CN214538727U - 一种现场样品快速富集装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及样品浓缩设备技术领域，提供了一种现场样品快速富集装置，包括：初采样系统、固相萃取富集系统、水体输送系统和控制系统，本实用新型能够采用对应的固相萃取柱对目标化合物进行现场原位快速萃取富集，并取代现有技术中采用大批量桶体装载水体样品再转移回实验室进行富集的做法，避免了水体样品不足导致萃取富集不完全的问题，减轻了劳动强度，显著提高了采样效率与可靠性。本实用新型设计巧妙、使用方便、便携度高，能够实现高效精准的水质采样，具有广泛的推广应用价值。

Description

一种现场样品快速富集装置

技术领域

本实用新型涉及样品样品浓缩设备技术领域，更具体地，涉及一种现场样品快速富集装置。

背景技术

地表水，是指陆地表面上动态水和静态水的总称，亦称“陆地水”，包括各种液态和固态的水体，主要有河流、湖泊、沼泽等，它是人类生活用水的重要来源之一，也是各国水资源的主要组成部分。过去，地表水在光、氧气、微生物等作用下可以进行自然净化，但近来由于排出废物的量超过了自净能力，甚至排出的废物为水体无法自净的物质，或者其他有毒的物质，破坏了生态环境，从而成为了严重的社会问题。

水体环境中有毒有害物质的检测已成为了当今社会的重要课题，其在环保检测、污染事故或者刑侦案件等领域均有涉及，污染水的测定一般包括：1、有害重金属、氰离子等类的特定成分的浓度测定；2、COD、苯环类等一类物质的测定；水体环境中有毒有害物质的检测历来是化学分析方法，在此过程中，由于水体流域大、分布广，为了获取一定浓度的采样物质，检测人员往往需要在流道的多个位置设置采样分布点，并采用桶体装载的形式捞取大量待测水样，再将待测水样移送到监测中心进行各种化学物的分析比对。目前的监测手段采取的样品数量巨大，采样过程费时费力，而且还不能保证获取得到足够浓度的采样数据，检测效率低。

实用新型内容

为了克服现有技术存在的缺点和不足，本实用新型的目的在于提供一种现场样品快速富集装置。

本实用新型的目的通过以下技术方案实现：

一种现场样品快速富集装置，包括：

初采样系统：用于对泵入的待检测的水样进行初步过滤；

固相萃取富集系统：用于对初步过滤后的水样中目标化合物进行吸附；

水体输送系统：用于泵入待检测的水样，以及泵出完成富集的水体。

优选地，上述富集装置还包括控制系统(在富集装置上设置控制面板，便于操控)；所述控制系统用于实现：

(1)根据目标化合物的种类，调节进样速度；

(2)根据最终完成富集的水体流出反馈的流速，调节初步过滤后的水样经过固相萃取富集系统的速度。

具体的，所述控制系统能够实现以下功能：

a、根据不同类型的目标化合物，控制工作模式(不同的工作模式，其泵入待检测的水样速度和将经初步过滤后的水样泵入固相萃取富集系统的速度不同)；

b、根据不同种类的固相萃取富集系统(主要是固相萃取富集柱)，控制泵入的待检测的水样的速度；

c、根据最终完成富集的水体流出反馈的速度，进行智能调节，控制通过富集柱的速度。

上述控制系统包括流速传感器，流速传感器会基于目标化合物的种类以及固相萃取富集柱的种类进行参数配置，定好最佳流速，在工作过程中，芯片不断收集传感器信息，并根据反馈的结果调整泵的转速。

所述控制系统用的芯片为FPGA芯片，即现场可编程门阵列芯片，在使用者输入对应的数据后，芯片将根据输入的数据在存储器中提取对应的参数，此时根据输入的数据信息读取外挂存储器中对应的数据，即可完成自动配置的对应参数。

