CN1666098A - 测定液体样本中所含分析物的设备和相关的方法 - Google Patents
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Abstract
一种用于测定适合水下环境的液体样本中分析物的设备(1)，包括：抽样单元(2)，可以在设备内部添加被分析的液体样本(C)；添加单元(22)，用于在样本中添加试剂(R1，…，Rn)；检测单元(28)，用于检测样本中所含分析物的浓度；闭合管路(10)，它连接上述各个单元，并可以使样本在其中连续和重复地循环；和沿闭合管路设置的蠕动泵(29)，该装置是这样的，添加单元的试剂吸入阀安排在闭合管路上，从而形成闭合管路曲折前进的管道，由于样本在管路内循环时开始的湍流运动，因此，在样本与试剂之间发生混合。
Description
技术领域
本发明涉及测定适合水下环境的液体样本中所含分析物的设备和相关的方法。具体地说，本发明涉及这种类型的设备，包括：抽样单元，可以在设备内部添加被分析的液体样本；添加单元，至少在样本中可以添加一种试剂；检测单元，用于检测样本中所含分析物的浓度；和泵浦装置，可以使样本在不同的单元之间循环。
背景技术
在人工实践中，为了进行化学分析，首先需要确定反应化学和它的进行条件，然后，我们在被分析的样本中添加所需的试剂。最后，对这些成分进行混合以减小分子扩散的时间并可以使化学反应快速地进行。一旦发生化学反应，例如，我们可以利用比色型方法检测分析物。在这种类型分析方法的情况下，化学反应的进展涉及反应产物频谱的透射率变化，该产物在特定波长上的透明度和/或吸收频带是与被测量物体的浓度相关。
在最近的50年中，人们已经建立了多种化学分析的自动化系统。具体地说。能够实现这种自动化的许多方法利用这样的仪表设备，它们是基于所谓的“Continuous Flow Analysis”(C.F.A.)，“FlowInjection Analysis”(F.I.A.)和“Discrete Analysis”(D.A.)分析原理。
在临床领域，人们已设计属于现有技术的这种自动化系统，但它的检测能力限制不足以满足许多领域的分析要求。此外，现有技术的分析设备有庞大的机械尺寸，它不便于运输或用作现场分析。由于这种缺点，所述设备不适用于环境监测，例如，海洋，河流，湖泊，空气和工业排放，因为这些应用对使用的系统要求高度小型化。现有技术设备的另一个缺点是，试剂和电能的大量消耗，它涉及后勤保障问题。
上述现有技术系统的缺点已经被意大利专利1 249 433的内容所克服，其作者是本申请的相同申请人，该专利描述包含闭合液压管路的设备，它使被分析的样本在设备内重复地循环。
然而，所述专利的设备不适用于中等和很高深度的水下环境。事实上，这种设备提供基于使用混合室的样本与试剂混合，在混合室内循环地建立低气压区，这种工作模式不适用于高压强下的压力环境。
此外，我们仍然需要使元件更加小型化和进一步减少试剂的使用量。
发明内容
本发明的技术问题是提供一种设备和相关的方法，它能克服与现有技术有关的上述缺点。
按照权利要求1的设备可以解决这个问题。
本发明还提供一种按照权利要求18的整套设备。
按照同一发明构思，本发明还涉及按照权利要求20的方法。
此处的术语“阀”具有最广泛的意义，即，它是指适用于在管路内允许/制止引入试剂的任何装置。
本发明还具有一些重要的优点。主要的优点是基于这样的事实，由于试剂吸入阀的安排和形状，借助于连续的循环和处在湍流状态下，每种试剂可以有效地与分析样本混合直接进入到混合管路，因此，本发明不需要混合室。相对于现有技术的系统，这可以减少所需的试剂量和实现进一步小型化。此外，这可以完全排除设备管路中的空气，所以，该设备可用于压强为几百巴的压力环境，因此，它可有效地在深海的水下环境中完成化学分析。
附图说明
通过以下对一些实施例的详细描述，这些实施例仅作为例子而不是限制性的，本发明的其他优点，特征和应用是显而易见的。我们参照以下的附图，其中：
图1表示按照本发明实施例的设备工作方案；和
图2表示按照本发明包含图1所示设备的工厂工作方案。
具体实施方式
首先参照图1，测定液体中分析物的设备整体标记为1。
