CN207528678U - 电化学分析仪 - Google Patents

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Abstract

本实用新型提供一种电化学分析仪，包括：处理器，设置在所述电化学分析仪中；控制器，连接所述处理器，所述处理器传送控制信号至所述控制器；供便携式芯片插入的芯片接口，所述芯片接口连接所述处理器，所述便携式芯片包括提供对应电化学分析流程的所述控制信号的程序；用于接收待测物并执行所述电化学分析流程的检测器，所述检测器连接所述控制器；存储器，连接所述处理器，所述存储器储存所述检测器的检测结果；以及显示器，连接所述检测器和所述存储器，所述显示器显示所述检测结果。

Description

电化学分析仪
技术领域
本实用新型涉及电化学分析仪，尤其涉及一种通过设定及编辑便携式芯片的检测流程而对待测物进行电化学分析的电化学分析仪。
背景技术
现有技术的电化学分析装置，大多为实验室用来对待测物进行检测，分析待测物成分或浓度的装置，通常在机台的设计上并不考虑装置体积，使得大部分的电化学分析装置因机台体积较大而不容易随身携带。因此，在检测时，必须将待测物的样本带回实验室才能对其进行分析，在时效上与实际操作上都有相当的限制。
另外，现有的电化学分析装置，在检测时往往仅为接收待测物及产生电化学反应的检测装置，检测到的电压或电流信号，必须回传至连接的电脑或工作站才能进行后续的电化学分析程序，例如解读信号、转换信号等程序。这样的设置使得电化学分析装置必须连接电脑才能进行操作，无法单独离线使用，明显局限了使用上方便性。近年来，即便发展出便携式的电化学分析装置，也只是对特定的分析物进行检测，如以血糖机测量血糖，这种特定的电化学分析装置无法改变检测流程、控制参数等设定来对应于不同的分析物。
从上述观点出发，期望发展不局限于特定分析物的电化学分析装置，并且使得电化学分析装置在检测时能独立操作，无须连线至其他分析机台进行电化学分析的操作方式。
实用新型内容
鉴于现有技术中的上述问题，本实用新型提供了一种电化学分析仪，改善现有电化学分析装置需连接电脑，无法随身携带进行检测，且无法变换检测目标物的缺点。
基于上述目的，本实用新型提供了一种电化学分析仪，包括：处理器，设置在所述电化学分析仪中；控制器，连接所述处理器，所述处理器传送控制信号至所述控制器；供便携式芯片插入的芯片接口，所述芯片接口连接所述处理器，所述便携式芯片包括提供对应电化学分析流程的所述控制信号的程序；用于接收待测物并执行所述电化学分析流程的检测器，所述检测器连接所述控制器；存储器，连接所述处理器，所述存储器储存所述检测器的检测结果；以及显示器，连接所述检测器和所述存储器，所述显示器显示所述检测结果。
可选地，所述便携式芯片还连接于用于将检测流程的控制参数和转换公式编辑或抹除于所述便携式芯片的电脑编辑器。
可选地，所述芯片接口包括通用串行总线或电子工业协会串行通信接口标准的插槽。
可选地，所述检测器包括用于放置所述待测物并监测产生的电压或电流的检测芯片。
基于上述，本实用新型提供了电化学分析仪，通过在便携式芯片编辑电化学分析的操作流程，使得电化学分析仪能依据便携式芯片所载的检测流程，对特定目标物进行电化学分析，无须连接分析数据的仪器或设定处理流程的电脑装置，直接于电化学分析仪的显示画面呈现检测结果，提供检测上的便利性及即时性。另外，本实用新型在替换不同的便携式芯片后，能使电化学分析仪执行不同目标物的检测分析，无须重新设定电化学分析仪的操作流程。对于不同待测物的检测分析，可轻易地调整，增加电化学分析仪的检测功能，提升使用上的多样性。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对描述实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，容易理解地，以下描述中的附图是本实用新型的一些实施例。
