CN114029102A - 一种多功能液体反应装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种多功能液体反应装置，该装置包括通路切换单元、注射单元、储液单元、反应单元以及控制单元；所述注射单元连接至所述储液单元；所述通路切换单元、所述注射单元以及所述反应单元分别与所述控制单元可通信相连。本申请提供的多功能液体反应装置，可以为化学检测实验提供精确、自动、高效的实验装置。可实现精确进液、多种液体参与反应，恒温加热(时间、温度可控、可设定)、反应以及实验结果自动处理等功能。可以实现多种试剂精确定量自动注入、自动清洗。原位恒温加热技术以及PID恒温加热技术的使用保证温控更精确，还可以提高效率和准确度。值得大面积推广使用。
Description
技术领域
本发明涉及实验器械技术领域，特别是涉及一种多功能液体反应装置。
背景技术
在生物化学教学或者科研中，实验者在进行某种生化实验时，经常需要添加2种或者多种试剂进行混合后，或者静置、或者加热到恒温，并且保持一定时间，最终根据某种现象或者浓度得到实验结果。在此过程中，实验者通常使用手动方式、利用量筒、量瓶、滴管等试验器具实现液体的添加、混合。此种操作方式造成人为干扰因素多，人工添加试剂时往往随着实验人员的心情、手法、熟练程度、操作习惯等随机出现误差，且不可控，因此造成在实验相同的条件下结果不同，甚至误差很大的情况发生。
同时，通常在做生化实验时，对实验条件相同的实验往往要做大量的重复实验，对于试剂的添加、恒温消解、结果判定等大量重复性工作也需要人工参与，为实验人员添加增加许多工作量。
另外，在生化实验消解过程中，通常将试剂装入试管后借助特定的消解仪器对试剂进行消解，有些实验所需要消解温度较高，或者某些试剂具有较强的腐蚀性，毒性，因此在试管移动过程中比较危险，容易造成人员受伤。
发明内容
本发明提供了一种多功能液体反应装置。可实现精确进液、多种液体参与反应，恒温加热(时间、温度可控、可设定)、反应自动化，实验结果自动处理等功能。
本发明提供了如下方案：
一种多功能液体反应装置，包括：
通路切换单元、注射单元、储液单元、反应单元以及控制单元；所述注射单元连接至所述储液单元；所述通路切换单元、所述注射单元以及所述反应单元分别与所述控制单元可通信相连；
所述通路切换单元包括公共管路、第一分支管路以及若干第二分支管路；所述储液单元与所述公共管路相连，所述反应单元与所述第一分支管路相连；所述第二分支管路分别用于一一对应的与不同的溶液容器相连；
所述控制单元用于执行以下操作：
根据接收到的实验要求生成实验策略，所述实验策略包括吸液策略、注液策略以及反应策略；
将所述吸液策略分别发送给所述通路切换单元以及所述注射单元，所述通路切换单元用于根据所述吸液策略将所述公共管路与目标第二分支管路连通，所述目标第二分支管路与目标溶液的容器相连；所述注射单元用于在所述公共管路与所述目标第二分支管路连通后动作将目标溶液转移至所述储液单元；
将所述注液策略分别发送给所述通路切换单元以及所述注射单元，所述通路切换单元用于根据所述注液策略将所述公共管路与所述第一分支管路连通，所述注射单元用于在所述公共管路与所述第一分支管路连通后动作将目标溶液由所述储液单元转移至所述反应单元；
将所述反应策略发送给所述反应单元，以便所述反应单元根据所述反应策略使所述反应单元内部形成目标反应环境。
优选地：所述反应单元包括入口端以及出口端，所述入口端以及所述出口端分别配置有释压阀；所述释压阀与所述控制单元可通信连接；所述控制单元用于将所述反应策略发送给所述释压阀，以便所述释压阀根据所述反应策略调节通断状态。
优选地：所述反应策略包括注液开始指令以及注液结束指令；所述释压阀用于接收到所述注液开始指令后调节至导通状态并在接收到注液结束指令后调节至阻断状态。
优选地：所述反应单元包括透明材质的主体，所述主体上配置有光电信号采集组件，所述光电信号采集组件与所述控制单元可通信相连，所述控制单元用于根据所述光电信号采集组件采集到的试剂吸收目标波长光线的情况对所述主体内试剂的浓度做出判断。
优选地：所述光电信号采集组件包括相对布置于所述主体上的光源以及光电池，所述反应单元还包括配置于所述主体外侧的遮光外壳。
优选地：所述反应单元包括温控组件，所述温控组件与所述控制单元可通信相连，所述温控组件用于根据所述反应策略调节所述反应单元内的温度以使所述反应单元内部形成目标反应环境。
