CN207248756U - 一种高精度自动标准溶液稀释装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种高精度自动标准溶液稀释装置，其包括：包括第一机械臂和设置于第一机械臂上的第一高精度定量取液器；第一高精度定量取液器包括第一推杆，第一推杆的一端与第一直线伺服电机相连接，另一端与第一高精度注射器的活塞相连接；溶剂液加液模块，其包括第二机械臂和设置于第二机械臂上的第二高精度定量取液器；第二高精度定量取液器包括第二推杆，第二推杆的一端与第二直线伺服电机相连接，另一端与第二高精度注射器的活塞相连接；混匀模块，其包括振荡器和设置于振荡器上的转盘；并且在转盘上设置有试管安放孔位；控制模块与第一机械臂的驱动电机、第一直线伺服电机、第二机械臂的驱动电机、第二直线伺服电机和振荡器相连接。

Description

一种高精度自动标准溶液稀释装置

技术领域

本实用新型涉及标准溶液配制设备相关技术领域，具体地说是涉及一种高精度自动标准溶液稀释装置。

背景技术

电感耦合等离子体光谱仪(Inductively Coupling Plasma EmissionSpectroscopy, ICP-OES)是一种以电感耦合高频等离子体为光源的发射光谱装置。可用于多种金属及非金属的同时测定，具有测定元素范围广，线性范围宽，化学干扰少，有良好的检出限，分析精密度高，可同时测定多种元素等优点。该设备已经广泛的用于冶金、地质、材料、采矿、石油、轻工、农业、医药、食品及环境监测等领域。

在分析化学中，特别是仪器分析中，经常采用标准曲线法来进行定量分析。标准曲线法不需要复杂的数学计算，简单有效，特别适合于大量样品的分析。电感耦合等离子体光谱仪正是基于此对未知物的含量进行测定，甚至大多数分析仪器的定量分析都是基于此，比如电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)、原子吸收分光光度计、流动分析仪、离子色谱仪、液相色谱仪、紫外分光光度计等。

标准曲线是描述待测物质浓度或者量与对应的测量仪器响应值或其他指示量的定量关系曲线。标准曲线法主要是利用已知化学组分的标准样品建立含量或者浓度与仪器响应值或其他指示量的线性关系，以不同含量待测组分的质量或者浓度作为横坐标，以该组分在仪器上的响应值为纵坐标，得到标准曲线。然后对未知样品进行测定，得到样品中待测组分在仪器上的响应值，再通过标准曲线计算得出样品中待测组分的含量。因此准确配制不同浓度的标准溶液，进而绘制准确的标准曲线，直接影响到试样分析结果的准确性。

在实际操作中，首先配制或者购买一个高浓度的标准溶液母液，然后吸取梯度增加的体积数放入容器中，再准确定容到相应的刻度，配制成标准溶液系列。如以1000ppm的标准溶液母液为例，然后分别吸取1mL、2mL、3mL、4mL、5mL母液到容量瓶中，再准确定容至100mL 刻度。这样我们就得到了10ppm、20ppm、30ppm、40ppm、50ppm的标准溶液系列。在这个过程中，我们一般使用移液管或移液枪移取母液，这就引入了误差。

1移取母液的过程受操作者主观判断影响，即使是同一操作者也不能保证两次移液误差完全一致。

2最终定容的时候，由于每个人的经验和判断不同，使得最终定容体积的误差也存在一定差异。

3对于ICP-OES这种同时可以测定多种元素的仪器而言，往往需要配制多种元素的混合标准曲线。这个过程比较繁琐，很容易出现错误。

4一般手工配制标准溶液时，为了减少取样时的误差，一般都增大定容体积，增大母液的取样量。但是在实际使用的过程中，对标准溶液的实际需求量要小的多，这也造成了一定的浪费。

目前也有一些企业单位对标准溶液处理系统进行了研发，但是这些设备都是采用进样针及管路进行母液的移取，利用定量泵或者蠕动泵进行量的控制。由于取样精度的限制，在配制低浓度标准溶液系列的时候不得不通过逐级稀释的方法，这对母液也是一种浪费，且引入了新的误差。

