CN117355374A - 用于从温度-补偿吸光度测量来确定分析物浓度的微流体歧管和方法 - Google Patents

用于从温度-补偿吸光度测量来确定分析物浓度的微流体歧管和方法 Download PDF

Info

Publication number
CN117355374A
CN117355374A CN202280031380.8A CN202280031380A CN117355374A CN 117355374 A CN117355374 A CN 117355374A CN 202280031380 A CN202280031380 A CN 202280031380A CN 117355374 A CN117355374 A CN 117355374A
Authority
CN
China
Prior art keywords
sample fluid
measurement device
microfluidic
temperature
temperature sensor
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202280031380.8A
Other languages
English (en)
Inventor
T·斯旺森
A·瓦卡里
T·谢弗
R·利特威勒
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Precision Planting LLC
Original Assignee
Precision Planting LLC
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Precision Planting LLC filed Critical Precision Planting LLC
Publication of CN117355374A publication Critical patent/CN117355374A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L3/00—Containers or dishes for laboratory use, e.g. laboratory glassware; Droppers
    • B01L3/50—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes
    • B01L3/502—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures
    • B01L3/5027—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures by integrated microfluidic structures, i.e. dimensions of channels and chambers are such that surface tension forces are important, e.g. lab-on-a-chip
    • B01L3/502715—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures by integrated microfluidic structures, i.e. dimensions of channels and chambers are such that surface tension forces are important, e.g. lab-on-a-chip characterised by interfacing components, e.g. fluidic, electrical, optical or mechanical interfaces
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N33/00—Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
    • G01N33/24—Earth materials
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N33/00—Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
    • G01N33/24—Earth materials
    • G01N33/245—Earth materials for agricultural purposes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2200/00—Solutions for specific problems relating to chemical or physical laboratory apparatus
    • B01L2200/02—Adapting objects or devices to another
    • B01L2200/026—Fluid interfacing between devices or objects, e.g. connectors, inlet details
    • B01L2200/027—Fluid interfacing between devices or objects, e.g. connectors, inlet details for microfluidic devices
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2200/00—Solutions for specific problems relating to chemical or physical laboratory apparatus
    • B01L2200/14—Process control and prevention of errors
    • B01L2200/143—Quality control, feedback systems
    • B01L2200/147—Employing temperature sensors
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2200/00—Solutions for specific problems relating to chemical or physical laboratory apparatus
    • B01L2200/14—Process control and prevention of errors
    • B01L2200/148—Specific details about calibrations
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2300/00—Additional constructional details
    • B01L2300/08—Geometry, shape and general structure
    • B01L2300/0887—Laminated structure

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Food Science & Technology (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Geology (AREA)
  • General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Dispersion Chemistry (AREA)
  • Hematology (AREA)
  • Clinical Laboratory Science (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Sampling And Sample Adjustment (AREA)
  • Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)

Abstract

本申请公开了一种自动计算机控制的采样系统和相关方法，其用于针对各种化学性质来收集、处理和分析农业样本，各种化学性质诸如为植物可利用营养物。采样系统允许以同时并发或半并发的方式针对不同分析物或化学性质处理和分析多个样本。有利地，该采样系统可以在“收集”的条件下处理土壤样本，无需首先进行干燥或研磨以产生样本浆料。该采样系统包括多层微流体歧管化学分析基板，其被配置成提供分析物的温度补偿浓度或与样本相关联的其他化学性质。为此，该系统采用了可编程控制器、温度传感器和光学吸光度测量装置。该采样系统可用于分析各种类型的农业相关样本，该农业相关样本包括土壤、植被、肥料、奶质物或其他样本。