当然，在这里的芯片还可以选用stm32芯片替代FPGA芯片；另外，在数据量不大的情况下不需要外挂存储器，若后期实验样本较多，数据量较大，可以采用外挂FLASH、DDR等方式，此时根据输入的数据信息读取外挂存储器中对应的数据，即可完成自动配置对应参数。

上述功能c中，反馈可以采用PID控制方式，将上个时间周期的速度与理想速度进行作差，根据所得到的值调整电机的工作功率(如速度较慢时增大一定功率提高泵的速度)。

优选地，所述水体输送系统包括进水管道、蠕动泵、出水管道；所述进水管道与出水管道相连，待检测的水样经过进水管道，流向出水管道。

优选地，所述固相萃取富集系统为固相萃取柱；所述固相萃取柱的个数为1个、2个、或者2个以上。

更优选地，当固相萃取柱的个数为2个或者2个以上时，所有固相萃取柱相互串联。

优选地，所述固相萃取柱设于出水管道的末端，所述待检测的水样经过固相萃取柱流出。

上述富集装置的工作过程为：在水质检测的采样阶段中，所述进水管道的进水端部需要被放置在水体环境当中，所述进水管道的另一端连接有蠕动泵，在泵的动力驱动作用下，待测水样流入所述出水管道，所述出水管道上设置有固相萃取装置，能够将目标化合物精准吸附。在采样前期，使用到控制面板，根据所要富集的目标化合物的种类，选择工作模式，从而控制系统控制蠕动泵的转速；当然，也可根据自身需要将水体的实际流速等参数输入至所述控制系统，从而控制采样速率，确保所述固相萃取装置能够达到在目标化合物未变质的情况下饱和吸附的目的。

作为本实用新型的进一步优化方案，所述固相萃取装置包括直径比所述出水管道稍大的硬质筒体，本实用新型的固相萃取装置与现有常见的固相萃取柱类似，是以聚丙烯(PP)为材料的注射针筒型装置，该装置内装有两片以聚乙烯(PE)或玻璃纤维为材料的塞片，两个塞片中间装填有一定量的吸附剂(填料)。所述固相萃取装置上端敞开并与所述出水管道的端部连通，下端则为出液口，萃取过后的液体经过吸附剂后从出液口排出。

作为本实用新型的进一步优化方案，所述进水管道、所述出水管道均采用PVC软管结构。PVC软管具备稳定的物理性能，十分适合用作现场水质抽样的管体；除此之外，PVC优良的韧性和延展性，也使得进水管道和出水管道在使用过程中更加适应地形的变化，大多数情况下都能够自然地探进水体进行吸样或者自然地朝下排样；更重要的是，PVC软管便于更换，当某批次的水体采样完成后，可以将所述固相萃取装置拆除并移送至监测中心作进一步化验分析，再换上新的出入水管道与固相萃取装置，本即能重新用于下一批次的水体采样，显著增强本设备的实用性能。

优选地，所述初采样系统为设于进水管道上的初滤装置。以对采样水体进行初滤，将泥沙等难以溶解的杂质过滤掉，保证管道的畅通之余，还能进一步确保萃取效率。

优选地，所述控制系统上还设有报警装置(例如警示灯)，当达到采样时间或者出现工作异常状态(蠕动泵的转速无法调整)时，所述警示灯即被接通点亮，从而提醒检测人员及时查看，避免设备损坏；当然报警装置还可以是蜂鸣器，不同的在于报警的具体形式不一样。

优选地，上述富集装置还包括蓄电池模块，蓄电池模块用于给控制系统和蠕动泵提供动力。

在一些其他的实施方式中，上述富集装置还包括二维码生成系统：用于将控制系统储存的采样信息生成二维码。

在一些其他的实施方式中，上述富集装置还包括无线通信模块：用于与其他移动设备实现无线通信。例如，富集装置与移动终端联用，采用蓝牙模块与移动终端进行通信，从而便于利用移动终端进行富集操作(在移动终端上设置参数，并控制富集装置进行自动富集)。