图1为本实用新型一实施例中电化学分析仪的在线电化学分析流程的流程图；
图2为本实用新型一实施例中电化学分析仪的操作方法的流程图；
图3为本实用新型一实施例中电化学模拟系统的示意图；
图4为本实用新型一实施例中电化学分析仪的示意图；以及
图5为本实用新型一实施例中程序编辑程序的示意图。
具体实施方式
下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。容易理解的是，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
图1为本实用新型一实施例中电化学分析仪的在线电化学分析流程的流程图，请参阅图1，电化学分析仪的在线电化学分析流程包括以下步骤(S11-S14)：
步骤S11：设置包括处理器及存储器的电脑，执行程序编辑程序。此处设置的电脑，包括个人电脑、笔记本电脑、服务器等，其中存储器为具有储存软件程序的电脑可读取媒体，包括硬盘、固态硬盘、快闪存储器或相变化存储器。处理器则包括单核、多核的一个或多个处理器，连接于存储器，执行存储器中储存的指令以执行软件程序。本实施例的在线电化学分析设定流程，可在电脑中执行来进行步骤S11至步骤S13的设定。
步骤S12：选择多个检测流程，并设定多个检测流程的处理顺序。在程序编辑程序当中，首先依据进行分析的内容，设计对应的检测流程，检测流程包括检测待测物程序、启动电化学分析程序、获取检测信号程序或转换检测信号程序，同时设定检测流程的顺序。详细来说，检测待测物程序是依据分析物种类和检测时的样本状态，设定电化学分析分析仪的检测芯片判断是否接收到足够样本，例如检测电压改变超过预设值，则判断待测物样本已置入，可启动电化学分析程序。启动后，选择何种电化学分析方法，例如进行一种或多种电化学分析，也在程序编辑程序当中设定。接着对于检测信号的取得以及取得信号后的转换流程，同样于程序编辑程序当中设定。换句话说，以往的电化学分析，需要操作人员一步步进行的步骤可预先规划设计，并将其在程序编辑程序当中预先设定。
步骤S13：设定分析物和电化学分析方法，并设定多个控制参数。对于步骤S12所设定的电化学分析程序，进一步依据分析物和欲取得的分析结果，选择对应的电化学分析方法。电化学分析方法包括循环伏安法、线性扫描伏安法、方波伏安法、微分脉冲伏安法、计时安培法、交流阻抗法或开路电位法。同时，依据不同电化学方法，可以设定进行分析时的各个控制参数，包括施加电压、施加电流、反应时间、检测温度、试剂浓度或信号获取范围。
步骤S14：执行在线电化学分析方法对待测物进行检测。当完成上述分析物和电化学分析方法的选择以及参数的设定后，将电化学分析仪连接至电脑，并且将待测物样本放入检测芯片中，由电化学分析仪进行上述设定的检测流程。依据不同电化学分析方法，可以获取检测的电压或电流数据，通过连线的电脑进行分析并将结果呈现给操作者检视。
上述在线电化学分析流程是指电化学分析方法可直接由电化学分析仪接受样本进行检测后，通过电脑连线的处理来取得待测物的检测结果。不过，对于在线电化学分析流程来说，在装置连线的状况下，有较大的使用限制，不适合携带或移动的检测，因此，本实用新型进一步设计脱机操作的方式，也就是离线电化学分析方法，如以下实施例所示。
图2为本实用新型一实施例中电化学分析仪的操作方法的流程图，请参阅图2，电化学分析仪的操作方法包括以下步骤(S21-S29)：
步骤S21至步骤S23：设置包括处理器及存储器的电脑，执行程序编辑程序并设定检测流程。此步骤和图1的步骤S11至步骤S13所述的内容相同，用户通过程序编辑程序设定检测流程。上述流程详细的说明参阅图1的操作步骤，同样的技术手段不再重复描述。