Description

用于从温度-补偿吸光度测量来确定分析物浓度的微流体歧 管和方法
相关申请的交叉引用
本申请要求于2021年6月22日提交的美国临时申请US63/213,319的优先权，该临时申请的全部内容通过引用并入本文。
背景技术
本发明总体上涉及农业采样和分析，并且更具体地涉及用于执行土壤和其他类型的与农业相关的采样和化学性质分析的全自动系统。
周期性的土壤测试是农业技术的重要方面。测试结果提供了有关土壤化学组分的有价值信息，诸如植物可利用营养物和其他重要的性质(例如，氮、镁、磷、钾、pH值等的水平)，使得可以向土壤中添加各种改良剂，以最大化农作物的质量和产量。
在一些现有的土壤采样过程中，将所收集的样本进行干燥、研磨、添加水，并且然后对其进行过滤以获得适于分析的土壤浆料。将萃取剂添加到浆料中以提取出植物可利用营养物。然后过滤浆料，以产生澄清溶液或上清液，将所述澄清溶液或上清液与化学试剂混合以用于进一步分析。
期望在测试土壤、植被和肥料方面的改进。
发明内容
本发明提供了一种自动计算机控制的采样系统(在下文中被称为“土壤采样系统”)和相关方法，其用于针对各种化学性质来收集、处理和分析土壤样本，所述各种化学性质诸如为植物可利用营养物。采样系统允许以同时并发或半并发的方式相对连续且快速相继地针对不同分析物(例如，植物可利用营养物)和/或化学性质(例如，pH值)处理和分析多个样本。有利地，该采样系统可以在“收集”的条件下处理土壤样本，而无需进行先前描述的干燥和研磨步骤。
本系统通常包括样本制备子系统和化学分析子系统，所述样本制备子系统接收由探头收集子系统收集的土壤样本并且产生用于进一步处理和化学分析的浆料(即，土壤、植被和/或肥料和水的混合物)；所述化学分析子系统从样本制备子系统接收并处理所制备的浆料样本，以量化样本的分析物和/或化学性质。所描述的化学分析子系统可以用于分析土壤、植被和/或肥料的样本。
在一个实施例中，样本制备系统通常包括混合器-过滤器设备，其将处于“采样”(例如，未干燥和未研磨)条件下的所收集的原始土壤样本与水混合以形成样本浆料。然后，混合器-过滤器设备在从该混合器-过滤器设备中提取样本浆料期间过滤该样本浆料，以用于在化学分析子系统中进行处理。过滤器可以是独立的。化学分析子系统处理样本浆料并且执行以下一般功能：添加/混合萃取剂和变色试剂、将浆料样本离心或经由微孔过滤器过滤浆料样本以产生澄清的上清液、以及最终进行感测或分析以用于诸如经由比色分析来检测分析物和/或化学性质。在各种实施例中，化学分析子系统的全部或部分可以并入具有合适构型的一个或多个微流体装置中。
尽管本文可以关于代表所公开实施例的一种用途的处理土壤样本来描述采样系统(例如，样本收集、制备和处理)，但是应当理解的是，包括该设备的相同系统和相关过程还可以被用于处理其他类型的与农业相关样本，其包括但不限于植被/植物、草料、肥料、饲料、奶质物或其他类型的样本。因此，本文公开的本发明的实施例应当被广泛地视为农业采样系统。因此，本发明显然不限于仅针对感兴趣的化学性质来处理和分析土壤样本。
附图说明
通过详细描述和附图将更加全面地理解本发明，其中相同的元件被类似地标记，并且在附图中：
图1是根据本公开的农业采样分析系统的示意性流程图，其示出了农业采样分析系统的每个子系统的高级功能方面；
图2是基于可编程处理器的中央处理单元(CPU)或系统控制器的示意性系统图，所述基于可编程处理器的中央处理单元(CPU)或系统控制器被配置并且可操作以用于控制本文公开的微流体处理歧管系统和设备的微流体装置；
图3是用于测量农业浆料样本流体中的分析物的多层微流体歧管化学分析基板的第一透视图；
图4是其第二透视图；
图5是其第一分解透视图；
图6是其第二分解透视图；
图7是其端视图；
图8是其侧视图；
图9是其第一主侧面的第一平面图；
图10是其第二主侧面的第二平面图；
图11是其液体层的平面图，其示出了多个微流体装置以及将这些微流体装置和吸光度测量装置流体联接在一起的微通道；
图12是化学分析基板的吸光度测定装置的第一透视图；
图13是其第二透视图；
图14是其横向剖透视图；
图15是其侧横向剖视图；
图16是化学分析基板的区段的透视图，其示出吸光度测量装置、温度传感器以及微型泵的一部分；
图17是取自图16的放大细节；
图18是包括可编程控制器和浆料处理和分析基板的系统框图；
图19是示出用于基于所测量的吸光度来确定农业样本流体中的分析物的浓度的基础校准曲线的图；和
图20是曲线图，其示出温度补偿曲线基于农业样本流体的所测量的温度对图19的基础校准曲线进行校正。
所有附图不一定按比例绘制。除非另有明确说明，否则在一张图中出现并编号但在其它图中出现但未编号的部件是相同的部件。除非另有明确说明，否则在本文中通过对可以出现在带有相同完整编号但具有不同字母后缀的多个附图中的完整附图编号来对附图参考应被解释为对所有这些附图的总体参考。
具体实施方式
本文通过参考示例性(“示例”)实施例来说明和描述本发明的特征和益处。示例性实施例的描述旨在结合附图来阅读，这些附图应当被认为是整个书面描述的一部分。因而，本公开明确地不应当受限于这样的示例性实施例，其说明了可以单独存在或以特征的其它组合存在的特征的一些可能的非限制性组合。
在本文公开的实施例的描述中，对方向或取向的任何参考都仅仅为了描述的方便，而不以任何方式限制本发明的范围。相对术语(诸如“下部”、“上部”、“水平”、“竖直”、“上方”、“下方”、“向上”、“向下”、“顶部”和“底部”)及其派生词(例如，“水平地”、“向下地”、“向上地”等)应当被解释为是指如继而在所讨论的附图中所描述或所示出的取向。这些相对术语仅仅为了方便描述，而不要求设备以特定取向进行构造或操作。除非另有明确描述，否则诸如“附接”、“附连”、“连接”、“联接”、“互连”的术语和类似术语是指这样的关系：结构直接地或者通过干预结构间接地而彼此固定或附接，以及都通过可移动的或刚性的附接或关系而彼此固定或附接。
如贯穿本文所使用的，本文公开的任何范围都被用作用于描述该范围内的每一个值的简写。在该范围内的任何值都可以被选择为此范围的界限点。此外，本文所引用的所有专利文献(即，在先申请或授权专利)都通过引用整体并入本文。在本公开中的定义与所引用的参考文献中的定义发生冲突的情况下，以本公开为准。
图1是描述根据本公开的农业采样系统3000的功能方面的高级示意性流程图。该系统包括多个协同和依序操作的子系统。本文公开的子系统共同地提供对从农田收集的土壤样本的完整处理和化学分析、样本制备和处理、以及最终化学分析。在一个实施例中，采样的农业物质可以是土壤；然而，可以在同一系统中处理和分析其他类型的农业物质，所述其他类型的农业物质包括但不限于植被/植物、农作物残留物、草料、肥料、饲料、奶质物以及农业、畜牧业、乳制品或类似技术领域中感兴趣的其他与农业相关的物质。例如，在对农作物生产和产量很重要的土壤采样方面，农业采样系统3000有利地允许同时针对不同的各种植物可利用营养物或其他参数(诸如但不限于pH、BpH(缓冲液pH)等)对多个样本进行处理和化学分析。该信息可以用于生成农田的营养物/参数地图，以确定农田的不同区域中所需的土壤改良剂的适当数量，以最大化农作物总产量。
在一个实施例中，农业采样系统3000的各部分可以结合在机动化采样车辆上，所述机动化采样车辆被配置成行驶横穿农田以收集和处理来自该农田的各个区域的土壤样本。这允许“即时”准确地生成田地的全面营养物和化学性质概况，以基于对样本中的植物可利用营养物和/或化学性质的量化来快速方便地识别田地的每个区域或地区实时必需的所需土壤改良剂和施用量。
土壤采样系统3000通常包括样本探头收集子系统3001、样本制备子系统3002和化学分析子系统3003。在美国专利申请公报US2018/0124992A1中完整描述了样本收集子系统3001和机动化采样车辆。样本收集子系统3001通常执行从田地提取和收集土壤样本的功能。样本可以呈土塞或土芯的形式。所收集的土芯被输送到保持腔室或容器中，以由样本制备子系统3002进一步处理。在下述文献中描述了其他采样系统：于2021年5月20日提交的美国申请US63/191204；于2021年6月09日提交的US17/343434；于2021年6月09日提交的US63/208865；于2021年6月22日提交的US63/213319；于2021年8月31日提交的US63/260772；于2021年8月31日提交的US63/260776；于2021年8月31日提交的US63/260777；于2021年9月17日提交的US63/245278；于2021年11月15日提交的US63/264059；于2021年11月15日提交的US63/264062；于2021年11月15日提交的US63/264065；于2017年11月07日提交的US15/806014(US20180124992A1)；于2021年6月09日提交的US17/343536；以及于2021年2月10日提交的国际申请PCT/IB2021/051076；以及于2021年2月10日提交的PCT申请PCT/IB2021/051077；于2021年4月07日提交的PCT/IB2021/052874；于2021年4月07日提交的PCT/IB2021/052875；以及于2021年4月07日提交的PCT/IB2021/052876；于2019年7月10日提交的PCT/IB2021/052872；于2021年5月20日提交的PCT/IB2021/054344；于2021年5月20日提交的PCT/IB2021/054345；于2021年5月20日提交的PCT/IB2021/054346；于2021年5月20日提交的PCT/IB2021/054347；于2021年5月20日提交的PCT/IB2021/054348；于2021年5月20日提交的PCT/IB2021/054349；于2021年5月20日提交的PCT/IB2021/054350；于2021年5月20日提交的PCT/IB2021/054351；于2021年5月20日提交的PCT/IB2021/054352；于2021年5月20日提交的PCT/IB2021/054353；以及于2021年5月20日提交的PCT/IB2021/054354。本文公开的微流体歧管化学分析基板6000可与前述专利文件及其他专利文件中公开的系统和装置中的任一者结合使用。
