CN112083180A - 进样机械臂组件和高通量自动进样系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于分析仪器技术领域，具体涉及一种进样机械臂组件，新型高通量自动进样系统，以及一种高通量自动进样方法。该进样机械臂组件，包括机械臂和第一花键轴，机械臂包括垂直轴和水平移动臂，水平移动臂一端与所述垂直轴垂直连接，并且水平移动臂能绕所述垂直轴旋转，所述水平移动臂另一端设置有进样针安装针座，且垂直轴的旋转通过所述第一花键轴带动蜗轮蜗杆来驱动。该高通量自动进样系统包括进样机械臂组件，以及自动输送待测样品的样品循环仓和控制模块。本发明提供的机械臂组件，结构简单，可以快速完成取样和进样。高通量自动进样器和进样方法，全部取样进样操作均可以自动完成，且进样速度快，实现1‑5秒钟完成一次进样。

Description

进样机械臂组件和高通量自动进样系统及方法

技术领域

本发明属于分析仪器技术领域，具体涉及一种进样机械臂组件，新型高通量自动进样系统，以及一种高通量自动进样方法。

背景技术

现代分析仪器一般都配置自动进样器，使得分析过程完全自动化，既节省人力，又提高分析仪器的通量(样品分析速度)，更避免人为误差。

市场上自动进样器种类繁多，但基本结构通常都包括一个机械臂，一个样品存放装置如样品盘，一个针泵，以及一个切换阀(进样阀)。样品存放装置常常带有恒温器，用以将样品温度降低并维持在4℃左右，从而避免或减缓样品因受热而分解。运行时，机械臂和针泵配合将样品存放装置中的样品逐一输送到检测器进行测定，每次进样后清洗输送管路以消除残留和污染。如果检测系统涉及高压，如高效液相色谱，样品则先被输送到进样阀，然后再通过切换进样阀将样品引入进高压路径进行测定。

目前，几乎所有分析化学中用到的自动进样器完成一个样品的进样所需时间一般在1至2分钟之间。对于绝大部分贵重检测仪器，如色谱仪、核磁共振仪、液质/气质联用仪等，分析时间较长，进样速度慢一点没有多大影响。对于较便宜的仪器，如各种光谱仪、电化学检测器、热分析仪等，分析速度只需要几秒钟，不太值得花费大价提高进样速度，因为自动进样器常常比仪器本身贵很多，样品多了则多购置些仪器更为经济。

然而，对于分析速度很快的贵重仪器，如流动注射质谱分析仪，配置目前常见的自动进样器就会产生较大的浪费，由于质谱仪价值一般超过百万，贵的上千万，流动注射的分析时间至多半分钟左右，而自动进样器吸样、走位、清洗等所需时间至少也要半分钟，使得仪器的使用价值凭空降低一半以上。这样的情况就非常需要有高通量(高速度)自动进样器。

在全球范围内目前用得最多的高通量自动进样器是瑞士CTC公司的CTC系列和Triplus系列的自动进样器，然而，CTC进样器的机械运动速度并不比其它同类产品明显快，它们之所以成为最普及的分析进样器只是因为CTC的样品存放装置容量大，6至30块样品盘，每块样品盘可以容纳54至96个样品，一个CTC进样器可以容纳300至2800个样品，假如每个样品的分析时间约为1分钟，配置一个能放置2400个样品的CTC自动进样器就可能保证仪器整天自动运行。然而，绝大部分检测器，包括质谱仪，数据采集时间只需要几秒钟就够了，如果采用流动注射方法直接用检测器进行分析检测，分析一个样品所需要的时间则主要耗费在进样过程中，对于高端贵重而数据采集速度很快的检测器而言，由此造成的浪费就很大，仪器的使用效率多数情况会低于10％。

模拟内标技术是一种通过先后注射待测样品和标准样品的方式消除信号漂移的分析技术，主要适用于液相质谱定量分析，尤其适合于采用流动注射方式直接对质谱仪进样对样品的进行定量分析的情形。每个样品分析的质谱信号积分时间只需要1～5秒，完成样品和标准的注射总共是5～10秒，每台质谱仪24小时内最多可以完成17，280个样品的分析检测。采用现有的自动进样器24小时内最多能进样1，440，只是模拟内标流动注射法能到达的最高通量的8％，质谱仪92％的通量被浪费。一台较高端的定量分析质谱仪价值约RMB300万，充分发掘其直接分析所具备的通量能将样品分析的成本降低90％以上，使得高端分析的成本与低端分析基本一致甚至更低。然而，要达到这个目的，市场上现有的自动进样器远远满足不了要求，不仅速度太慢，样品存放装置的容量也远远不够。