步骤S24：设定转换公式和反应温度校正公式，将初始检测资料转换成检测结果。对比步骤S14所执行的在线电化学分析方法，虽然在线电化学分析方法可选择电脑或服务器当中存有的各种运算式或方程式的参数，但对于一般检测大多仅需特定的转换公式和反应温度校正公式，因此为了实现脱机电化学分析方式，预先选择和设定所需待测物种类、对应电化学分析法、控制参数、转换公式、温度校正公式等，让电化学分析仪可依据上述设定直接判读检测数据，转换成有意义的检测结果。
步骤S25：将程序编辑程序所进行的设定编辑至便携式芯片。上述电化学分析检测流程的设定，均于程序编辑程序上进行，当完成设定后，可将整个检测流程编辑在便携式芯片上。便携式芯片可包括存储器芯片，通过程序编辑程序将电化学分析检测流程及相关设定储存于便携式芯片。对于不同的分析物，可以利用不同芯片储存对应的检测流程，当实际进行检测时，可替换芯片由对应的检测流程进行分析。
步骤S26：将便携式芯片连接至电化学分析仪，拔除和电脑的连结，通过检测芯片接收待测物，由电化学分析仪执行检测流程，对待测物进行电化学分析，并将待测物的检测结果呈现于电化学分析仪的显示单元。此步骤包括先前步骤S22～24：使用设定后的启动后检测前的程序，并执行设定后多个控制参数。同时执行设定的电化学分析程序，进一步依据分析物和欲取得的分析结果，选择对应的电化学分析方法。电化学分析方法包括循环伏安法、线性扫描伏安法、方波伏安法、微分脉冲伏安法、计时安培法、恒电流法、交流阻抗法或开路电位法。同时，依据不同电化学方法，可以设定进行分析时的各个控制参数，包括施加电压、施加电流、反应时间、检测温度、试剂浓度或信号获取范围。获取所设定的数据信号带入设定后的转换公式，将初始检测资料转换成检测结果。由于检测到的信号多为电流或电压的信号，因此初始检测资料通过各种相加相减、平均、最大最小值的运算后，再经由转换方程式转换成所需的检测结果，包括待测物浓度或待测物含量百分比等。各种运算式或方程式的参数可依据过往分析结果调整，使得检测结果能符合实际状态。
步骤S27：是否对另一分析物进行检测？若否，则进入步骤S28，若是，则进入步骤S29。在完成上述检测结果后，用户可以对不同的分析物进行不同的电化学分析流程，目前现有便携式的电化学分析仪，仅能针对单一分析物进行分析，例如血糖机。若要针对不同分析物进行检测，必须更换另一台分析仪，或者连线至电脑的情况下，将资料回传进行不同分析。但本实施例的电化学分析仪无须上述步骤，仅需更换检测不同分析物的便携式芯片，即可进行不同类型的分析。
步骤S28：结束分析。若仅需进行单一电化学分析，当产生检测结果时，即完成分析流程，提供待测物的检测浓度或百分比。
步骤S29：更换便携式芯片。再针对不同分析物进行检测时，电化学分析仪更换连接的便携式芯片，将新的分析物及分析流程，通过电化学分析仪执行，而检测芯片也可对应新的分析物进行更换，例如连接至具有反应试剂的化学芯片，使得分析物样本与试剂反应后，由电化学分析仪检测电压电流数据，再经过转换后取得新的检测结果。
便携式芯片可经由芯片接口连接至电化学分析仪，本实施例的电化学分析仪包括处理器、存储器、控制器、检测器以及显示屏幕。其中，电化学分析仪的芯片接口包括插槽、芯片读取装置、存储器读取装置等，当便携式芯片连接于芯片接口时，处理器可读取当中编辑的程序，控制电化学分析仪的控制器来进行实际分析。举例来说，当检测器的检测芯片(如化学传感器)滴入待测物样本，控制器依据检测待测物程序，监测产生的电压或电流，当监测值超过预设阀值时，启动电化学分析程序。此时控制器可施加电压至样本并接收反应的电流，依据选择的电化学分析方法，获取反应时间内的电压及电流数据。这些初始检测资料再经由转换公式计算出待测物的浓度或百分比。检测结果可直接显示在电化学分析仪的显示屏幕上，用户无需针对电压电流数据及曲线进行解读，即可获得最终检测结果。