样本制备子系统3002通常执行以下功能：将土壤样本芯接收在混合器-过滤器设备中、定量土壤样本的体积/质量、基于土壤的体积/质量添加预定量或预定体积的过滤水、和混合土壤和水的混合物以产生土壤样本浆料、从混合器-过滤器设备移除或输送浆料、以及对混合器-过滤器设备进行自清洁，以用于处理下一个可用的土壤样本。在一些实施例中，过滤器可以独立于混合器。
化学分析子系统3003通常执行以下功能：从子系统3002的混合器-过滤器设备接收土壤浆料；添加萃取剂；在第一腔室中混合萃取剂和浆料以提取出感兴趣的分析物(例如，植物可利用营养物)；离心萃取剂-浆料混合物以产生澄清液或上清液；将上清液移除或输送到第二腔室；注入试剂；在保持时间段内保持上清液-试剂混合物以允许与试剂进行完全化学反应；诸如通过比色分析来测量吸光度；和协助清洁化学分析装备。在一些实施例中，如本文进一步描述的那样，化学分析子系统3003可以体现在微流体装置或设备中。
下文和在流程图(参见例如图1)中描述的过程可以由可编程系统控制器2820自动控制和执行。控制器可以是控制器处理系统的一部分，所述控制器处理系统诸如是本文进一步描述的和图2中示出的控制器处理系统或者如共同待决的美国专利申请公报US2018/0124992A1中所公开的控制器处理系统。可编程系统控制器2820可操作地联接到本文公开的化学分析子系统3003的部件(例如，泵、阀、离心机、压缩机(空气供应器)，等)，用于通过该系统控制流体(例如，水、空气、浆料、萃取剂、试剂、上清液等)的处理顺序和流动，以便对土壤或其他类型的农业样本进行充分处理和分析。图2描绘了可应用于本申请的可编程系统控制器2820的一个实施例。
上清液分离器
在一些实施例中，可以使用离心机或合适的过滤器介质(诸如代替离心机的超细的微孔过滤器)从土壤样本浆料和萃取剂混合物中分离出液体部分，以产生用于化学分析的澄清上清液。合适的离心机包括在共同拥有的WO2020/012369中描述的离心机3400和离心管。替代地，用于产生上清液的微孔过滤器5757包括诸如在共同拥有的国际申请PCT/IB2021/052872和于2021年6月9日提交的美国专利申请US17/343434中描述的那些微孔过滤器。在一些实施例中，具有合适形状和结构的微孔烧结金属过滤器介质可以用于微孔过滤器。优选地，所选择的过滤器介质材料和形状适合进行反冲刷。所选择的微孔过滤器介质被配置成从浆料和萃取剂混合物产生适合于化学分析的澄清上清液，所述澄清上清液适合于在本文进一步描述的微流体歧管化学分析基板6000中的化学品。
本文公开的农业采样系统、子系统和相关过程/方法可以用于针对感兴趣的相关参数来处理和测试土壤、植被/植物、肥料、饲料、奶质物或其他农业物质。特别地，本文公开的系统的化学分析部分(化学分析子系统3003)的实施例可以用于测试超出土壤和植物/植被采样的其他区域中的与化学相关的许多参数和分析物(例如，感兴趣的营养物/化学品)。一些非限制性示例(包括土壤和植物)如下所述。
土壤分析：硝酸盐、亚硝酸盐、总氮、铵、磷酸盐、正磷酸盐、多磷酸盐、总磷酸盐、钾、镁、钙、钠、阳离子交换容量、pH值、阳离子的盐基饱和度百分比、硫、锌、锰、铁、铜、硼、可溶性盐、有机质、过量石灰、活性炭、铝、氨基糖硝酸盐、氨氮、氯化物、C:N比、电导率、钼、质地(沙子、淤泥、粘土)、囊肿线虫卵计数、矿化氮和土壤孔隙空间。
植物/植被：氮、硝酸盐、磷、钾、镁、钙、钠、阳离子的盐基饱和度百分比、硫、锌、锰、铁、铜、硼、氨氮、碳、氯化物、钴、钼、硒、总氮和活植物寄生线虫。
肥料：水分/总固体、总氮、有机氮、磷酸盐、钾肥、硫、钙、镁、钠、铁、锰、铜、锌、pH值、总碳、可溶性盐、C/N比、氨氮、硝酸盐氮、氯化物、有机物、灰分、电导率、凯氏氮、大肠杆菌、粪大肠菌群、沙门氏菌、总凯氏氮、总磷酸盐、钾肥、硝酸盐氮、水溶性氮、水不溶性氮、氨氮、腐殖酸、pH值、总有机碳、堆积密度(填充的)、水分、硫、钙、硼、钴、铜、铁、锰、砷、氯化物、铅、硒、镉、铬、汞、镍、钠、钼和锌。
饲料：丙氨酸、组氨酸、脯氨酸、精氨酸、异亮氨酸、丝氨酸、天冬氨酸、亮氨酸、苏氨酸、胱氨酸、赖氨酸、色氨酸、谷氨酸、蛋氨酸、酪氨酸、甘氨酸、苯丙氨酸、缬氨酸(需要粗蛋白)、砷、铅、镉、锑、汞。
维生素E(β-生育酚)、维生素E(α-生育酚)、维生素E(δ-生育酚)、维生素E(γ-生育酚)、维生素E(总量)、水分、粗蛋白、钙、磷、酸性洗涤纤维(ADF)、灰分、总可消化养分(TDN)、能量(可消化和可代谢)、净能量(增益、泌乳、维持)、硫、钙、镁、钠、锰、锌、钾、磷、铁、铜(不适用于预混合物)、饱和脂肪、单不饱和脂肪、欧米伽3脂肪酸、多不饱和脂肪、反式脂肪酸、欧米伽6脂肪酸(需要粗脂肪或酸性脂肪)、葡萄糖、果糖、蔗糖、麦芽糖、乳糖、黄曲霉毒素(B1、B2、G1、G2)、DON、伏马菌素、赭曲霉毒素、T2-毒素、玉米赤霉烯酮、维生素B2、B3、B5、B6、B7、B9和B12、卡路里、氯化物、粗纤维、木质素、中性洗涤纤维、非蛋白质氮、硒美国专利、总碘、总淀粉、维生素A、维生素D3和游离脂肪酸。
牧草：水分、粗蛋白、酸性洗涤纤维ADF、中性洗涤纤维(NDF)、总可消化养分(TDN)、净能量(增益、泌乳、维持)、相对饲料值、硝酸盐、硫、铜、钠、镁、钾、锌、铁、钙、锰、钠、磷、氯化物、纤维、木质素、钼、普鲁西酸和硒USP。
奶质物：乳脂、纯蛋白质、体细胞计数、乳糖、其他固体、总固体、添加的水、奶质物尿素氮、酸度、pH值、抗生素测试和微生物。
控制系统
图2是示出控制或处理系统2800的示意性系统图，所述控制或处理系统包括如本文所引用的基于可编程处理器的中央处理单元(CPU)或系统控制器2820。系统控制器2820可以包括一个或多个处理器、非暂态有形计算机可读介质、可编程输入/输出外围设备、以及通常与基于功能完整的处理器的控制器相关联的所有其他必要的电子配件。包括控制器2820的控制系统2800经由合适的通信链路可操作地且可通信地链接到本文其他各处描述的不同土壤样本处理和分析系统和装置，以便以完全集成和按顺序的方式控制这些系统和装置的操作。
参考图2，包括可编程控制器2820的控制系统2800可以安装在任何位置处的固定支撑件上，或者相反地安装在可平移的自推进式或牵引式机器(例如，车辆、拖拉机、联合收割机等)上，该机器根据一个实施例可以包括农业机具(例如，种植机、中耕机、犁、喷洒器、撒布机、灌溉工具等)。在一个示例中，机器执行联接到用于农业操作的机具的拖拉机或车辆的操作。在其他实施例中，控制器可以是固定站或设施的一部分。
无论控制系统2800是在可平移机器上还是在可平移机器之外，控制系统2800通常都包括控制器2820、非暂态有形计算机或机器可访问且可读介质(诸如，存储器2805)以及网络接口2815。计算机或机器可访问且可读介质可以包括任何合适的易失性存储器和非易失性存储器或可操作地且可通信地耦合到一个或多个处理器的装置。可以使用易失性或非易失性存储器的任何合适的组合和类型，作为示例包括但不限于随机存取存储器(RAM)及其各种类型、只读存储器(ROM)及其各种类型、硬盘、固态驱动器、闪存、或可以由可操作地连接到介质的处理器写入和/或读取的其他存储器和装置。易失性存储器和非易失性存储器二者可以用于存储程序指令或软件。在一个实施例中，计算机或机器可访问且可读非暂态介质(例如，存储器2805)包含可执行的计算机程序指令，当所述计算机程序指令由系统控制器2820执行时，使得该系统执行包括测量土壤和植被样本的性质和测试的本公开的操作或方法。虽然在示例性实施例中机器可访问和可读非暂态介质(例如，存储器2805)示出为单个介质，但是该术语应当被视为包括存储一组或多组控制逻辑或指令的单个介质或多个介质(例如，集中式或分布式数据库、和/或相关联的高速缓存和服务器)。术语“机器可访问且可读非暂态介质”还应当被视为包括任何介质，所述任何介质能够存储、编码或携带由机器执行的一组指令并且使机器实施本公开的方法中的任何一种或多种方法。因此术语“机器可访问且可读非暂态介质”也应当被视为包括但不限于固态存储器、光学和磁性介质以及载波信号。
网络接口2815与其他地方描述的农业(例如，土壤或其他)样本处理和分析系统(及其相关联的装置)(在图4中统称为2803)以及可以包括但不限于具有其自己的控制器和装置的机具2840的其他系统或装置通信。因此，样本和分析系统2803具体包括诸如但不限于化学分析基板6000的装置以及由该装置实施的处理，所述处理可以由控制器2820排序和控制。
可编程控制器2820可以包括一个或多个微处理器、处理器、芯片上系统(集成电路)、一个或多个微控制器或它们的组合。该处理系统包括用于执行一个或多个程序的软件指令的处理逻辑2826以及用于从网络接口2815和/或农业样本处理和分析系统2803发射和接收通信信息的通信模块或单元2828(例如，发射器、收发器)，所述农业样本处理和分析系统包括样本制备子系统3002和本文描述的部件，所述部件进一步包括闭合的浆料再循环流动回路8002部件。通信单元2828可以与控制系统2800(例如，控制器2820)集成或者与可编程处理系统分开。
指导包括一个或多个处理器的系统控制器2820的操作的控制系统2800的可编程处理逻辑2826可以处理从通信单元2828或网络接口2815接收的通信信息，所述通信信息包括农业数据(例如，测试数据、测试结果、GPS数据、液体施用数据、流速等)以及土壤样本处理和分析系统2803所生成的数据。控制系统2800的存储器2805被配置用于预编程的变量值或设定点/基线值，从而存储所收集的数据以及用于控制控制器2820的操作的计算机指令或执行程序(例如，软件2806)。存储器2805可以存储例如软件部件(诸如用于分析土壤和植被样本以实施本公开的操作的测试软件、或任何其他软件应用程序或模块)、图像2808(例如，所捕获的农作物的图像)、警报、地图等。系统2800还可以包括音频输入/输出子系统(未示出)，其可以包括麦克风和扬声器，用于例如接收和发送语音命令或者用于用户认证或授权(例如，生物测定)。
