CN208109771U - 一种实验室cod自动分析机器人 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种实验室COD自动分析机器人，包括主机体和设置在主机体上的样品栏、加热位、回流装置、冷却位、滴定位、机械臂以及加液系统，所述主机体的底部设有样品栏，用于放置样品杯的所述样品栏的外侧设有用于对样品杯进行加热的加热位，本实用新型的有益效果是：本装置每次可以完成多个样品的化学需氧量的批量测定，在第一个样品检测结果出来后，大概每隔10分钟出来一个数据，极大提高了检测效率，全程无需人工看守，每个样品测定流程具有一致性，平行样品的测定时间完全一致，避免人为干扰因素，测定结果具有较好的重现性，精密度和准确度均较高。

Description

一种实验室COD自动分析机器人

技术领域

本实用新型涉及一种分析仪器，具体是一种实验室COD自动分析机器人。

背景技术

《水质化学需氧量的测定重铬酸盐法》(HJ 828－2017)是当前我国水体化学需氧量监测的主要方法，全国每年依此产生大量的监测数据。因该方法准确度较高，存在的系统误差恒定，它作为普遍公认的标准方法优点不言而喻。然而，利用该方法测定水体的化学需氧量时，存在以下问题：(1)完成整个检测过程需要多种辅助实验设备，占用空间大；(2)对测试人员的技术水平要求较高，并且操作劳动强度大；(3)测定消耗时间长，即使有经验的操作员单次也较难处理很多样品。(4)极易产生人为测量的误差，难以实现真正意义上的在同等条件下样品的批量检测。

目前，国内针对于实验室化学需氧量的检测的仪器设备，多集中于消解器和滴定仪，整个测试过程仍然需要较多的人工干涉，同等条件下实现样品的批量检测仍有难度。在为数不多的可以进行实验室化学需氧量批量自动检测的产品介绍和文献中，所述装置都是利用电极进行滴定终点的判断，即利用电极或终点判断传感器在滴定过程中伸入消解管内而实现滴定终点的判断。由于在电极的伸入与拿出的过程中或多或少会引起样品液的损耗，在样品的连续检测过程中，也较易引起交叉感染，即该滴定装置在一定程度上对测定结果的准确度有一定的影响。从文献中描述中，可知道该装置在添加硫酸银-硫酸溶液时，是在冷凝管与样品杯对接前加入，与HJ 828－2017标准所述的从冷凝管上端缓慢加入区别甚大，也因此可能使测定结果产生偏差。此外，该装置在进行批量检测样品时，是批量样品同时消解和冷却，然后又依次滴定，这使得每个样品的测定条件有所不同，特别是第一个和最后一个样品的测定条件区别最明显，因此该批样品并没有真正实现同等条件下样品的检测。

另：申请号为201410038288.1公开的一种实验室化学需氧量自动分析装置、申请号为201520438901.9公开的实验室COD自动分析机器人、申请号为201420220357.6公开的一种全自动COD滴定仪、申请号为201620355434.8公开的一种风冷式COD消解器、申请号为201510986819.4公开的一种智能化COD消解仪、申请号为201620732532.9公开的一种库伦滴定COD测试仪器和申请号为201520971976.3公开的一种COD开口微管消解装置，主要问题集中于以下几点：

(1)虽然基于批量消解的理念，可以同时消解多个样品，然而在后续的处理流程还是需要大量人工进行干涉，整个测试过程仍然费时费力，效率低下，并且难以实现同等条件下批量样品的测定；

(2)文献中COD自动滴定仪的设计，基本都是利用电极进行滴定终点的判断，该装置中需要电极或终点判断传感器在滴定过程中伸入消解管内而实现滴定终点的判断。这使得在连续测定多个样品时，容易引起二次污染或交叉感染的问题。

(3)智能化COD消解仪及COD滴定仪的发明，代替了部分人工工作，使得水体化学需氧量测定流程中的消解或滴定操作由仪器自动完成，然而离全程无人力值守还是有一定的距离；

而且国内市场上仅有的一款实验室COD自动分析仪，由石家庄德润环保科技有限公司所生产。该装置存在以下弊端：(a)检测分析时采用电极进行滴定终点的判断，依靠滴定装置的移动来实现下一个样品的滴定，这使得其在连续滴定过程中较易引起样品交叉感染，影响测定结果的准确性；(b)在添加加硫酸银-硫酸溶液时，不是依据HJ 828－2017 标准所述从冷凝管上端缓慢加入，而是在冷凝管与样品杯对接前加入，该操作可能使得低沸点有机物逸出，使测定结果偏小；(c)该装置进行多个平行样品批量检测时，测定时间各不相同，没有实现真正意义上同等条件下批量样品的测定。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种实验室COD自动分析机器人，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：

