一種自適應式吸樣裝置制造方法
【專利摘要】一種自適應式吸樣裝置，屬分析儀器領域。包括設備支座和縱向導軌機架，在縱向導軌機架中設有由電機驅動的螺旋運動副，在螺旋運動副上設有Z軸機械臂，在Z軸機械臂的末端設有吸樣針夾持頭，其特征是在Z軸機械臂與吸樣針夾持頭之間，設置壓力傳感器和液位傳感器；在試樣容器與設備支座之間設置一彈性墊層；其壓力傳感器、液位傳感器和彈性墊層，構成壓力—液位自適應結構體系。本實用新型可減少放置容器時對容器本身的沖擊，避免吸樣針被壓彎，容器底部被壓裂現(xiàn)象的出現(xiàn)，有助于保證實驗結果的真實性，能大大減少殘留液的數(shù)量，減輕殘留試樣對環(huán)境的污染?？蓮V泛用于分析化學前處理設備的設計和制造領域。
【專利說明】一種自適應式吸樣裝置

【技術領域】
[0001] 本實用新型屬于分析儀器領域，尤其涉及一種用于分析化學前處理設備的吸樣裝 置。

【背景技術】
[0002] 分析化學是研究物質的組成、含量、結構和形態(tài)等化學信息的分析方法及理論的 一門科學。在分析樣品時一般先要想法分離不同的成分。
[0003] 化學前處理正是對分析樣品不同成分的分離，或將干擾成分除去，或改變其狀態(tài) 方便測定等而做的預先處理過程，主要包括樣品的提取、凈化、富集、衍生化等。
[0004] 固相萃?。⊿olid-Phase Extraction,簡稱SPE)是近年發(fā)展起來一種樣品前處理 技術，主要用于樣品的分離、純化和濃縮，可以提高分析物的回收率，更有效的將分析物與 干擾組分分離，可減少樣品預處理過程時間。
[0005] 在分析化學前處理設備中，尤其是在自動固相萃?。⊿PE)儀或涵蓋此功能的各種 聯(lián)用設備（如固相萃取-定量濃縮聯(lián)用儀，凝膠凈化-固相萃取聯(lián)用儀，凝膠凈化-固相萃 取-定量濃縮聯(lián)用儀等等）中，不可避免的經常的要用到多通道探針，通過負壓來吸取多個 圓底或平底容器中的試樣（試劑），來進行相關的實驗或分析。
[0006] 目前，國內現(xiàn)有的分析化學前處理設備中，大多數(shù)采用機械臂精確定位來保證吸 樣針的高度從而減少殘留，其具體結構如圖1和圖2中所示（圖2是圖1的A向視圖）。
[0007] 在圖1和圖2中，設備支座1上放置有容器2,容器的上端設置有密封用的容器瓶 蓋3,在容器中盛有試樣（或試劑）液體2-1，在設備支座的一側，設置有一個縱向導軌機架 5 (業(yè)內亦簡稱其為"坐標Z軸"）；在縱向導軌機架中，設置有一個載有Z軸機械臂6的螺 旋運動副；所述螺旋運動副的原動件（螺桿）由設置在縱向導軌機架中的驅動電機（圖中 未示出）驅動，通過螺旋運動副中原動件（螺桿）的轉動，其設置在從動件（螺母）上的Z 軸機械臂可沿設備支座所在立體空間的Z軸方向（圖中為上、下方向）上、下移動，通過設 置在Z軸機械臂末端的吸樣針夾持頭，帶動吸樣針4作縱向移動；其驅動電機的控制端與一 個控制單元連接，通過所述的控制單元控制驅動電機的轉動，進而控制Z軸機械臂的移動 方向和移動速度。
[0008] Z軸機械臂上的吸樣針夾持頭可以同時設置多組吸樣針（業(yè)內亦稱之為"多通道 探針"），同樣地，設備支座上可以同時放置多個容器（業(yè)內亦稱之為容器組）。
[0009] 在需要進行相關的實驗或分析時，先將容器組放置在多通道探針的下方，按動自 動固相萃取儀（或前述各種聯(lián)用設備）的操作按鈕，相關的控制單元控制前述的驅動電機 轉動，驅動Z軸機械臂向下移動，帶動多通道探針刺穿其下方所對應的各個容器上部容器 瓶蓋上的膜片，進入各個容器內部，當多通道探針的下端分別進入各個試樣（或試劑）液體 中后，開始通過負壓來吸取多個容器中的試樣或試劑，進行相關的實驗或分析。