此外，现有用于分析化学的高通量进样器最大的缺陷有三点：(1)机械臂运动速度不够快，一般需要1～2分钟才能完成一次样品注射；(2)样品存放装置容量小，大部分只能存放几百个样品；(3)体积大，为了存放较多样品，大部分现有自动进样器都把样品盘平放在一个较大平面上，使得自动进样器占据的空间很大，机械臂需要位移的范围也很大，完成一个进样过程也就需要更长的时间。CTC自动进样器采用了箱式样品存放装置，但采用机械臂开箱关箱，不仅大为减慢了进样速度，而且加大了机械臂的长度和运行的稳定性。

因此，针对流动注射分析，尤其是流动注射质谱定量分析，有必要开发出一种真正的高通量自动进样器。

发明内容

本发明实施例的目的在于提供一种进样机械臂组件，包括该机械臂组件的高通量自动进样系统，以及一种高通量自动进样方法，旨在解决现有技术中进样速度慢的问题。

本发明第一实施例提供一种进样机械臂组件，包括机械臂和第一花键轴，所述机械臂包括垂直轴和水平移动臂，所述水平移动臂一端与所述垂直轴垂直且固定或者可拆卸连接，并且所述水平移动臂能绕所述垂直轴旋转，所述水平移动臂另一端设置有进样针安装针座，且所述垂直轴的旋转通过所述第一花键轴带动蜗轮蜗杆来驱动。

进一步地，所述第一花键轴的旋转通过第一驱动电机来驱动，所述第一驱动电机设置于所述第一花键轴的末端。

进一步地，所述机械臂由轻质材料如铝合金、钛合金或碳纤维等或其组合制成。

进一步地，进样机械臂组件还包括滑轨，第二花键轴，水平传送带和竖直传送带，该机械臂套设于所述滑轨上，水平传送带控制该机械臂的水平移动，竖直传送带套设于第二花键轴上并控制该机械臂的上下移动，该第二花键轴由第二驱动电机来驱动，该第二驱动电机设置于第二花键轴的末端，该水平传送带由第三驱动电机来驱动，该第三驱动电机设置于该滑轨的末端。

进一步地，所述滑轨，第一花键轴和第二花键轴相互平行设置。

进一步地，该进样机械臂组件包括两个机械臂，两个机械臂结构相同或者不同，一个用于注射标准样品，另一个用于注射待测样品。

本发明另一实施例提供一种进样机械臂组件，包括用于安装和拆卸注射针的机械臂，以及与该机械臂分离的水平传送带，该水平传送带跨越标准样品进样区和待测样品进样区，且两个均分点上分别装有一个进样针的针座，该机械臂用于将进样针安装于所述针座上以及将进样针从针座上取下。

本发明实施例的另一目的在于提供一种高通量自动进样系统，该进样系统包括进样机械臂组件，所述进样机械臂组件为XYZ三线性，或XYR、XRZ、RYZ两线性加一旋转轴，或XRR、RYR、RRZ一线性加两旋转轴，或RRR三旋转轴的组合机械臂组件，安装于机械臂的针座上的进样针，放置标准样品的标准仓，以及自动输送待测样品的样品循环仓和控制模块，其中该样品循环仓包括一套推动待测样品移动的机械推动装置以及一个存放待测样品的储存仓，该控制模块用于控制该进样系统的运行。

进一步地，所述标准仓位于上述进样机械臂组件下方，长度与机械臂的左右运行范围大致相等，宽度与机械臂的前后运行范围基本一致，深度比机械臂向下运动的极限大0～10mm，高度则比机械臂上下运行范围略小。

进一步地，所述标准仓顶部高度与所述样品循环仓的顶部高度大致相同。

进一步地，所述样品循环仓大致为立式长方体结构，所述机械推动装置包括同步带，不在同一高度的2个竖直连杆和一个中心固定并且可转动的横连杆以及上下伸缩装置，所述同步带带动对角线设置的2个横推销水平移动，以推动样品盘水平移动，高度较高的竖直连杆顶端设置有压板，用于向下压样品盘，底端与所述横连杆一端连接，所述横连杆另一端与高度较低的竖直连杆的顶端连接，该高度较低的竖直连杆的底端设置有托板用于向上托起样品盘，所述2个横推销，压板和托板分别设置于所述立式长方体结构的四个角上。

进一步地，所述样品循环仓上方设置有顶板，用于压住样品盘避免进样针扎刺样品时不发生位移，顶板上在对应于样品盘中的样品位置处设有开孔，用于进样针通过以便吸取样品。

进一步地，所述样品循环仓的进样位置处设置有锁位装置，还包括冷气通道，用于使样品仓维持较低的温度。

进一步地，所述控制模块还用于在线读取样品检测信号、根据信号强度选定最合适的标准样品做参比、计算进样时间，以及控制机械臂对选定标准样进样。

进一步地，所述高通量自动进样系统还包括进样针洗针槽，所述洗针槽内设置有废液导流装置、流动清洗装置、毛刷和风干装置。

本发明实施例的另一目的在于提供一种高通量自动进样方法，该方法包括：

S1启动软件，读取用户提供的样品序列表，开启一个标准样品数据文件并开始数据采集以记录每个标准样品的浓度及对应的检测信号强度和信号起讫时间，然后开始逐一对标准样品系列的每个样品进样两次，待完成后，停止数据采集并关闭标准数据文件，进行待测样品(包括未知样、QC样、空白样等)的进样；