系统控制器2820经由通信链路2830与存储器2805双向通信、经由通信链路2832与网络接口2815双向通信、经由通信链路2834、2835与显示装置2830以及可选的第二显示装置2825双向通信、以及经由通信链路2836与I/O端口2829双向通信。系统控制器2820还可以如图所示经由网络接口2815通过有线/无线通信链路5752与土壤样本处理和分析系统2803通信和/或直接地与土壤样本处理和分析系统2803通信。
显示装置2825和2830可以为用户或操作者提供可视的用户界面。显示装置可以包括显示控制器。在一个实施例中，显示装置2825是具有触摸屏的便携式平板装置或计算装置，该触摸屏显示数据(例如，土壤的测试结果、植被的测试结果、液体施用数据、所捕获的图像、局部视图地图层、所施用的液体施用数据、所种植或所收获的数据或其它农业变量或参数的高清晰度田地地图、产量图、警报等)以及由农业数据分析软件应用程序生成的数据，并且从用户或操作者接收对田地区域的分解图的输入，从而监视和控制田地操作。操作可以包括机器或机具的构型、对数据的报告、对包括传感器和控制器的机器或机具的控制，以及对所生成的数据的存储。显示装置2830可以是显示器(例如，由原始设备制造商(OEM)提供的显示器)，其显示用于局部视图地图层的图像和数据、所施用的液体施用数据、所种植或所收获的数据、产量数据，从而控制机器(例如，种植机、拖拉机、联合机、喷洒器等)，操纵机器，并利用位于机器或机具上的传感器和控制器来监控该机器(例如，种植机、联合机、喷洒器等)或连接到该机器的机具。
带温度补偿的微流体样本分析系统
图3-20示出了包括多边形微流体歧管化学分析基板6000的微流体歧管的实施例的各个方面，该多边形微流体歧管化学分析基板被配置成用于化学分析农业浆料样本，通过任何适当的装置单独处理所述农业浆料样本以生产上清液，所述任何适当的装置例如包括但不限于在2021年6月22日提交的共同拥有的美国临时申请US63/213,319和2021年6月9日提交的美国专利US17/343,536中公开的浆料处理基板5000；或在共同拥有的WO2020/012369中描述的离心机3400。在图18的框图中示意性示出了上清液分离设备。
分析基板6000是多层结构，所述多层结构包括多个层6001，所述多个层可以经由粘合剂、热/热量粘合或本文先前描述的其他制造技术永久地粘合在一起。
在本实施例中，从农业浆料中提取分析物并且随后分析针对感兴趣的分析物的浓度或浆料的其他化学性质(例如，pH或BpH)的经离心或过滤后的浆料(例如，上清液)的功能被分成两个离散且专用的微流体歧管装置。图18是整个农业样本处理和分析系统的系统框图。例如，通过产生上清液来制备用于化学分析的样本流体的萃取剂和浆料混合功能可以单独地由微流体歧管浆料处理基板5000来实施。试剂和上清液混合功能以及对样本流体中的分析物的分析和测量可以由化学分析基板6000来实施。化学分析基板6000包括试剂/上清液混合物测量装置(诸如流动/浆料分析单元4027)，其在一个实施例中可以由光学吸光度测量装置6050形成。光学吸光度测量装置6050被配置成测量和量化样本流体中的分析物的浓度(例如ppm–百万分之一)。化学分析基板6000可以接收来自流体联接在基板5000和6000之间的离心机3400或超细的微孔过滤器5757的上清液。在后一种情况下，上清液可以被认为是来自微孔过滤器5757的滤液。
本文所用的术语“样本流体”应被解释为广泛地表示源自农业样本的流体，所述流体诸如为试剂-上清液混合物、萃取剂-浆料混合物、由农业物质和诸如水的载体形成的原浆料等。
化学分析基板6000通常可以包括相同的流动控制装置和流动导管，诸如之前在于2021年6月22日提交的共同拥有的美国临时申请US63/213,319中针对浆料处理基板5000描述的内部气动式微流体装置。
这包括多个隔膜操作的微型泵5015和微型阀4018、化学分析单元或装置4027、以及将装置流体地联接在一起的分支微通道4012的网络。图11示出了微流体装置之间的流体互连的一种非限制性实施例和布置。
与浆料处理基板5000类似地，在一个非限制性实施例中，化学分析基板6000可以具有五层夹层结构，从而认识到根据旨在实施的农业浆料处理的类型在其他实施例中可以根据需要提供更多或更少的层。按照从平坦的外第一主表面或侧面6022到相对的平坦的外第二主表面或侧面6023的顺序，封装的处理基板6000的相邻层包括第一外层6002、位于所述第一外层上的液体层6003、位于所述液体层上的空气层6004、位于所述空气层上的流体分布层6005(例如，空气和液体，包括但不限于上清液、试剂、所述上清液和试剂的混合物、加压清洁/冲洗水，等)以及位于所述流体分布层上的第二外层6006。外层6002限定第一主表面或侧面6022，而相对的外层6006限定第二主表面或侧面6023。基板6000的其余层是内层。基板还包括顶侧6020、相对的底侧6021和一对相对的横向侧6024。主表面或侧面6022、6023具有比微流体歧管化学分析基板6000的其他侧面更大的表面面积。值得注意的是，除了指定6000序列号来代替原始5000序列号之外，前述层和侧面名称使用与浆料处理基板5000相同的参考数字。这示出了两个基板各部分之间的相关性，但由于它们功能不同，因此各层及其组成部件的构型和布局略有不同。
与浆料处理基板5000类似地，外层6006包括多个快速连接的液体配件5011和快速连接的空气阀5010。流体分布层6005邻近外层6006并且包括多个流体分离和/或互连的微通道4012，用于将空气和液体从其施用源经由配件5010、5011输送到并且进而输送到微流体歧管化学分析基板6000中的微流体装置(例如，微型阀4018和微型泵5015)。每个微型泵5015和微型阀4018在某种非限制性实施例中包括具有弹性记忆的单独的薄且可弹性变形的弹性体隔膜5763。液体层6003的下侧包括将微型阀4018和微型泵5015流体联接在一起的多个微通道4012。图11示出了由微通道4012形成的这些微流体装置/部件之间的流体互连。
在一个非限制性实施例中，化学分析基板6000的装置和微通道可以被配置成用于将一种或多种指示剂或试剂(本文统称为试剂)与上清液(过滤后的)混合，以产生改变试剂-上清液混合物的颜色或浊度的化学反应。该试剂操作以改变在一种或多种指定波长条件下的光的光学吸光度。
光学吸光度测量装置6050被配置成测量和量化农业样本流体中的分析物(例如，土壤营养物或其他)的浓度或其他化学性质(诸如pH和/或BpH)。
在如图所示的一个实施例中，微流体歧管化学分析基板6000可以具有长方体构型；然而，可以使用其他多边形形状。在图11所示的一个非限制性优选实施例中，化学分析基板6000可以以竖直取向使用，以获得受重力辅助的农业样本流体从顶部到底部流过基板的益处。可以在其他实施方式中使用长方体基板6000的其他竖直取向(例如，长侧部水平延伸而不是图51中所见的竖直延伸)、水平取向或相对于竖直和水平成角度的取向。
用于构造化学分析基板6000的各个主层的材料可以包括刚性热塑性塑料与柔性弹性体材料的组合，所述柔性弹性体材料用于与微型泵5015和微型阀4018中的每一个相关联的可变形隔膜。在一个实施例中，可以使用透明的聚合物材料，以允许目视观察在化学分析基板6000中正在被处理的流体。刚性塑料可以用于形成化学分析基板6000的整体刚性基板或主体，其限定其暴露出的外表面并且包括内部和腔室，所述内部具有图案以创建多条内部微通道4012，所述腔室用于创建主动微流体流动控制装置(例如，隔膜操作的泵、阀、混合室等)。可以使用的热塑性塑料(聚合物)的示例包括例如但不限于PMMA(通常称为丙烯酸的聚甲基丙烯酸甲酯)、PC(聚碳酸酯)、PS(聚苯乙烯)等。
可用于微型阀和微型泵的隔膜的合适的弹性体材料的示例包括例如但不限于硅树脂、PDMS(聚二甲基硅氧烷)、氟硅橡胶、氯丁橡胶等。随着时间的推移，用于保持微流体阀/泵关闭的加压空气将渗透穿过弹性体隔膜，从而导致在装置的液体侧中形成气泡。这些气泡会对获得适当液体体积的能力产生负面影响，这是因为气泡取代了正在被操纵的原本精确的流体体积。因为氟硅橡胶的低透气性有助于减小随着时间的推移穿过隔膜的气体扩散而解决前述问题，所以氟硅橡胶是一种优选的非限制性材料。
参考图11，示出了液体层6003，其指示农业样本流体(例如，上清液/滤液、一种或多种试剂、和试剂-上清液/滤液混合物或溶液)的流动路径。粗体流动箭头示出了不同的流体/试剂入口和样本液体通过光学吸光度测量装置的流动路径(下面进一步详细讨论)。在本示例中，为了便于描述，将假设使用微孔过滤器5757或离心机3400来产生适合于通过化学分析基板6000进行化学分析的澄清的滤液或上清液。在任一种情况下，产生含有分析物的澄清液体，使得术语上清液和滤液在本文中可以互换使用，以指代用于化学分析和分析物定量的相同的澄清液体。