通过上述步骤的执行，可以通过在电脑上的程序编辑程序设定整个流程与控制参数，并将其编辑于便携式芯片当中，对于电化学分析仪的操作，只需连接便携式芯片即可执行编辑内容来完成检测，并产生最终结果。本实施例的电化学分析仪在实际检测时，虽然能连线电脑作为电化学分析仪，但由于便携式芯片的设置，电化学分析仪可单独离线使用，完整的模拟电化学分析仪在线分析的功能。在电化学分析仪与便携式芯片均能通过微型化设计形成移动式装置的情况下，用户进行电化学分析可轻易地携带本实施例的电化学分析仪来进行，无须通过连线传输检测信号进行分析，有效提升操作的便利性及实用性。
对于不同分析物可以设定分析物对应的电化学分析流程，编辑于便携式芯片当中，若是实际分析过程或经实验比对后，发觉检测结果有所误差，也可以将便携式芯片重新连接至电脑，亦即重新进行步骤S21，通过程序编辑程序将原有的设定抹除，经过调整流程或参数后，重新编辑于便携式芯片当中。这样的操作方式，使得电化学分析仪能够轻易的模拟各种检测流程，迅速调整误差部分，对于电化学分析仪器的开发，有相当大的助益。
图3为本实用新型一实施例中电化学模拟系统的示意图，请参阅图3，电化学模拟系统包括电脑10、电化学分析仪20和便携式芯片30。在这当中，电脑10可为个人电脑、笔记本电脑、服务器等，当中安装有程序编辑程序100，作为设定电化学分析流程的软件程序。电脑10还设置编辑器101，便携式芯片30通过编辑器101进行资料编辑或抹除。电化学分析仪20则包括处理器200、控制器201、存储器202、芯片接口203、检测器204以及显示器205，经过编辑的便携式芯片30可插入芯片接口203的插槽，可例如通用串行总线(USB)或电子工业协会(EIA)串行通信接口标准RS-232、RS-485等接口。当连接后，处理器200读取便携式芯片30编辑的程序，传送控制信号至控制器201，驱动电化学分析仪20进行检测流程。
当待测物40的检测样本进入检测器204当中后，控制器201会施加电压至样本并接收反应的电流，依据选择的电化学分析方法，获取反应时间内的电压及电流数据。再经由转换公式计算出待测物的浓度或百分比，显示在电化学分析仪20的显示器205上，或者储存于存储器202当中。
图4为本实用新型一实施例中电化学分析仪的示意图，请参阅图4，电化学分析仪21为移动式的手持装置，其包括显示检测结果的显示屏幕215。此外，电化学分析仪21具有芯片插槽，提供便携式芯片31连接于电化学分析仪21，进而执行便携式芯片31上编辑的检测流程。当实际进行检测时，检测器214可配置对应的化学传感器216，将待测物滴于化学传感器216上，待达到一定数量或浓度时，由检测器施加电压并检测反应的电流。检测到的数据经电化学分析仪21的处理器计算转换后，得到待测物的浓度，显示于显示屏幕215上。当要测试不同待测物时，电化学分析仪21仅需更换对应的便携式芯片31，并且使用对应的化学传感器216，即可针对不同待测物再次进行检测。由于电化学分析仪21与便携式芯片31的设计均适合随身携带，无须局限于实验室空间或与特定电脑连线，在使用及操作上有更大的弹性。
图5为本实用新型一实施例中程序编辑程序的示意图，请参阅图5，程序编辑程序110可安装于笔记本电脑11当中，而便携式芯片31通过USB接口连接于笔记本电脑11，当执行程序编辑程序110时，可将进行电化学分析的检测流程，编辑于便携式芯片31当中，使其能配合电化学分析仪21进行操作。
在本实施例当中，电化学分析方法包括循环伏安法(Cyclic Voltammetry)、线性扫描伏安法(Linear Sweep Voltammetry)、方波伏安法(Square Wave Voltammetry)、微分脉冲伏安法(Differential Pulse Voltammetry)、计时安培法(Amperometric i-tCurve)、交流阻抗法(Electrochemical Impedance Spectroscopy,EIS)或开路电位法(Open Circuit Potential-Time)。以下将分别说明各方法的参数限制。