[0010] 圖3a?d中所示為目前實驗或分析中常見的一些類型的溶劑瓶，其中包括錐底容 器301，圓底容器302,平底容器303和球體容器304。 toon] 因各種溶劑瓶底部形狀的差異，或者，由于加工或制造精度的誤差，導致容器組中 各個容器--溶劑瓶的內壁底部之間存在一定的水平落差（或者說是縱向高度差），如圖4 中所示，若以最薄的容器（溶劑瓶）內壁底部為基準線D，則其余各容器（溶劑瓶）的內壁 底部與基準線D的水平落差分別為D1?D3。
[0012] 同樣地，由于加工或裝配的誤差，導致多通道探針中各個吸樣針的最低端面之間 存在一定的落差（或者說是縱向高度差），如圖5所示，若以最低的吸樣針底部端面為基準 線T，則其余各吸樣針底部的端面與基準線T的水平落差分別為T1?T3。
[0013] 明顯地，對于多通道探針中的各個吸樣針，無可避免地存在加工誤差及裝配累積 誤差；由于存在上述的加工、制造誤差或裝配累積誤差等因素，自動固相萃取儀（或前述各 種聯(lián)用設備）在需要吸空容器或實驗過程存在"排空容器"的現(xiàn)象時（例如容器中溶液量 少于需要吸出量時，就會存在"排空容器"的現(xiàn)象），會出現(xiàn)以下現(xiàn)象：
[0014] 1)部分容器（溶劑瓶）中存有殘留試樣（試劑）；
[0015] 2)某個或部分吸樣針壓彎變形；
[0016] 3)某個或部分容器（溶劑瓶）被對應的吸樣針壓裂。
[0017] 其中，現(xiàn)象2)或3)對于實驗儀器或設備來說已遭到破壞了，是不允許存在的。
[0018] 現(xiàn)象1)由于有殘留液存在，往往導致實驗結果不真實；另外這些試樣（試劑）可 能是有毒的，隨著人們環(huán)保意識的增強，減少這種殘留廢液的產生已十分必要。
[0019] 為了解決上述問題，有少部分生產廠家的自動固相萃取儀采取了設置彈性吸樣 針的方案來適應上述制造、加工誤差或裝配累積誤差，但對于需要刺穿容器蓋的分析項目 (例如，容器或溶劑瓶中盛載的是高揮發(fā)性液體），選擇彈性吸樣針顯然是不合適的，由于 彈性吸樣針不能保證準確、同步地刺穿容器蓋，會影響相關分析的正常進行，甚至會影響到 實驗或分析項目的正常開展。 實用新型內容
[0020] 本實用新型所要解決的技術問題是提供一種自適應式吸樣裝置，其通過設置彈性 墊層，可減少放置容器時對容器本身的沖擊，通過設置壓力、液位傳感器，建立壓力、液位雙 重閉環(huán)控制系統(tǒng)，構成一個自適應結構體系，避免吸樣針被壓彎，容器底部被壓裂現(xiàn)象的出 現(xiàn)，有助于保證實驗結果的真實性，可大大減少殘留液的數(shù)量，減輕殘留試樣或試劑對環(huán)境 的污染。
[0021] 本實用新型的技術方案是：提供一種自適應式吸樣裝置，包括用于放置試樣/試 劑容器的設備支座和位于設備支座上的縱向導軌機架，在所述的縱向導軌機架中設置有由 電機驅動的螺旋運動副，在螺旋運動副上設置有Z軸機械臂，在Z軸機械臂的末端，設置有 吸樣針夾持頭，所述電機的控制端與控制單元連接，其特征是：在所述的Z軸機械臂與所述 的吸樣針夾持頭之間，設置壓力傳感器和液位傳感器；在所述試樣/試劑容器與設備支座 之間，設置一彈性墊層，所述試樣/試劑容器的底部，經過所述的彈性墊層，與所述的設備 支座接觸/固定；所述的壓力傳感器、液位傳感器和彈性墊層，構成一個壓力一液位自適應 結構體系。