S2每个待测样品进样时仍旧首先读取该样品的类型和组别，如果该样品类型是标准品，则重新开始S1；如果该样品与前一个已经检测的样品同一组别，那么直接进行下一步S3；如果不是同一组别，则表示该样品开启了一个新的组别，软件随即关闭前一个数据文件并停止数据采集，然后开启一个新的数据文件并重新开始数据采集以便存储后继的样品检测信号及对应的起讫时间；

S3吸取和注射待测样品，控制模块即时读取检测信号并将其与之前存储的标准样品系列中的每个的信号进行强度比较，由此选定一个信号强度最接近的标准样品作为该待测样品的参比；

S4当一个待测样品进样完毕后，立即对选定的标准样品进样，控制模块在已开启的数据文件中存储两次进样的检测信号值和起讫时间。

进一步地，步骤S2开始前还包括步骤S1’：样品盘循环运行的过程，包括：(1)机械推动装置把一边摞叠的样品盘向上推送直至顶到上方的顶板，机械推送装置随即返回原位，在向上一边的底部形成底部空位；(2)机械推送装置将向下一边的最底部的样品盘平推至所述底部空位，机械推送装置随即返回原位；(3)对顶部样品盘取样和进样；(4)当一盘样品完成进样后，机械推动装置将完成的样品盘推至向下一边的顶部空位，然后再向下压送一个位置的垂直距离。

本发明提供的机械臂组件，具有结构简单，操作方便快速的优点，可以快速完成取样和进样。本发明提供的高通量自动进样器和进样方法，全部取样进样操作均可以自动完成，且进样速度快，实现1-5秒钟完成一次进样，显著提高了检测样品的效率。

附图说明

图1是本申请一个实施例提供的机械臂组件的结构图；

图2和图3分别是图1中的机械臂组件的结构图及后视图；

图4是图1中的机械臂组件的另一结构图；

图5和图6是本申请一个实施例提供的机械臂组件的局部结构图；

图7是本申请另一个实施例提供的机械臂组件的局部结构图；

图8是本申请一个实施例提供的高通量自动进样器的结构示意图；

图9和图10分别是本申请提供的高通量自动进样器的样品仓的立体图；

图11是本申请提供的高通量自动进样器的样品仓的后视图；

图12是本申请提供的高通量自动进样器的样品仓的局部结构图；

图13是本申请提供的高通量自动进样方法的流程示意图。

具体实施方式

为了使本发明要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明实施例提供了一种机械臂组件，该机械臂组件用做高通量自动进样器的加样臂组件，该机械臂组件中的机械臂可以为XYZ三线性，或是XYR、XRZ、RYZ两线性加一旋转轴，或是XRR、RYR、RRZ一线性加两旋转轴，或是RRR三旋转轴的组合机械臂。优选地，一个实施例是XRZ组合的三轴机械臂，以最长的臂为X轴，水平方向两头固定，用同步带驱动；以上下运动为Z轴，连接到X轴的同步带上，用一根与X轴平行的花键轴带动一根垂直方向的同步带驱动。优选地，旋转轴由一根与X轴平行的花键轴带动一组蜗轮杆驱动，旋转轴在花键轴顶部与Z轴驱动装置耦合，既可以在蜗轮杆驱动下旋转又可以在Z轴驱动装置驱动下上下运动，耦合由一个强磁铁固定在Z轴驱动装置上，一种耦合方式是强磁铁的南极或北极与铁质旋转轴的顶部平面紧密贴合，另一种耦合方式是将旋转轴顶部紧密套进一个固定在Z轴连接装置里的轴承中。在用于高通量自动进样器时，机械臂的数量可以为一个或者两个，对于两个机械臂的情况，这两个机械臂可以是同样的三轴组合也可以是不同的三轴组合。具体地，每个机械臂的左右运行范围为250～800mm，前后运行范围为40～100mm，上下运行范围约15～150mm，走位精度控制在0.1mm左右，以此实现精准进样。

具体地，对于至少包括一个线性轴的情况，该机械臂优选套设于一个滑轨上并且可沿该滑轨移动，该机械臂通过步进电机或伺服电机控制的传送带进行水平位移。优选地，该传送带为履带状，上面设置有卡齿，用于与机械臂上的卡槽对应卡合，以进行精确的位移和定位，或者传送带上设置有卡槽，机械臂上对应位置设置有卡齿。