优选地：所述通路切换单元包括含有切换动力组件的多通路切换阀岛，所述多通路切换阀岛包括蓝宝石阀芯以及具有聚三氟乙烯耐腐蚀层的阀头。
优选地：所述多通路切换阀岛的阀孔定位采用码盘光耦的方式定位，所述切换动力组件包括行星减速箱电机。
优选地：所述注射单元包括立式注射泵；所述立式注射泵分别与所述储液单元以及包含纯水阀的纯水供应单元相连；所述储液单元包括储液环。
优选地：所述控制单元包括STM32F373CBT6单片机，所述控制单元还连接有声光报警组件。
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：
通过本发明，可以实现一种多功能液体反应装置，在一种实现方式下，该装置可以包括通路切换单元、注射单元、储液单元、反应单元以及控制单元；所述注射单元连接至所述储液单元；所述通路切换单元、所述注射单元以及所述反应单元分别与所述控制单元可通信相连；所述通路切换单元包括公共管路、第一分支管路以及若干第二分支管路；所述储液单元与所述公共管路相连，所述反应单元与所述第一分支管路相连；所述第二分支管路分别用于一一对应的与不同的溶液容器相连。本申请提供的多功能液体反应装置，可以为化学检测实验提供精确、自动、高效的实验装置。可实现精确进液、多种液体参与反应，恒温加热(时间、温度可控、可设定)、反应以及实验结果自动处理等功能。可以实现多种试剂精确定量自动注入、自动清洗。原位恒温加热技术以及PID恒温加热技术的使用保证温控更精确，还可以提高效率和准确度。值得大面积推广使用。
当然,实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例提供的一种多功能液体反应装置的结构示意图；
图2是本发明实施例提供的一种多功能液体反应装置的第一部分电路图；
图3是本发明实施例提供的一种多功能液体反应装置的第二部分电路图；
图4是本发明实施例提供的一种多功能液体反应装置的第三部分电路图；
图5是本发明实施例提供的一种多功能液体反应装置的第四部分电路图；
图6是本发明实施例提供的利用该反应装置进行水质高锰酸盐指数实验的流程图。
图中：通路切换单元1、公共管路11、第一分支管路12、第二分支管路13、注射单元2、储液单元3、反应单元4、控制单元5、声光报警组件51、溶液容器6、释压阀7、光源81、光电池82、温控组件9、纯水阀10。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，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
参见图1，为本发明实施例提供的一种多功能液体反应装置，如图1所示，该装置可以包括：
通路切换单元1、注射单元2、储液单元3、反应单元4以及控制单元5；所述注射单元2连接至所述储液单元3；所述通路切换单元1、所述注射单元2以及所述反应单元4分别与所述控制单元5可通信相连；
所述通路切换单元1包括公共管路11、第一分支管路12以及若干第二分支管路13；所述储液单元3与所述公共管路11相连，所述反应单元4与所述第一分支管路12相连；所述第二分支管路13分别用于一一对应的与不同的溶液容器6相连；
所述控制单元5用于执行以下操作：
根据接收到的实验要求生成实验策略，所述实验策略包括吸液策略、注液策略以及反应策略；
将所述吸液策略分别发送给所述通路切换单元1以及所述注射单元2，所述通路切换单元1用于根据所述吸液策略将所述公共管路11与目标第二分支管路13连通，所述目标第二分支管路13与目标溶液的容器相连；所述注射单元2用于在所述公共管路11与所述目标第二分支管路13连通后动作将目标溶液转移至所述储液单元3；
将所述注液策略分别发送给所述通路切换单元1以及所述注射单元2，所述通路切换单元1用于根据所述注液策略将所述公共管路11与所述第一分支管路12连通，所述注射单元2用于在所述公共管路11与所述第一分支管路12连通后动作将目标溶液由所述储液单元3转移至所述反应单元4；
将所述反应策略发送给所述反应单元4，以便所述反应单元4根据所述反应策略使所述反应单元4内部形成目标反应环境。
