CN114608886A - 一种水生生物eDNA样品全自动采集装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种水生生物eDNA样品全自动采集装置，包括设置在采样点原位的箱体，箱体内设有用于富集环境水体中水生生物eDNA的操作单元，操作单元包括若干独立工作的富集器，箱体内设有富集管路系统，富集管路系统用于向操作单元供应环境水体，箱体上设有向富集管路系统供水的供水口和用于排出废水的排水口，箱体内设有用于切换富集器工作状态的管路切换机构，箱体上还设有用于控制的控制单元。该装置操作简单，富集效果稳定，可靠性好，易于标准化推广。本发明还提出一种水生生物eDNA样品全自动采集方法。

Description

一种水生生物eDNA样品全自动采集装置及方法

技术领域

本发明涉及水生生态分析技术领域，具体涉及一种水生生物eDNA样品全自动采集装置。

背景技术

在对河流、湖泊、海洋等水体进行生态健康诊断时，需要对水生浮游生物样品进行取样调查，了解浮游生物的多样性情况。目前从水生态系统中进行浮游生物样本取样，主要是通过每年多次人工现场采集水样，将水样带回实验室进行富集后再进行后续纯化、提取、分析工作。或使用简单便携式采样设备在现场对水样进行富集后，带回实验室进行后续纯化、提取、分析工作。以上两种取样调查方法都存在耗时、耗力、工作效率低、设备集成度低、富集效果不统一、工艺难以标准化推广的问题。

发明内容

为克服现有技术的不足，本发明提出一种水生生物eDNA样品全自动采集装置，操作简单，富集效果稳定，可靠性好，易于标准化推广。

为实现上述目的，一种水生生物eDNA样品全自动采集装置，包括设置在采样点原位的箱体，箱体内设有用于富集环境水体中水生生物eDNA的操作单元，操作单元包括若干独立工作的富集器，箱体内设有富集管路系统，富集管路系统用于向操作单元供应环境水体，箱体上设有向富集管路系统供水的供水口和用于排出废水的排水口，箱体内设有用于切换富集器工作状态的管路切换机构，箱体上还设有用于控制的控制单元。

进一步地，富集器包括上节与下节，上节同心设置在下节的上部，上节与下节之间设有用于过滤并富集环境水体中所需样品的滤片，上节顶部连接有上接头，上接头上设有加液口和进水口，下节底部设有出水口，箱体内设有安装座，下节安装在安装座上，上节与上接头的连接处、下节与安装座的连接处分别设有O型圈。

进一步地，富集管路系统包括连接在供水口上的进水管道和连接在排水口上的排水管道，供水管道上设有若干分别连接到各进水口上的进水支管，排水管道上设有若干分别连接到各安装座上的排水支管，排水管道上还连接有真空泵。

进一步地，进水管道上设有第一电磁阀，进水管道上位于供水口与第一电磁阀之间设有流量计，进水管道上位于第一电磁阀和进水支管之间设有空气管道，空气管道上设有第二电磁阀，进水管道和排水管道之间还连接有直通管道，直通管道上设有第三电磁阀，各进水支管上分别设有第一支路电磁阀，各排水支管上分别设有第二支路电磁阀。

进一步地，管路切换机构包括分配阀和注射器，分配阀包括公共通道和切换阀体，公共通道的一端与注射器相连，另一端与切换阀体连接，切换阀体上设有若干阀口，分配阀上设有用于旋转切换阀体以切换公共通道所连接阀口的切换电机，注射器上设有用于驱动注射器活塞定量抽取或推送的驱动电机。

进一步地，各阀口上分别设有独立的四氟管，箱体内设有固定液容器和废液容器，固定液容器和废液容器分别通过四氟管与不同的阀口相连，各加液口分别通过四氟管与不同的阀口连接，一个四氟管与空气连通。

进一步地，控制单元包括主控模块、4G模块、电源和人机界面，主控单元采用PLC，主控单元与4G模块、电源、人机界面、操作单元、富集管路系统、管路切换机构电性连接。

本发明还提出一种水生生物eDNA样品全自动采集装置的采集方法，包括以下步骤：

S1：管路清洗，取样前，分别将上节同心直接插入到安装座上，人为将供水口置于清洗液中，启动真空泵，打开第一电磁阀、第一支路电磁阀和第二支路电磁阀，对各管路进行清洗；