与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：

本实用新型提供了一种现场样品快速富集装置，包括：初采样系统、固相萃取富集系统、水体输送系统和控制系统，只需要将本设备放置在预设的采样点处，再输入工作模式，本装置即能根据预设的工作模式自动调整采样速率，并在指定时间内完成对于目标化学物的萃取吸附，随后只需将本设备的固相萃取富集系统取下并移送至监测中心，即能完成高效的采样操作。

本实用新型能够采用对应的固相萃取柱对目标化合物进行现场原位快速萃取富集，并取代现有技术中采用大批量桶体装载水体样品再转移回实验室进行富集的做法，避免了水体样品不足导致萃取富集不完全的问题，减轻了劳动强度，显著提高了采样效率与可靠性。

本实用新型设计巧妙、使用方便、便携度高，能够实现高效精准的水质采样，具有广泛的推广应用价值。

附图说明

图1为本实用新型所述现场样品快速富集装置的框架图；

图2为实施例1所述现场样品快速富集装置的整体结构示意图；

附图标记：1-进水管道；2-蠕动泵；3-出水管道；4-控制面板；41-液晶显示屏；42-按键；5-固相萃取柱；51-筒体；52-塞片；53-吸附剂；54-出液口；6-警示灯；7-初滤装置；71-圆形筛板；72-筛网桶。

具体实施方式

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

实施例1

如图1所示，本实施例提供了一种场样品快速富集装置，包括：

初采样系统：用于对泵入的待检测的水样进行初步过滤；

固相萃取富集系统：用于对初步过滤后的水样中目标化合物进行吸附；

水体输送系统：用于泵入待检测的水样，以及泵出完成富集的水体。

该富集装置的工作过程为：环境样品通过水体输送系统泵入待检测的水样，待检测的水样经过初采样系统完成初步过滤，然后流向出水管道，经过固相萃取富集系统，在固相萃取富集系统内完成目标化合物的富集，富集完成后的水体经过出液口排向样品环境中；然后去下完成富集的固相萃取富集系统，直接将其带回实验室进行检测。

所述富集装置为一个小型便携的装置，上述初采样系统、固相萃取富集系统和水体输送系统均在这个便携的装置内。

具体的，在本实施例中，水体输送系统包括进水管道1、蠕动泵2、出水管道3；所述进水管道1与出水管道3相连，待检测的水样经过进水管道1，流向出水管道3。

所述固相萃取富集系统为固相萃取柱5；所述固相萃取柱的个数为1个、2个、或者2个以上。更优选地，当固相萃取柱的个数为2个或者2个以上时，所有固相萃取柱相互串联。

所述固相萃取柱5设于出水管道3的末端，所述待检测的水样经过固相萃取柱5流出。所述固相萃取装置5包括直径比所述出水管道3稍大的硬质筒体51，筒体51内装有两片以聚乙烯(PE)或玻璃纤维为材料的塞片52，两个塞片52中间装填有一定量的吸附剂53(填料)。所述固相萃取装置5上端敞开并与所述出水管道3的端部连通，下端则为出液口54，萃取过后的液体经过吸附剂后从出液口54排出。在实际检测过程中，可以根据所要富集的目标化合物的种类，选择装有不同种类吸附剂53的固相萃取柱5，以达到高效富集的目的。

所述固相萃取装置5的上端设置有比所述出水管道3直径略大的PVC软管，采样时两软管相互套合以实现导流，取样时可以直接将两软管拔开，把吸附了目的化合物的固相萃取装置5移送至监测中心作化验分析，再重新换上新的固相萃取装置5，为下一批次的水质采样做准备。

本实施例中，所述进水管道1、所述出水管道3均采用PVC软管结构。所述蠕动泵2两端部均设置有软管，所述进水管道1与出水管道3利用塑料软管优良的形变性能，套设在所述软管的外圆处，以实现密封连接。