继续参照图11，在多种可能布置的一个非限制性示例中，示出了将这些微流体装置流体地联接在一起的微型泵5015、微型阀4018和微通道4012。源自农业样本的农业样本流体从基板6000的顶部到底部逐渐向下流动，以利用重力辅助流与由微型泵驱动的泵送流协同工作。上清液/滤液从微孔过滤器5757在顶部处在液体层6003中经由上清液/滤液入口微型阀4018-1进入吸光度分析基板6000。上清液/滤液流入第一微型泵5015-1，在所述第一微型泵处所述上清液/滤液与流自试剂微型阀4018-2的第一试剂(图1中试剂1)混合。上清液/滤液和第一试剂混合物由第一微型泵5015-1泵送经由如图所示的数个泵间微型阀4018-4中的一个抵达第二微型泵5015-2，所述泵间微型阀控制微型泵之间的流动(即，开/关)(为了简洁起见，在图11中标记了仅一个泵间微型阀)。上清液/滤液和第一试剂混合物被第二微型泵5015-2泵送到第三微型泵5015-3，从所述第三微型泵被泵送到第四微型泵5015-4。当上清液/滤液和第一试剂混合物流过位于第三微型泵5015-3和第四微型泵5015-4之间的另一个泵间微型阀4018-4时，所述上清液/滤液和第一试剂混合物与来自如图所示的试剂微型阀4018-3的第二试剂(图中的试剂2)混合。然后第四微型泵5015-4将上清液/滤液和第一-第二试剂的混合物被泵送到第五微型泵5015-5。第五微型泵5015-5是紧邻光学吸光度测量装置6050和测量通道6060(下面进一步描述)上游并且位于光学吸光度测量装置6050和测量通道6060近侧的最终一个或最后一个微型泵。另一个泵间微型阀4018-4分离并且控制第一微型泵5015-5和测量装置6050之间的流动，如图所示。然后微型泵5015-5将上清液/滤液和第一-第二试剂混合物泵送到测量装置的流体入口6061，混合物流过测量通道6060以对混合物中的感兴趣的分析物进行测量/定量，并且经由流体出口6062离开该测量装置。在优选实施例中，非常期望使通过测量通道6060(流动单元)的液体混合物的流动路径沿着竖直向上的方向，使得流动和重力共同作用以促使任何所夹带的空气或气体气泡上升并且离开吸光度测量光路(参见例如图11，其示出了由虚线表示的竖直取向的通道6060)。在测量装置6050中的光学吸光度分析中，液体中所夹带的空气或气体气泡的存在可能在测量分析物的浓度/水平时产生误差。通过使用液体混合物通过测量通道6060的竖直定向的流动路径和向上流动，测量通道中的任何所夹带的空气/气体气泡上升并且被从光学吸光度测量装置6050的呈现测量误差的视线驱赶出去。
在前述示例中，使用两种试剂并且在流动路径中的两个不同且物理上间隔开的位置处将所述两种试剂引入到上清液/滤液流中。这使得第一试剂(试剂1)在添加第二试剂(试剂2)之前有时间经由通过三个微型泵5015-1、5015-2和5015-3的泵送与上清液/滤液混合，以在引入第二试剂和完成第二反应之前完成第一化学反应并且实现其预期目的，随后在光学吸光度测量装置6050中对混合物进行后续分析。
现在将参照附图并且特别地参照图12至图16进一步描述光学的光学吸光度测量装置6050。在一个实施例中，光学吸光度测量装置可以是机载的并且经由安装孔6051直接结合到化学分析基板6000中。在一个实施例中，安装孔6051是通孔，所述通孔可以完全延伸穿过基板的在主侧面6022和6023之间的多层并且从每个端部向外开口以允许测量装置壳体6052的各部分从基板向外突出。基于测量装置壳体的形状，安装孔6051可以具有任何合适的横截面形状。
光学吸光度测量装置6050通常包括由检测器子壳体6052a和发射器子壳体6052b组成的壳体6052、上支承板6065和下支承板6066、上窗口6053a和下窗口6053b。检测器子壳体6052a支承可移除地附接到其上的光检测器印刷电路板(PCB)6054，所述光检测器印刷电路板包括光检测器6054a。发射器子壳体6052b支承可移除地附接到其上的发射器PCB6055，所述发射器包括与光检测器轴向对准的光发射器检测器6055a。发射器PCB6055可以位于第一主表面或侧面6022的附近并且检测器PCB 5054可以位于分析基板6000的相对侧上的第二主表面或侧面6023附近。光发射器6055a安装在发射器子壳体的光通道6057中。光检测器6064a安装在检测器子壳体的光通道6058中。光通道6057、6058与上窗口6053a和下窗口6053b直接连通，所述上窗口和所述下窗口可以由透明材料形成，所述透明材料诸如为可操作以通过其传输光的玻璃或聚合物。
细长的测量通道6060限定流动单元并且形成于一对透明窗口6053a、6053b之间，用于使农业样本流体(例如，试剂-上清液混合物)流过其中，以用于检测和测量等同于流体中所存在的分析物的浓度(例如，ppm)的分析物吸光度。在一个实施例中，测量通道可以由布置在上支承板6065和下支承板6066之间的间隔件6070形成。流体入口6061将样本流体从微通道4012之一运送到测量通道6060中。流体出口6062接收样本流体并且将该样本流体从测量通道6060运送返回到微通道4012之一中。流体入口和流体出口可以位于测量通道的相对端部处以延长流体通过其中的流动时间。光发射器6055a被布置成将光经由窗口和测量通道发射到检测器6054a(在图15中最佳示出—注意光的虚线箭头和流体流的实线箭头)。
检测器子壳体6052a和发射器子壳体6052b可以通过密封环6064流体密封到上窗口6053a和下窗口6053b，所述密封环在一些实施例中可以是弹性体O形环。密封环6063(例如，O形环)将流体入口6061和流体出口6062密封到上支承板6065和下支承板6066。
在一个实施例中，光学吸光度测量装置6050可以通过螺纹紧固件6059可拆卸地安装到分析基板6000。紧固件6059可以穿过上支承板6065和下支承板6066并且螺纹接合这些层之一(例如，在所示实施例中，液体层6003)。紧固件还用于将上支承板和下支承板压缩在一起，从而形成如图15所示的夹层结构。
发射器PCB6055配置有生成光束并将所述光束发射通过样本流体所需的电路和电子装置。类似地，检测器PCB6056配置有在穿过测量通道6060中的样本流体之后接收和处理在检测器6054a上的检测到的或入射的光束以生成与正被测量的分析物(例如，土壤营养物或其他)相关联的吸光度值所必需的电路和电子装置。吸光度是无量纲值并且通常简称为吸光度值或吸光度单位。每个PCB6055、6056均具有相关联的电子电缆连接器6090，所述电子电缆连接器为其中包括发射器和检测器的装置提供向电路板供电的可操作联接件以及提供在系统控制器2820和电路板电子器件之间的双向通信链路(参见例如图18)。
光学吸光度测量装置6050以类似于市售的吸光度测量或分光度装置的已知方式操作。光学吸光度测量装置6050被配置并且可操作以测量穿过农业样本流体的光的吸光度，所述吸光度可以等同于感兴趣的分析物的浓度(例如，ppm)。
在农业样本流体(例如，试剂-上清液混合物或溶液)中产生吸光度的化学反应可以随温度而变化。例如，这些化学反应在较高流体温度下发生得更快，而在较低流体温度下发生得更慢。因此，当等同于样本流体中分析物的特定浓度时，光学吸光度测量装置6050在某一温度下进行的吸光度测量可能无法准确地反映实际浓度。
根据本公开的一个方面，提供了一种自动化分析系统，所述自动化分析系统包括与光学吸光度测量装置6050和温度传感器6080结合操作的可编程控制器2820，所述可编程控制器被配置成生成农业样本流体中的分析物的温度补偿浓度。有利地，这导致比在未考虑流体温度的情况下获得的吸光度测量更准确地确定样本流体中存在的分析物(例如，土壤营养物或其他化学物质)的实际浓度。
温度传感器6080可以是任何合适的市售温度传感器，所述市售温度传感器诸如为热敏电阻或热电偶。温度传感器6080可以嵌入基板内部并且位于样本液体近侧但不一定接触该样本液体。因此，温度传感器6080可以优选地位于光学吸光度测量装置6050的上游并且放置在微通道4012、微型泵5015或微型阀4018中的任一者的近侧。为了准确地测量农业样本流体(例如，试剂-上清液溶液)的温度，温度传感器6080优选地紧邻地位于光学吸光度测量装置的上游。在一个非限制性实施例中，温度传感器6080可以放置在光学吸光度测量装置6050上游的最终微型泵5015近侧，以测量该最终微型泵中的农业样本流体的温度。温度传感器6080可以通过由基板的一部分(例如，在如图16和图17中最佳显示的一个实施例中，液体层6003)形成的分隔壁6081与泵室5030分开。在其他可行的实施例中，温度传感器可以位于最终微型泵5015和光学吸光度测量装置6050之间的微通道4012之一的近侧或者位于最终微型泵和光学吸光度测量装置之间的微型阀4018近侧。在一些实施例中，温度传感器6050可以与农业样本流体物理且直接接触，而不是通过分隔壁与所述农业样本流体分开。
参照图16-17，温度传感器6080安装在测量孔6082中，所述测量孔形成并且延伸穿过分析基板6000的各层至最终微型泵5015、微通道4012或微型阀4018。在一个实施例中，测量孔6082可以具有圆柱形构型，所述圆柱形构型具有圆形横截面形状并且完全穿透外层6006或6002之一。在一个实施例中，测量孔6082可以如图所示地穿透外层6006。温度传感器6080放置在测量孔6082的末端封闭端6083处且邻近分隔壁6081。
测量孔6082允许温度传感器6080的引线6084从温度传感器穿过基板层到达系统控制器2820，如图18的系统框图所示。温度传感器6080被配置成测量农业样本流体的实时温度并且将所测量的实时温度传输至系统控制器。如图所示，光学吸光度测量装置6050还可操作地耦合到系统控制器2820，用于将所测量的吸光度传输到所述系统控制器，所述吸光度指示样本流体中存在的分析物的浓度。系统控制器使用实时温度和吸光度值来执行软件例程，所述软件例程生成分析物的温度补偿浓度。
为了确定分析物的温度补偿浓度，系统控制器可以使用与图19和图20的曲线图中所示的曲线类似的一组曲线并且利用该一组曲线进行预编程。图19是基础校准曲线图，其示出了一个标度上的吸光度单位相对于另一个标度上的所选分析物(例如，磷、氮、钾等)的浓度(ppm)。系统控制器2820使用该曲线使得由光学吸光度测量装置6050获得的所测量的吸光度与农业样本流体中的所选分析物的浓度相关联。通过进行多次测试运行来测量多种不同校准标准流体(或简称为“标准”)的吸光度来构建该曲线图，每种所述校准标准流体均具有感兴趣的测试所选分析物的不同且唯一的已知浓度(ppm)。
