CN110646560B - 一种均匀分布试剂的流动注射法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及海洋检测技术领域，具体为一种均匀分布试剂的流动注射法。本发明试样的动力系统采用注射量可控制、液体流动方向可控制的泵阀，试剂的动力系统均采用注入量可控制的泵阀，单次注样可控可调，通过连续不断的重复注样，在整个液路系统中实现液体的持续流动，通过保持单次注样时，试剂在试样中均匀分布，确保混合溶液在测量通道内的一致性，且此一致性与测量通道长度无关。本发明通过控制试剂注入时间，使试剂在试样中均匀分布，从而确保混合溶液在测量通道内的一致性，且此一致性与测量通道长度无关，控制方法简单，容易实现。

Description

一种均匀分布试剂的流动注射法

技术领域

本发明涉及海洋检测技术领域，具体为一种均匀分布试剂的流动注射法。

背景技术

水质检测仪器，是用于检测水体中不同物质的浓度的化学分析仪器，用于测量饮用水中各种微量元素的含量，检测各种产生严重污染水体的工厂的排放是否达标，检查污水处理厂的处理效果，观测河流、湖泊等淡水中的受污染情况，观察海水中各种营养盐成分的分布与变化等。

在海洋中进行环境分析时，由于海洋应用的独特需求，使环境分析仪有自己的独特性：1)、没有气路；2)、气泡的影响显著增大；3)、始终填满的液路。

面向海洋的环境分析仪在测量的准确性和稳定性方面存在较大差距，产生这样问题的因素包括以下几个方面：

1)、气泡的影响，如前所述，气泡是面向海洋的环境分析仪无法避免的影响因素，是影响仪器数值稳定性的重要因素。可以通过液路设计或者加入除泡剂等方式减少其影响；

2)、生物附着的影响，生物附着现象是所有海洋仪器都需要面对的问题，现在还没有行之有效的方式予以完全避免，在环境分析仪中，可以选择适当的液路设计和注射方式进行降低；

3)、化学试剂失调的影响，在使用光度法进行检测时，多数情况下会使用到多种试剂，根据化学反应的需求，这些试剂需要按照一定的顺序注入到被测水体，而且注入的时间间隔、每次注入的试剂量也要满足一定需求。例如，在某种检测硅酸盐含量的方法中就使用了3种化学试剂，每次反应所需比例为1：1：2，化学试剂按顺序分别注入试样，每次注入1种，3种试剂的注入间隔分别位20秒和40秒。

如前所述，面向海洋的仪器大多采用连续测量，且实用流动注射法，化学反应要在相应的管路种进行。在实际使用中发现，化学反应的程度会进行不同程度的波动。在同一个多参数仪器中，有的参数化学反应波动较大，有的参数化学反应波动较小。在多台同样的仪器中进行对比时也会发现，相同参数的波动也有大有小，不同参数之间、相同参数之间的规律比较难以掌握。

这样的波动与气泡对仪器产生的影响相互结合，会进一步造成测量值的不稳定，由于两种影响因素的产生条件等具有随机性，为后期处理带来很大困难。

在流动注射法中，没有专门的模块用于存定量试样和试剂，也没有用于化学反应的专用模块，试样和试剂在管路中持续流动。根据化学反应的需要，试剂在特定时间点注入到试样中。同样，完成化学反应的试样也会持续流动，在检测模块中单向流动，一端进入，一段流出。

现阶段中，试剂的注入均采用分时注入，即在某些特定点上短时间注入，其他时间段关闭。当反应只需要一种试剂时，显而易见，化学反应只在试剂注入点处进行，其他点没有变化，导致化学反应不均匀。当反应需要两种或更多试剂时，非常容易产生的问题，就是两种试剂之间可能完全无法相遇，所以液路中可能有几种情况：完全没有试剂，只有试剂1，只有试剂2，两种试剂都有。所以在最终的液路上的情况上看，可以更朴素的认为，化学反应也不完全。