一种实验室COD自动分析机器人，包括主机体和设置在主机体上的样品栏、加热位、回流装置、冷却位、滴定位、机械臂以及加液系统，所述主机体的底部设有样品栏，用于放置样品杯的所述样品栏的外侧设有用于对样品杯进行加热的加热位；

所述主机体的底部位置还设有冷却位，冷却位的下方设有循环冷却水系统装置，冷却位的一侧安装有风机；

所述回流装置包括冷凝管，主机体的侧壁上安装有用于对冷凝管进行定位固定的冷凝管架；

所述主机体安装有上机械臂和下机械臂，其中上机械臂安装于冷凝管的上方，且上机械臂的底部安装有驱动上机械臂在Y轴方向运动的Y轴移动平台，所述下机械臂的底部安装有驱动下机械臂在水平和竖直方向上移动的三自由度移动平台，下机械臂上安装有用于夹取冷凝管和样品杯的多组机械抓手；

所述滴定位包括磁力搅拌器装置和仿生学自动辨色装置，磁力搅拌器装置安装在样品杯的底部，样品杯的正上方设有滴嘴；

所述加液系统包括六路独立的加液管路，六路加液管路分别与盛放硫酸汞溶液、重铬酸钾标准溶液、硫酸银-硫酸溶液、蒸馏水、试亚铁灵指示剂溶液及硫酸亚铁铵标准溶液的试剂瓶连接，其中，两个加液管路安装在上机械臂上，用于从冷凝管上端加入硫酸银-硫酸溶液和蒸馏水，两个加液管路与样品杯上方的滴嘴连接，用于滴定时向消解液中滴加试亚铁灵指示剂溶液和硫酸亚铁铵标准溶液，与样品杯上方的滴嘴连接的两个加液管路和安装在上机械臂的两个加液管路上均安装有蠕动泵，其余两个加液管路配装在下机械臂内的机械抓手中，用于向样品杯添加硫酸汞溶液和重铬酸钾标准溶液，配装在下机械臂内的机械抓手中的两个加液管路上安装有柱塞泵；

所述加热位、冷却位、上机械臂、下机械臂、蠕动泵和柱塞泵均与计算机控制连接。

作为本实用新型进一步的方案：所述样品栏包括左样品栏和右样品栏，左样品栏和右样品栏内均设有多个用于固定样品杯的固定位，冷却位处于左样品栏和右样品栏之间。

作为本实用新型再进一步的方案：所述加热位包括左排加热位和右排加热位，左排加热位和右排加热位分别置于左样品栏和右样品栏的外侧处，左排加热位和右排加热位内均设有独立的加热装置。

作为本实用新型再进一步的方案：所述加热装置由温控装置进行控制。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：(1)本装置每次可以完成多个样品的化学需氧量的批量测定，在第一个样品检测结果出来后，大概每隔10分钟出来一个数据，极大提高了检测效率；

(2)本装置可实现仪器进行全自动批量测定，全程无需人工看守；

(3)本装置将化学需氧量检测过程中所需的各种辅助设备全部集中于一体，进行完美组合，充分利用和节约了空间；

(4)本装置采用连续依次检测的模式，来实现批量样品全自动测定，在保证检测效率的同时，充分利用并节约了设备资源；

(5)利用颜色变化自动判断滴定终点，规避了人眼判断误差，与国标法的颜色变化判断滴定终点相一致；

(6)每个样品测定流程具有一致性，平行样品的测定时间完全一致，避免人为干扰因素，测定结果具有较好的重现性，精密度和准确度均较高。

附图说明

图1为一种实验室COD自动分析机器人的结构示意图。

图2为一种实验室COD自动分析机器人中上机械臂的结构示意图。

图3为一种实验室COD自动分析机器人中下机械臂的结构示意图。

图4为一种实验室COD自动分析机器人中加液系统的结构示意图。

图5为一种实验室COD自动分析机器人中加热位的结构示意图。

图6为一种实验室COD自动分析机器人中滴定位的结构示意图。

图7为一种实验室COD自动分析机器人的控制原理图。

图中：1-主机体、2-样品栏、3-冷却位、4-加热位、5-冷凝管、6-冷凝管架、7-上机械臂、8-下机械臂、9-机械抓手、10-滴嘴、11-蠕动泵、12-试剂瓶、13-计算机、14-柱塞泵、15-样品杯、16-仿生学自动辨色装置、17-磁力搅拌器装置、18-风机、19-加热装置。

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，显然，所描述的实施例仅仅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。