图20是示出一个标度上的吸光度单位相对于另一个标度上的温度的曲线图。所示的是通过测试在可能在光学吸光度测量装置6050中测试农业样本流体时遇到的不同温度范围内具有所选分析物的已知浓度(ppm)(例如，在示例曲线图中的磷为4ppm)的第一校准标准流体而凭经验形成的温度补偿曲线的一个示例。因此，该曲线指示了所选分析物对于已知浓度的第一校准标准流体的温度补偿关系。该温度补偿曲线示出吸光度值/单位随样本流体温度变化而转变。可以通过使第一校准标准流体行进通过分析基板6000并且从光学吸光度测量装置6050和温度传感器6080获得测量值来形成温度补偿曲线。
尽管为了简单起见，图20中仅示出了单条曲线，但是对于各个具有最初用于构建图19的基础校准曲线的所选分析物的唯一且不同的已知浓度的多种不同校准标准流体中的每一种而言，可以以类似方式生成多条不同的温度补偿曲线。基础校准曲线可以由系统控制器2820基于来自温度传感器6080的实时温度测量值和指示针对不同校准标准的吸光度值/单位随温度的变化的多个温度补偿曲线进行实时自动调整。因此，基础校准曲线由系统控制器2820实时地向上或向下调整，以补偿由传送到系统控制器的由温度传感器6080测量的农业样本流体的实时温度。
在操作中，当针对微流体歧管分析基板6000中的分析物的浓度测试农业样本流体时，光学吸光度测量装置6050测量样本流体的吸光度。吸光度值与由温度传感器6080捕获的流体的对应实时温度测量一起被传输到系统控制器2820。系统控制器使用图20的曲线图基于所测量的实时温度根据需要调整基础校准曲线。使用温度补偿的基础校准曲线，系统控制器随后使用图19的曲线图使得所选分析物的所测量的吸光度与该分析物的对应浓度(例如，ppm)相关联。因此，系统控制器可被配置成基于所测量的实际吸光度和实时温度来确定分析物的温度补偿浓度。
尽管上文关于与微流体歧管分析支承结构6000相结合地使用的光学吸光度测量装置6050和温度传感器6080公开了由系统控制器2820生成的分析物的温度补偿浓度，但是所设想的其他实施例可以不使用用于混合试剂和上清液/滤液(农业样本液)的微流体歧管。农业样本流体可以替代地通过非微流体装置(例如，泵、阀、流动导管等)进行处理，所述非微流体装置经由管/管道流体地联接在一起并且与所公开的光学吸光度测量装置6050、温度传感器6080和系统控制器2820相结合地使用，以获得相同的功能和温度补偿的分析物浓度结果，尽管外形尺寸不太紧凑。优选地，在这种常规的流动系统中，为了获得准确的温度和分析物测量值，优选地仍在光学吸光度测量装置的上游并且在该光学吸光度测量装置的入口近侧处测量样本流体的温度。可以使用的非微流体浆料和农业样本流体系统和装置的示例包括在共同拥有的国际专利申请PCT/IB2019/055862和PCT/IB2021/052872中公开的那些系统和装置。
示例
以下是非限制性示例。
示例1-一种用于分析农业样本的微流体歧管，所述微流体歧管包括：基板，所述基板包括通过微通道流体联接在一起的多个微流体装置，所述微通道被配置成运送源自所述农业样本的样本流体；测量装置，所述测量装置安装到所述基板，所述测量装置被配置成测量与所述样本流体中的分析物相关联的吸光度值；温度传感器，所述温度传感器被配置成测量所述样本流体的实时温度；以及可编程的控制器，所述控制器可操作地耦合到所述测量装置和所述温度传感器，所述控制器被配置成基于所测量的吸光度值和所述实时温度来确定所述分析物的温度补偿浓度。
示例2-根据示例1所述的微流体歧管，其中，所述温度传感器被嵌入所述基板内部并且位于所述样本流体的近侧。
示例3-根据示例2所述的微流体歧管，其中，所述温度传感器安装在从所述基板的第一外表面贯穿所述基板形成的测量孔中。
示例4-根据权利要求3所述的微流体歧管，其中，所述微流体装置包括至少一个微型泵，所述温度传感器被配置成测量所述至少一个微型泵中的样本流体的实时温度。
示例5-根据示例4所述的微流体歧管，其中，所述测量孔包括通过由所述基板形成的分隔壁与所述微型泵分隔开的封闭终端。
示例6-根据示例4或5所述的微流体歧管，其中，所述至少一个微型泵位于所述测量装置的上游并且位于所述测量装置的近侧。
示例7-根据示例7所述的微流体歧管，其中，所述至少一个微型泵通过微型阀流体联接到所述测量装置，所述微型阀被配置成控制所述样本流体在所述至少一个微型泵与所述测量装置之间的流动。
示例8-根据示例3所述的微流体歧管，其中，所述测量孔和所述温度传感器被配置且布置成测量所述测量装置上游的样本流体的实时温度。
示例9-根据示例1-8中任一项所述的微流体歧管，其中，所述温度传感器是热敏电阻或热电偶。
示例10-根据示例1-9中任一项所述的微流体歧管，其中，所述控制器被配置成从所述测量装置接收所述吸光度值并且使用预编程的基础校准曲线将所述吸光度值与所述分析物的浓度相关联。
示例11-根据示例10所述的微流体歧管，其中，所述控制器被配置为：从所述温度传感器接收所述样本流体的所述实时温度；并且基于所述实时温度自动调整所述基础校准曲线。
示例12-根据示例10所述的微流体歧管，其中，所述控制器使用多条预编程的温度补偿曲线，以基于从所述温度传感器接收的所述样本流体的所述实时温度来调整所述基础校准曲线。
示例13-根据示例12所述的微流体歧管，其中，所述温度补偿曲线针对各自具有不同已知浓度的分析物的多种校准标准流体提供吸光度相对于温度范围的变化。
示例14-根据示例1-13中任一项所述的微流体歧管，其中，所述测量装置是光学吸光度测量装置。
示例15-根据示例1-14中任一项所述的微流体歧管，其中，所述测量装置安装在安装孔中，所述安装孔延伸穿过所述基板的相对的第一主侧面和第二主侧面并位于所述第一主侧面和第二主侧面之间。
示例16-根据示例15所述的微流体歧管，其中，所述测量装置包括邻近所述第一主侧面安装的发射器印刷电路板和邻近所述第二主侧面安装的相对检测器印刷电路板。
示例17-根据示例14-16中任一项所述的微流体歧管，其中，所述测量装置包括：细长的测量通道，所述测量通道形成在一对透明窗口之间；入口，所述入口流体地联接到所述测量通道并且被配置成从所述微通道中的一者接收所述样本流体；以及出口，所述出口流体联接到所述测量通道并且被配置成从所述测量通道接收所述样本流体并且使得所述样本流体返回到所述微通道中的另一者。
示例18-根据示例17所述的微流体歧管，其中，所述测量通道竖直定向并且可操作，以将所述样本流体中所夹带的气体携带出所述测量通道。
示例19-根据示例18所述的微流体歧管，其中，所述样本流体在所述测量通道中向上流动。
示例20-根据示例1-19中任一项所述的微流体歧管，其中，所述测量装置通过紧固件螺纹联接至所述基板。
示例21-根据示例1-20中任一项所述的微流体歧管，其中，所述基板是多层的，所述基板是多层基板，所述多层基板包括连结在一起的由聚合材料形成的多个层。
示例22-根据示例21所述的微流体歧管，其中，所述微流体装置嵌入在所述基板的相对的外主表面之间的层内。
示例23-一种用于分析农业样本的方法，所述方法包括：提供包括多个微流体装置的基板，所述多个微流体装置通过微通道流体地联接在一起，所述微通道被配置成运送源自所述农业样本的样本流体；利用测量装置测量与所述样本流体中的分析物相关联的吸光度值；利用温度传感器测量所述样本流体的实时温度；和利用可编程的控制器基于所测量的吸光度值和实时温度确定所述分析物的温度补偿浓度。
示例24-根据示例23所述的方法，其中，所述控制器从所述测量装置接收所述吸光度值并且使用预编程的基础校准曲线使所述吸光度值与所述分析物的浓度相关联。
示例25-根据示例24所述的方法，其中，所述控制器从所述温度传感器接收所述样本流体的所述实时温度并且基于所述实时温度自动调整所述基础校准曲线。
示例26-根据示例25所述的方法，其中，所述控制器使用多条预编程的温度补偿曲线，以基于从所述温度传感器接收的所述样本流体的所述实时温度来调整所述基础校准曲线。
示例27-根据示例26所述的方法，其中，所述温度补偿曲线提供针对各自具有不同已知浓度的分析物的不同校准标准流体的吸光度相对于温度范围的变化。
示例28-根据示例23-27中任一项所述的方法，其中，所述测量装置是光学吸光度测量装置。
示例29-根据示例23-28中任一项所述的方法，其中，测量与所述分析物相关的所述吸光度值的步骤还包括：使所述样本流体竖直向上流过所述测量装置的测量通道。
示例30-一种用于分析农业样本的系统，所述系统包括：基板，所述基板包括通过流动导管流体地联接在一起的多个流动控制装置，所述流动导管被配置成运送源自所述农业样本的样本流体；测量装置，所述测量装置被配置成测量与所述样本流体中的分析物相关联的吸光度值；温度传感器，所述温度传感器被配置成测量所述样本流体的实时温度；以及可编程的控制器，所述控制器可操作地耦合到所述测量装置和所述温度传感器，所述控制器被配置成基于所测量的吸光度和实时温度来确定所述分析物的温度补偿浓度。
虽然前面的描述和附图表示一些示例性系统，但是，应该理解的是，可以在不脱离所附权利要求的精神和范围以及等同方案的范畴的情况下在其中进行各种添加、修改和替换。特别地，对于本领域技术人员而言将清楚的是，在不脱离本发明的精神或基本特征的情况下，本发明可以以其它形式、结构、布置、比例、尺寸以及其它元件、材料和部件来体现。此外，可以对本文所述的方法/过程进行多种改变。本领域技术人员将进一步认识到的是，本发明可以在结构、布置、比例、尺寸、材料和部件的许多修改下使用，并且否则可以在本发明的实践中使用，这些修改在不背离本发明的原理的前提下特别适合于特定的环境和操作要求。因此，当前公开的实施例在所有方面都应被认为是说明性的而不是限制性的，本发明的范围由所附权利要求及其等同方案限定，并且不限于前述描述或实施例。而是，所附权利要求应当被广义地解释为包括本发明的其它变体和实施例，本领域技术人员可以在不脱离本发明的范围和等同方案的范畴的情况下实施这些变体和实施例。