而电子采样速度很快，常用的采样率在几十ksps，甚至几十Msps，如此高的采样率，想要每次都在同样反应程度的阶段进行采样，是非常难控制的。

发明内容

(一)解决的技术问题

针对现有技术的不足，本发明提供了一种均匀分布试剂的流动注射法，通过确保测量光程内的化学成分稳定，并调节采样时间，可满足对测量值的稳定性要求。

(二)技术方案

本发明提供如下技术方案：

一种均匀分布试剂的流动注射法，包括以下步骤：

1)根据测试需求调节试样单次注入体积V，使

的值为整数，从而保证在每次测量时有同样浓度波动周期的信号在检测通道内，其中光程L_光是液体在光电检测模块中检测通道的长度，R是试样和试剂混合后的管路内部直径；

2)根据试样单次注入体积V以及注入速率v,确定单次注入周期，

其中τ_样液为液路引起的试样的延时，τ_样电为试样的可控延时；

3)控制试剂在试样单次注入周期中的注入时长，满足 T_剂-τ_剂液-τ_剂电＝T_样-τ_样液-τ_样电，使其与试样注入时间相同，确保试剂能在试样中均匀分布，其中τ_剂液包括泵阀开关延时、液路长短延时两个部分，τ_剂电是为了满足时序需要可控制的延时。

进一步的，需要注入多种注入量相同的试剂时，使各种试剂在试样单次注入周期中的注入时间与试样注入时间相同，确保试剂能在试样中均匀分布。

进一步的，需要注入多种注入量不相同的试剂时，包括以下步骤：

1)通过调整试剂浓度使各种试剂注入量相同；

2)控制注入量最少的试剂在试样单次注入周期中的注入时间，使其与试样注入时间相同。

进一步的，需要注入多种注入量不相同的试剂时，包括以下步骤：

采用柱塞泵的定量可控部件，调整各种试剂的柱塞泵的进样比例，使各种试剂在试样单次注入周期中的注入时间与试样注入时间相同，确保试剂能在试样中均匀分布。

(三)有益效果

与现有技术相比，本发明提供了一种，具备以下有益效果：

1、通过控制试剂注入时间，使试剂在试样中均匀分布，从而确保混合溶液在测量通道内的一致性，且此一致性与测量通道长度无关，控制方法简单，容易实现；

2、通用性好，不受具体化学反应条件影响。

具体实施方式

下面将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。

实施例一：

只有一种试剂注入时。

在本发明中，试样单次注入量为体积V，管路内壁直径为R，单次注样时，在管路内的进液长度为L，它们之间的关系满足下式：

其中，V为在实际工作时，所需要控制的量，可以根据泵阀的具体情况采用不同的方式进行调节；管路内壁直径R是试样和试剂混合后的管路内部直径，当液路内部直径不能保持一致时，避免混淆；L是单次注样的液体推进长度，表征了液体流动时的最小步长。

应用中，体积V的试样注入需要一定的时间t_样，本发明中，试样注入速率 v可控，三者之间的关系满足：

从仪器整体运行上来看，单独注样的整个周期τ_样，除了试样注入时间τ_样外，还包括有液路引起的试样的延时τ_样液和电路可控延时τ_样电。其中，τ_样液包括泵阀开关延时和液路长短延时两个部分，泵阀开关延时与具体泵阀选择有关，液路长短延时由特定设计决定，在具体应用中，它们的变化范围很小，所以，基本上可以认为τ_样液是常数。可控延时τ_样电是为了满足时序需要认为加入的电路可控制的延时，精度高，易操作。

那么，单次注样的时间或周期T_样应该满足：

T_样＝t_样+τ_样液+τ_样电

本发明中，试剂的单次注入量很小，远远小于试样的注入量，注入试剂量和注入时间长度可以忽略不记。因此，在将试剂注入到试样中以后，总体的体积仍然是v，也就是说，单次注样的时间或周期T_样可以认为不变。

类似的，可以得到试剂的周期T_剂满足：

T_剂＝t_剂+τ_剂液+τ_剂电

其中，τ_剂液包括泵阀开关延时、液路长短延时两个部分，泵阀开关延时与具体泵阀选择有关，液路长短延时由特定设计决定，在特定应用中，两部分可以认为是常数。可控延时τ_剂电是为了满足时序需要认为加入的电路可控制的延时。