实用新型内容

针对现有技术之不足，本实用新型提供了一种高精度自动标准溶液稀释装置。

本实用新型的高精度自动标准溶液稀释装置的具体技术方案如下：

一种高精度自动标准溶液稀释装置，其包括：母液加液模块，其包括第一机械臂和设置于所述第一机械臂上的第一高精度定量取液器；其中，所述第一高精度定量取液器包括第一推杆，所述第一推杆的一端与第一直线伺服电机相连接，所述第一推杆的另一端与第一高精度注射器的活塞相连接；溶剂液加液模块，其包括第二机械臂和设置于所述第二机械臂上的第二高精度定量取液器；其中，所述第二高精度定量取液器包括第二推杆，所述第二推杆的一端与第二直线伺服电机相连接，所述第二推杆的另一端与第二高精度注射器的活塞相连接；混匀模块，其包括振荡器和设置于所述振荡器上的转盘；并且在所述转盘上设置有试管安放孔位；控制模块，所述控制模块与所述第一机械臂的驱动电机、所述第一直线伺服电机、所述第二机械臂的驱动电机、所述第二直线伺服电机和所述振荡器相连接。

本实用新型的高精度自动标准溶液稀释装置采用高精度的伺服驱动控制丝杆推杆的运动，准确控制取样行程，配合合适的针筒，取液精度可以精确到0.02uL甚至更高，和目前市面上的溶液配制装置相比提高了一个数量级。

根据一个优选的实施方式，所述第一高精度定量取液器中的第一高精度注射器包括第一注射器筒体、设置于所述第一注射器筒体内的所述活塞和可更换的连接在所述第一注射器筒体端部的母液取液头。

一般溶液处理系统采用进样针移取母液，不同母液间切换之前增加清洗功能，为了完全避免交叉污染，本实用新型采用可更换的、一次性的母液取液头进行母液的移取。

根据一个优选的实施方式，所述第一高精度定量取液器的数量为两个；在其中一个所述第一高精度定量取液器中的第一高精度注射器上连接有容积为1000ul的母液取液头，在另一个所述第一高精度定量取液器中的第一高精度注射器上连接有容积为100ul的母液取液头。

为降低取样量太少引入的较大误差，本实用新型通过上述设计，可以实现两种配液模式，对于要配置低浓度的标准溶液点，固定取样量，改变定容体积来获得目标浓度；配置较高浓度的标准溶液点，采用固定定容体积，改变加入的标准溶液母液量来获得目标浓度。这与一般方法采用的逐级稀释法有一定区别，避免了因为稀释而引入的误差。

根据一个优选的实施方式，所述第二高精度定量取液器中的第二高精度注射器包括第二注射器筒体、设置于所述第二注射器筒体内的所述活塞和可更换的连接在所述第二注射器筒体端部的溶剂取液头。

根据一个优选的实施方式，所述第二高精度定量取液器是容量为50ml，精度为1ul的取液器。

根据一个优选的实施方式，所述振荡器为涡旋振荡器。

本实用新型采用非接触式的涡旋混匀系统对稀释后的溶液进行混匀，避免了常规搅拌方法有可能造成的污染。

根据一个优选的实施方式，所述控制模块为可编程自动化控制器。

与现有技术相比，本实用新型的高精度自动标准溶液稀释装置具有如下有益效果：

1采用高精度的直线伺服电机，控制注射器推杆运动，进而完成溶液的吸液和放液。取液精度相对市面上的溶液处理系统所采用的计量泵或者蠕动泵，精度至少提高了一个数量级。

2能够实现两种配制模式，吸取固定体积母液和固定定容体积模式，解决了配制低浓度标准溶液因吸入母液体积过少或者逐级稀释而引入的误差。

3采用可更换的、一次性的取液头进行溶液的移取，不需要对系统管路进行清洗，彻底避免了不同标准溶液间的相互污染。

4使用非接触式涡旋混匀方式进行最终溶液的混匀，避免污染溶液。

综上所述，本实用新型的高精度自动标准溶液稀释装置避免了人工操作引入的误差，进一步提高实验准确度和精密度。

本实用新型的高精度自动标准溶液稀释装置的系统误差及精度符合国家计量检定规程 JJG 646-2006的基本要求，所配置标准溶液所得曲线满足ICP-OES实验方法技术的要求。可以提高配套仪器ICP-OES的整体使用效率。