本申请实施例提供的多功能液体反应装置，通过控制单元的控制可以实现自动进液流程、自动消解、自动清洗、自动排液、结果计算等功能。可以根据需要自动定量和/或反复添加2种或者多种试剂进行混合后，或者静置、或者加热到恒温，该反应单元可以用于进行混合液的恒温加热消解、水质高锰酸盐测定实验、水质氨氮测定实验、水质总磷测定实验等等。
为了使溶液在进入反应单元内后可以实现原位反应，减少溶液转移带来的各种不良影响。本申请实施例可以提供所述反应单元4包括入口端以及出口端，所述入口端以及所述出口端分别配置有释压阀7；所述释压阀7与所述控制单元5可通信连接；所述控制单元5用于将所述反应策略发送给所述释压阀7，以便所述释压阀7根据所述反应策略调节通断状态。具体的，所述反应策略包括注液开始指令以及注液结束指令；所述释压阀用于接收到所述注液开始指令后调节至导通状态并在接收到注液结束指令后调节至阻断状态。在反应单元的两端分别设置释压阀，分别在反应单元的上端和下端，当向反应单元入试剂时，上下2个释压阀同时打开，试剂注入完成后，同时关闭上下2个释压阀，使反应单元内部形成密闭空间。将密闭空间的内部环境根据需要调节至目标反应环境，即可进行相应的实验反应。
为了可以对反应单元内的溶液的浓度进行自动识别，本申请实施例还可以提供所述反应单元包括透明材质的主体，所述主体上配置有光电信号采集组件，所述光电信号采集组件与所述控制单元5可通信相连，所述控制单元5用于根据所述光电信号采集组件采集到的试剂吸收目标波长光线的情况对所述主体内试剂的浓度做出判断。为了消除外部光线对光电信号采集组件采集精度的影响，本申请实施例还可以提供所述光电信号采集组件包括相对布置于所述主体上的光源81以及光电池82，所述反应单元4还包括配置于所述主体外侧的遮光外壳(图中未示出)。
由于溶液呈现不同的颜色，是由于溶液中的质点(分子或离子)选择性的吸收某种颜色的光所引起的。如果各种颜色的光透过程度相同，这种物质就是无色透明的。如果只让一部分波长的光透过，其他波长的光被吸收，则溶液就呈现出透过光的颜色，也就是溶液呈现的是与它吸收的光成互补色的颜色。例如硫酸铜溶液因吸收了白光中的黄色光而呈蓝色；高锰酸钾溶液因吸收了白光中的绿色光而呈现紫色。
因此，本申请实施例提供的装置可以根据试剂吸收某种固定波长光线的能力(吸光度)，来判断该试剂的浓度
吸光度的计算用到朗伯比尔定律
朗伯比尔定律：
当一束平行光垂直通过某一非散射的吸光物质时，其吸光度(A)与吸光物质的浓度(c)及光程长度(b)成正比关系朗伯比尔定律是光的吸收的基本定律，适用于所有的电磁辐射和所有的吸光物质利用不同浓度的改试剂，得到该试剂的吸光度和浓度的曲线，就可以根据吸光度反推计算出改试剂的浓度。
如利用本申请提供的装置测定高锰酸盐指数浓度，需要先进行标定，如采用4种浓度标液，浓度分别为，0mg/L、5mg/L、10mg/L、20mg/L，反应后分别在525nm波长下得到其吸光度，4个吸光度，
然后以吸光度为横轴，浓度为纵轴，建立坐标系，计算出对应关系。此关系曲线分3段，0-5mg/L，5-10mg，10-20mg/L三段，对应k1,b1,k2,b2,k3,b3，6个参数。
计算时由控制单元进行光电信号采集，在实验结束时，由上位机软件每隔1秒记录1组光电信号数据，记录15组，求均值后计算吸光度。得到4个吸光度I1，I2，I3，I4，然后，加上已知的0，5，10，20得到三段直线的k1,b1,k2,b2,k3,b3，6个参数。标定完成。
若在某次实验中的到的仪吸光度，I1<I<I2，则将I带入曲线C＝k1*I+b1中得到改溶液高锰酸盐指数浓度。
由于在进行不同的实验时，对于反应单元内的温度有不同的要求，为了实现对反应单元内的温度进行自动调节，本申请实施例可以提供所述反应单元包括温控组件9，所述温控组件9与所述控制单元5可通信相连，所述温控组件9用于根据所述反应策略调节所述反应单元4内的温度以使所述反应单元4内部形成目标反应环境。该温控组件9可以包括电热丝热敏电阻、温度传感器以及散热风扇等等。电热丝热敏电阻用于实现加热，温度传感器用于对反应单元内的温度进行实时的检测，散热风扇可以根据需要对反应单元内部进行降温。通过该温控组件可以保证反应单元内始终处于最佳反应温度，从而达到提高反应效率以及反应质量等效果。
在实际应用中，可以根据需要选择通路切换单元的种类，例如，在一种实现方式下，本申请实施例可以提所述通路切换单元1包括含有切换动力组件的多通路切换阀岛，所述多通路切换阀岛包括蓝宝石阀芯以及具有聚三氟乙烯耐腐蚀层的阀头。所述多通路切换阀岛的阀孔定位采用码盘光耦的方式定位，所述切换动力组件包括行星减速箱电机。