设备1包括：互相液压连接的多个单元以形成混合的液压管路10。
具体地说，设备1包括：抽样单元2，适合于在设备内部引入被分析的液体样本C。这个抽样单元2首先包含第一个三通阀3，具体地说，它是导向阀。标记为4的导向器活动端可以有第一位置5和第二位置6；在第一位置5，阀3允许在设备内的加入液体样本C，具体地说，加在液压管路10内；在第二位置6，阀3与第二个三通阀7建立液流连续性。三通阀7也是一个有导向器8的阀，它的末端可以在第一位置9与第二位置11之间活动。在第一位置9，第二个阀7通过第一个阀3，管路10与包含校准物的容器13连通。相反地，在第二位置11，第二个阀7仍然通过第一个阀3允许在管路10内加入清洗液，例如，容器12中包含的水。
抽样单元2还包括：有双导向器的第三个2×3通阀14，并插入在管路10上以开启/关闭管路10。这个阀14插入在管路10上，为的是限定有曲折路径的管道。阀14有第一个三通部分141和第二个三通部分142，三通部分141包含第一导向器15，而三通部分142包含第二导向器19。
第一导向器15在第一位置16与第二位置17之间有活动端；在第一位置16，它在管路10与第一个阀3之间建立液体通路；在第二位置17，借助于通道18，它建立与第二部分142的液体通路，制止样本流入，清洗管路中的液体或校准物。
第二导向器19在第一位置20与第二泄放位置21之间有活动端；在第一位置20，借助于通道18，它建立与第一部分141的液体通路；在第二泄放位置21，它允许管路10泄放到设备1之外。
设备1还包括：添加单元22，适合于有选择地添加样本，即，按照可控方式添加多种试剂R1，R2...，Rn。对于每种试剂，单元22包括：容器23和相关的试剂吸入阀24，它插入在管路10上并限定其曲折路径的管道。每个试剂吸入阀24适合于有选择地使相关的容器23与管路10连通，用于在管路10内直接加入试剂。具体地说，在本实施例中，阀24是三通和导向器类型。每个导向器25在第一位置26与第二位置27之间有活动端；在第一位置26，它允许相关的试剂在管路10中流动；在第二位置27，它制止所述的流动。在这个第二位置27，阀24在阀14与设备1的其他单元之间建立液压连接，这些单元插入在管路10上。
设备1还包括：检测单元28，用于检测样本中所含分析物的浓度，例如，光度检测器，具体地说，比色型检测器，荧光检测器，离子选择检测器，电势检测器，或专业人员熟知的任何其他类型检测器。
在管路10上还安排泵浦装置，具体地说，双向型的蠕动体积泵29，它适合于使样本在管路10内循环。
最后，该设备还包括：所有阀24，14，3和7的控制装置(未画出)，例如，它可以是电控制类型，以及包括设备1中几个单元和泵29的控制装置。
按照该实施例的其他方案，本发明的设备还可以包括：一个或多个附加单元，它可以与检测单元28协同工作，并选自下列一组：还原柱，调温蛇形线，渗析块，分馏柱和离子交换树脂。
现在描述设备1的工作模式。
为了实施抽样操作和利用分析样本充满混合管路10的整个体积，我们使阀14第一部分141的导向器15是在位置16并使阀14第二部分142的导向器19是在泄放位置21。阀24的导向器25是在它们的位置27。在这种配置中，通过泵29的激励，设备1可以使分析的液体样本进入到管路10。泵29的动作确实可以使样本进入管路10，以及使样本从抽样单元2按照图1所示的逆时针方向循环到泄放口W。在合适的抽样时间之后，使样本完全地充满管路10，然后，泵29被阻塞，并使阀14的第一导向器15是在第二位置17和第二导向器19是在第一位置20。按照这种方式，管路10相对于外部是闭合的，具体地说，相对于被分析的样本源和相对于泄放口W。在检测单元28内部，还可以找到以上步骤中添加到管路中的样本，其中在注入试剂之前可以评价它的特征。
为了实施以上这个过程，我们使阀14的第二导向器19是在泄放位置21，并使一个阀24处在对应于导向器25位置26的配置，因此，借助于泵29的动作，相关的试剂可以调入到管路10内。泵的驱动有预定的时间，从而可以按比例调用试剂量(平均值约在50至400微升之间)。由于阀14第二部分141的配置，每当一些试剂调入到管路10中时，相当的样本量被驱赶到泄放口W。