具体地，该机械臂组件可以通过花键轴控制进样针的上下位移和轴向旋转，例如通过两个花键轴同步控制机械臂的旋转和上下移动，由此在进样针吸入样品后可以移动至质谱仪的注射口进行注射。

具体地，对于具有两个机械臂的高通量自动进样器，其中一个机械臂用于标准样品的进样，另一个机械臂用于待测样品的进样。为了加快机械运动速度，机械臂移动部分，亦即运动臂部分，其自重必须尽可能小以减小惯性，优选采用轻质材料如铝合金、钛合金制成，且各个方向的运动尽可能采用最快捷的传动方式，如通过同步带、长臂旋转和大比例齿轮等方式来实现传动，以提高机械臂的运行速度，实现1-5秒钟完成一次进样。

在一个具体实施例中，该机械臂为XRZ组合的三轴机械臂，如图1所示，其中图1中水平方向(上滑轨33和下滑轨34设置的方向)为X轴，以上下方向为Z轴，每个机械臂设置于一个滑轨上，通过端侧设置的电机驱动花键轴带动机械臂沿上下滑轨水平移动，并且通过同步带带动机械臂上下移动和旋转。

图1显示了本申请的一个实施例提供的机械臂组件的结构图，其中显示了2个进样机械臂组件(4，5)，两个机械臂组件结构不同，机械臂组件4为XRZ组合的三轴机械臂，机械臂组件5为XR机械臂，不能上下移动。这两个进样机械臂组件(4，5)同时设置在一组轨道结构上，其水平移动方向作为X轴，这进样机械臂组件4还可以上下移动(沿Z轴移动)，并且可以绕自身的轴(R轴)旋转，以此通过控制进样针的位移完成取样和注射。机械臂组件(4，5)末端用于设置进样针进行注样与吸样，

另一实施例中，两个机械臂组件结构相同，均为XRZ组合的三轴机械臂。

图2和图3为图1中的机械臂组件的结构图及后视图，该机械臂组件除了包括上述轨道结构(上滑轨33和下滑轨34)，还包括围护结构1和驱动结构。其中，所述围护结构整体为矩形框架结构，其作为轨道结构的安装框架。上滑轨33和下滑轨34两端固定安装在围护结构上，驱动结构安装在围护结构的一侧，整体结构紧凑，便于安装和拆卸。

图3和图4进一步显示了上述实施例中机械臂组件的驱动结构。所述驱动结构包括四个电机安装垫块(21、22、23、24)、电机安装件25(见图1)、伺服或步进电机26、第一轴电机27和第二轴电机28。四个电机安装垫块分别安装在左侧和右侧，每侧各设置2个电机安装垫块，分别通过电机安装件25相互连接。如图1所示，所述第一轴电机27和所述第二轴电机28安装于所述左端板12外侧，用于连接并驱动第一花键轴31和第二花键轴32，其中第一花键轴31，第二花键轴32、上滑轨33和下滑轨34均相互平行设置。上述结构中所有驱动电机固定安装在X轴的端头，不随运动臂移动，既减少运动臂的自重，又没有拖线，而且结构更为稳定，运动速度可以尽可能加快。

对于机械臂组件4，其机械臂只套设在一个轨道上(上滑轨33或者下滑轨34)，但同时与第一花键轴31和第二花键轴32连接。第一花键轴31和第二花键轴32右端分别通过上花键轴承和下花键轴承与右端板固定连接。所述伺服电机26贯穿前板盖，安装于所述电机安装件25上。如图4所示，所述轨道结构还包括X轴同步带、同步带主动轮352、同步带从动轮安装件、同步带从动轮354、同步带从动轮螺丝355和同步带从动轮垫圈。所述上滑轨33和下滑轨34两侧分别与位于左右两侧的电机安装垫块固定连接。所述伺服或步进电机26通过转轴与所述同步带主动轮352连接，驱动所述同步带主动轮352转动，由此带动X轴同步带移动，并带动机械臂沿上滑轨33或者下滑轨34移动。所述X轴同步带内部为啮齿状，与所述同步带主动轮352和所述同步带从动轮354通过啮合传动。

图5和图6为本发明实施例中一个进样机械臂装置放大示意图。所述进样机械臂装置包括滑块机构、竖直传动结构、压簧44、压簧挡片45、转臂46和进样针接口47。其中所述滑块机构包括上滑块411、下滑块412、连接块413、安装滑块(414、415、416、417、418、419)和短滑轨滑块4191。所述竖直传动结构包括Z轴同步带421、花键主动轮422、花键从动轮423、X轴同步带牙板424、Z轴同步带牙板425、短滑轨426、涡轮427、螺杆套428、上涡轮轴承4291、下涡轮轴承4292、第一螺杆轴承4293、第二螺杆轴承4294和短花键43。其中，上滑块411和下滑块412分别卡合在上滑轨33和下滑轨34上。如图5所示，上花键轴31转动时带动竖直传动结构42，由此控制机械臂上下移动；下花键轴31转动时带动涡轮427转动，由此控制机械臂轴向转动。