对于循环伏安法，本实施例中可以调整的参数包括起始电位、最高最低电位设定、起始扫描方向、扫描速度、每半圈为一扫描单位、采样间隔、停滞时间、灵敏度范围等。此外还包括预处理的预处理设定电位和预处理设定时间。本实用新型以上述参数为主要调整条件，但本实用新型不以此为限，其他的参数设定相关于循环伏安法均包括在本实用新型当中。针对上述参数，本实施例可操作的范围如表1所述。
表1
对于线性扫描伏安法，本实施例中可以调整的参数包括起始电位、终止电位、扫描速度、采样间隔、停滞时间、每半圈为一扫描单位、灵敏度范围等。此外还包括预处理的预处理设定电位和预处理设定时间。本实施例可操作的范围如表2所述。
表2
对于微分脉冲伏安法，本实施例中可以调整的参数包括起始电位、终止电位、电位增幅、电位脉冲振福、电位脉冲波宽、采样间隔、脉冲间距、停滞时间、灵敏度范围等。此外还包括预处理的预处理设定电位和预处理设定时间。针对上述参数的主要调整条件，本实施例可操作的范围如表3所述。
表3
对于开路电位法，本实施例中可以调整的参数包括量测时间、采样间隔、电位范围显示模式、最高最低电位设定、停滞时间等。针对上述参数的主要调整条件，本实施例可操作的范围如表4所述。
表4
对于方波伏安法，本实施例中可以调整的参数包括起始电位、终止电位、电位增幅、电位脉冲振福、电位脉冲波宽、采样间隔、停滞时间、灵敏度范围等。此外还包括预处理的预处理设定电位和预处理设定时间。针对上述参数的主要调整条件，本实施例可操作的范围如表5所述。
表5
对于交流阻抗法，本实施例中可以调整的参数包括起始电位、采样间隔、频率范围设定、频率上限、频率下限、电位振幅、傅里叶变换(大于100Hz)、量测时间、停滞时间、电阻灵敏度范围显示窗口、灵敏度范围等。此外还包括预处理的预处理设定电位和预处理设定时间。针对上述参数的主要调整条件，本实施例可操作的范围如表6所述。
表6
对于计时安培法，本实施例中可以调整的参数包括起始电位、采样间隔、量测时间、停滞时间、电流灵敏度范围显示视窗、灵敏度范围等。此外还包括预处理的预处理设定电位和预处理设定时间。针对上述参数的主要调整条件，本实施例可操作的范围如表7所述。
表7
此外，本实施例中的程序编辑程序还可包括硬件的自测程序，协助使用者确认硬件状况，其中，测试可为内部电路测试和外部电路测试，内部电路测试是检测系统内部电路状况。外部电路测试则是使用自测传感器(self-test sensor)检测系统是否能正常进行。
前述的电化学实验可将分析仪连接在电脑上，随时调整操作方法与参数，实验结果也能与资料库进行比对，修正检测参数等，但为了使电化学分析仪能离线使用，脱离与电脑的连线，提供用户更便于携带、移动的检测装置，本实施例设置以下的操作流程，包括程序设定(Procedure)、数据分析(Data Analysis)、浓度转换(Concentration Transfer)和编辑参数(Action to Burn)。
程序设定主要选项包括步骤编辑和实验参数设定。本实施例的步骤编辑最多可以设定10个步骤(P01-P10)，但本实用新型不以此为限，也可将常用的步骤预先储存以供操作时使用。每个步骤则可以包括等待启动(Waiting for Trigger Button)、等待时间(Waiting for Second)、等待样品(Waiting for Sample)以及执行前述的电化学分析方法(Method Select)。为了协助用户开始进行实验，使用者可设定提醒字元，设定完成后会显示在显示屏幕上来提醒使用者开始实验，须按压屏幕表面的开始键才会进行下个步骤。此外，也须设定停止时间，以防使用者忘记操作而空转机器，待设定时间结束时，程序会自动停止。