CN207730517U - 一种用于大体积固相萃取的多通道样品自动分类收集和定容浓缩结构 - Google Patents

Abstract

一种用于大体积固相萃取的多通道样品自动分类收集和定容浓缩结构，属分离领域。由自动分类收集单元、废液分类收集单元和定容浓缩单元组成；自动分类收集单元包括步进电机驱动单元和多路样品收集管路，废液分类收集单元包括数个并列设置的废液槽，定容浓缩单元包括加热板和多个定容试管；废液分类收集单元和定容浓缩单元依次水平并列排布设置，自动分类收集单元设置在废液分类收集单元和定容浓缩单元的上方；自动分类收集单元、废液分类收集单元和定容浓缩单元组设置在同一个密闭空间中，构成一个组合功能模块化结构。其在收集样品的同时同步开启浓缩功能，定容准确度高，杜绝了对操作人员的健康损害和环境污染。

Description

一种用于大体积固相萃取的多通道样品自动分类收集和定容 浓缩结构

技术领域

本实用新型属于分离领域，尤其涉及一种用于固相萃取的自动分类收集和定容浓缩装置。

背景技术

固相萃取是最近几年发展起来的一项样品前处理技术，主要用于样品的分离、净化和富集。

固相萃取的主要目的在于降低样品基质干扰，提高检测灵敏度。

固相萃取技术基于液—固相色谱理论，采用选择性的吸附，选择性洗脱的方式对样品进行分离。

比较常用的方法是使样品溶液通过吸附剂(萃取柱)，保留其中被测物质，再选用适度强度溶剂冲去杂质，然后用少量溶剂迅速洗脱被测物质，从而达到快速分离净化与浓缩的目的，也可以选择性的吸附干扰杂质，而让被测物流出，或同时吸附杂质和被测物质，再使用合适的溶剂选择性洗脱被测物质。

固相萃取较传统的液液萃取法和蛋白沉淀法有如下优点：

①可以同时完成样品富集与净化，大大提高了检测灵敏度。

②效率快，更节省溶剂，可以实现自动化批处理。

③重现性好。

萃取出的样品需要分类收集并精确定容浓缩至1ml以供后续的分析仪器使用。

目前固相萃取仪器能完成样品收集这一功能，但不能在样品过程中实现分类收集，需要操作人员手动更换样品收集瓶，增加了操作的繁琐程度。样品的收集过程大都包含样品1、样品2……、样品N和废液的分类收集，会造成样品交叉污染，影响实验结果的精确。

样品收集完后需要转移到专门的定容浓缩仪上进行定容浓缩至合适供后续的分析仪器使用，目前较为常见的定容浓缩仪有全自动水浴氮吹浓缩仪和旋转蒸发仪。

这种定容浓缩方式存在两个方面的缺陷：一方面，样品在转移过程中容易出现样品损失和与空气接触导致的污染问题；另一方面，无法准确知道定容到什么程度，定容精度粗糙，只能隔一段时间目视被定容的样品，氮吹或旋蒸至低于1ml附近，使用溶剂复溶，再用容量瓶定容至1ml。

很显然，这种定容方法很容易造成氮吹或旋蒸的时候样品被蒸干，导致实验白做，必须专人看管，浪费人力物力资源，且开放式的氮吹装置对操作人员身体健康极为不利。特别的对于大体积固相萃取，应用在水(海水、饮用水等)领域，样品量按升(L)来计算，样品收集量大，定容浓缩耗时更长，传统的浓缩装置就显得力不从心。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种用于大体积固相萃取的多通道样品自动分类收集和定容浓缩结构。其通过设置自动分类收集单元、废液分类收集单元和定容浓缩单元模块，可实现自动对样品和废液进行分类收集，在线进行样品的定容和浓缩，实时监测浓缩液面至指定体积时报警提醒；工作过程中，自动控制分类收集单元的位置，收集样品或者废液，样品进试管，废液进废液槽。整个工装过程无需繁琐的手动操作过程，无需专人看守；其浓缩过程加热集中，可避免类似旋转蒸发仪的能源浪费；可以在收集样品的时候开启浓缩功能，且其收集和浓缩过程在一个密闭空间里进行，可减少样品损失，杜绝了对操作人员的健康损害和环境污染；整个结构系统小巧，便于实现模块化设计。