本发明中，为确保单次注样的试剂能在试样中均匀分布，可以通过保持试样注入时间t_样与试剂注入时间t_剂相同即可，即：

t_剂＝t_样

也就是

τ_剂-τ_剂液-τ_剂电＝T_样-τ_样液-τ_样电

为了便于程序控制，通常将试剂与试样的周期设为相同的值，即

T_剂＝T_样

因此，最终在调节过程中，只需满足

τ_剂液+τ_剂电＝τ_样液+τ_样电即可。

在实际应用中，为了达到更高的稳定性，可以在前面的基础上，对变量进行更精细的考量。

单个泵阀的相应延时会随时间及使用情况发生一定程度的漂移，且同种泵阀的不同个体之间的漂移程度和方向也可能会有所差别，也就是说τ_剂液和τ_样液会在小范围内进行变化，会造成试剂和试样的注入时间长度有所改变。

试剂注入试样中以后，混合液体将在液路中持续流动，按照化学反应要求，经过某特定时间后，进入光电检测模块，进行显色值测量。

在检测模块的测量通道中，包括单个注样周期信号个数n应该满足以下关系：

可见，光程L_光和单次注入时的进液长度L的比值就是单个注样周期信号个数n，n是一个随进液长度L变化的比值，而进液长度L是随注入体积v而变化的量，可以由外部直接控制。

为保证n是一个整数N，N满足下式即可。

从仪器整机角度看，液体流动方向始终保持一致，没有变化。

实施例二：

两种试剂注入量相同时，将试剂1与试样按照单试剂情况处理。

对于试剂2，可以得到与试剂1类似的参数关系，只需要满足下式即可。

τ_剂波1+τ_剂电1＝τ_剂波2+τ_剂电2

确保测量光程内的溶液组成始终保持一致。

在液体流动过程中，始终保持液体的流动方向一致。

实施例三：

两种试剂注入量不相同时，

先通过调整试剂浓度使各种试剂注入量相同；

再控制注入量最少的试剂在试样单次注入周期中的注入时间，使其与试样注入时间相同。

实施例四：

两种试剂注入量不相同时，试剂的动力还可以采用诸如柱塞泵的定量可控部件，针对各种试剂的比例，调整各个柱塞泵在微观上的进样比例，使试剂在宏观上表现出整体的稳定性，柱塞泵的特点是，注入速度快，可控精度高，注入量调节范围大。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (4)

1.一种均匀分布试剂的流动注射法，其特征在于，包括以下步骤：

1)根据测试需求调节试样单次注入体积V，使

的值为整数，从而保证在每次测量时有同样浓度波动周期的信号在检测通道内，其中光程L_光是液体在光电检测模块中检测通道的长度，R是试样和试剂混合后的管路内部直径；

2)根据试样单次注入体积V以及注入速率v,确定单次注入周期，

其中τ_样液为液路引起的试样的延时，τ_样电为试样的可控延时；

3)控制试剂在试样单次注入周期中的注入时长，满足T_剂-τ_剂液-τ_剂电＝T_样-τ_样液-τ_样电，使其与试样注入时间相同，确保试剂能在试样中均匀分布，其中τ_剂液包括泵阀开关延时、液路长短延时两个部分，τ_剂电是为了满足时序需要可控制的延时。

2.根据权利要求1所述的均匀分布试剂的流动注射法，其特征在于，

需要注入多种注入量相同的试剂时，使各种试剂在试样单次注入周期中的注入时间与试样注入时间相同，确保试剂能在试样中均匀分布。

3.根据权利要求1所述的均匀分布试剂的流动注射法，其特征在于，需要注入多种注入量不相同的试剂时，包括以下步骤：

1)通过调整试剂浓度使各种试剂注入量相同；

2)控制各种试剂在试样单次注入周期中的注入时间，使其与试样注入时间相同。

4.根据权利要求1所述的均匀分布试剂的流动注射法，其特征在于，需要注入多种注入量不相同的试剂时，包括以下步骤：

采用柱塞泵的定量可控部件，调整各种试剂的柱塞泵的进样比例，使各种试剂在试样单次注入周期中的注入时间与试样注入时间相同，确保试剂能在试样中均匀分布。