本申请实施例提供的多通路切换阀岛内部集成了电机控制电路，通过接受控制单元CPU发出的指令来控制步进电机运行，从而实现流体通路的切换。该切换阀采用蓝宝石阀芯，可以适用于各种腐蚀性液体，阀头采用PCTFE(聚三氟乙烯)和316不锈钢加工组合而成，免维护。且液体接触面不与不锈钢接触。阀芯采取多向自适用平面贴合方式，可有效延长产品寿命。阀体转动采用NMB进口行星减速箱电机作为动力装置，可靠性极高。阀孔定位采用码盘光耦的方式定位，可有效解决在减速箱磨损后不能准确定位的问题；驱动模块采用低功耗驱动芯片，可有效减低芯片运行时产生的热量影响性能。本申请实施例提供的多通路切换阀岛的性能指标如表1所示：
表1
为了提高在自动注液时的注液精度，本申请实施例还可以提供所述注射单元2包括立式注射泵；所述立式注射泵分别与所述储液单元3以及包含纯水阀10的纯水供应单元相连；所述储液单元包括储液环。立式注射泵可以提供精确吸取、注射试剂的功能。本申请实施例提供的立式注射泵的性能指标如表2所示。
表2
为了实现各个单元的精准控制，本申请实施例还可以提供所述控制单元包括STM32F373CBT6单片机，所述控制单元还连接有声光报警组件。
参见图2、图3、图4、图5，U5为STM32F373CBT6单片机，作为整个嵌入式硬件系统下位机的主控芯片，R16，C13构成的上位机复位电路与X1(8MHz有源晶振)构成最小系统，保证单片机可以正常工作。
Photo sen为光敏器件，U7(OPA2156IDR)、U8(OPA2192ID)为高精度运算放大器。当光敏器件感应到特定频率的中心波长的光时，光敏器件将光强转化为微小电流，经过R23将此微小电流转化为电压，在经过U7、U8构成的电路，将此电压进行放大、调理，之后输出到单片机模拟电压采集端口。其中，R24、D18(BAT54S)构成了电压钳位、限流电路，可以保护单片机的模拟电压采集端口的安全。
U11为OPA2192ID运算放大器与NTC100K热敏电阻与R31构成分压式温度检测电路，经过U11A电压跟随器、R43限流电阻之后，传给STM32F373C8T6的模拟信号采集输入端；经过STM32F373C8T6内部算法之后，将电压值转化为实际温度值。加热单元核心器件为大功率MOS管IRF3205ZS，温度环路以NTC100K采集的温度作为输入，以2KHz的PWM占空比作为输出，单片机通过管脚2KHz的PWM开关频率控制MIOS管的通断，驱动电热丝加热，与NTC100K形成温度闭环，经过STM32F373C8T6内部PID算法实现精确的恒温控制，为化学反应提供精准的温度环境。
U10，U9两个K78U05(3端稳压芯片)构成双轨电源对运算放大器供电，C35、C36、C37、C39对输出电压进行滤波，使输出电压更加稳定；
U1(LM2596)，U2(LT1117)构成电源模块，将24V电源转化为5V、3.3V对单片机和其他外围原件进行供电。
U3(SP3485)为TTL转485通信芯片，实现主控板与上位机的通信。D8、D9、D11为TVS二极管，可以有效地保护通信接口，避免外界干扰。
U6(SP3232EEN)为串口通信芯片，搭配C11、C12、C14、C15，构成串口通信单元，包含2路串口，分别与立式注射泵、多通路切换阀导进行通信，因此STM32F373C8T6可以通过此串口单元发送串口指令，控制立式注射泵、多通路切换阀导，实现自动化的进液功能。
U4(MB85RC16PNF-G-JNE1)为外部存储芯片，实现数据掉电不丢失，可实现数据存储。
Q1、Q5、Q10、Q12(MOS管)构成的开关电路分别控制纯水，释压、加热、散热的电磁阀。
D16(发光二极管)、D17(发光二极管)、LS1(蜂鸣器)构成声光报警电路，当有异常情况发生时，单片机进行报警。
本申请实施例提供的声光报警组件可以包括，声音(蜂鸣器)报警，光(红色LED)报警。在完成试剂换液时，LED发出”嘀”一声，提示操作者完成。
在完成水样换液时，LED发出”嘀”一声，提示操作者完成。
在完成清洗动作时，LED发出”嘀”一声，提示操作者完成。
在完成开启散热时，LED发出”嘀”一声，提示操作者完成。
在完成关闭散热时，LED发出”嘀”一声，提示操作者完成。
在完成开启消解时，LED发出”嘀”一声，提示操作者完成。