图7为本发明另一个实施例中机械臂组件结构示意图，其显示了图1中左侧的机械臂组件5的结构。该机械臂组件相对于图5和图6显示的机械臂，减少了上下移动传送带装置，该机械臂只能进行轴向旋转，不能上下移动。具体地，该机械臂装置包括传动机构，螺杆套511，第一螺杆轴承512，第二螺杆轴承513，涡轮514，固定机构52，安装块521，上轴承522，下轴承523，滑块524，零位盘525，零位花键53，转臂54和进样针接口55，其轴向旋转原理与图5和图6显示的机械臂组件相同。

具体实施例中，如果采用一个机械臂组件，未知样品进样和标准样品的吸样均采用同一个机械臂完成进样，机械臂的运行范围只涵盖标准样品和未知样品的所在区域，大约200x 200mm，优选180x 150mm左右。如果用两个机械臂，那么一个用来进未知样(待测样品)，另一个进标准样，每个机械臂的涵盖范围与样品盘的尺寸一致。机械臂的三轴结构与上述机械臂结构相同，可以是旋转与线性运动的任何组合形式，优选结构为两个花键轴加一个同步带驱动的XRZ组合，与上述实施例一致。也可以采用其他机械臂结构。

图8为本发明一个实施例提供的高通量自动进样器的结构示意图。该自动进样器包括一个用于传输进样针的传送带，和机械臂组件，其中该机械臂组件可以将进样针卡合于进样针的针座上，或者将进样针从针座上取下来。具体地，该机械臂组件可以为上文所述的机械臂组件，也可以为其他组合的机械臂组件。本实施例中，只有一个机械臂，用于将取样后的注射针安装于针座上，吸取有样品的进样针通过一个独立的传送带从机械臂传送到较远距离的质谱仪进样口，传送带横跨标准样品进样区和待测样品进样区，其一端处于质谱仪进样口附近，另一端在样品盘上方，传送带的两个均分点上分别装有一个进样针的针座，每个针座均为可以让进样针很容易装上和取下而不改变进样针位置和稳定性的装置，例如可以是一个Ω形卡扣、一个“U”形磁铁、或一个电磁铁等，或是这些零件的组合。当载有未知样品的进样针被传送到质谱仪进样口处进样时，另一个进样针刚好在样品盘上方，这时机械臂将针取下并将它送到指定标准样品吸样，然后送还并装回到针座上，一旦未知样完成注样，传送带立即运行半周，将标样送到进样口空针送给机械臂去吸取下一个样品，如此周而复始逐个分析所有样品。该装置结构的优点是一个注射针负责取样，另一个注射针、负责注样，两者同时完成，然后功能替换，循环往复，相比于一个机械臂完成取样和注射整个周期节约了很多时间。优选地，在质谱仪进样口处也可以加装一个垂直轴，Z轴，用于将进样针往下推入进样口进样。如果进样针同时又起质谱喷雾针的作用，那么可以省略进样口处的Z轴，因为传送带可以倾斜按任意角度安装，使得进样针能准确传送到喷雾位置，无需任何其它机制辅助。对于本实施例，标准样品和待测样品的位置可以放置在取样臂涵盖范围内的任意位置，优选将标准样品盘与待测样品进样盘分开放置。具体操作中把标准样集中于一个进样盘并固定在一个专门位置可以避免标准样随待测样进入循环仓，从而避免安排复杂化，方便操作。

本发明实施例中的进样针是空心针，与一个针泵连接，用以吸取和注射样品。

本发明实施例还提供一种高通量自动进样系统，包括进样机械臂组件，进样针，放置标准样品的标准仓，还包括自动送样的样品循环仓和控制模块。该进样机械臂组件可以为XYZ三线性，或XYR、XRZ、RYZ两线性加一旋转轴，或XRR、RYR、RRZ一线性加两旋转轴，或RRR三旋转轴的组合机械臂组件，优选为上文描述的机械臂组件。该样品循环仓包括一套推动待测样品移动的机械推动装置以及一个存放待测样品的储存仓。标准仓位于上述进样机械臂下方，长度与机械臂的左右运行范围大致相等，宽度与机械臂的前后运行范围基本一致，深度比机械臂向下运动的极限大0～10mm，高度则比机械臂上下运行范围略小，只要保证不阻碍机械臂的运动即可。标准仓内可以容纳几十至几百个标准样品和质量控制(QC)样品。标准仓也可以设置于样品循环仓顶部与待测样品高度大致相同的位置。