S2：管路润洗，每次取样前，启动真空泵，打开第一电磁阀、第三电磁阀，按照设定润洗时间运行，实现水样对管路的润洗；

S3：通道取样，管路润洗后，将富集器上节与下节拆卸，下节同心安装在安装座内，将上接头同心插入上节，完成富集器的安装，打开第一支路电磁阀和第二支路电磁阀，关闭第三电磁阀，水样进入各通道流经滤片后排出，水中所需样品经滤片富集，实现样品的富集取样；

S4：通道排空，通道定量取样完成后，关闭第一电磁阀，打开第二电磁阀，在真空泵负压吸附过程中，空气进入各管路，将管道内和富集器内的残留液体排空，运行设定排空时间后，实现富集器排空；

S5：固定液加注，通道排空完成后，切换阀体旋转至固定液阀口位置，抽取定量固定液，切换阀体再旋转至相应取样管路富集器对应四氟管的阀口，注射器将固定液通过四氟管排至相应的取样管路富集器内，实现固定液的加注，固定完成后，取出滤片供分析使用，完成本周期的采样，重新安装富集器并设定运行时间，重复上述步骤，进行下一周期的采样

进一步地，在步骤S3中，富集水样的水量设置包括分时间定量和流速定量，时间定量通过通电运行时间来简单计量富集水量，流速定量先设定所需富集水量，水样经过流量计内部时产生脉冲信号，通过累积实时脉冲信号并计算来准确计量富集水量

进一步地，步骤S3中，取样的启动方式包括外部信号启动、预设时间启动和即时启动：

外部信号启动：与其他设备联动或者有专门水样供给系统时，其正常运行条件有所限制，将联动条件信号作为该装置的启动触发方式；

预设时间启动：为了分时分段取样，每个通道分别预设启动时间启动采样；

即时启动：每个通道分别设置即时启动按钮，实现单通道的即时启动。

本发明的一种水生生物eDNA样品全自动采集装置操作简单，自动化程度高，采样效率高，富集效果稳定，可靠性好，且节省人力、物力成本，易于标准化推广。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步描写和阐述。

图1是本发明首选实施方式的一种水生生物eDNA样品全自动采集装置的结构示意图。

图2是实施例1箱体打开状态下的结构示意图。

图3是实施例1箱体打开展示内部结构状态下的结构示意图。

图4是用于体现管路切换机构的结构示意图。

图5是用于体现富集器的结构示意图。

图6是实施例1的管路系统图；

图7是实施例2的结构示意图。

图8是实施例2的内部结构示意图。

附图标记：1、箱体；11、供水口；12、排水口；2、富集器；21、上节；22、下节；23、滤片；24、上接头；241、加液口；242、进水口；25、出水口；26、安装座；27、O型圈；311、进水管道；312、排水管道；321、进水支管；322、排水支管；33、第一电磁阀；34、流量计；35、第二电磁阀；351、空气管道；36、第三电磁阀；361、直通管道；37、真空泵；38、第一支路电磁阀；39、第二支路电磁阀；4、管路切换机构；41、分配阀；42、切换阀体；421、阀口；422、四氟管；43、固定液容器；44、废液容器；45、注射器；5、控制单元；51、人机界面；52、4G模块。

具体实施方式

下面将结合附图、通过对本发明的优选实施方式的描述，更加清楚、完整地阐述本发明的技术方案。

实施例1：如图1和图2所示，本发明首选实施方式的一种水生生物eDNA样品全自动采集装置，包括设置在采样点原位的箱体1，箱体1上设有可开合的箱门，箱体1的底部设有能够锁死的脚轮，箱体1的底部还具有支撑脚，这样就能够将箱体1运送至采样位置，并做好定位。

如图2和图3所示，箱体1内设有用于富集环境水体中水生生物eDNA的操作单元。

如图5所示，操作单元包括若干独立工作的富集器2，富集器2包括上节21与下节22，上节21同心设置在下节22的上部，上节21与下节22之间设有用于过滤并富集环境水体中所需样品的滤片23。上节21顶部连接有上接头24，上接头24上设有加液口241和进水口242。下节22底部设有出水口25，箱体1内的隔板上设有安装座26，下节22安装在安装座26上。此外上节21也可以直接安装在安装座26上，以供清洗或润洗时使用。上节21与上接头24的连接处、下节22与安装座26的连接处分别设有O型圈27，通过O型圈27的过盈配合形成密封管路。