附图说明

图1是本实用新型高精度自动标准溶液稀释装置结构示意图；

图2是本实用新型高精度自动标准溶液稀释装置中第一高精度定量取液器的结构示意图；

图3是本实用新型高精度自动标准溶液稀释装置中第二高精度定量取液器的结构示意图。

附图标记列表

100-母液加液模块，110-第一机械臂，120-第一高精度定量取液器，121-第一推杆，122- 第一直线伺服电机，123-第一高精度注射器，1231-第一注射器筒体，1232-母液取液头，200- 溶剂液加液模块，210-第二机械臂，220-第二高精度定量取液器，221-第二推杆，222-第二直线伺服电机，223-第二高精度注射器，2231-第二注射器筒体，2232-溶剂取液头，300-混匀模块，310-振荡器，320-转盘，321-试管安放孔位，400-控制模块，500-母液存放区，600- 溶剂存放区。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的高精度自动标准溶液稀释装置进行详细的说明。

如图1、图2以及图3所示，一种高精度自动标准溶液稀释装置，其包括母液加液模块 100、溶剂液加液模块200、混匀模块300和控制模块400。

母液加液模块100包括第一机械臂110和设置于第一机械臂110上的第一高精度定量取液器120。

其中，第一高精度定量取液器120包括第一推杆121，第一推杆121的一端与第一直线伺服电机122相连接，第一推杆121的另一端与第一高精度注射器123的活塞相连接。

进一步的，第一高精度定量取液器120中的第一高精度注射器123包括第一注射器筒体 1231、设置于第一注射器筒体1231内的活塞和可更换的连接在第一注射器筒体1231端部的母液取液头1232。

优选的，第一高精度定量取液器120的数量为两个。在其中一个第一高精度定量取液器 120中的第一高精度注射器123上连接有容积为1000ul的母液取液头。在另一个第一高精度定量取液器120中的第一高精度注射器123上连接有容积为100ul的母液取液头。

本实施例的高精度自动标准溶液稀释装置采用高精度伺服驱动，带动丝杆推杆运动，来实现吸液和放液的过程。高精度伺服电机定位精度能达到1um，如果配套1mL的注射器，推杆行程按50mm来计算，精度可以准确控制到0.02uL＝1000*(1/50000)。这相对于市面上常用的计量泵或者蠕动泵，精度提高了至少一个数量级。同理，如果配套100ul的注射器，则精度达到100*(1/50000)＝0.002ul。

同时，本实施例的高精度自动标准溶液稀释装置还能够实现两种配制模式：需要配制低浓度(计算后所需吸取的母液体积<10uL)的标准溶液时，采用吸取固定体积(10uL)母液的模式，通过改变定容体积来配置不同浓度的标准溶液；需要配置浓度稍大(计算后所需吸取的母液体积≥10uL)的标准溶液时，采用固定定容体积(25mL)模式，通过吸入不同体积的母液来得到不同浓度标准溶液。因此，本实施例配置了2把不同容量的第一高精度定量取液器120，分别是1000ul和100ul。100ul可以用于配取较小体积的母液原液(小于100ul)，1000ul可以用于配取较大体积的母液原液(大于100ul)。

另外，本实施例的高精度自动标准溶液稀释装置通过可替换的、一次性移液枪头，溶液不进入注射器内部，一次取液完成后即可更换取液头，从源头上完全避免溶液间的相互污染问题，从而彻底避免了不同标准溶液间的相互污染。

溶剂液加液模块200，其包括第二机械臂210和设置于第二机械臂210上的第二高精度定量取液器220。

其中，第二高精度定量取液器220包括第二推杆221，第二推杆221的一端与第二直线伺服电机222相连接，第二推杆221的另一端与第二高精度注射器223的活塞相连接。

进一步的，第二高精度定量取液器220中的第二高精度注射器223包括第二注射器筒体 2231、设置于第二注射器筒体2231内的活塞和可更换的连接在第二注射器筒体2231端部的溶剂取液头2232。

优选的，第二高精度定量取液器220是容量为50ml，精度为1ul的取液器。

混匀模块300，其包括振荡器310和设置于振荡器310上的转盘320；并且在转盘320上设置有试管安放孔位321。

优选的，振荡器310为涡旋振荡器。涡旋混匀是利用偏心旋转使试管等容器中的液体产生涡流，从而达到使溶液充分混合之目的。其具有混合速度快、彻底、液体呈旋涡状能将附在管壁上的试液全部混均的优点。本实施例采用非接触式的涡旋混匀系统对稀释后的溶液进行混匀，避免了常规搅拌方法有可能造成的污染。

