CN202421189U

CN202421189U - 一种高稀释因子水样分析装置

Info

Publication number: CN202421189U
Application number: CN2011205777297U
Authority: CN
Inventors: 唐小燕; 项光宏
Original assignee: HANGZHOU JUGUANG ENVIRONMENTAL PROTECTION TECHNOLOGY CO LTD; Focused Photonics Hangzhou Inc
Current assignee: HANGZHOU JUGUANG ENVIRONMENTAL PROTECTION TECHNOLOGY CO LTD; Focused Photonics Hangzhou Inc
Priority date: 2011-12-31
Filing date: 2011-12-31
Publication date: 2012-09-05
Anticipated expiration: 2021-12-31

Abstract

本实用新型涉及一种高稀释因子水样分析装置，包括：进样单元，所述进样单元包括注射泵、储液环和多通道选向阀，所述多通道选向阀分别与样品、稀释剂、混合室、控制单元和检测单元相连；控制单元，所述控制单元还与所述注射泵相连，所述控制单元控制注射泵通过多通道选向阀分别向第n混合室内注入第n级稀释对应体积的n-1级稀释样品和稀释剂，形成n级稀释样品；直至形成m级稀释样品；其中，稀释级数为m，n∈[1，m]，各级稀释因子之积为总稀释因子，0级稀释样品为未稀释样品；检测单元，所述检测单元检测m级稀释样品的浓度。本实用新型具有操作简便、稀释准确的优点。

Description

一种高稀释因子水样分析装置

技术领域

本实用新型涉及一种水样稀释分析装置，尤其是一种适用于高稀释因子的水样分析装置。

背景技术

采用水质在线分析仪进行污染水体在线监测时，分析仪器通常会设计成相应的分析量程。若水体污染程度过高，会使得水体相应监测因子指标的浓度太高，超出分析仪量程；或若干扰基体浓度太大及分光光度检测时色度干扰严重，会影响分析结果。当出现上述情况时，往往需要对水体进行准确的稀释，然后再进行分析检测。

现有可应用于水质在线分析仪的水样自动稀释系统主要为通过控制水样与稀释剂的流动速率比或者体积比控制稀释因子。

图1所示为水样自动稀释系统，是通过调节水样泵和稀释泵的流动速率比控制稀释因子，此时，稀释因子＝(稀释泵流速+水样泵流速)/水样泵流速。水样泵与稀释泵通常都使用蠕动泵以保持精确的流速进而确保精确地稀释水样。但此水样自动稀释系统还存在以下问题：

1)、蠕动泵老化使检测误差变大

随蠕动泵使用时间的增长，蠕动泵管会老化，同时流速也会发生不同程度的漂移，这些都会导致无法精确控制稀释因子，使得分析仪器的检测信号误差变大。

2)、残留水样污染下次测量样品，导致检测不准确

蠕动泵管会接触到水样被水样污染，有时污染还会损伤泵管，进而无法精确控制样品流速；已被水样污染的泵管会给后续测量样品带来污染，使得分析结果不准确。

3)、蠕动泵流动速率范围是有限的，无法实现稀释高稀释因子水样分析的需求。

图2所示水样自动稀释系统，是通过调节水样定量管与稀释剂定量管的体积比控制稀释因子，此时，稀释因子＝(稀释剂定量管体积+水样定量管体积)/水样定量管体积。此水样自动稀释系统也存在一些问题：