[0022] 其所述彈性墊層的水平面積，大于所述試樣/試劑容器或容器組在所述設備支座 平面上的投影面積。
[0023] 在所述的吸樣針夾持頭上，固定設置有至少一個吸樣針或一組多通道探針。
[0024] 進一步的，所述的吸樣針或多通道探針為剛性吸樣針或剛性探針。
[0025] 其所述的試樣/試劑容器為數(shù)個試樣/試劑容器構成的容器組。
[0026] 具體的，其所述彈性墊層為貼氟膜硅膠板。
[0027] 其所述彈性墊層的彈性模量大于2MPa。
[0028] 其所述彈性墊層的硬度在30?40HIRD之間。
[0029] 更進一步的，其所述壓力傳感器和液位傳感器的信號輸出端，與所述控制單元的 信號輸入端分別對應連接。
[0030] 與現(xiàn)有技術比較，本實用新型的優(yōu)點是：
[0031] 1.通過設置與原有控制單元連接的壓力、液位傳感器，建立壓力、液位雙重閉環(huán)控 制系統(tǒng)，對吸樣針或多通道探針的縱向移動和吸液位置進行控制，構成一個壓力一液位自 適應結構體系，可避免其被壓彎變形或將其所對應的容器/溶劑瓶底部壓裂、戳破；
[0032] 2.設置彈性墊層，一方面可減少放置容器時對容器本身的沖擊，另一方面，增加了 容器底部的縱向可移動裕量，給吸樣針或多通道探針縱向移動至容器底部時增加了一個緩 沖余地；
[0033] 3.通過對吸樣針或多通道探針的縱向移動位置進行檢測，可減少對加工精度的高 要求及裝配的難度，同時節(jié)省制造成本，亦可大大降低控制系統(tǒng)設定吸樣針或多通道探針 壓力參考閾值的難度；
[0034] 4.大大減少了容器中殘留廢液的積存數(shù)量，可保證實驗結果的真實性，有助于減 輕殘留廢液排放對環(huán)境造成的污染，有助于環(huán)保；
[0035] 5.通過減少或杜絕吸樣針或容器在操作過程中的損壞，有助于降低整體設備的使 用費用，節(jié)約檢測成本。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0036] 圖1是現(xiàn)有分析化學前處理設備的結構示意圖；
[0037] 圖2是圖的A向結構示意圖；
[0038] 圖3a?圖3d是常見溶劑瓶種類的結構示意圖；
[0039] 圖4是各溶劑瓶內壁底郃水平落差不意圖；
[0040] 圖5是各吸樣針最低端縱向1?度差不意圖；
[0041] 圖6是本實用新型的正面結構示意圖；
[0042] 圖7是本實用新型的整體系統(tǒng)結構示意圖；
[0043] 圖8是本實用新型吸樣針與液面間的浸沒距離示意圖；
[0044] 圖9是設置彈性墊層后各溶劑瓶內壁底部的水平落差示意圖；
[0045] 圖10設置彈性墊層后各吸樣針最低端的縱向高度差示意圖；
[0046] 圖11是未采用壓力傳感器一彈性墊層時容器瓶壓力一形變示意圖；
[0047] 圖12是采用壓力傳感器一彈性墊層后容器瓶壓力一形變示意圖。
[0048] 圖中1為設備支座，1-1為彈性墊層，2為容器，2-1為試樣（或試劑）液體，3為容 器瓶蓋，4為吸樣針,5為縱向導軌機架,5a為螺旋運動副,6、6a為Z軸機械臂,6b為吸樣針 夾持頭，7為壓力傳感器，8為液位傳感器；301為錐底容器，302為圓底容器，303為平底容 器，304為球體容器。

【具體實施方式】
[0049] 下面結合附圖和實施例對本實用新型做進一步說明。