一个实施例中，储存仓是一个立式长方盒，样品仓设置于其内部，其前面开门，周边和背面有硬质板材构成，上方有一块顶板压住样品盘使其在进样针扎刺样品时不发生位移，顶板上在对应于样品盘中的样品位置处有开孔，用于取样针通过以便吸取样品。储存仓内可平行放置两摞重叠的进样盘，两摞进样盘之间可以加一块垂直隔板，防止样品盘在流转过程中朝左右两边运动。每摞进样盘可以是任意数量的进样盘的垒叠，但垒叠的总高度与所搭配的检测仪器的高度最好接近并略低。例如在与质谱仪联用时，质谱仪的高度一般是400～750mm之间，而相应的储存仓的高度优选是350～700mm之间。每个进样盘可容纳1～384个样品，最常用的标准盘容纳96个样品，也就是对应国际标准的96-孔板结构。样品仓内部存放样品盘的总数的计算公式是：

这里N是样品仓的能容纳的样品盘个数，H是样品仓的高度，h是装有样品后的样品盘总高度。例如，样品盘加样品的高度是35mm，样品仓是400mm高，那么样品仓可容纳的样品盘个数为20个。样品仓中左右两边的顶部各有一个相通且比装有样品的样品盘高度略高(约1～5mm)的空位，用于样品盘的循环流转。当储存仓门关闭时，仓门与背板将样品盘夹住，使其在受到推动时不会朝前后运动。两摞样品盘在循环运行过程中始终有一摞往上，另一摞始终往下移动。往上移动一侧的储存仓顶部空位是进样位置，其前后直立壁上设置有锁位机制，样品盘被推入这个位置后，在没有受到强力推动时不会上下运动；往上移动一侧的倒数第二个位置处也设有止退机制，当整摞样品盘往上推一个位置后，即便撤去推力样品摞也不会自动回落，从而在最下方留下一个空位。向下一边储存仓的内臂除最底下的位置外都设置了阻尼机制，使得整摞样品盘没有受到推动的情况下不会自动向下滑动。锁位和止退机制可以是任何一种允许样品盘上行而阻止下行的装置，如一个斜面朝下带弹簧的伸缩定位销、一个弹簧定位珠、一个L形后翻扣、一个十字形转轴，等等。阻尼机制可以是任何阻止样品盘在其自身重力作用下自动下滑的机制，如将储存仓内表面做成粗糙面、样品盘和储存仓内表面上镶嵌磁性材料等等。

样品盘在储存仓的循环运行过程是，(1)机械推动装置首先把一边摞叠的样品盘向上推送直至顶到上方的顶板，机械推送装置随即返回原位，在向上一边的底部形成一个空位；(2)机械推送装置将向下一边的最底部的样品盘平推至向上一边的空位，机械推送装置随即返回原位；(3)进样机械臂对顶部样品盘取样，每取一个样品后注射至质谱仪中，一旦样品信号出现，控制模块即刻将其与存储的标准品系列比对，从而选定信号强度最接近的标准品位置，标准品进样机械臂随即对该标准品进样；(4)当一盘样品完成后，机械推动装置将完成的样品盘推至向下一边的顶部空位，然后再向下压送一个位置的垂直距离，这时最上面依然留下一个空位，而最底下的空位被填充；(5)开始下一个(1)～(4)的循环。

优选地，每个进样盘放置在一个内部长宽刚好能容下进样盘而高度略大于进样盘加进样品容器总高度的框架盒里面，框架盒前面开口，可以让装有样品的进样盘自由放入和取出，框架盒之间相互叠加，能在储存仓里循环流转但不能轻易从储存仓内取出来。

图9-图12显示了与本发明一个实施例的高通量自动进样器配套的自动送样的样品仓的具体结构。图9显示了该样品仓的正面结构图，其中样品仓包括样品围护结构6，第一顶板61，中间挡板62，第二顶板71，标样泡沫垫片72，和标样盒63。标样盒63用于容纳待测样品。第一顶板61和第二顶板71用于盖住标样盒63，防止取样时发生位移，第一顶板61和第二顶板71上在对应于63中的样品位置处有开孔，便于注射针的插入。图9中待测样品盘循环移动时右侧样品向上移动，左侧样品向下移动，如图中箭头所示，且所有样品盘均朝一个方向移动。