在试剂注入结束时，泵29被去激励，使阀24和14进入到对应于管路10闭合的配置，即，导向器25是在位置27和导向器19是在位置21。为了使管路10中所含的试剂与样本进行混合，泵29是在转动状态，为的是旋涡地循环掺试剂的样本。在传输通过阀24和阀14之后，借助于阀的特定几何结构和排列，可以产生非常强的涡流，这种涡流可以使样本与试剂形成完全的混合。因此，由于泵29使样本产生连续和重复的循环运动，在闭合管路中的每一点基本产生样本与试剂之间的混合。
当然，对于每种试剂，可以重复上述的添加和混合过程。
一旦完成试剂的注入以及与样本的混合，通过检测单元28可以检测形成的反应产物。
为了在每次掺试剂结束后和/或开始时清洗设备1，我们使阀14第一部分141的第一导向器15是在第一位置16，阀3的导向器4是在位置6和阀7的导向器8是在位置11。相反地，阀14的第二导向器19是在泄放位置21。然后，泵29被驱动以使清洗液加入到管路10和直到泄放口W，所需的时间足以去除反应产物。
操作模拟证明，利用本实施例的设备，所用样本和试剂的体积约为意大利专利1 249 433中描述的使用设备所需体积的1/4。相对于现有技术，这涉及产生的泄放量体积减小到1/4，和增大系统的操作自动化。
此时，我们可以理解，本发明的设备是对上述意大利专利1 249433中设备的发展，其中仍然保留闭合管路运行的原理。然而，本发明不同于上述的设备主要是试剂的注入模式，它不是通过产生真空经注入阀使试剂注入到管路中，而是由于泵的动作使试剂“吸入”。
应当注意，本发明的设备完全没有现有技术设备中一个或多个低气压的混合室，这使它可以适用于高压强的环境。
可以理解，实施本发明设备的基本结构所需的装置数目极少。此外，在上述的实施例中，该设备适用于低成本方案。此外，重要的是，所述实施例的混合管路10上元件的排列顺序可以变化，它不会影响设备1的运行。例如，添加单元22-泵29-检测单元28的顺序可以置换成相反的顺序，即，检测单元28-泵29-添加单元22，它基本不改变上述设备1的工作模式。所以，本发明的设备具有功能和结构的简单性，可以实现具有相同工作模式的几种配置，每种配置对应于几个元件的不同组合和/或排列。换句话说，本发明提供一种动态配置的设备。这个特征代表本发明相对于上述意大利专利1 249 433中内容的附加区别。
另一个区别是，与上述专利中的系统相反，本发明的设备不限于垂直取向。事实上，本发明管路在空间中可以有任意的取向，这有利于应用的多样性和各种设备。
如上所述，由于在混合管路中基本上没有空气，本发明的设备适用于水下环境。
图2表示在水下环境的液体样本中掺分析物的整套设备100，包括：按照本发明的设备，具体地说，上述实施例中的设备1。在这个申请中，借助于利用常规方法实现的密封液压系统，抽样单元2适合于从水下环境中取出液体样本C。
整套设备100包括：补偿装置，用于补偿外部的压力，即，水下环境的压力。
在本实施例中，补偿装置是液压型装置。具体地说，这个装置包括：有可变形外壁的补偿器31，它暴露在水下环境压力的外部；和放置设备1的外壳32，外壳32与补偿器31形成液压连通。补偿器31和外壳32中充满重油，例如，凡士林。
由于上述的安排，设备1受到基本恒定的压力，该压力基本等于外部水下环境的压力，因此，它与被分析样本有相同的压力。换句话说，工厂100可以使所有的液体保持相等的压力，以及在6000米的深海下利用设备1，它相当于600巴。
应当明白，本发明适用于此处描述实施例之外的其他方案。
本发明的描述是参照优选的实施例。这意味着，还可以存在属于本发明相同概念的其他实施例，然而，所有这些都是在以下权利要求书所保护的范围内。
Claims (22)
1.一种用于测定液体样本中分析物的设备，包括：
抽样单元(2)，适合于在设备中加入被分析的液体样本(C)；
添加单元(22)，适合于在样本中有选择地至少添加一种试剂(R1，...，Rn)，该添加单元本身包括：至少一个试剂贮存容器(23)和至少一个相关的吸入阀(24)，使试剂吸入到样本内；
检测单元(28)，用于检测样本中所含分析物的浓度；