如图3和图6所示，箱体1内设有富集管路系统，富集管路系统用于向操作单元供应环境水体，箱体1上设有向富集管路系统供水的供水口11和用于排出废水的排水口12。富集管路系统包括连接在供水口11上的进水管道311和连接在排水口12上的排水管道312，供水管道上设有若干分别连接到各进水口242上的进水支管321，排水管道312上设有若干分别连接到各安装座26上的排水支管322，排水管道312上还连接有负压真空泵37。

如图6所示，进水管道311上设有第一电磁阀33，进水管道311上位于供水口11与第一电磁阀33之间设有流量计34，进水管道311上位于第一电磁阀33和进水支管321之间设有空气管道351，空气管道351上设有第二电磁阀35，进水管道311和排水管道312之间还连接有直通管道361，直通管道361上设有第三电磁阀36，各进水支管321上分别设有第一支路电磁阀38，各排水支管322上分别设有第二支路电磁阀39。电磁阀均为常闭式电磁阀。

如图3和图6所示，箱体1内设有用于切换富集器2工作状态的管路切换机构4。

如图4所示，管路切换机构4包括分配阀41和注射器45，注射器45上设有用于驱动注射器45活塞定量抽取或推送的驱动电机，由驱动电机驱动注射器45活塞前后移动完成抽取或推送的动作。

如图4和图6所示，分配阀41包括公共通道和切换阀体42，公共通道的一端与注射器45相连，另一端与切换阀体42连接，切换阀体42上设有若干阀口421，分配阀41上设有用于旋转切换阀体42以切换公共通道所连接阀口421的切换电机。各阀口421上分别设有独立的四氟管422，箱体1内设有固定液容器43和废液容器44，固定液容器43和废液容器44分别通过四氟管422与不同的阀口421相连，各加液口241分别通过四氟管422与不同的阀口421连接，一个四氟管422与空气连通。将切换阀体42旋转至对应阀口421，注射器45内活塞抽取动作，实现对应阀口421的液体抽取；再将切换阀体42旋转至所需推送阀口421，注射器45内活塞执行推送动作，实现液体的推送。

如图1和图6所示，箱体1上还设有用于控制的控制单元5，控制单元5包括主控模块、4G模块52、电源和人机界面51，主控单元采用PLC，主控单元与4G模块52、电源、人机界面51、操作单元、富集管路系统、管路切换机构4电性连接。通过PLC编程，能够根据工艺需要预设参数自动控制各部件的动作，实现全自动定时、定量采集及保存过程。人机界面51选用工业触摸屏，可据工艺需要设定的自动、手动采样及参数设置操作。4G通讯模块可将装置运行状态实时传输至监控中心，实现装置运行状态的可视化，降低运营成本，提高服务效率的同时，易于实现设备的管理运营规模化。

实施例2：一种水生生物eDNA样品全自动采集装置，如图7与图8所示，与实施例1的区别主要在于，箱体1定置在采样现场，箱体1上的盖板为通过螺栓组件可拆卸地安装在箱体1上。此外，为了便于将箱体1放置在采样现场，箱体1的顶部四角设有吊环，便于使用吊机将箱体1吊起，从而移动箱体1。

本发明的一种水生生物eDNA样品全自动采集装置具有以下优点：通过PLC编程，能够根据预设参数自动运行所有动作实现富集采样，自动化程度高，富集效果稳定；

采用多管路设计，满足长时间多个富集取样和定期回收样品需要，减少频繁取样频率，且节省人力、物力、时间成本；

水样定量精确控制，富集水样误差小；

具备自动富集采集外，具备现场定量添加固定剂功能，能够延长样品的常温保存时间，从而提高所采样品的稳定性；

操作运行状态远程监控可视化。

本发明首选实施方式的一种水生生物eDNA样品全自动采集装置的采集方法，包括以下步骤：

S1：管路清洗，取样前，分别将上节21同心直接插入到安装座26上，人为将供水口11置于清洗液中，启动真空泵37，打开第一电磁阀33、第一支路电磁阀38和第二支路电磁阀39，对各管路进行清洗；

S2：管路润洗，每次取样前，为了减少管路内原残留液体或者滋生微生物对取样的影响，启动真空泵37，打开第一电磁阀33、第三电磁阀36，按照设定润洗时间运行，实现水样对管路的润洗；