其中机械推动装置位于样品仓后面，其连接用于推动标样盒63的连杆推片64，如图10所示。中间挡板62的两侧为存放待测样品的储存仓。

图11显示了样品仓后视结构图，即机械推动装置的结构图。该机械推动装置包括：同步从动轮72，同步带73，电动伸缩杆74，竖直滑块75，一个中心固定且两端可旋转的横连杆76，2个高度不同的竖直连杆77，直流减速电机78和横推块79。横连杆76与2个竖直连杆77端部连接，形成大致N形结构。该直流减速电机78下面设置有一个同步主动轮721用于驱动另外三个同步轮，如图12所示。该机械推动装置还包括冷气通道8，用于维持低温样品的温度。横推块79上设置有横推销791。具体地，驱动电机(直流减速电机78)带动同步轮，驱动同步带运动，使得与同步带连接的横推销(上下两个横推销791)可以水平移动，图11中右下角的横推销791推动样品盘左移，左上角的横推销791推动样品盘右移。同时上下驱动装置(电动伸缩杆74)通过连接块驱动左侧的竖直连杆77，通过横连杆76带动右侧的竖直连杆77上下移动，左侧较低的竖直连杆77下端连接托板，右侧较高的竖直连杆77上端部连接压板，左边样品托盘可以被托板托起，右边样品托盘可以被压板压下，且样品盘的托起、压下和样品盘的左右移动同步或连续进行。具体工作原理为：参考图10，当右上方的样品托盘用完时，电动伸缩杆下移，带动右边托板下移，左上方压板64上移，紧接着电机工作，通过传送带带动横推销工作，使得空样品盘被推至左上角，右下角横推销推动左下方样品盘填补右下角空位，之后电动伸缩杆复位，左上方压板64将空样品盘压下，右下角托板将右边托盘托起，填补右上角空位。

具体地，进样针取样后要进行清洗，传统的自动进样器洗针所需时间常常多于吸样和注射样品的时间，本发明实施例中采用动态洗针，具体方法为：在进样针回到样品区的路径上设置一个洗针槽，槽内设置废液导流、流动清洗液、毛刷和风干装置，当完成样品注射后的进样针被快速送往样品区的过程中剩余的样品液和针泵中的洗针液被快速推入洗针槽，同时进样针快速逆向划过槽内流动的清洗液、毛刷、风干气流，到达样品区时便已经完全清洗干净且外表没有残液遗留，丝毫不增加洗针时间，经测试显示：样品残留经动态洗针都能降到0.1％以下。

本发明另一实施例提供一种通过自动进样器进行高通量自动进样的方法，如图13所示，该方法通过上述高通量自动进样系统来实现。具体地，该系统启动后，先进行初始化，同时启动质谱控制软件和样品表，然后读取用户提供的样品序列表，开启一个标准样品数据文件并开始对标准样品进行数据采集以记录每个标准样品的浓度及对应的检测信号强度和信号起讫时间，然后开始逐一对标准样品系列的每个样品进样两次，待完成后，停止数据采集并关闭标准数据文件，进行待测样品(包括未知样、QC样、空白样等)的进样(步骤S1)。

在每个待测样品进样前，软件首先从样品表读取该样品组别信息，如果该样品是与前一个已经注射的样品不属于同一组别，则该样品是一个新组别，软件随即触发数据采集和存储开关，对后续过程进行记录和储存，然后启动机械臂进行取样和注射样品；如果不是同一组别，则直接启动机械臂进行取样和注射样品。这样做的目的是把所有归类好的样品(同组别)的检测信号全部存储在一个数据文件中，既极大减少数据文件的数量又方便后续的数据处理。具体操作中，每个待测样品进样时仍旧首先读取该样品的类型和组别，如果该样品类型是标准品，则重复上述步骤S1；如果该样品与前一个已经检测的样品属于同一组别，那么直接进行下一步S3；如果不是同一组别，则表示该样品开启了一个新的组别，软件随即关闭前一个数据文件并停止数据采集，然后开启一个新的数据文件并重新开始数据采集以便存储后继的样品检测信号及对应的起讫时间(步骤S2)；

取样过程中，机械臂先向下移动，先吸取10μL左右的空气，然后吸取样品，然后向右移动至质谱进样口，机械臂下降喷雾，如需继续取样，则机械臂上升，然后检测系统存储样品检测结果对应的峰高以及起讫时间，然后对机械臂上的样品注射针进行清洗，清洗后待命，准备重复上述样品注射的步骤

步骤S3未吸取和注射待测样品的操作，其中控制模块即时读取检测信号并将其与之前存储的标准样品系列中的每个的信号进行强度比较，由此选定一个信号强度最接近的标准样品作为该待测样品的参比。

步骤S4为，当一个待测样品进样完毕后，立即对选定的标准样品进样，控制模块在已开启的数据文件中存储两次进样的检测信号值和起讫时间。

具体地，在注射完待测样品后，检测系统计算样品浓度以此确定标准样品的位置，然后进行标准品注射，根据计算出的标准品的位置，机械臂移动至对应的位置，吸取标准品然后喷雾进样，进样后系统存储标准品的峰高和起讫时间，机械臂移动至洗针口进行洗针，然后终止进样操作。之后质谱仪存储数据文件，并填写样品表，结束全部操作。