Claims (30)

1.一种用于分析农业样本的微流体歧管，所述微流体歧管包括：
基板，所述基板包括通过微通道流体联接在一起的多个微流体装置，所述微通道被配置成运送源自所述农业样本的样本流体；
测量装置，所述测量装置安装到所述基板，所述测量装置被配置成测量与所述样本流体中的分析物相关联的吸光度值；
温度传感器，所述温度传感器被配置成测量所述样本流体的实时温度；以及
可编程的控制器，所述控制器可操作地耦合到所述测量装置和所述温度传感器，所述控制器被配置成基于所测量的吸光度值和实时温度来确定所述分析物的温度补偿浓度。
2.根据权利要求1所述的微流体歧管，其中，所述温度传感器被嵌入所述基板内部并且位于所述样本流体的近侧。
3.根据权利要求2所述的微流体歧管，其中，所述温度传感器安装在从所述基板的第一外表面贯穿所述基板形成的测量孔中。
4.根据权利要求3所述的微流体歧管，其中，所述微流体装置包括至少一个微型泵，所述温度传感器被配置成测量所述至少一个微型泵中的样本流体的实时温度。
5.根据权利要求4所述的微流体歧管，其中，所述测量孔包括通过由所述基板形成的分隔壁与所述微型泵分隔开的封闭终端。
6.根据权利要求4或5所述的微流体歧管，其中，所述至少一个微型泵位于所述测量装置的上游并且位于所述测量装置的近侧。
7.根据权利要求7所述的微流体歧管，其中，所述至少一个微型泵通过微型阀流体联接到所述测量装置，所述微型阀被配置成控制所述样本流体在所述至少一个微型泵与所述测量装置之间的流动。
8.根据权利要求3所述的微流体歧管，其中，所述测量孔和所述温度传感器配置且布置成测量所述测量装置上游的样本流体的实时温度。
9.根据权利要求1-8中任一项所述的微流体歧管，其中，所述温度传感器是热敏电阻或热电偶。
10.根据权利要求1-9中任一项所述的微流体歧管，其中，所述控制器被配置成从所述测量装置接收所述吸光度值并且使用预编程的基础校准曲线将所述吸光度值与所述分析物的浓度相关联。
11.根据实施例10所述的微流体歧管，其中，所述控制器被配置成：
从所述温度传感器接收所述样本流体的所述实时温度；并且
基于所述实时温度自动调整所述基础校准曲线。
12.根据权利要求10所述的微流体歧管，其中，所述控制器使用多条预编程的温度补偿曲线，以基于从所述温度传感器接收的所述样本流体的所述实时温度来调整所述基础校准曲线。
13.根据权利要求12所述的微流体歧管，其中，所述温度补偿曲线针对各自具有不同已知浓度的分析物的多种校准标准流体提供吸光度相对于温度范围的变化。
14.根据权利要求1-13中任一项所述的微流体歧管，其中，所述测量装置是光学吸光度测量装置。
15.根据权利要求1-14中任一项所述的微流体歧管，其中，所述测量装置安装在安装孔中，所述安装孔延伸穿过所述基板的相对的第一主侧面和第二主侧面并位于所述第一主侧面和第二主侧面之间。
16.根据权利要求15所述的微流体歧管，其中，所述测量装置包括邻近所述第一主侧面安装的发射器印刷电路板和邻近所述第二主侧面安装的相对的检测器印刷电路板。
17.根据权利要求14-16中任一项所述的微流体歧管，其中，所述测量装置包括：细长的测量通道，所述测量通道形成在一对透明窗口之间；入口，所述入口流体地联接到所述测量通道并且被配置成从所述微通道中的一者接收所述样本流体；以及出口，所述出口流体联接到所述测量通道并且被配置成从所述测量通道接收所述样本流体并且使得所述样本流体返回到所述微通道中的另一者。
18.根据权利要求17所述的微流体歧管，其中，所述测量通道竖直定向并且可操作，以将所述样本流体中所夹带的气体携带出所述测量通道。
19.根据权利要求18所述的微流体歧管，其中，所述样本流体在所述测量通道中向上流动。
20.根据权利要求1-19中任一项所述的微流体歧管，其中，所述测量装置通过紧固件螺纹联接至所述基板。
21.根据权利要求1-20中任一项所述的微流体歧管，其中，所述基板是多层基板，所述多层基板包括连结在一起的由聚合材料形成的多个层。
22.根据权利要求21所述的微流体歧管，其中，所述微流体装置嵌入在所述基板的相对的外主表面之间的层内。
23.一种用于分析农业样本的方法，所述方法包括：
提供包括多个微流体装置的基板，所述多个微流体装置通过微通道流体地联接在一起，所述微通道被配置成运送源自所述农业样本的样本流体；
利用测量装置测量与所述样本流体中的分析物相关联的吸光度值；
利用温度传感器测量所述样本流体的实时温度；和
利用可编程的控制器基于所测量的吸光度值和实时温度确定所述分析物的温度补偿浓度。
24.根据权利要求23所述的方法，其中，所述控制器从所述测量装置接收所述吸光度值，并且使用预编程的基础校准曲线使所述吸光度值与所述分析物的浓度相关联。
25.根据权利要求24所述的方法，其中，所述控制器从所述温度传感器接收所述样本流体的所述实时温度并且基于所述实时温度自动调整所述基础校准曲线。
26.根据权利要求25所述的方法，其中，所述控制器使用多条预编程的温度补偿曲线，以基于从所述温度传感器接收的所述样本流体的实时温度来调整所述基础校准曲线。
27.根据权利要求26所述的方法，其中，所述温度补偿曲线针对各自具有不同已知浓度的分析物的不同校准标准流体提供吸光度相对于温度范围的变化。
28.根据权利要求23-27中任一项所述的方法，其中，所述测量装置是光学吸光度测量装置。
29.根据权利要求23-28中任一项所述的方法，其中，测量与所述分析物相关联的所述吸光度值的步骤还包括：使所述样本流体竖直向上流过所述测量装置的测量通道。
30.一种用于分析农业样本的系统，所述系统包括：
基板，所述基板包括通过流动导管流体地联接在一起的多个流动控制装置，所述流动导管被配置成运送源自所述农业样本的样本流体；
测量装置，所述测量装置被配置成测量与所述样本流体中的分析物相关联的吸光度值；
温度传感器，所述温度传感器被配置成测量所述样本流体的实时温度；以及
可编程的控制器，所述控制器可操作地耦合到所述测量装置和所述温度传感器，所述控制器被配置成基于所测量的吸光度和实时温度来确定所述分析物的温度补偿浓度。
CN202280031380.8A 2021-06-22 2022-05-25 用于从温度-补偿吸光度测量来确定分析物浓度的微流体歧管和方法 Pending CN117355374A (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US202163213319P 2021-06-22 2021-06-22
US63/213,319 2021-06-22
PCT/IB2022/054922 WO2022269388A1 (en) 2021-06-22 2022-05-25 Microfluidic manifold and method for determination of analyte concentration from temperature-compensated absorbance measurements