在完成关闭消解时，LED发出”嘀”一声，提示操作者完成。
消解池温度过高时，LED发出报警声，同时LED亮起。
本发明可以理解为发明了一套方案，为了说明本发明方法带来的效果，因此以水质高锰酸盐指数测定实验为例子，用此种方案去测定。
1.本发明装置中所用到的注射泵、阀导具有通过串口指令控制的功能，因此本装置自动化程度很高，通过cpu指令即可实现全自动的进液、清洗、排液、鼓泡等功能，大大提高了工作效率。
常用的串口指令：
阀导复位(除校验码)：0xCC,0x02,0x45,0x00,0x00,0xDD；
阀导选择通道1检测池管路(除校验码)：0xCC,0x02,0x44,0x01,0x00,0xDD；
阀导选择通道2废液池管路(除校验码)：0xCC,0x02,0x44,0x02,0x00,0xDD；
阀导选择通道3预留管路(除校验码)：0xCC,0x02,0x44,0x03,0x00,0xDD；
阀导选择通道4待测水样管路(除校验码)：0xCC,0x02,0x44,0x04,0x00,0xDD；
阀导选择通道5预留管路(除校验码)：0xCC,0x02,0x44,0x05,0x00,0xDD；
阀导选择通道6高锰酸钾溶液管路(除校验码)：0xCC,0x02,0x44,0x06,0x00,0xDD；
阀导选择通道7预留管路(除校验码)：0xCC,0x02,0x44,0x07,0x00,0xDD；
阀导选择通道8预留管路(除校验码)：0xCC,0x02,0x44,0x08,0x00,0xDD；
阀导选择通道9(1+3)硫酸管路(除校验码)：0xCC,0x02,0x44,0x09,0x00,0xDD；
阀导选择通道10空气管路(除校验码)：0xCC,0x02,0x44,0x0A,0x00,0xDD；
注射泵前进0xAABB步数指令(除校验码)：0xCC,0x01,0x41,0xBB,0xAA,0xDD；
注射泵后退0xAABB步数指令(除校验码)：0xCC,0x01,0x42,0xBB,0xAA,0xDD；
注射泵复位(除校验码)：0xCC,0x01,0x45,0x00,0x00,0xDD；
2.高精度的注射泵，最小进液精度为0.002 5mm/1.038 1μL，保证了进液量的精度，配合上多通路切换阀导，使得试剂在实验中的顺序注入、排出、更加灵活，高效。
3.原位加热技术，使得试剂在加热过程中，更加安全、方便，无需移动位置就可以按照设定的温度和时间进行恒温加热。
为了说明本申请提供的装置的实际效果，如图6所示，以水质高锰酸盐指数实验为例子，介绍说明本装置如何在此种实验中实现全自动的工作流程：
第1步：仪器上电，系统初始化，注射泵复位(串口指令：0xCC,0x01,0x45,0x00,0x00,0xDD)，阀导复位(串口指令：0xCC,0x02,0x45,0x00,0x00,0xDD)，净水阀打开，注射泵前进4815步(串口指令：0xCC,0x01,0x41,0xCF,0x12,0xDD)，抽取5mL去离子水，进水阀关闭，阀导切换到废液池管路(串口指令0xCC,0x02,0x44,0x02,0x00,0xDD)，注射泵复位(串口指令：0xCC,0x01,0x45,0x00,0x00,0xDD)，打出5mL去离子水到储液环路，将储液环中残留液体排空，全部充满去离子水。
第2步：排液动作：阀导切换到检测池管路(0xCC,0x02,0x44,0x01,0x00,0xDD)，打开释压阀，注射泵前进3274步(串口指令：0xCC,0x01,0x41,0xCA,0x0C,0xDD)，抽取3.4mL废液，关闭释压阀，阀导切换到废液池管路(串口指令0xCC,0x02,0x44,0x02,0x00,0xDD)，注射泵复位(串口指令：0xCC,0x01,0x45,0x00,0x00,0xDD)，将废液注入废液池。排液动作循环3次，将废液池废液排空。系统初始化完成。