本实用新型的技术方案是：提供一种用于大体积固相萃取的多通道样品自动分类收集和定容浓缩结构，其特征是：

所述的多通道样品自动分类收集和定容浓缩结构由自动分类收集单元、废液分类收集单元和定容浓缩单元组成；

所述的自动分类收集单元包括由步进电机驱动单元驱动的多路样品收集管路；所述的多路样品收集管路包括固定在一个支撑板上的数个收集臂；所述的数个收集臂并列排布；所述的支撑板固定在步进电机驱动单元的导向座上，导向座与一个滑块固接，导向座套装在一根丝杆上，丝杆与步进电机的输出轴固接；所述的导向座与丝杆，构成一个可双向水平移动的第一丝杠—螺母运动副；所述多路样品收集管路的移动方向，与所述丝杠的纵向长度轴线相平行；

所述的废液分类收集单元包括至少两个并列设置的废液槽；废液槽的顶部为条形开口槽，在每个废液槽的下部，分别对应设置有一个废液收集管；每个废液收集管经软管与指定的排放容器分别对应连接；

所述的定容浓缩单元包括设置在一个加热板上的多个定容试管；所述的多个定容试管成列排布，构成至少两排定容试管列；每一排定容试管列中，至少包括两个定容试管，在每个定容试管所在的位置，分别对应设置有一个液位传感器；

所述自动分类收集单元中的多路样品收集管路，设置在所述定容试管和废液槽的上方；

所述多路样品收集管路中收集臂的个数，大于或等于每一列定容试管列中定容试管的个数；

所述废液槽条形开口槽在水平面上的纵向长度轴线，与定容试管列在水平面上的纵向长度轴线相平行；

所述自动分类收集单元中步进电机驱动单元丝杠及导轨的纵向长度轴线在水平面上的投影，与废液槽条形开口槽在水平面上的纵向长度轴线或定容试管列在水平面上的纵向长度轴线，在水平面上或水平方向上成90°相交设置；

所述的废液分类收集单元和定容浓缩单元依次水平并列排布设置，所述的自动分类收集单元设置在废液分类收集单元和定容浓缩单元的上方或侧面；自动分类收集单元、废液分类收集单元和定容浓缩单元组合成为一体，构成一个组合功能模块化结构。

进一步的，通过所述的第一丝杠—螺母运动副，所述步进电机驱动单元中的多路样品收集管路在水平方向上沿X轴方向作双向移动。

进一步的，在步进电机驱动单元与机箱整体的机架之间，设置第二丝杠—螺母运动副，所述步进电机驱动单元在水平方向上沿Y轴方向作双向移动。

具体的，所述的步进电机驱动单元至少包括直线步进电机、电机支架、丝杆、导向座、滑块、导轨、基座、位置传感器和物理限位开关；其中，电机支架与直线步进电机的输出轴端一侧的电机壳体固接；丝杆与导轨平行设置，丝杆的始端与直线步进电机的输出轴联接，导轨的始端与电机支架固接，在导轨和丝杆的末端，设置有一个基座，导轨的末端与基座固接，丝杆的末端可转动地与基座联接；导向座套装设置在丝杆上，导向座与滑块固接，滑块可移动地设置在导轨上；所述多路样品收集管路中的支撑板，与导向座固定联接。

具体的，物理限位开关为微动开关。

进一步的，在所述多路样品收集管路的每个收集臂上，设置有样品收集管、废液收集管和氮气吹扫管。

具体的，在所述定容浓缩单元的加热板上或加热板中，设置有加热丝。

进一步的，所述定容浓缩单元中的各个液位传感器，分别对应设置在各个定容试管的外部，各个液位传感器的纵向高度位置可分别调节。

进一步的，所述的自动分类收集单元、废液分类收集单元和定容浓缩单元，设置在同一个密闭空间中。

与现有技术比较，本实用新型的优点是：

1.通过设置多个并列排布的收集臂及其上的收集管，可自动分类同时收集多通道(1个待测样品为一个通道，多通道是指同时处理多个样品)萃取出的样品送入定容试管或收集管；多个定容试管列采用分类结构串行排布，每一排中，同时包含有各个通道和待收集的样品。