请参阅图1～7，本实用新型实施例中，一种实验室COD自动分析机器人，包括主机体 1和设置在主机体1上的样品栏2、加热位4、回流装置、冷却位3、滴定位、机械臂以及加液系统，所述主机体1的底部设有样品栏2，用于放置样品杯15的所述样品栏2的外侧设有用于对样品杯15进行加热的加热位4，可以对样品杯15内的样品进行加热消解；

所述主机体1的底部位置还设有冷却位3，冷却位3的下方设有循环冷却水系统装置，冷却位3的一侧安装有风机18，用于消解液的冷却；

所述回流装置包括冷凝管5，主机体1的侧壁上安装有用于对冷凝管5进行定位固定的冷凝管架6；

所述主机体1安装有上机械臂7和下机械臂8，其中上机械臂7安装于冷凝管5的上方，且上机械臂7的底部安装有驱动上机械臂7在Y轴方向运动的Y轴移动平台，所述下机械臂8的底部安装有驱动下机械臂8在水平和竖直方向上移动的三自由度(即X轴、Y 轴和Z轴)移动平台，下机械臂8上安装有用于夹取冷凝管5和样品杯15的多组机械抓手9，通过在X轴、Y轴和Z轴方向上的移动，实现对冷凝管5的抓取和样品杯15在样品栏2、加热位4和冷却位3之间的运动；

所述滴定位包括磁力搅拌器装置17和仿生学自动辨色装置16，磁力搅拌器装置17安装在样品杯15的底部，样品杯15的正上方设有滴嘴10，仿生学自动辨色装置16包含光源及颜色传感器装置，可根据颜色的变化自动进行滴定终点的判断，仿生学自动辨色装置 16属于现有技术，在此不对其进行多余的解释，但不影响整体技术方案的完整性；

所述加液系统包括六路独立的加液管路，六路加液管路分别与盛放硫酸汞溶液、重铬酸钾标准溶液、硫酸银-硫酸溶液、蒸馏水、试亚铁灵指示剂溶液及硫酸亚铁铵标准溶液的试剂瓶12连接，其中，两个加液管路安装在上机械臂7上，用于从冷凝管5上端加入硫酸银-硫酸溶液和蒸馏水，两个加液管路与样品杯15上方的滴嘴10连接，用于滴定时向消解液中滴加试亚铁灵指示剂溶液和硫酸亚铁铵标准溶液，与样品杯15上方的滴嘴10 连接的两个加液管路和安装在上机械臂7的两个加液管路上均安装有蠕动泵11，其余两个加液管路配装在下机械臂8内的机械抓手9中，用于向样品杯15添加硫酸汞溶液和重铬酸钾标准溶液，配装在下机械臂8内的机械抓手9中的两个加液管路上安装有柱塞泵14，可以在在不同的实验阶段进行溶液的自动添加；

所述加热位4、冷却位3、上机械臂7、下机械臂8、蠕动泵11和柱塞泵14均与计算机13控制连接，可以由计算机13对其动作进行控制。

所述样品栏2包括左样品栏和右样品栏，左样品栏和右样品栏内均设有多个用于固定样品杯15的固定位，放置样品杯15的数目可以根据实验者的需求而设计，冷却位3处于左样品栏和右样品栏之间。

所述加热位4包括左排加热位和右排加热位，左排加热位和右排加热位分别置于左样品栏和右样品栏的外侧处，左排加热位和右排加热位内均设有独立的加热装置19。

所述加热装置19由温控装置进行控制，可以控制化学反应条件，根据实验要求对样品液进行加热消解。

本实用新型的工作原理是：首先将防爆玻璃珠和搅拌子放入样品杯15中，待测液或空白液加入到样品杯15内，下机械臂8的机械抓手9内所设的两个加液管向样品栏2中的样品杯15加入所需的两种试剂(硫酸汞溶液和重铬酸钾标准溶液)；

添加完这两种试剂后，机械抓手9抓取样品杯15，放至加热位4，紧接着另组机械抓手9抓取冷凝管5与样品杯15进行对接，对接完成后，上机械臂7从冷凝管5上端加入硫酸银-硫酸溶液，与此同时加热位4底部的加热装置19对样品杯15进行加热计时，恒温消解2小时后，上机械臂7从冷凝管5上端加入蒸馏水冲洗冷凝管5；