第3步：选择加注(1+3)硫酸：阀导复位(串口指令：0xCC,0x02,0x45,0x00,0x00,0xDD)，打开净水阀，注射泵前进4815步(串口指令：0xCC,0x01,0x41,0xCF,0x12,0xDD)，吸取5ml去离子水，关闭净水阀，阀导切换到废液池管路(串口指令0xCC,0x02,0x44,0x02,0x00,0xDD)，注射泵复位(串口指令：0xCC,0x01,0x45,0x00,0x00,0xDD)，将储液环注满去离子水。阀导切换到(1+3)硫酸管路(串口指令0xCC,0x02,0x44,0x09,0x00,0xDD)，注射泵前进2408步(串口指令：0xCC,0x01,0x41,0x68,0x09,0xDD)，吸取2.5mL(1+3)硫酸，阀导切换至废液池管路(串口指令：0xCC,0x02,0x44,0x02,0x00,0xDD)，注射泵后退193步(串口指令：0xCC,0x01,0x42,0xC1,0x00,0xDD)，注入0.2mL(1+3)硫酸到废液池中，阀导切换至检测池管路(串口指令：0xCC,0x02,0x44,0x01,0x00,0xDD)，注射泵后退1926步(串口指令：0xCC,0x01,0x42,0x07,0x86,0xDD)，注入2mL硫酸至检测池中，阀导切换至废液池管路(串口指令：0xCC,0x02,0x44,0x02,0x00,0xDD)，注射泵复位(串口指令：0xCC,0x01,0x45,0x00,0x00,0xDD)，注入0.3mL剩余(1+3)硫酸到废液池。阀导切换至空气管路(串口指令：0xCC,0x02,0x44,0x0A,0x00,0xDD)，注射泵前进482步(串口指令：0xCC,0x01,0x41,0xE2,0x01,0xDD)，吸取0.5mL空气，阀导切换至(1+3)硫酸管路(串口指令：0xCC,0x02,0x44,0x09,0x00,0xDD)，注射泵后退96步(串口指令：0xCC,0x01,0x42,0x60,0x00,0xDD)，注入0.1mL空气至(1+3)硫酸管路，阀导切换至废液池管路(串口指令：0xCC,0x02,0x44,0x02,0x00,0xDD)，注射泵复位(串口指令：0xCC,0x01,0x45,0x00,0x00,0xDD)，注射0.4mL剩余空气至废液池管路。
第4步：选择加注高锰酸钾溶液：阀导复位(串口指令：0xCC,0x02,0x45,0x00,0x00,0xDD)，打开净水阀，注射泵前进4815步(串口指令：0xCC,0x01,0x41,0x12,0xCF,0xDD)，吸取5ml去离子水，关闭净水阀，阀导切换到废液池管路(串口指令:0xCC,0x02,0x44,0x02,0x00,0xDD)，注射泵复位(串口指令：0xCC,0x01,0x45,0x00,0x00,0xDD)，将储液环注满去离子水。阀导切换到高锰酸钾溶液管路(串口指令：0xCC,0x02,0x44,0x06,0x00,0xDD)，注射泵前进2408步(串口指令：0xCC,0x01,0x41,0x68,0x09,0xDD)，吸取2.5mL高锰酸钾溶液，阀导切换至废液池管路(串口指令：0xCC,0x02,0x44,0x02,0x00,0xDD)，注射泵后退193步(串口指令：0xCC,0x01,0x42,0xC1,0x00,0xDD)，注入0.2mL高锰酸钾溶液到废液池中，阀导切换至检测池管路(串口指令：0xCC,0x02,0x44,0x01,0x00,0xDD)，注射泵后退1926步(串口指令：0xCC,0x01,0x42,0x68,0x07,0xDD)，注入2mL高锰酸钾溶液到检测池中，阀导切换至废液池管路(0xCC,0x02,0x44,0x02,0x00,0xDD)，注射泵复位(串口指令：0xCC,0x01,0x45,0x00,0x00,0xDD)，将剩余高锰酸钾溶液至废液池。阀导切换至空气管路(串口指令：0xCC,0x02,0x44,0x0A,0x00,0xDD)，注射泵前进482步(串口指令：0xCC,0x01,0x41,0xE2,0x01,0xDD)，吸取0.5mL空气，阀导切换至高锰酸钾溶液管路(串口指令：0xCC,0x02,0x44,0x06,0x00,0xDD)，注射泵后退96步(串口指令：0xCC,0x01,0x42,0x60,0x00,0xDD)，注射0.1mL空气至高锰酸钾溶液管路，阀导切换至废液池管路(串口指令：0xCC,0x02,0x44,0x02,0x00,0xDD)，注射泵复位(串口指令：0xCC,0x01,0x45,0x00,0x00,0xDD)，将剩余空气至废液池管路。