2.各路收集管路可以同时进行样品收集和氮气吹扫，以便后续的定容浓缩。

3.在定容浓缩单元的加热板上或加热板中上增加加热功能，可以在样品收集过程中进行加热浓缩，以实现样品一边收集一边浓缩，缩短样品在线浓缩时间，提高实验效率。

4.为了准确获得浓缩结果是否为1ml(或其他要求的体积)，在每个定容试管或收集试管处安装有高精度液位传感器，待液位传感器检测到浓缩液面至1ml时，给整机的控制系统提供一个浓缩完成信号。

附图说明

图1是本实用新型的整体外观结构示意图；

图2是本实用新型另一个视角的整体外观结构示意图；

图3是自动分类收集收集单元的整体结构示意图；

图4是自动分类收集单元中驱动模块的整体结构示意图；

图5是多路样品收集管路的整体结构示意图；

图6是废液分类收集单元的整体结构示意图；

图7是定容浓缩单元的整体结构示意图；

图8是定容试管与传感器的装配位置关系结构示意图；

图9是丝杆与废液槽及定容浓缩单元的位置关系结构示意图；

图10是步进电机驱动单元滑块运动方向示意图。

图中A为自动分类收集收集单元，B为废液分类收集单元，C为定容浓缩单元，A1为步进电机驱动单元，A2为多路样品收集管路，6为步进电机，7为电机支架，8为位置传感器，9为导向座，10为丝杆，11为基座，12为导轨，13为滑块，14为微动开关，15为收集臂，16为支撑板，17为废液槽，18为废液收集管，19为条形开口槽，20为加热板，21—26为定容试管，27为液位传感器，Z1为废液槽条形开口槽在水平面上的纵向长度轴线，Z2为定容试管列在水平面上的纵向长度轴线，Z3为丝杠的纵向长度轴线，Z4为导轨的纵向长度轴线，L1为废液槽条形开口槽在水平面上的纵向长度，L2为定容试管列在水平面上的纵向长度，F为多路样品收集管路在水平方向X轴向的双向移动方向。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型做进一步说明。

图1或图2中，本实用新型的技术方案，提供了一种用于大体积固相萃取的多通道样品自动分类收集和定容浓缩结构，其发明点在于：

所述的多通道样品自动分类收集和定容浓缩结构由自动分类收集单元A、废液分类收集单元B和定容浓缩单元C组成。

本技术方案实施时，自动分类收集单元、废液分类收集单元和定容浓缩单元，设置在同一个密闭空间中。

在本技术方案中，将自动分类收集单元、废液分类收集单元和定容浓缩单元，同时集成设置在同一个密闭空间中，在收集样品的同时，同步开启浓缩功能，构成了一个具有组合功能的模块化结构。采用这种模块化结构，一方面可实现模块化设计，便于整机的布局和日后的运行、维护；另一方面，其收集和浓缩过程在密闭空间中进行，可减少样品损失，杜绝了对操作人员的健康损害和环境污染。

由图可知，废液分类收集单元B和定容浓缩单元C依次水平并列排布设置，自动分类收集单元A设置在废液分类收集单元和定容浓缩单元的上方或侧面；自动分类收集单元、废液分类收集单元和定容浓缩单元组合成为一体，构成一个组合功能模块化结构。

图3中，自动分类收集单元包括由步进电机驱动单元A1驱动的多路样品收集管路A2。

图4中，步进电机驱动单元至少包括直线步进电机6、电机支架7、丝杆10、导向座9、滑块13、导轨12、基座11、位置传感器8和物理限位开关14；

其中，电机支架与直线步进电机的输出轴端一侧的电机壳体固接；丝杆与导轨平行设置，丝杆的始端与直线步进电机的输出轴联接，导轨的始端与电机支架固接，在导轨和丝杆的末端，设置有一个基座，导轨的末端与基座固接，丝杆的末端可转动地与基座联接；导向座套装设置在丝杆上，导向座与滑块固接，滑块可移动地设置在导轨上。