液压连接各个所述单元的装置，适合于形成闭合的液压混合管路(10)，可以使样本在所述单元中连续和重复地循环；和
泵浦装置(29)，它安排在所述混合管路上并适合于确定所述样本的循环，
该安排是这样的，所述添加单元的至少一个试剂吸入阀插入到所述混合管路，并借助于所述泵浦装置的动作，使试剂直接进入所述管路内，且所述至少一个试剂吸入阀形成所述混合管路曲折前进的管道，因此，借助于所述管路内建立的湍流运动，在所述样本与所述至少一种试剂之间发生混合。
2.按照权利要求1的设备(1)，其中所述至少一个试剂吸入阀(24)是三通阀(25，26，27)。
3.按照权利要求1或2的设备(1)，其中所述至少一个试剂吸入阀(24)是导向阀(25)。
4.按照以上权利要求中任何一个的设备(1)，其中所述添加单元(22)包括：多个容器(23)，每个容器适合于贮存不同的试剂(R1，...，Rn)；和各自的多个试剂吸入阀(24)，它们串联地插入在所述混合管路(10)上，并每个形成所述管路曲折前进的管道。
5.按照以上权利要求中任何一个的设备(1)，其中所述一个抽样单元(2)至少包括一个样本吸入阀(14)，它插入在所述混合管路(10)上，并形成管路曲折前进的管道。
6.按照以上权利要求的设备(1)，其中所述至少一个样本吸入阀(14)是三通阀(15，16，17)。
7.按照权利要求5或6的设备(1)，其中所述至少一个样本吸入阀(14)是导向阀(25)。
8.按照以上权利要求中任何一个的设备(1)，其中所述检测单元(28)包括：选自光度检测器，荧光检测器，离子选择检测器，电势检测器中的一个检测器。
9.按照以上权利要求的设备(1)，其中所述检测单元(28)包括：比色检测器。
10.按照以上权利要求中任何一个的设备(1)，其中所述泵浦装置(29)是双向型装置。
11.按照以上权利要求中任何一个的设备(1)，其中所述泵浦装置包括：体积泵(29)。
12.按照以上权利要求中任何一个的设备(1)，其中所述泵浦装置包括：蠕动泵(29)。
13.按照以上权利要求中任何一个的设备(1)，包括：泄放装置(14，19，21)，用于泄放被分析的样本，它包括：各自的阀(14)，适合于开启/关闭所述混合管路(10)和水压连接到泄放口(W)。
14.按照以上权利要求的设备(1)，其中所述泄放装置(14，19，21)的所述阀(14)插入在所述混合管路(10)上并形成管路曲折前进的管道。
15.按照权利要求13或14的设备(1)，其中所述泄放阀(14)是三通阀(19，20，21)。
16.按照权利要求13至15中任何一个的设备(1)，其中所述泄放阀(14)是导向阀(19)。
17.按照以上权利要求中任何一个的设备(1)，包括：一个或多个附加单元，适合于与所述检测单元(28)协同工作，并选自下列的一组：还原柱，调温蛇形线，渗析块，分馏柱和离子交换树脂。
18.一种用于测定水下环境的样本中所含分析物的整套设备(100)，包括：
按照以上权利要求中任何一个的设备(1)，其中所述抽样单元(2)适合于从水下环境取出液体样本(C)；和
压力补偿装置(31，32)，在其内部安装所述设备并适合于使它保持基本恒定的压力，该压力基本等于外部水下环境的压力。
19.按照以上权利要求的整套设备(100)，其中所述压力补偿装置是液压型，包括：补偿器(31)，其可变形的外壁暴露在水下环境的压力外部，和外壳(32)，在外壳内放置与所述补偿器液压连通的所述设备(1)，所述补偿器和外壳充满重油。
20.一种用于测定液体样本中分析物的方法，包括以下的步骤：
在混合管路(10)中引入被分析的液体样本(C)；
有选择地在样本中至少添加一种试剂(R1，...，Rn)，它是从所述管路内各自容器(23)中直接吸入的；
在所述管路内建立湍流运动的状态以实现所述样本与所述至少一种试剂的混合；和
沿所述混合管路检测掺试剂的样本中所含分析物的浓度。
21.按照以上权利要求的方法，其中所述步骤是在水下环境中执行的。
22.按照权利要求20或21的方法，其中所述步骤是借助于按照权利要求1至17中任何一个的设备执行的。
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