冲洗完成后，上机械抓手9抓取冷凝管5放回冷凝管架6，机械抓手9抓取样品杯15放入冷却位3，将样品杯15内的液体冷却至室温25℃；

冷却结束后，机械抓手9将样品杯15从冷却位3移至滴定位，并在计算机13的控制下，磁力搅拌器装置17开始搅拌，滴嘴10向消解液中依次滴加试亚铁灵指示剂溶液和硫酸亚铁铵标准溶液，硫酸亚铁铵标准溶液以滴定的方式加入到样品杯15内，同时利用仿生学自动辨色装置16进行滴定终点的判定，滴定完成后，自动记录滴定体积，计算化学需氧量，并显示在计算机13上，然后机械抓手9将样品杯15抓至原样品位。

批量检测样品时，仪器进行自动、连续测试，按如下步骤自动工作，第一个样品杯15 经过加液(添加硫酸汞溶液和重铬酸钾标准溶液)，移至加热位4并从冷凝管5上端加入硫酸银-硫酸溶液后，仪器会对第二、三、四等样品杯15进行同样的实验操作，每个样品杯15间隔时间约为10分钟，当第11个样品杯15的硫酸银-硫酸溶液的加液操作完成后，此时第一个样品杯15加热时间到达2小时，在蒸馏水冲洗冷凝管5后，样品杯15被移至冷却位3；新的样品杯15被进行相同的实验操作并移至刚空出的加热位4，加热位4的样品杯15加热时间到了后又依次被移至冷却位3，当冷却位3被依次填满时，第一个样品杯 15内的液体已冷却至室温25℃，被移至滴定位，并完成滴定操作，得出结果后，械抓手将再样品杯15抓至原样品位，空出滴定位，如此，每间隔约10分钟，仪器会自动得出一个样品的检测结果，待所有样品依次检测完成，结果自动保存在数据库中，在批量检测平行样品时，每个样品的检测时间完全相同。

对于本领域技术人员而言，显然本实用新型不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本实用新型的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本实用新型。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本实用新型的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本实用新型内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (4)

1.一种实验室COD自动分析机器人，包括主机体和设置在主机体上的样品栏、加热位、回流装置、冷却位、滴定位、机械臂以及加液系统，其特征在于，所述主机体的底部设有样品栏，用于放置样品杯的所述样品栏的外侧设有用于对样品杯进行加热的加热位；

所述主机体的底部位置还设有冷却位，冷却位的下方设有循环冷却水系统装置，冷却位的一侧安装有风机；

所述回流装置包括冷凝管，主机体的侧壁上安装有用于对冷凝管进行定位固定的冷凝管架；

所述主机体安装有上机械臂和下机械臂，其中上机械臂安装于冷凝管的上方，且上机械臂的底部安装有驱动上机械臂在Y轴方向运动的Y轴移动平台，所述下机械臂的底部安装有驱动下机械臂在水平和竖直方向上移动的三自由度移动平台，下机械臂上安装有用于夹取冷凝管和样品杯的多组机械抓手；

所述滴定位包括磁力搅拌器装置和仿生学自动辨色装置，磁力搅拌器装置安装在样品杯的底部，样品杯的正上方设有滴嘴；

所述加液系统包括六路独立的加液管路，六路加液管路分别与盛放硫酸汞溶液、重铬酸钾标准溶液、硫酸银-硫酸溶液、蒸馏水、试亚铁灵指示剂溶液及硫酸亚铁铵标准溶液的试剂瓶连接，其中，两个加液管路安装在上机械臂上，用于从冷凝管上端加入硫酸银-硫酸溶液和蒸馏水，两个加液管路与样品杯上方的滴嘴连接，用于滴定时向消解液中滴加试亚铁灵指示剂溶液和硫酸亚铁铵标准溶液，与样品杯上方的滴嘴连接的两个加液管路和安装在上机械臂的两个加液管路上均安装有蠕动泵，其余两个加液管路配装在下机械臂内的机械抓手中，用于向样品杯添加硫酸汞溶液和重铬酸钾标准溶液，配装在下机械臂内的机械抓手中的两个加液管路上安装有柱塞泵；

所述加热位、冷却位、上机械臂、下机械臂、蠕动泵和柱塞泵均与计算机控制连接。

2.根据权利要求1所述的一种实验室COD自动分析机器人，其特征在于，所述样品栏包括左样品栏和右样品栏，左样品栏和右样品栏内均设有多个用于固定样品杯的固定位，冷却位处于左样品栏和右样品栏之间。

3.根据权利要求2所述的一种实验室COD自动分析机器人，其特征在于，所述加热位包括左排加热位和右排加热位，左排加热位和右排加热位分别置于左样品栏和右样品栏的外侧处，左排加热位和右排加热位内均设有独立的加热装置。

4.根据权利要求3所述的一种实验室COD自动分析机器人，其特征在于，所述加热装置由温控装置进行控制。