本实施例中，上述富集装置还包括控制系统(在富集装置上设置控制面板4，控制面板4上设有液晶显示屏41和按键42，便于操控)；上述控制系统包括流速传感器，流速传感器会基于目标化合物的种类以及固相萃取富集柱的种类进行参数配置，定好最佳流速，在工作过程中，芯片不断收集传感器信息，并根据反馈的结果调整泵的转速。

所述控制系统用的芯片为FPGA芯片，即现场可编程门阵列芯片，在使用者输入对应的数据后，芯片将根据输入的数据在存储器中提取对应的参数，此时根据输入的数据信息读取外挂存储器中对应的数据，即可完成自动配置的对应参数。

本实施例中，检验人员需要在投放本装置之前，往所述控制面板4输入目标化合物的种类，确定所述蠕动泵2的工作模式，从而控制流经管道的采样水体流速，以确保待测目标化合物能被所述固相萃取装置5充分吸收。

本实施例中，所述控制系统上安装有报警装置6，当到达采样时间后或者出现工作异常状态(蠕动泵的转速无法调整)时，所述报警装置6即被激活，以方便检测人员及时了解装置工作状态。

本实施例中，进水管道1的进水端设置有初滤装置7，以对采样水体进行初滤。本实施例中的所述初滤装置7具体采用滤网形式，包括圆形筛板71和筛板上的筛网桶72，所述圆形筛板71上设置有若干个筛孔。所述筛板71的直径与所述进水管道1的直径相近，所述筛网桶72能够套设在所述进水管道1的外圆处，从而将所述初滤装置7固定在进水管道1的端部。

本实施例中，所述控制面板4内部还设有蓄电池模块(图中未示出)，控制面板4侧部设有相应的凹槽以及盖板以存放蓄电池。该设置不仅为富集装置提供足够的动力，同时还省却了富集装置与外部电源的持续连接，简化了设备结构，提升了设备使用的便利性。

以上结合附图对本实用新型的实施方式作了详细说明，但本实用新型不限于所描述的实施方式。对于本领域的技术人员而言，在不脱离本实用新型原理和精神的情况下，对这些实施方式进行多种变化、修改、替换和变型，仍落入本实用新型的保护范围内。

Claims (7)

1.一种现场样品快速富集装置，其特征在于，包括：

初采样系统：用于对泵入的待检测的水样进行初步过滤；

固相萃取富集系统：用于对初步过滤后的水样中目标化合物进行吸附；

水体输送系统：用于泵入待检测的水样，以及泵出完成富集的水体；

所述水体输送系统包括进水管道、蠕动泵、出水管道；所述进水管道与出水管道相连，待检测的水样经过进水管道，流向出水管道；所述初采样系统为设于进水管道上的初滤装置；所述固相萃取富集系统为固相萃取柱；所述固相萃取柱的个数为1个、2个、或者2个以上。

2.根据权利要求1所述的现场样品快速富集装置，其特征在于，还包括控制系统；所述控制系统用于实现：

(1)根据目标化合物的种类，调节进样速度；

(2)根据最终完成富集的水体流出反馈的流速，调节初步过滤后的水样经过固相萃取富集系统的速度。

3.根据权利要求1所述的现场样品快速富集装置，其特征在于，当固相萃取柱的个数为2个或者2个以上时，所有固相萃取柱相互串联。

4.根据权利要求1所述的现场样品快速富集装置，其特征在于，所述固相萃取柱设于出水管道的末端，所述待检测的水样经过固相萃取柱流出。

5.根据权利要求2所述的现场样品快速富集装置，其特征在于，所述控制系统上还设有报警装置。

6.根据权利要求5所述的现场样品快速富集装置，其特征在于，还包括二维码生成系统：用于将控制系统储存的采样信息生成二维码。

7.根据权利要求6所述的现场样品快速富集装置，其特征在于，还包括无线通信模块：用于与其他移动设备实现无线通信。

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