第5步：选择加注待测水样：阀导复位(串口指令：0xCC,0x02,0x45,0x00,0x00,0xDD)，打开净水阀，注射泵前进4815步(串口指令：0xCC,0x01,0x41,0x12,0xCF,0xDD)，吸取5ml去离子水(串口指令：0xCC,0x01,0x41,0xCF,0x12,0xDD)，关闭净水阀，阀导切换到废液池管路(串口指令：0xCC,0x02,0x44,0x02,0x00,0xDD)，注射泵复位(串口指令：0xCC,0x01,0x45,0x00,0x00,0xDD)，将储液环注满去离子水。阀导切换到待测水样管路(串口指令：0xCC,0x02,0x44,0x04,0x00,0xDD)，注射泵前进(串口指令：0xCC,0x01,0x41,0x68,0x09,0xDD)，吸取2.5mL待测水样，阀导切换至废液池管路(串口指令：0xCC,0x02,0x44,0x02,0x00,0xDD)，注射泵后退193步，(串口指令：0xCC,0x01,0x42,0xC1,0x00,0xDD)注入0.2mL待测水样到废液池中，阀导切换至检测池管路(串口指令：0xCC,0x02,0x44,0x01,0x00,0xDD)。
注射泵前进1926步(串口指令：0xCC,0x01,0x41,0x86,0x07,0xDD)，注入2mL待测水样到检测池中，阀导切换至废液池管路(串口指令：0xCC,0x02,0x44,0x02,0x00,0xDD)，注射泵复位(串口指令：0xCC,0x01,0x45,0x00,0x00,0xDD)，注入0.3mL剩余待测水样至废液池。阀导切换至空气管路(串口指令：0xCC,0x02,0x44,0x0A,0x00,0xDD)，注射泵前进482步(串口指令：0xCC,0x01,0x41,0xE2,0x01,0xDD)，吸取0.5mL空气，阀导切换至待测水样管路(串口指令：0xCC,0x02,0x44,0x04,0x00,0xDD)。
注射泵后退96步，注入0.1mL空气至待测水样管路，阀导切换至废液池管路(串口指令：0xCC,0x02,0x44,0x02,0x00,0xDD)，注射泵复位(0xCC,0x01,0x45,0x00,0x00,0xDD)，将剩余空气至废液池管路。加注试剂完成。
第6步：开启加热，当温度达到沸水浴温度时，开始记录消解时间。
第7步：当消解时间达到30分钟时，在525nm波长可见光下测定吸光度。
第8步：排液动作：阀导切换到检测池管路(串口指令：0xCC,0x02,0x44,0x01,0x00,0xDD)，打开释压阀，注射泵前进3274步(串口指令：0xCC,0x01,0x41,0xCA,0x0C,0xDD)，抽取3.4mL废液，关闭释压阀，阀导切换到废液池管路(串口指令：0xCC,0x02,0x44,0x02,0x00,0xDD)，注射泵复位(串口指令：0xCC,0x01,0x45,0x00,0x00,0xDD)，将废液注入废液池。排液动作循环3次，将废液池废液排空。
第9步：打开净水阀，注射泵前进8186步(串口指令：0xCC,0x01,0x41,0xFA,0x1F,0xDD)，抽取8.5mL去离子水，进水阀关闭，阀导切换到废液池管路(串口指令：0xCC,0x02,0x44,0x02,0x00,0xDD)，注射泵打出0.2mL去离子水到废液池管路，阀导切换至检测池管路(串口指令：0xCC,0x02,0x44,0x01,0x00,0xDD)，注射泵后退7704步(串口指令：0xCC,0x01,0x42,0xBB,0xAA,0xDD)，注入8mL去离子水到反应池中，阀导切换至废液池管路(串口指令：0xCC,0x02,0x44,0x02,0x00,0xDD)，注射泵复位(串口指令：0xCC,0x01,0x45,0x00,0x00,0xDD)，将剩余0.3mL去离子水注入废液池。
第10步：在525nm波长可见光下测定吸光度。
第11步：排液动作：阀导切换到检测池管路(串口指令：0xCC,0x02,0x44,0x01,0x00,0xDD)，打开释压阀，注射泵前进3274步(串口指令：0xCC,0x01,0x41,0xCA,0x0C,0xDD)，抽取3.4mL废液，关闭释压阀，阀导切换到废液池管路(串口指令：0xCC,0x02,0x44,0x02,0x00,0xDD)，注射泵复位(串口指令：0xCC,0x01,0x45,0x00,0x00,0xDD)，将废液注入废液池。排液动作循环3次，将废液池废液排空。完成试剂加注过程。
在这一整套过程中，包含了
(1)高锰酸钾溶液、待测水样、1+3硫酸的自动化顺序进液过程；
(2)高温水浴、30分钟的消解过程；
