测设备或权利要求12-14中任意一项所述的水质多参量检测方法在环境污染物检测、体外诊断或微全分析芯片领域的应用。
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| CN201755497U (zh) * | 2010-06-30 | 2011-03-09 | 上海师范大学附属第二外国语学校 | 一种标有刻度的胶头滴管 |
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