进一步地，步骤S2开始前还包括步骤S1’：样品盘循环运行的过程，该循环运行的过程如上文所述。

本发明提供的高通量自动进样的方法，通过设置一个或者两个自动机械臂，以及自动洗针装置，使得大批量进样能全部自动化实现，且通过设置自动储存仓对样品盘自动循环，提高了进样的效率。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种进样机械臂组件，包括机械臂和第一花键轴，所述机械臂包括垂直轴和水平移动臂，所述水平移动臂一端与所述垂直轴垂直且固定或者可拆卸连接，并且所述水平移动臂能绕所述垂直轴旋转，所述水平移动臂另一端设置有进样针安装针座，且所述垂直轴的旋转通过所述第一花键轴带动蜗轮蜗杆来驱动。

2.如权利要求1所述的进样机械臂组件，其特征在于，所述第一花键轴的旋转通过第一驱动电机来驱动，所述第一驱动电机设置于所述第一花键轴的末端。

3.如权利要求1所述的进样机械臂组件，其特征在于，还包括滑轨，第二花键轴，水平传送带和竖直传送带，所述机械臂套设于所述滑轨上，所述水平传送带控制所述机械臂的水平移动，所述竖直传送带套设于第二花键轴上并控制机械臂的上下移动，所述第二花键轴由第二驱动电机来驱动，所述第二驱动电机设置于第二花键轴的末端，所述水平传送带由第三驱动电机来驱动，所述第三驱动电机设置于滑轨的末端。

4.一种进样机械臂组件，用于同时对标准样品和待测样品进样，所述进样机械臂组件包括用于安装和拆卸注射针的机械臂，以及与所述机械臂分离的水平传送带，所述水平传送带跨越标准样品进样区和待测样品进样区，且两个均分点上分别装有一个进样针的针座，所述机械臂用于将进样针安装于所述针座上以及将进样针从针座上取下。

5.一种高通量自动进样系统，包括进样机械臂组件，所述进样机械臂组件为XYZ三线性，或XYR、XRZ、RYZ两线性加一旋转轴，或XRR、RYR、RRZ一线性加两旋转轴，或RRR三旋转轴的组合机械臂组件，还包括安装于机械臂的针座上的进样针，放置标准样品的标准仓，以及自动输送待测样品的样品循环仓和控制模块，其中所述样品循环仓包括一套推动待测样品移动的机械推动装置以及一个存放待测样品的储存仓，所述控制模块用于控制该进样系统的运行。

6.如权利要求5所述的高通量自动进样系统，其特征在于，所述进样机械臂组件为如权利要求1-4中任一项所述的进样机械臂组件。

7.如权利要求5或6所述的高通量自动进样系统，其特征在于，所述标准仓位于上述进样机械臂组件下方，长度与机械臂的左右运行范围大致相等，宽度与机械臂的前后运行范围一致，深度比机械臂向下运动的极限大0～10mm，高度比机械臂上下运行范围略小。

8.如权利要求5或6所述的高通量自动进样系统，其特征在于，所述样品循环仓大致为立式长方体结构，所述机械推动装置包括同步带，不在同一高度的2个竖直连杆和一个中心固定并且可转动的横连杆以及上下伸缩装置，所述同步带带动对角线设置的2个横推销水平移动，以推动样品盘水平移动，高度较高的竖直连杆顶端设置有压板，用于向下压样品盘，底端与所述横连杆一端连接，所述横连杆另一端与高度较低的竖直连杆的顶端连接，该高度较低的竖直连杆的底端设置有托板用于向上托起样品盘，所述2个横推销，压板和托板分别设置于所述立式长方体结构的四个角上。

9.一种高通量自动进样方法，该方法包括：

S1记录每个标准样品的浓度及对应的检测信号强度和信号起讫时间，然后对每一个标准样品进样两次；

S2读取每个待测样品的类型和组别，如果该样品类型是标准品，则重复步骤S1；如果该样品为已检测的样品，那么直接进行下一步S3；如果该待测样品为未检测样品，则重新开始数据采集，存储该待测样品检测信号及对应的起讫时间；

S3吸取和注射待测样品，控制模块即时读取检测信号并将其与之前存储的标准样品的信号逐个进行强度比较，选定一个信号强度最接近的标准样品作为该待测样品的参比；

S4对选定的标准样品进样，并对应存储进样的检测信号值和起讫时间。

10.如权利要求9所述的高通量自动进样方法，其特征在于，所述步骤S1中还包括样品盘循环运行的过程，包括：

(1)机械推动装置把一边摞叠的样品盘向上推送直至顶到上方的顶板，机械推送装置随即返回原位，在向上一边的底部形成底部空位；

(2)机械推送装置将向下一边的最底部的样品盘平推至所述底部空位，机械推送装置随即返回原位；

(3)对顶部样品盘取样和进样；

(4)当一盘样品完成进样后，机械推动装置将完成的样品盘推向向下一边的顶部空位，然后再向下压送一个位置的垂直距离。

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