等待启动时间可为1秒至300秒。等待样品则提供用户可操作自定义传感器，当样品抵达电极表面时，系统可依据使用者参数设定而自动判断是否要进行实验分析，用户仅须先设定启动电位和启动电流即可，例如采用安培法测试样品进样时的电位与电流，确认启动电位与启动电流大小后进而设定为样品启动参数。启动电位可为-2000V至+2000V而启动电流可为±1uA至±10000uA。等待时间则是设定步骤进行或电化学反应时间，待时间结束后才进行下一步骤。等待时间可为100秒至30000秒。
完成设定步骤后，可进行实验和数据分析，进行上述设定的检测流程，将数据进行分析，为达成后续浓度转换的步骤，必须设定数据的定义，包括资料圈数、资料范围、资料种类、数据结果和操作温度等信息。另外，也需准备建立校正曲线，包括浓度转换曲线和温度校正曲线。校正曲线可由校正曲线范本取得或者依据实验结果调整曲线方程式的斜率、截距或其他参数。在设定完浓度的转换公式后，分析物信号即可转换成实际呈现的检测结果，例如待测物当中目标物的浓度值。系统可以记录多个实验结果，并且呈现多个浓度值供操作者检视或者对应调整校正曲线的参数。
当浓度转换或校正曲线设置完成后，则将上述选择的方法和参数的设定均编辑制便携式芯片当中，编辑芯片可设有编辑次数限制，也具有装置配对序号，避免使用异常芯片产生错误检测结果。芯片编辑完成后，可插入至电化学分析仪的芯片插槽，同时拔除与电脑的连接，让用户能仅携带轻便的电化学分析仪即可进行特定的分析物检测。由于检测地点或检测环境差异，离线的电化学分析仪可以进行日期时间、温度、显示、声音提示等相关设定，使得检测能符合实际试验状态。
实际检测时，电化学分析仪可连接检测芯片，由检测芯片接收待测物，并依据前述编辑的检测流程执行电化学分析步骤，而待测物的检测信号，依据建立的浓度转换公式转换成浓度值，呈现于电化学分析仪的显示屏幕，检测结果可以记录于芯片当中，包括检测数据、日期、测试温度等。对于离线电化学分析流程最为有利的部分，当完成其中一目标物的检测后，仅须跟换另一个编辑芯片，即可再次测试另一目标物的浓度或含量百分比，无需替换电化学分析仪，在检测上具有相当的便利性。对于编辑芯片，也可依需求重复抹除及编辑新的测试目标和测试流程，在使用上也提供更多样性的选择。
需要说明的是，在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详细描述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。
以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (4)

1.一种电化学分析仪，其特征在于，包括：
处理器，设置在所述电化学分析仪中；
控制器，连接所述处理器，所述处理器传送控制信号至所述控制器；
供便携式芯片插入的芯片接口，所述芯片接口连接所述处理器，所述便携式芯片包括提供对应电化学分析流程的所述控制信号的程序；
用于接收待测物并执行所述电化学分析流程的检测器，所述检测器连接所述控制器；
存储器，连接所述处理器，所述存储器储存所述检测器的检测结果；以及
显示器，连接所述检测器和所述存储器，所述显示器显示所述检测结果。
2.如权利要求1所述的电化学分析仪，其特征在于，所述便携式芯片还连接于用于将检测流程的控制参数和转换公式编辑或抹除于所述便携式芯片的电脑编辑器。
3.如权利要求1所述的电化学分析仪，其特征在于，所述芯片接口包括通用串行总线或电子工业协会串行通信接口标准的插槽。
4.如权利要求1所述的电化学分析仪，其特征在于，所述检测器包括用于放置所述待测物并监测产生的电压或电流的检测芯片。
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