[0050] 圖6和圖7中，本實用新型的技術方案提供了一種自適應式吸樣裝置，包括用于放 置容器2的設備支座1和位于設備支座上的縱向導軌機架5,在所述的縱向導軌機架中設置 有由電機驅動的螺旋運動副5a，在螺旋運動副上設置有Z軸機械臂，在Z軸機械臂的末端， 設置有吸樣針夾持頭6b，所述電機的控制端與控制單元連接，其在Z軸機械臂6a與吸樣針 夾持頭6b之間，設置有壓力傳感器7和液位傳感器8 ;在所述試樣/試劑容器與設備支座 之間，設置一彈性墊層1-1，所述試樣/試劑容器的底部，經過所述的彈性墊層，與所述的設 備支座接觸/固定；所述的壓力傳感器、液位傳感器和彈性墊層，構成一個壓力一液位自適 應結構體系。
[0051] 其所述彈性墊層的水平面積，大于所述試樣/試劑容器或容器組在所述設備支座 平面上的投影面積。
[0052] 在所述的吸樣針夾持頭上，固定設置有至少一個吸樣針或一組多通道探針。
[0053] 進一步的，所述的吸樣針或多通道探針為剛性吸樣針或剛性探針。
[0054] 其所述的試樣/試劑容器為數(shù)個試樣/試劑容器構成的容器組。
[0055] 具體的，其所述彈性墊層為貼氟膜硅膠板。
[0056] 其所述彈性墊層的彈性模量大于2MPa。
[0057] 其所述彈性墊層的硬度在30?40HIRD之間。
[0058] 更進一步的，其所述壓力傳感器和液位傳感器的信號輸出端，與所述控制單元的 信號輸入端分別對應連接。
[0059] 由于壓力傳感器、液位傳感器、控制單元、由電機驅動螺旋運動副以及圖中所示的 電機控制用編碼器均為現(xiàn)有技術，故其連接關系和具體連接線路在此不再敘述。
[0060] 圖8中，當夾持有吸樣針組的吸樣針夾持頭6b接收到控制系統(tǒng)給出"吸空容器中 的試樣（試劑）"的命令后，沿設備支座的Z軸方向向下移動，剛性吸樣針4便刺穿容器瓶 蓋3上的膜片到容器2中。
[0061] 本技術方案通過液位傳感器8、吸樣針4、液面、Z軸機械臂6a、吸樣針夾持頭6b及 控制單元組成的封閉式液面控制環(huán)，保證吸樣針始終與試樣/試劑容器中的液面之間有一 定的浸沒距離d。
[0062] 吸樣針通過負壓來吸取試樣。事實上此時彈性墊1-1、吸樣針4、壓力傳感器7, Z 軸機械臂6a、吸樣針夾持頭6b及控制單元，構成了一個封閉式壓力控制環(huán)。
[0063] 其余同圖6、圖7。
[0064] 如圖9和圖10所示，在本技術方案中，壓力傳感器實時采集吸樣針傳來的壓力，當 其采集的壓力值小于系統(tǒng)設定的參考值時，吸樣針將隨Z軸機械臂下降；在吸樣針觸碰到 容器底面時，吸樣針承受壓力慢慢增加，在達到設定參考值之前，由于有彈性墊層的存在， 使得吸樣針和容器底面有比較大的緩沖變形空間，一旦從吸樣針傳來的壓力達到系統(tǒng)設定 的參考值時，說明吸樣針已經緊密接觸在容器底面，則其將不繼續(xù)下降，以避免將吸樣針壓 彎變形或避免使得容器被對應的吸樣針壓裂。
[0065] 由于彈性墊層的存在，使得由于加工或制造精度的誤差，容器組中各個容器（溶 劑瓶）的內壁底部之間存在的水平落差D1'?D3'被弱化，一方面可以減少放置容器時對 容器本身的沖擊，另一方面可減輕吸樣針下端面接觸到容器（溶劑瓶）的內壁底部時的沖 擊力，有助于減少或杜絕容器底部被壓裂現(xiàn)象的出現(xiàn)。
[0066] 同樣，由于彈性墊層的存在，使得由于加工或制造精度的誤差，各吸樣針底部的端 面與基準線T的水平落差T1'?T3'被弱化，進一步減輕吸樣針下端面接觸到容器（溶劑 瓶）的內壁底部時的沖擊力，有助于減少或杜絕容器底部被壓裂現(xiàn)象的出現(xiàn)。