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN117355374A true CN117355374A (zh) 2024-01-05

Family

ID=82115546

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202280031380.8A Pending CN117355374A (zh) 2021-06-22 2022-05-25 用于从温度-补偿吸光度测量来确定分析物浓度的微流体歧管和方法

Country Status (8)

Country Link
US (1) US20240198331A1 (zh)
EP (1) EP4359127B1 (zh)
CN (1) CN117355374A (zh)
AR (1) AR126346A1 (zh)
AU (1) AU2022296025A1 (zh)
BR (1) BR112023026810A2 (zh)
CA (1) CA3214428A1 (zh)
WO (1) WO2022269388A1 (zh)

Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US12031970B2 (en) 2020-04-30 2024-07-09 Precision Planting Llc Agricultural sampling system and related methods
WO2025068885A2 (en) 2023-09-29 2025-04-03 Precision Planting Llc Agricultural sample processing and analysis system and related methods
WO2025068792A2 (en) 2023-09-29 2025-04-03 Precision Planting Llc Extractant compositions
WO2025068796A1 (en) 2023-09-29 2025-04-03 Precision Planting Llc Agricultural analysis system and calibration methods thereof
WO2025068795A2 (en) 2023-09-29 2025-04-03 Precision Planting Llc Ultrasonic cleaning of stir chamber for agricultural sample slurry
WO2025068794A2 (en) 2023-09-29 2025-04-03 Precision Planting Llc Agricultural waste handling system and related methods
GB202319421D0 (en) 2023-12-18 2024-01-31 Prec Planting Llc Ultrasonic cleaning of stir chamber for agricultural sample slurry
GB202319428D0 (en) 2023-12-18 2024-01-31 Prec Planting Llc Ultrasonic cleaning of stir chamber for agricultural sample slurry
GB202407313D0 (en) 2024-05-22 2024-07-03 Prec Planting Llc Agricultural sample handling system and related methods

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2612123B1 (en) * 2010-08-31 2016-08-10 Canon U.S. Life Sciences, Inc. Compound calibrator for thermal sensors
US10701856B2 (en) 2016-11-07 2020-07-07 The Climate Corporation Agricultural implements for soil and vegetation analysis
NL2020419B1 (en) * 2017-12-11 2019-06-19 Sensor Kinesis Corp Field portable, handheld, recirculating surface acoustic wave and method for operating the same
CN118706574A (zh) 2018-07-10 2024-09-27 精密种植有限责任公司 农业采样系统及相关方法

Also Published As

Publication number Publication date
CA3214428A1 (en) 2022-12-29
EP4359127B1 (en) 2025-05-21
AU2022296025A1 (en) 2023-10-05
AR126346A1 (es) 2023-10-04
BR112023026810A2 (pt) 2024-03-12
US20240198331A1 (en) 2024-06-20
EP4359127A1 (en) 2024-05-01
WO2022269388A1 (en) 2022-12-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN117355374A (zh) 用于从温度-补偿吸光度测量来确定分析物浓度的微流体歧管和方法
EP3821223B1 (en) Agricultural sampling system and related methods
US12313619B2 (en) Agricultural sampling system and related methods
US20240192112A1 (en) Methods of analyzing one or more agricultural materials, and systems thereof
WO2022259073A1 (en) Microvalve
WO2006026253A3 (en) Automated low-volume tangential flow filtration process development device
CN108169505A (zh) 用于确定液体样品的被测对象的浓度的方法及分析仪
RU2824152C2 (ru) Микрожидкостный коллектор и способ определения концентрации аналита по измерениям поглощения с температурной компенсацией
US20150291992A1 (en) Method and apparatus for determining microorganisms in a water sample
CN118130441A (zh) 一种水质中氨氮含量的原位检测系统和原位检测方法
CN116963826A (zh) 浆料搅拌装置
WO2025068794A2 (en) Agricultural waste handling system and related methods
WO2025068796A1 (en) Agricultural analysis system and calibration methods thereof
US20240377377A1 (en) Agricultural sampling system and related methods
Debruille et al. On-site total inorganic nitrogen determination in soil (pore-water) samples using portable ion chromatography
Johnston Biosensors for Real-Time Monitoring of Biohazards and Disease in Aquaculture.
RU2486504C1 (ru) Способ проточного спектрофотометрического измерения концентраций химических элементов в жидкостях и устройство для осуществления способа
CN119534332A (zh) 水质中硝酸盐与亚硝酸盐含量的微流控检测系统和方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination