CN111289681A - 一种适用于海洋仪器的注射法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及海洋检测技术领域，具体为一种适用于海洋仪器的注射法。本发明让试样和试剂在每一时刻都有，然后经过混合部件后充分混合，形成成分稳定的混合液体，保证混合液体的化学反应程度一致，试样和试剂的动力系统均采用可定量的泵阀系统，单次注样过程可控可调，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，检测数据稳定性好。

Description

一种适用于海洋仪器的注射法

技术领域

本发明涉及海洋检测技术领域，具体为一种适用于海洋仪器的注射法。

背景技术

面向海洋的环境分析仪器与流动注射法之间的契合度很高，事实上，流动注射法在海洋仪器上得到了广泛的应用。而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，主要受以下几方面因素影响：1)气泡的影响；2)生物附着的影响；3)化学试剂失调的影响；4)多参数仪器复杂程度高。尤其是后两种因素对测量的准确性和稳定性的影响很大。

面向海洋的仪器要想达到快速测量的目的，大多采用连续测量，且使用流动注射法，化学反应要在相应的管路中进行。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。

在流动注射法中，没有专门的模块用于存放定量试样和试剂，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，一端流出。

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。

因此，急需研究一种适用于海洋仪器的注射法，可以得到稳定的测量值，并且降低多参数仪器的结构和电路设计的要求。

发明内容

(一)解决的技术问题

针对现有技术的不足，本发明提供了一种适用于海洋仪器的注射法，可以得到稳定性较高的测量值。

(二)技术方案

本发明提供如下技术方案：

1.一种适用于海洋仪器的注射法，其特征在于，包括以下步骤：

1)根据单个参数应用的情况需求以及被测试样的特性，确定测量试样所采用的化学方法，进而确定所需的各种化学试剂及其之间的定量关系，明确化学反应过程和基本步骤；

2)确定单个参数最小单次注样量，最小单次注样量V_最小满足：V_最小＝SL，其中L为检测通道被替换试样长度，S为检测通道横截面积；

3)确定单个参数试样的单次注样量，V_实际≥V_最小，其中V_实际为实际的单次注样量；

4)确定步骤1)中各种化学试剂及其之间的定量关系确定单个参数各种试剂的单次注样量；

5)根据试样和试剂的单次注入量确定单个参数动力系统的泵阀排量，；

6)确定单个参数动力系统的泵阀控制方式，实现对试样和试剂进行同步控制，即开关同步变化、进样量占容量的百分比同步变化；

7)对各个参数进行协调，在多个参数之间进行分时取样，同一时刻仅有一个参数进行取样，并在所有的参数之间交替完成，全部参数完成一次取样后，再循环执行下一次。

作为优选，根据权利要求1所述的适用于海洋仪器的注射法，其特征在于，所述步骤3)中实际的单次注样量至少大于两倍的最小单次注样量。

进一步的，根据权利要求1所述的适用于海洋仪器的注射法，其特征在于，所述步骤7)中在每个参数的取样液路的分支处添加单向阀。

(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、让试样和试剂在每一时刻都有，然后经过混合部件后充分混合，形成成分稳定的混合液体，保证混合液体的化学反应程度一致，检测数据稳定性好；

2、试样和试剂的动力系统均采用可定量的泵阀系统，单次注样过程可控可调，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，不依赖于具体的液路，适应性好；

3、多参数的扩展性好，参数间无影响或相互影响小。

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：

对于单参数仪器

1)确定化学方法和试剂

根据现场应用的情况需求，以及被测试样的特性，确定测量试样所采用的化学方法，进而确定所需的各种化学试剂及其之间的定量关系，明确化学反应过程和基本步骤。

2)确定最小单次注样量

最小单次注样量指的是单次注样的最小量，其主要影响因素就是现场应用对数据更新的要求。一般来说，最小单次注样量要能够更新整个检测通道的试样，满足此条件时，采集得到的数据可以每次都完全更新，相同的试样部分不会被多次检测。当不满足此条件时，检测通道内的试样只有部分被更新，未被更新的试样会被采样多次，相当于在物理上对检测值进行了“采样平滑处理”。

假设单次注样时，检测通道被替换试样长度为L，检测通道横截面积为S，则最小单次注样量V_最小满足：

V_最小＝SL

其中，检测通道的横截面积S受发射电路和接收电路影响，在定型的仪器中，其为定值。替换试样长度L，随现场应用的变化而变化，也是仪器在应用过程中的可调节部分，根据仪器所采用的不同的动力系统，其调节方法也各不相同。

3)确定试样和试剂的单次注样量

在单参数仪器中，一般有1个试样通道和n个试剂通道，假设在每次注样过程中，它们的注入体积分别为V_试样、V_试剂1、V_试剂2、V_试剂3…V_试剂h，在确定的化学方法中，它们必定满足一定的比例关系。很明显的

在仪器的实际应用中，由于受到仪器动力系统、试样的个体差异、电路元器件个体差异等多种因素的影响，实际的单次注样量V_实际都要大于最小单次注样量V_最小，即

V_实际≥V_最小

尤其在检测通道需要被完全替换的情况下，建议实际的单次注样量至少大于两倍的最小单次注样量。

一般来说，试样量远远大于试剂的量，在控制精度偏低的实际操作过程中，可以近似的认为V_试样与实际的单次注样量相等，即

V_试样≈V_实际

其他各种试剂的单次注入量可以根据步骤1)中所述，进行简单比例计算获得。

4)确定动力系统的泵阀排量

在本发明中，试样和试剂的动力系统都要选择可控制的泵阀系统，每个试样和试剂都采用独立的泵阀。通常来说，这样的泵阀系统都存在一个关键参数，即其排量，也就是单次注样时的最大进液量。