(3)消解完成时自动光电限号采集，记录过程；
(4)消解完成的自动降温过程；
(5)自动排液过程；
(6)自动零样进液、清洗、对比、消解过程；
(7)零样排液过程。
整个过程操作都是依靠上位机操作，全程高度自动化，各个分解动作都有相应的菜单操作功能、数据自动记录分析。
总之，本申请提供的多功能液体反应装置，可以为化学检测实验提供精确、自动、高效的实验装置。可实现精确进液、多种液体参与反应，恒温加热(时间、温度可控、可设定)、反应以及实验结果自动处理等功能。可以实现多种试剂精确定量自动注入、自动清洗。原位恒温加热技术以及PID恒温加热技术的使用保证温控更精确，还可以提高效率和准确度。值得大面积推广使用。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围内。
Claims (10)
1.一种多功能液体反应装置，其特征在于，包括通路切换单元、注射单元、储液单元、反应单元以及控制单元；所述注射单元连接至所述储液单元；所述通路切换单元、所述注射单元以及所述反应单元分别与所述控制单元可通信相连；
所述通路切换单元包括公共管路、第一分支管路以及若干第二分支管路；所述储液单元与所述公共管路相连，所述反应单元与所述第一分支管路相连；所述第二分支管路分别用于一一对应的与不同的溶液容器相连；
所述控制单元用于执行以下操作：
根据接收到的实验要求生成实验策略，所述实验策略包括吸液策略、注液策略以及反应策略；
将所述吸液策略分别发送给所述通路切换单元以及所述注射单元，所述通路切换单元用于根据所述吸液策略将所述公共管路与目标第二分支管路连通，所述目标第二分支管路与目标溶液的容器相连；所述注射单元用于在所述公共管路与所述目标第二分支管路连通后动作将目标溶液转移至所述储液单元；
将所述注液策略分别发送给所述通路切换单元以及所述注射单元，所述通路切换单元用于根据所述注液策略将所述公共管路与所述第一分支管路连通，所述注射单元用于在所述公共管路与所述第一分支管路连通后动作将目标溶液由所述储液单元转移至所述反应单元；
将所述反应策略发送给所述反应单元，以便所述反应单元根据所述反应策略使所述反应单元内部形成目标反应环境。
2.根据权利要求1所述的多功能液体反应装置，其特征在于，所述反应单元包括入口端以及出口端，所述入口端以及所述出口端分别配置有释压阀；所述释压阀与所述控制单元可通信连接；所述控制单元用于将所述反应策略发送给所述释压阀，以便所述释压阀根据所述反应策略调节通断状态。
3.根据权利要求2所述的多功能液体反应装置，其特征在于，所述反应策略包括注液开始指令以及注液结束指令；所述释压阀用于接收到所述注液开始指令后调节至导通状态并在接收到注液结束指令后调节至阻断状态。
4.根据权利要求1所述的多功能液体反应装置，其特征在于，所述反应单元包括透明材质的主体，所述主体上配置有光电信号采集组件，所述光电信号采集组件与所述控制单元可通信相连，所述控制单元用于根据所述光电信号采集组件采集到的试剂吸收目标波长光线的情况对所述主体内试剂的浓度做出判断。
5.根据权利要求4所述的多功能液体反应装置，其特征在于，所述光电信号采集组件包括相对布置于所述主体上的光源以及光电池，所述反应单元还包括配置于所述主体外侧的遮光外壳。
6.根据权利要求1所述的多功能液体反应装置，其特征在于，所述反应单元包括温控组件，所述温控组件与所述控制单元可通信相连，所述温控组件用于根据所述反应策略调节所述反应单元内的温度以使所述反应单元内部形成目标反应环境。
7.根据权利要求1所述的多功能液体反应装置，其特征在于，所述通路切换单元包括含有切换动力组件的多通路切换阀岛，所述多通路切换阀岛包括蓝宝石阀芯以及具有聚三氟乙烯耐腐蚀层的阀头。
8.根据权利要求7所述的多功能液体反应装置，其特征在于，所述多通路切换阀岛的阀孔定位采用码盘光耦的方式定位，所述切换动力组件包括行星减速箱电机。
9.根据权利要求1所述的多功能液体反应装置，其特征在于，所述注射单元包括立式注射泵；所述立式注射泵分别与所述储液单元以及包含纯水阀的纯水供应单元相连；所述储液单元包括储液环。
10.根据权利要求1所述的多功能液体反应装置，其特征在于，所述控制单元包括STM32F373CBT6单片机，所述控制单元还连接有声光报警组件。
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