[0067] 圖11為未采用壓力傳感器一彈性墊層結構時容器瓶的壓力一形變示意，由圖可 見，因壓力隨變形量劇增，很容易壓力過沖，使吸樣針變形或容器被壓裂。
[0068] 圖12為采用壓力傳感器一彈性墊層結構后容器瓶的壓力一形變示意，與圖11相 t匕，其吸樣針或容器瓶在同樣壓力下的可承受形變范圍變大，從而可避免或杜絕吸樣針變 形或容器被壓裂。
[0069] 正是由于本技術方案采用了上述液面、壓力雙重的封閉式控制環(huán)，避免了由于壓 力過大而導致的：吸樣針壓彎變形或容器被壓裂等現(xiàn)象，達到排空容器（或同時排空多通 道容器）的目的。
[0070] 經實驗測試結果表明，采用3_厚、其彈性模量為2. 14MPa的貼氟膜硅膠板，其硬 度在30?40HIRD(國際硬度）間，壓力傳感器采集的壓力值在達到設定的參考值前，其緩 沖變形空間可達〇.5mm以上，此值足以補償由于制造及裝配帶來的誤差，且能保證厚度在 0. 5mm以上的玻璃器皿不被破壞。
[0071] 由于本實用新型通過設置彈性墊層，可減少放置容器時對容器本身的沖擊，通過 設置壓力、液位傳感器，建立壓力、液位雙重閉環(huán)控制系統(tǒng)，構成一個自適應結構體系，避免 吸樣針被壓彎，容器底部被壓裂現(xiàn)象的出現(xiàn)，有助于保證實驗結果的真實性，可大大減少殘 留液的數(shù)量，減輕殘留試樣或試劑對環(huán)境的污染。
[0072] 本實用新型可廣泛用于分析化學前處理設備，特別是自動固相萃取裝置的設計和 制造領域。
【權利要求】
1. 一種自適應式吸樣裝置，包括用于放置試樣/試劑容器的設備支座和位于設備支座 上的縱向導軌機架，在所述的縱向導軌機架中設置有由電機驅動的螺旋運動副，在螺旋運 動副上設置有Z軸機械臂，在Z軸機械臂的末端，設置有吸樣針夾持頭，所述電機的控制端 與控制單元連接，其特征是： 在所述的Z軸機械臂與所述的吸樣針夾持頭之間，設置壓力傳感器和液位傳感器； 在所述試樣/試劑容器與設備支座之間，設置一彈性墊層，所述試樣/試劑容器的底 部，經過所述的彈性墊層，與所述的設備支座接觸/固定； 所述的壓力傳感器、液位傳感器和彈性墊層，構成一個壓力一液位自適應結構體系。
2. 按照權利要求1所述的自適應式吸樣裝置，其特征是所述彈性墊層的水平面積，大 于所述試樣/試劑容器或容器組在所述設備支座平面上的投影面積。
3. 按照權利要求1所述的自適應式吸樣裝置，其特征是在所述的吸樣針夾持頭上，固 定設置有至少一個吸樣針或一組多通道探針。
4. 按照權利要求3所述的自適應式吸樣裝置，其特征是所述的吸樣針或多通道探針為 剛性吸樣針或剛性探針。
5. 按照權利要求1所述的自適應式吸樣裝置，其特征是所述的試樣/試劑容器為數(shù)個 試樣/試劑容器構成的容器組。
6. 按照權利要求1所述的自適應式吸樣裝置，其特征是所述彈性墊層為貼氟膜硅膠 板。
7. 按照權利要求1所述的自適應式吸樣裝置，其特征是所述彈性墊層的彈性模量大于 2MPa。
8. 按照權利要求1所述的自適應式吸樣裝置，其特征是所述彈性墊層的硬度在30? 40HIRD 之間。
9. 按照權利要求1所述的自適應式吸樣裝置，其特征是所述壓力傳感器和液位傳感器 的信號輸出端，與所述控制單元的信號輸入端分別對應連接。
【文檔編號】G01N1/14GK203881575SQ201420266055
【公開日】2014年10月15日 申請日期:2014年5月23日 優(yōu)先權日:2014年5月23日
【發(fā)明者】胡永輝, 倪晨杰 申請人:上海屹堯儀器科技發(fā)展有限公司