1)、残留水样污染后续测量样品，导致检测不准确

水样定量管会残留部分水样，残留的水样会污染后续分析的水样，使得分析结果不准确；

2)、操作麻烦

当需要改变稀释因子时，需要手工更换相应的定量管，操作比较麻烦；

3)、无法满足高稀释因子水样分析的需求。

实用新型内容

为了解决现有技术中的上述不足，本实用新型提供了一种操作简便、稀释准确的高稀释因子水样分析装置。

为实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

本实用新型提供了一种高稀释因子水样分析装置，包括：

进样单元，所述进样单元包括注射泵、储液环和多通道选向阀，所述多通道选向阀分别与样品、稀释剂、混合室、控制单元和检测单元相连；

控制单元，所述控制单元还与所述注射泵相连，所述控制单元控制注射泵通过多通道选向阀分别向第n混合室内注入第n级稀释对应体积的n-1级稀释样品和稀释剂，形成n级稀释样品；直至形成m级稀释样品；其中，稀释级数为m，n∈[1，m]，各级稀释因子之积为总稀释因子，0级稀释样品为未稀释样品；

检测单元，所述检测单元检测m级稀释样品的浓度。

进一步，控制单元根据仪器量程L和标准方法中可测最大样品浓度C₀得出稀释级数m及各级稀释因子。

作为优选，所述检测单元还与所述控制单元相连，所述检测单元将检测结果传递给所述控制单元作为控制单元调整仪器量程的依据。

进一步，所述分析装置还包括暂存室，所述暂存室与所述多通道选向阀相连，用于暂存稀释样品。

作为优选，各混合室为同一个混合室。

本实用新型与现有技术相比具有以下有益效果：

1、实现水样的智能化、自动多级稀释

控制单元基于稀释因子最大临界值，结合当前测量数据，自动判断单级稀释倍数和稀释级数，并通过流路控制，实现高监测因子或基体、色度干扰特别大的污水的自动稀释、检测，免去人工介入的麻烦，实现不同浓度范围水样的自动、准确分析。

2、实现仪器量程的自动调节与切换

通过控制单元实现量程值-稀释因子-稀释级数-测量值之间的联动，其量程范围不再采用传统的固定档方式，而是由水样测量值决定分析仪的量程值，使量程范围没有任何限制，并且能够进行全自动的量程切换，进而避免了测量值高于分析仪最高量程不可测的问题。

3、稀释准确性高

通过增加稀释级数的方法，使稀释因子减小，有效增加了每次稀释所需定量的样品与稀释剂的体积，使定量更准确。

通过设计大气平衡孔引入防倒吸器件，防止注射泵在过程稀释样品定量时，因为管路内液位重力的影响而导致的定量不准确，且能有效防止在稀释样品从暂存室回吸时的废液倒吸，避免了流路污染。

4、混合均匀

自动稀释过程中，稀释溶液在混合室完全混匀，解决了常规自动稀释方法区带扩散-停留带来的混合不均匀问题。

附图说明

图1为背景技术中通过控制水样与稀释剂的流动速率比来控制稀释因子的示意图；

图2为背景技术中通过调节水样定量管与稀释剂定量管的体积比控制稀释因子的结构示意图；

图3为实施例1中高稀释因子水样分析装置结构示意图；

图4为实施例2中高稀释因子水样分析装置结构示意图；

图5为实施例2中防倒吸器件结构示意图。

具体实施方式

实施例1

请参阅图3，一种高稀释因子水样分析装置，包括：进样单元、控制单元200和检测单元301。

所述进样单元与样品、稀释剂、混合室、控制单元200和检测单元301相连。

本实施例中，稀释剂为清水，同时所述稀释剂还可用于清洗所述分析装置的各器件及管路。

本实施例中进样单元包括注射泵201、多通道选向阀202、储液环203和各管路。

所述注射泵201一端与稀释剂相连，一端通过储液环203与多通道选向阀202相连，对泵入的物质进行精确定量。

储液环203用于暂时储存由注射泵201泵入的样品，有效避免由注射泵201泵入的样品直接接触注射泵201中的注射器，保护高精密注射器免受磨损或腐蚀。

多通道选向阀202上设置公用通道o、样品通道a、稀释通道和废液通道c；混合室通过稀释通道与多通道选向阀202相连；所述公用通道o连接储液环203。

实现样品的m级稀释，是将样品与稀释剂混合形成1级稀释样品，然后抽取部分1级稀释样品再与稀释剂混合，形成2级稀释样品，...，最终形成m极稀释样品。

其中，根据第n级稀释因子g_n得出第n级稀释时采用的n-1级稀释样品和稀释剂的体积，并将相应体积的n-1级稀释样品和稀释剂在第n混合室内混合得到第n级稀释样品，其中，n∈[1，m]。

此时，各混合室为不同的混合室或同一个混合室。其中各混合室为同一个混合室时，需要将过程稀释样品转存至暂存室，从暂存室内抽取过程稀释样品至混合室与稀释剂混合。

在本实施例中，每级稀释都是在不同的混合室内进行，不同的混合室都是通过不同的稀释通道与多通道选向阀相连；即，n级稀释在第n混合室内混合，第n混合室100n通过稀释通道bn与多通道选向阀202相连；如第1混合室1001通过稀释通道b1与多通道选向阀202相连；第2混合室1002通过稀释通道b2与多通道选向阀202相连...向第n混合室100n内分别注入n-1级稀释样品和稀释剂，形成n级稀释样品。m级稀释样品外的其它稀释样品均为过程稀释样品。

废液通过废液通道d与多通道选向阀202相连。

多通道选向阀202控制各通道之间流路的切换和定位，与注射泵201结合使用，实现水样的稀释，同时能够保证流路切换定位的精准和无死体积，且简化流路设计，减少故障点。

所述控制单元200与多通道选向阀202和注射泵201相连，控制多通道选向阀202分别选择样品或稀释剂的通道，并控制注射泵201将未稀释样品或稀释剂或过程稀释样品注入相应混合室。

所述控制单元200根据稀释因子和稀释级数得出输入参数，即样品和稀释剂的体积；所述控制单元200根据输入参数控制所述进样单元向相应混合室内注入未稀释样品/过程稀释样品；

获得所述稀释因子和稀释级数有多种方式，如用户事先知道并将其输入至控制单元；或由控制单元根据仪器量程L和标准方法中可测最大样品浓度C₀得出稀释级数m及各级稀释因子，其中，总稀释因子为g＝L/C₀，各级稀释因子之积为总稀释因子。

所述仪器量程为用户自定义量程或仪器当前量程。

所述标准方法中可测最大样品浓度C₀为相应测量方法中的最高可测样品浓度；其中，相应测量方法可以为国标方法，或行业标准，或ISO标准方法或其它测量方法。

当总稀释因子小于稀释因子最大临界值时，根据稀释因子对样品进行1级稀释；总稀释因子大于稀释因子最大临界值时，使各级稀释因子均为

，且满足

，

，其中：m∈Z，M为稀释因子最大临界值，计算出相应的各级稀释因子和稀释级数m，控制单元200根据各级稀释因子和稀释级数生成相应的输入参数。用户可以自定义稀释因子最大临界值，通过软件界面进行设置。本实施例中用户自定义的稀释因子最大临界值M＝20。

根据各级稀释因子及稀释级数，可生成输入参数：设定每次稀释后的样品总体积为V_总，每次抽取样品的体积为：V_样＝V_总/g_n，每次抽取稀释剂的体积为V_稀释＝V_总-V_样。由于稀释后样品的体积为V_总，所以混合室的体积大于V_总即可，本实施例中，混合室的体积为1.5倍的V_总。

本实施例还提供了一种高稀释因子水样分析方法，包括以下步骤：

A、确定输入参数

本实施例中，总稀释因子g＝25，稀释因子临界值M＝20，则，m＝2；对样品进行2级稀释，每级稀释因子g₁＝g₂＝5；

因此，用户将各级稀释因子g₁＝g₂＝5和稀释级数m＝2输入至控制单元200，由控制单元200根据输入的各级稀释因子g₁＝g₂＝5和稀释级数m＝2得出输入参数：设定每次稀释后的样品总体积为V_总为6000μL，每次抽取样品的体积为：V_样＝1200μL，每次抽取稀释剂的体积为V_稀释＝V_总-V_样＝4800μL；混合室的体积为1.5倍V_总为9000μL。

B、对样品进行2级稀释即第1级稀释和第2级稀释，直至形成2级稀释样品；其中，第1级稀释包括预吸样品和混合室1001混合；第2级稀释包括预吸1级稀释样品和混合室1002混合；具体步骤如下：

B1第1级稀释

1)预吸样品

注射泵201从样品通道a吸取样品，预充样品管，多余样品推废，即通过废液通道c排出；

注射泵201吸取稀释剂清洗储液环203，然后将清洗后的液体推废；

2)混合室1001混合

混合室1001清洗、排空；

注射泵201吸取第1级稀释需要量的稀释剂到注射器内，此时稀释剂体积为4800μL；

注射泵201从空气通道吸取100μL空气到储液环203；

注射泵201从样品通道a吸取第1级稀释需要量的样品到储液环203，此时样品体积为1200μL；

注射泵201将储液环203中的稀释剂、样品通过稀释通道b1推至第1混和室1001进行混合，得到1级混合样品；

作为优选，向混合室内通入对测量无影响的气体，使样品和稀释剂混合均匀。本实施例中是通入空气，即将样品和稀释剂注入至混合室以后，还包括以下步骤：

注射泵201从空气通道吸取空气到储液环203；

注射泵201将储液环203内的空气通过稀释通道b1推到混合室1001中，使稀释剂和样品充分混匀；

得到混合均匀的1级稀释样品；

B2、第2级稀释

1)预吸1级稀释样品

注射泵201从稀释通道b1吸取1级稀释样品，预充样品管，多余1级稀释样品推废；

2)混合室1002混合

混合室1002清洗、排空；

注射泵201吸取第2级稀释需要量的稀释剂到注射器内，此时稀释剂体积为4800μL；

注射泵201从空气通道吸取100μL空气到储液环203；

注射泵201从稀释通道b1吸取第2级稀释需要量的1级稀释样品到储液环203，此时吸取的1级稀释样品体积为1200μL；

注射泵201将储液环203中的稀释剂、1级稀释样品通过稀释通道b2推至第2混和室1002进行混合，得到2级混合样品；

作为优选，将过程稀释样品即本实施例中的1级稀释样品和稀释剂注入至混合室以后，还包括以下步骤：

注射泵201从空气通道吸取空气到储液环203；

注射泵201将储液环203内的空气通过稀释通道b2推到混合室1002中，使稀释剂和1级稀释样品充分混匀；

最终得到混合均匀的2级稀释样品；

C、检测2级稀释样品浓度，测量结束；

测量结束以后，进行整个水样分析装置各器件及管路的清洗、排空、复位。

用户将已知稀释因子和稀释级数输入至控制单元，控制单元即可确定出输入参数，通过流路控制，实现高监测因子或基体、色度干扰特别大的污水的自动稀释、检测，免去人工介入的麻烦，实现不同浓度范围水样的自动、准确分析。

自动稀释过程中，稀释溶液在混合室内混合均匀，解决了常规自动稀释方法区带扩散-停留带来的混合不均匀的问题。

实施例2

请参阅图4，一种高稀释因子水样分析装置，与实施例1中所述的分析装置不同的是：

所述分析装置还包括暂存室204，所述暂存室204通过暂存通道d与多通道选向阀202相连，用于暂存过程稀释样品。

本实施例中暂存室为一段管路，不用再另外设置一定的容器来暂存过程稀释样品，安装设置方便。

其中，转存至暂存室内的n-1级稀释样品的体积应大于进行n级稀释时所需要的n-1级稀释样品的体积。

本实施例中，转存至暂存室204内的1级稀释样品的体积应大于进行2级稀释时所需要的1级稀释样品的体积；作为优选，暂存室的容积为1.5倍的V_样。

所有混合室同为一个混合室1001，所述混合室1001通过稀释通道b1与多通道选项阀202相连。

暂存室204内暂存过程稀释样品，为了使样品之间不相互污染，需经常清洗暂存室204；清洗暂存室204时，注射泵201将暂存室204内的液体通过暂存通道d抽至储液环203中，然后将储液环203中的液体通过废液通道c排出。在此过程中，带有残留样品的清洗液仍会残留在储液环管壁上，导致二次污染；

为了更充分清洗暂存室204、储液环，作为优选，暂存室204还与废液相连，以便于单向排空暂存室204，即将暂存室204内的液体排至废液，使得暂存室204的清洗更彻底；

为了防止废液中的液体回流至暂存室204内，同时，为了在吸取过程稀释样品时，定量更准确，作为优选，暂存室204通过防倒吸器件205与废液相连；请参阅图5；

所述防倒吸器件205上设置大气压力平衡孔51，用于平衡防倒吸器件205内外的大气压差；所述防倒吸器件205用于防止在从暂存室204抽取液体时、废液倒吸至暂存室204中，且在吸取过程稀释样品时，避免因为管路内液位差导致的定量不准。

本实施例还提供了一种高稀释因子水样分析方法，与实施例1中的分析方法不同的是：

步骤B2包括以下步骤：先将暂存室204清洗排空，再将混合室1001内的1级稀释样品转存至暂存室204；混合室1001清洗排空；预吸1级稀释样品；混合室1001混合，得到2级稀释样品；具体步骤如下：

1)、暂存室204清洗排空

注射泵201从空气通道吸取空气5000μL到储液环203；

注射泵201将储液环203中的空气通过暂存通道d推至暂存室204，单向排空暂存室204；

注射泵201吸取稀释剂5000μL到注射器；

注射泵201将储液环203中的稀释剂推至暂存室204，单向清洗暂存室204；

注射泵201从空气通道吸取空气5000μL到储液环203；

注射泵201将储液环203中的空气推至暂存室204，单向排空暂存室204；

2)、混合室1001内的1级稀释样品转存至暂存室204

注射泵201从空气通道吸取100μL空气到储液环203；

注射泵201从稀释通道b1吸取2000μL1级稀释样品到储液环203；

注射泵201将储液环203中的1级稀释样品通过暂存通道d推至暂存室204内；

3)、混合室1001清洗排空

将混合室1001内剩余的1级稀释样品排废，并清洗混合室1001及稀释通道b1等管路；

其中，排废及清洗步骤与之前描述类似，在此不再赘述；

此时清洗混合室1001是为了避免各级稀释样品之间的交叉污染；

4)、预吸1级稀释样品

注射泵201吸取稀释剂1000μL到注射器；

注射泵201从空气通道吸取100μL空气到储液环203；

注射泵201通过暂存通道d从暂存室204吸取100μL1级稀释样品到储液环203；

注射泵201将储液环203中的稀释剂、空气、1级稀释样品推废；

5)、混合室1001混合

注射泵201从空气通道吸取100μL空气到储液环203；

注射泵201通过暂存通道d从暂存室204吸取2级稀释需要量的1级稀释样品到储液环203，此时吸取的1级稀释样品体积为1200μL；

注射泵201将储液环203中的稀释剂、空气、1级稀释样品通过稀释通道b1推至混和室1001；

注射泵201从空气通道吸取空气到储液环203；

注射泵201将储液环203内的空气通过稀释通道b1推至混合室1001中，使稀释剂和1级稀释样品充分混匀，形成2级稀释样品。

本实施例通过设置暂存室，大大减少了进行多级稀释所需要配备的混合室的数量，提高了混合室的利用率，使得仪器设置更加紧凑。

实施例3

一种高稀释因子水样分析装置，与实施例2中所述的分析装置不同的是：

所述控制单元200根据仪器量程L和GB国标方法中的可测最大样品浓度C₀得出稀释级数m及各级稀释因子，其中，总稀释因子为g＝L/C₀，各级稀释因子之积为总稀释因子。这样就免去了用户输入稀释级数及各级稀释因子的麻烦。