进一步的，物理限位开关可以选用微动开关。

图5中，多路样品收集管路包括固定在一个支撑板16上的数个(或称数组，下同)收集臂15；所述的数个收集臂并列排布，图中以三组收集臂为例。

为实现大体积固相萃取的多通道样品自动分类收集，收集臂上所设置的管路需分时输送样品、氮气和废液，亦可根据实际需要增加或减少管路的具体路数。

结合图4、图5所示可知，支撑板16固定在步进电机驱动单元的导向座9上(实际实施时，亦可直接固定在步进电机驱动单元的滑块上，以取得更好的移动定位精度和稳定性，下同)，导向座与滑块13固接，导向座套装在丝杆10上，丝杆与步进电机6的输出轴固接；所述的导向座与丝杆，构成一个可双向水平移动的第一丝杠—螺母运动副；所述多路样品收集管路的移动方向，与所述丝杠的纵向长度轴线相平行；

在步进电机驱动单元的驱动下，多路样品收集管路可实现前、后移动功能(也可以根据实际需要实现左右移动功能)，理论上只要空间允许，可以实现任意多通道的样品收集。

图6中，给出了废液分类收集单元的结构示意图。废液分类收集单元包括至少两个并列设置的废液槽17(根据实际需要确定槽口数量)；废液槽的顶部为条形开口槽19，在每个废液槽的下部，分别对应设置有一个废液收集管18；每个废液收集管经软管与指定的排放容器分别对应连接(图中未示出)。

废液分类收集单元可以根据待收集的废液种类安排废液槽的数量(图6中以2组为例)。

由图可知，废液槽顶部的条形开口槽19在长度方向上的长度为L1，废液槽条形开口槽在水平面上的纵向长度轴线为Z1。

图7中，定容浓缩单元包括设置在一个加热板20上的多个定容试管21-26；多个定容试管成列排布，构成至少两排定容试管列；每一排定容试管列中，至少包括两个定容试管(图中以标注21-22，23-24以25-26及来表示成排排列的定容试管)。

在整个固相萃取的过程中，定容试管的作用是用于收集并浓缩样品。

加热板20内置加热丝和温度传感器，准确控制定容时的加热温度，防止温度过高破坏样品。其加热模式集中，可避免热量流失，浪费资源；当进行氮气吹扫时，可以将上方热气带至液面，加快浓缩过程，提高实验效率。液位传感器21为高精度液位传感器，用来实时判断浓缩液面高度，待液面至指定高度时，给主机完成浓缩信号，提示并报警。

由图可知，标注为单号的定容试管为一列，即标注为21、23、25的定容试管成一列排布，同样，标注为双号的定容试管(22、24、26)成一列排布，而标注为21和22的定容试管为并排排列(或称成排排列，下同)，同样地，标注为23和24的定容试管为并排排列，依次类推。

由图可知，定容试管列在水平面上的纵向长度为L2，其定容试管列在水平面上的纵向长度轴线为Z2。

在定容浓缩单元的加热板上或加热板中，设置有加热丝(图中未示出)。

图8中，在每个定容试管所在的位置，分别对应设置有一个液位传感器27。

结合图7、图8所示可知，前述定容浓缩单元中的各个液位传感器，分别对应设置在各个定容试管的外部，各个液位传感器的纵向高度位置可分别调节。

装机调试时，需根据每个定容试管上的刻度线，来调整液位传感器27的准确位置。

图9中，自动分类收集单元中的多路样品收集管路，设置在所述定容试管21和废液槽17的上方。

多路样品收集管路中收集臂15的个数，大于或等于每一列定容试管列中定容试管的个数。

在多路样品收集管路的每个收集臂上，设置有样品收集管、废液收集管和\或氮气吹扫管(图中未示出)。

收集臂可以分别通过样品、废液和氮气，用于样品收集、废液收集和浓缩时的氮气吹扫。收集动作过程中，收集架需移动到对应容试管的上方；支撑板16用于收集臂15的安装和传递导向座9传递的动力。

由图可知，废液槽条形开口槽19在水平面上的纵向长度轴线Z1，与定容试管列在水平面上的纵向长度轴线Z2相平行.

进一步的，自动分类收集单元中步进电机驱动单元丝杠的纵向长度轴线Z3或导轨的纵向长度轴线Z4在水平面上的投影，与废液槽条形开口槽在水平面上的纵向长度轴线Z1或定容试管列在水平面上的纵向长度轴线Z2，在水平面上或水平方向上成90°相交设置。

本技术方案中步进电机驱动单元的实际设置方向如图9中所示。为了便于表示其结构，在图3或图4中是将步进电机驱动单元整体翻转了180度(即俗称的“上下翻个”对调一下)，以便本领域的技术人员能更清楚地看清其结构，实际安装位置是反转180度后进行安装和动作运行的。

步进电机驱动单元的运动模式如图9中所示，步进电机6为整个系统提供动力；电机支架7将力传递至丝杆10上；位置传感器8用于仪器上电时确定多路样品收集管路的初始位置，位置传感器8会提供一个准确的信号给整机控制系统，以便于整机控制系统得知多路样品收集管路的当前位置，作为后续移动位置的基础；导向座9套装在丝杆10上，丝杆10工作时(旋转)导向座会前后移动，向前或向后移动取决于步进电机6的旋转方向，导向座9为收集臂及支撑板传递前、后移动的动力；丝杆10可以顺、逆时针旋转(取决于步进电机的旋转方向)；基座11协助丝杆转动和保持其刚性；设置导轨12以便滑块13自由滑动；多路样品收集管路的支撑板16安装在滑块13上，并与导向座9相联接，导向座移动时，收集臂及支撑板也跟着移动，因为有滑块13的存在，收集臂及支撑板可以无阻力的前、后移动。

设置有微动开关14以防止位置传感器8失效时，整个动力系统找不到初始位置，带来的机械式损坏：导致导向座9持续向电机支架7移动，最终损坏丝杆或其他零部件，整个系统瘫痪，为此增加物理限位开关14，当导向座9接触到微动开关14的触点时，物理断开步进电机6的电源，切断动力来源，以保证系统的安全性。

由图可知，通过图示的第一丝杠—螺母运动副，步进电机驱动单元中的多路样品收集管路在水平方向上可以沿X轴方向作双向移动，其移动方向在图中以F来表示。

如果再设置一个第二丝杠—螺母运动副，用于使整个步进电机驱动单元整体沿图示中的Y轴方向做双向移动，即可实现自动分类收集收集单元沿图中所示Y轴方向的整体移动，故在需要时，可在步进电机驱动单元与机箱整体的机架之间，设置第二丝杠—螺母运动副，所述步进电机驱动单元在水平方向上沿Y轴方向作双向移动。

本技术方案将样品分类收集和定容浓缩结构，内置在固相萃取装置内，这种自动分类收集和定容浓缩结构有如下几个优点：

1.无人值守，无需专人看管，节约人力资源；

2.可自动对样品和废液进行分类收集，无需繁琐的手动分步操作过程；

3.系统上电后，收集架回初始位，方便控制人员的控制流程设置和控制；

4.浓缩过程加热集中，避免类似旋转蒸发仪那样的能源浪费；

5.浓缩过程迅速，可以在收集样品的时候，同时开启浓缩功能，达到事半功倍效果；

6.收集和浓缩过程在一个密闭空间里进行，有助于减少样品损失；

7.收集和浓缩过程在一个密闭空间内进行，挥发的溶剂由固相萃取装置系统自带的排放系统排出，杜绝了对操作人员的健康损害和环境污染；

8.定容准确度高，不会因为人为疏忽造成浓缩量降低，或被蒸干；

9.整个结构系统小巧，可以实现模块化设计，通用性高。

由于本实用新型将自动分类收集单元、废液分类收集单元和定容浓缩单元组合成为一体，构成了一个具有组合功能的模块化结构，可实现自动对样品和废液进行分类收集，在线进行样品的定容和浓缩，实时监测浓缩液面至指定体积时报警提醒；整个工作过程无需繁琐的手动分步操作过程，其浓缩过程可减少能源浪费；在收集样品的同时，同步开启浓缩功能，其收集和浓缩过程在密闭空间进行，可减少样品损失，杜绝了对操作人员的健康损害和环境污染；整个系统结构紧凑，便于实现模块化设计。

本实用新型可广泛用于大体积固相萃取装置的设计和制造领域。

Claims (9)