在本发明中，泵阀的排量需要根据试样和各种试剂之间的比例关系和它们的单次注入量来确定。

5)确定动力系统的泵阀控制方式

在本发明中，动力系统可以采用多种不同的泵阀实现，不同的泵阀可以用不同的控制方式实现。

在本发明中，一个关键点就是对试样和试剂进行同步控制，即开关同步变化、进样量占容量的百分比同步变化。根据所采用的不同的泵阀系统，其具体操作方式有所区别。

这种控制方式与相应的管路结合，能够保证在单次注样过程中，试剂和试样的比例关系保持不变，而与具体的注入时间点、注入时间长短、不同试剂间的顺序没有任何关系，更进一步提高了方法的适应性。

6)基于柱塞泵的应用示例

柱塞泵是液压系统的一个重要装置。它依靠柱塞在缸体中往复运动，使密封工作容腔的容积发生变化来实现吸取和挤压液体，柱塞能够活动的距离就是柱塞泵的行程。在海洋仪器中，柱塞泵的柱塞一般由电机驱动，当采用步进电机驱动时，柱塞的运动步长可以非常小，能够满足高精度抽样的需求。如某种柱塞泵产品，整个行程可由2000步实现。

假设在某单参数仪器中，需要1种试样和2种试剂，按照化学反应要求，他们的单位时间流量比为100：1：2，且最小单次注样量为100uL，为协调控制三个柱塞泵同步变化，需要：

●重新设计柱塞泵，确保三个独立的柱塞固定在一起；

●重新设计柱塞泵，确保三个柱塞泵的行程一致；

●重新设计柱塞泵，确保柱塞泵的排量之比为100：1：2；

●重新设计柱塞泵，确保试样的柱塞泵的排量至少为1ml，以确保柱塞泵的精度；

●使用一个功率较大的步进电机控制柱塞泵，代替三个独立的小功率步进电机；

确保三个柱塞泵之间的推力平衡，避免实际排量比不均衡；

实施例二：

对于多参数仪器

按照单参数仪器的方法实施，最后多参数间的协调

在多参数仪器中，各种参数测量都是针对同一种试样，所有试样来源最终都是相同的。根据试样在仪器上入口的多少，可以把多参数仪器分为单端口仪器和多端口仪器两种类型。

多端口仪器：

多端口仪器有多个试样输入口，可以为每个参数分配一个输入端口，它们单参数的试剂、液路、检测电路、动力部件等组合在一起，即可构成一个参数测量的完整链路。在每个参数都能实现的基础上，就实现了多参数的完整链路。这些参数之间相互独立，互不影响，可以完全避免由内部液路产生的不可预知的影响。

另外，也可以为空白检测提供单独的试样输入口，为以后多参数提供本底偏差的矫正依据。

单端口仪器：

单端口仪器仅有一个试样输入口，每个参数的试样在仪器内部进行分配，主要是在仪器内部的液路部分实现。

由于多个参数之间会共用一段液路，在多个动力泵阀进行取样时，会产生一些问题，比如会造成各个通道的流速流量不一致、有可能会造成各个通道之间相互串流等等。

为了解决以上问题，可以采取以下措施：

在多个参数之间进行分时取样，同一时刻仅有一个参数进行取样，并在所有的参数之间交替完成，全部参数完成一次取样后，再循环执行下一次。每个参数的取样时间如前所述确定，每个参数的取样顺序由现场应用需求决定。

在每个参数的取样液路的分支处添加单向阀，确保试样不会回流。

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 (3)

1.一种适用于海洋仪器的注射法，其特征在于，包括以下步骤：

1)根据单个参数应用的情况需求以及被测试样的特性，确定测量试样所采用的化学方法，进而确定所需的各种化学试剂及其之间的定量关系，明确化学反应过程和基本步骤；

2)确定单个参数最小单次注样量，最小单次注样量V_最小满足：V_最小＝SL，其中L为检测通道被替换试样长度，S为检测通道横截面积；

3)确定单个参数试样的单次注样量，V_实际≥V_最小，其中V_实际为实际的单次注样量；

4)确定步骤1)中各种化学试剂及其之间的定量关系确定单个参数各种试剂的单次注样量；

5)根据试样和试剂的单次注入量确定单个参数动力系统的泵阀排量；

6)确定单个参数动力系统的泵阀控制方式，实现对试样和试剂进行同步控制，即开关同步变化、进样量占容量的百分比同步变化；

7)对各个参数进行协调，在多个参数之间进行分时取样，同一时刻仅有一个参数进行取样，并在所有的参数之间交替完成，全部参数完成一次取样后，再循环执行下一次。

2.根据权利要求1所述的适用于海洋仪器的注射法，其特征在于，所述步骤3)中实际的单次注样量至少大于两倍的最小单次注样量。

3.根据权利要求1所述的适用于海洋仪器的注射法，其特征在于，所述步骤7)中在每个参数的取样液路的分支处添加单向阀。