S3：通道取样，管路润洗后，将富集器2上节21与下节22拆卸，下节22同心安装在安装座26内，将上接头24同心插入上节21，完成富集器2的安装，打开第一支路电磁阀38和第二支路电磁阀39，关闭第三电磁阀36，水样进入各通道流经滤片23后排出，水中所需样品经滤片23富集，实现样品的富集取样；

S4：通道排空，通道定量取样完成后，关闭第一电磁阀33，打开第二电磁阀35，在真空泵37负压吸附过程中，空气进入各管路，将管道内和富集器2内的残留液体排空，运行设定排空时间后，实现富集器2排空；

S5：固定液加注，通道排空完成后，切换阀体42旋转至固定液阀口421位置，抽取定量固定液，切换阀体42再旋转至相应取样管路富集器2对应四氟管422的阀口421，注射器45将固定液通过四氟管422排至相应的取样管路富集器2内，实现固定液的加注，固定完成后，取出滤片23供分析使用，完成本周期的采样，重新安装富集器2并设定运行时间，重复上述步骤，进行下一周期的采样。

在步骤S3中，富集水样的水量设置包括分时间定量和流速定量，时间定量通过通电运行时间来简单计量富集水量，流速定量先设定所需富集水量，水样经过流量计34内部时产生脉冲信号，通过累积实时脉冲信号并计算来准确计量富集水量。

在步骤S3中，取样的启动方式包括外部信号启动、预设时间启动和即时启动：

外部信号启动：与其他设备联动或者有专门水样供给系统时，其正常运行条件有所限制，将联动条件信号作为该装置的启动触发方式；

预设时间启动：为了分时分段取样，每个通道分别预设启动时间启动采样；

即时启动：每个通道分别设置即时启动按钮，实现单通道的即时启动。

上述具体实施方式仅仅对本发明的优选实施方式进行描述，而并非对本发明的保护范围进行限定。在不脱离本发明设计构思和精神范畴的前提下，本领域的普通技术人员根据本发明所提供的文字描述、附图对本发明的技术方案所作出的各种变形、替代和改进，均应属于本发明的保护范畴。本发明的保护范围由权利要求确定。

Claims (10)

1.一种水生生物eDNA样品全自动采集装置，其特征在于，包括设置在采样点原位的箱体(1)，所述箱体(1)内设有用于富集环境水体中水生生物eDNA的操作单元，所述操作单元包括若干独立工作的富集器(2)，所述箱体(1)内设有富集管路系统，所述富集管路系统用于向操作单元供应环境水体，所述箱体(1)上设有向富集管路系统供水的供水口(11)和用于排出废水的排水口(12)，所述箱体(1)内设有用于切换富集器(2)工作状态的管路切换机构(4)，所述箱体(1)上还设有用于控制的控制单元(5)。

2.根据权利要求1所述的一种水生生物eDNA样品全自动采集装置，其特征在于，所述富集器(2)包括上节(21)与下节(22)，所述上节(21)同心设置在下节(22)的上部，所述上节(21)与下节(22)之间设有用于过滤并富集环境水体中所需样品的滤片(23)，所述上节(21)顶部连接有上接头(24)，所述上接头(24)上设有加液口(241)和进水口(242)，所述下节(22)底部设有出水口(25)，所述箱体(1)内设有安装座(26)，所述下节(22)安装在安装座(26)上，所述上节(21)与上接头(24)的连接处、下节(22)与安装座(26)的连接处分别设有O型圈(27)。

3.根据权利要求2所述的一种水生生物eDNA样品全自动采集装置，其特征在于，所述富集管路系统包括连接在供水口(11)上的进水管道(311)和连接在排水口(12)上的排水管道(312)，所述供水管道上设有若干分别连接到各进水口(242)上的进水支管(321)，所述排水管道(312)上设有若干分别连接到各安装座(26)上的排水支管(322)，所述排水管道(312)上还连接有真空泵(37)。

4.根据权利要求3所述的一种水生生物eDNA样品全自动采集装置，其特征在于，所述进水管道(311)上设有第一电磁阀(33)，所述进水管道(311)上位于供水口(11)与第一电磁阀(33)之间设有流量计(34)，所述进水管道(311)上位于第一电磁阀(33)和进水支管(321)之间设有空气管道(351)，所述空气管道(351)上设有第二电磁阀(35)，所述进水管道(311)和排水管道(312)之间还连接有直通管道(361)，所述直通管道(361)上设有第三电磁阀(36)，各所述进水支管(321)上分别设有第一支路电磁阀(38)，各所述排水支管(322)上分别设有第二支路电磁阀(39)。