1.一种用于大体积固相萃取的多通道样品自动分类收集和定容浓缩结构，其特征是：

所述的多通道样品自动分类收集和定容浓缩结构由自动分类收集单元、废液分类收集单元和定容浓缩单元组成；

所述的自动分类收集单元包括由步进电机驱动单元驱动的多路样品收集管路；所述的多路样品收集管路包括固定在一个支撑板上的数个收集臂；所述的数个收集臂并列排布；所述的支撑板固定在步进电机驱动单元的导向座上，导向座与一个滑块固接，导向座套装在一根丝杆上，丝杆与步进电机的输出轴固接；所述的导向座与丝杆，构成一个可双向水平移动的第一丝杠—螺母运动副；所述多路样品收集管路的移动方向，与所述丝杠的纵向长度轴线相平行；

所述的废液分类收集单元包括至少两个并列设置的废液槽；废液槽的顶部为条形开口槽，在每个废液槽的下部，分别对应设置有一个废液收集管；每个废液收集管经软管与指定的排放容器分别对应连接；

所述的定容浓缩单元包括设置在一个加热板上的多个定容试管；所述的多个定容试管成列排布，构成至少两排定容试管列；每一排定容试管列中，至少包括两个定容试管，在每个定容试管所在的位置，分别对应设置有一个液位传感器；

所述自动分类收集单元中的多路样品收集管路，设置在所述定容试管和废液槽的上方；

所述多路样品收集管路中收集臂的个数，大于或等于每一列定容试管列中定容试管的个数；

所述废液槽条形开口槽在水平面上的纵向长度轴线，与定容试管列在水平面上的纵向长度轴线相平行；

所述自动分类收集单元中步进电机驱动单元丝杠或导轨的纵向长度轴线在水平面上的投影，与废液槽条形开口槽在水平面上的纵向长度轴线或定容试管列在水平面上的纵向长度轴线，在水平面上或水平方向上成90°相交设置；

所述的废液分类收集单元和定容浓缩单元依次水平并列排布设置，所述的自动分类收集单元设置在废液分类收集单元和定容浓缩单元的上方或侧面；自动分类收集单元、废液分类收集单元和定容浓缩单元组合成为一体，构成一个组合功能模块化结构。

2.按照权利要求1所述的用于大体积固相萃取的多通道样品自动分类收集和定容浓缩结构，其特征是通过所述的第一丝杠—螺母运动副，所述步进电机驱动单元中的多路样品收集管路在水平方向上沿X轴方向作双向移动。

3.按照权利要求1所述的用于大体积固相萃取的多通道样品自动分类收集和定容浓缩结构，其特征是在步进电机驱动单元与机箱整体的机架之间，设置第二丝杠—螺母运动副，所述步进电机驱动单元在水平方向上沿Y轴方向作双向移动。

4.按照权利要求1所述的用于大体积固相萃取的多通道样品自动分类收集和定容浓缩结构，其特征是所述的步进电机驱动单元至少包括直线步进电机、电机支架、丝杆、导向座、滑块、导轨、基座、位置传感器和物理限位开关；

其中，电机支架与直线步进电机的输出轴端一侧的电机壳体固接；丝杆与导轨平行设置，丝杆的始端与直线步进电机的输出轴联接，导轨的始端与电机支架固接，在导轨和丝杆的末端，设置有一个基座，导轨的末端与基座固接，丝杆的末端可转动地与基座联接；导向座套装设置在丝杆上，导向座与滑块固接，滑块可移动地设置在导轨上；

所述多路样品收集管路中的支撑板，与导向座固定联接。

5.按照权利要求4所述的用于大体积固相萃取的多通道样品自动分类收集和定容浓缩结构，其特征是物理限位开关为微动开关。

6.按照权利要求1所述的用于大体积固相萃取的多通道样品自动分类收集和定容浓缩结构，其特征是在所述多路样品收集管路的每个收集臂上，设置有样品收集管、废液收集管和氮气吹扫管。

7.按照权利要求1所述的用于大体积固相萃取的多通道样品自动分类收集和定容浓缩结构，其特征是在所述定容浓缩单元的加热板上或加热板中，设置有加热丝。

8.按照权利要求1所述的用于大体积固相萃取的多通道样品自动分类收集和定容浓缩结构，其特征是所述定容浓缩单元中的各个液位传感器，分别对应设置在各个定容试管的外部，各个液位传感器的纵向高度位置可分别调节。

9.按照权利要求1所述的用于大体积固相萃取的多通道样品自动分类收集和定容浓缩结构，其特征是所述的自动分类收集单元、废液分类收集单元和定容浓缩单元，设置在同一个密闭空间中。