本实施例中，所述仪器量程为用户自定义量程。

进行分析时，用户只需要将仪器量程输入，其余操作均由控制单元控制仪器完成，实现样品的稀释。

本实施例还提供了一种高稀释因子水样分析方法，与实施例2中所述的分析方法不同的是：

在步骤A中，用户将仪器量程L＝63mg/L输入至控制单元200，由控制单元200根据仪器量程L和国家标准方法(GB)可测最大样品浓度C₀＝1mg/L得出稀释级数m及各级稀释因子；本实施例中，得出的总稀释因子g＝63，稀释因子临界值M＝30，m＝2；对样品进行2级稀释，其中，1级稀释因子为7，2级稀释因子为9；

控制单元200根据各级稀释因子和稀释级数得出输入参数：设定每次稀释后的样品总体积为V_总为6300μL，1级稀释需要量的样品体积为900μL，稀释剂的体积为5400μL；进行2级稀释需要量的1级稀释样品体积为700μL，稀释剂的体积为5600μL。

实施例4

一种高稀释因子水样分析装置，与实施例3中所述的分析装置不同的是：

本实施例的检测单元301与控制单元200相连，并将检测结果传递给控制单元200，控制单元200根据检测结果调整当前量程。

控制单元200根据检测结果调整仪器量程时，检测单元200检测得到稀释后的样品浓度为C₁，若N≤C₁/L≤1，测量结束，其中：N为使测量值落在量程内可靠区间的预设下限值；可根据GB分析方法本身的检出限来定N值，N＝检出限/检测量程。

反之，调节仪器量程，使L＝yC₁，其中，

对稀释后的样品再进行稀释，直至最终的稀释样品浓度达到测量结束条件。

本实施例还提供了一种高稀释因子水样分析方法，与实施例3中所述的分析方法不同的是：

在步骤C中，检测2级稀释样品并得出其浓度为C₁；

若N≤C₁/L≤1，测量结束，其中：N为使测量值落在量程内可靠区间的预设下限值；

反之，调节仪器量程，使L＝yC₁，其中，

返回步骤A。

本实施例中，N设定为0.1，y设定为2。

实施例5

一种高稀释因子水样分析装置，与实施例4中的分析装置相同。

本实施例还提供了一种高稀释因子水样分析方法，与实施例4中的分析方法不同的是：

在步骤A中，仪器量程为分析仪器的当前量程。

这样在进行样品稀释时，采用仪器当前量程作为初始量程，分析仪器的灵活性较高；同时，后续稀释完全由系统根据稀释后样品的浓度来调整，完全不用用户参与，从而实现全自动化。

上述实施方式不应理解为对本实用新型保护范围的限制。本实用新型的关键是：控制单元基于稀释因子最大临界值，结合当前测量数据，自动判断稀释倍数和稀释级数，并通过流路控制，实现高监测因子或基体、色度干扰特别大的污水的自动稀释、检测，免去人工介入的麻烦，实现不同浓度范围水样的自动、准确分析。在不脱离本实用新型精神的情况下，对本实用新型做出的任何形式的改变均应落入本实用新型的保护范围之内。

Claims

1.一种高稀释因子水样分析装置，包括：

检测单元，所述检测单元检测m级稀释样品的浓度。

2.根据权利要求1所述的分析装置，其特征在于：控制单元根据仪器量程L和标准方法中可测最大样品浓度C₀得出稀释级数m及各级稀释因子。

3.根据权利要求2所述的分析装置，其特征在于：所述检测单元还与所述控制单元相连，所述检测单元将检测结果传递给所述控制单元作为控制单元调整仪器量程的依据。

4.根据权利要求1所述的分析装置，其特征在于：所述分析装置还包括暂存室，所述暂存室与所述多通道选向阀相连，用于暂存稀释样品。

5.根据权利要求4所述的分析装置，其特征在于：各混合室为同一个混合室。