5.根据权利要求4所述的一种水生生物eDNA样品全自动采集装置，其特征在于，所述管路切换机构(4)包括分配阀(41)和注射器(45)，所述分配阀(41)包括公共通道和切换阀体(42)，所述公共通道的一端与注射器(45)相连，另一端与切换阀体(42)连接，所述切换阀体(42)上设有若干阀口(421)，所述分配阀(41)上设有用于旋转切换阀体(42)以切换公共通道所连接阀口(421)的切换电机，所述注射器(45)上设有用于驱动注射器(45)活塞定量抽取或推送的驱动电机。

6.根据权利要求5所述的一种水生生物eDNA样品全自动采集装置，其特征在于，各所述阀口(421)上分别设有独立的四氟管(422)，所述箱体(1)内设有固定液容器(43)和废液容器(44)，所述固定液容器(43)和废液容器(44)分别通过四氟管(422)与不同的阀口(421)相连，各所述加液口(241)分别通过四氟管(422)与不同的阀口(421)连接，一个所述四氟管(422)与空气连通。

7.根据权利要求6所述的一种水生生物eDNA样品全自动采集装置，其特征在于，所述控制单元(5)包括主控模块、4G模块(52)、电源和人机界面(51)，所述主控单元采用PLC，所述主控单元与4G模块(52)、电源、人机界面(51)、操作单元、富集管路系统、管路切换机构(4)电性连接。

8.根据权利要求7所述的一种水生生物eDNA样品全自动采集装置的采集方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：管路清洗，取样前，分别将上节(21)同心直接插入到安装座(26)上，人为将供水口(11)置于清洗液中，启动真空泵(37)，打开第一电磁阀(33)、第一支路电磁阀(38)和第二支路电磁阀(39)，对各管路进行清洗；

S2：管路润洗，每次取样前，启动真空泵(37)，打开第一电磁阀(33)、第三电磁阀(36)，按照设定润洗时间运行，实现水样对管路的润洗；

S3：通道取样，管路润洗后，将富集器(2)上节(21)与下节(22)拆卸，下节(22)同心安装在安装座(26)内，将上接头(24)同心插入上节(21)，完成富集器(2)的安装，打开第一支路电磁阀(38)和第二支路电磁阀(39)，关闭第三电磁阀(36)，水样进入各通道流经滤片(23)后排出，水中所需样品经滤片(23)富集，实现样品的富集取样；

S4：通道排空，通道定量取样完成后，关闭第一电磁阀(33)，打开第二电磁阀(35)，在真空泵(37)负压吸附过程中，空气进入各管路，将管道内和富集器(2)内的残留液体排空，运行设定排空时间后，实现富集器(2)排空；

S5：固定液加注，通道排空完成后，切换阀体(42)旋转至固定液阀口(421)位置，抽取定量固定液，切换阀体(42)再旋转至相应取样管路富集器(2)对应四氟管(422)的阀口(421)，注射器(45)将固定液通过四氟管(422)排至相应的取样管路富集器(2)内，实现固定液的加注，固定完成后，取出滤片(23)供分析使用，完成本周期的采样，重新安装富集器(2)并设定运行时间，重复上述步骤，进行下一周期的采样。

9.根据权利要求8所述的一种水生生物eDNA样品全自动采集装置的采集方法，其特征在于，在步骤S3中，富集水样的水量设置包括分时间定量和流速定量，时间定量通过通电运行时间来简单计量富集水量，流速定量先设定所需富集水量，水样经过流量计(34)内部时产生脉冲信号，通过累积实时脉冲信号并计算来准确计量富集水量。

10.根据权利要求8所述的一种水生生物eDNA样品全自动采集装置的采集方法，其特征在于，在步骤S3中，取样的启动方式包括外部信号启动、预设时间启动和即时启动：

外部信号启动：与其他设备联动或者有专门水样供给系统时，其正常运行条件有所限制，将联动条件信号作为该装置的启动触发方式；

预设时间启动：为了分时分段取样，每个通道分别预设启动时间启动采样；

即时启动：每个通道分别设置即时启动按钮，实现单通道的即时启动。

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