控制模块400，控制模块400与第一机械臂110的驱动电机、第一直线伺服电机122、第二机械臂210的驱动电机、第二直线伺服电机222和振荡器310相连接。

优选的，控制模块400为可编程自动化控制器(PAC控制器)或者计算机。

本实施例的高精度自动标准溶液稀释装置工作过程如下：

在控制模块400的控制下，第一机械臂110的驱动电机驱动第一机械臂110将第一高精度定量取液器120移动到母液存放区500上方，然后控制模块400控制第一直线伺服电机122 驱动第一推杆121，从而带动第一高精度注射器123中的活塞，使得第一高精度注射器123 从母液存放区500中吸取母液，并通过第一直线伺服电机122和第一推杆121控制活塞的行程，从而控制母液吸取量；

在吸取一定量的母液后，在控制模块400的控制下第一机械臂110的驱动电机驱动第一机械臂110将第一高精度定量取液器120移动到安装于振荡器310上转盘320中的试管安放孔位321中的试管上方；然后在控制模块400控制第一直线伺服电机122驱动第一推杆121，从而带动第一高精度注射器123中的活塞，使得第一高精度注射器123吸取的母液完全进入试管中；

转盘320转动，将装有母液试管移动至溶剂液加液模块200加液位置处。溶剂液加液模块200按照母液加液模块100的方式向试管中加入一定量的溶剂(如蒸馏水)；

之后，在控制模块400的控制下，振荡器310开始工作，对试管内的溶液进行涡旋混匀，使得配置好的标准溶液混合均匀。

本实施例的高精度自动标准溶液稀释装置避免了人工操作引入的误差，提高了实验的准确度。最小取样量10uL的取样精度不超过2％，手工操作时采用移液枪移取母液，取10uL母液的允许误差为4％；最大取样量1000uL取样误差不超过0.5％，手工操作时采用移液枪移取母液，取1000uL母液的允许误差为1％；一般手工操作配制标准溶液系列，最终标准曲线的相关系数至少要大于0.9990，且该系数随操作人员操作主观操作误差而波动。本实施例的高精度自动标准溶液稀释装置相关系数大于0.9995；缩短标准溶液的配制时间，配制单标由传统方法的10min缩短到2min，五种元素的混合标准溶液由传统方法的30min缩短为5min。

需要注意的是，本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。

另外，上述具体实施例是示例性的，本领域技术人员可以在本实用新型公开内容的启发下想出各种解决方案，而这些解决方案也都属于本实用新型的公开范围并落入本实用新型的保护范围之内。本领域技术人员应该明白，本实用新型说明书及其附图均为说明性而并非构成对权利要求的限制。本实用新型的保护范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (7)

1.一种高精度自动标准溶液稀释装置，其特征在于，其包括：

母液加液模块(100)，其包括第一机械臂(110)和设置于所述第一机械臂(110)上的第一高精度定量取液器(120)；其中，所述第一高精度定量取液器(120)包括第一推杆(121)，所述第一推杆(121)的一端与第一直线伺服电机(122)相连接，所述第一推杆(121)的另一端与第一高精度注射器(123)的活塞相连接；

溶剂液加液模块(200)，其包括第二机械臂(210)和设置于所述第二机械臂(210)上的第二高精度定量取液器(220)；其中，所述第二高精度定量取液器(220)包括第二推杆(221)，所述第二推杆(221)的一端与第二直线伺服电机(222)相连接，所述第二推杆(221)的另一端与第二高精度注射器(223)的活塞相连接；

混匀模块(300)，其包括振荡器(310)和设置于所述振荡器(310)上的转盘(320)；并且在所述转盘(320)上设置有试管安放孔位(321)；

控制模块(400)，所述控制模块(400)与所述第一机械臂(110)的驱动电机、所述第一直线伺服电机(122)、所述第二机械臂(210)的驱动电机、所述第二直线伺服电机(222)和所述振荡器(310)相连接。

2.根据权利要求1所述的一种高精度自动标准溶液稀释装置，其特征在于，所述第一高精度定量取液器(120)中的第一高精度注射器(123)包括第一注射器筒体(1231)、设置于所述第一注射器筒体(1231)内的所述活塞和可更换的连接在所述第一注射器筒体(1231)端部的母液取液头(1232)。

3.根据权利要求2所述的一种高精度自动标准溶液稀释装置，其特征在于，所述第一高精度定量取液器(120)的数量为两个；

在其中一个所述第一高精度定量取液器(120)中的第一高精度注射器(123)上连接有容积为1000ul的母液取液头，在另一个所述第一高精度定量取液器(120)中的第一高精度注射器(123)上连接有容积为100ul的母液取液头。

4.根据权利要求1所述的一种高精度自动标准溶液稀释装置，其特征在于，所述第二高精度定量取液器(220)中的第二高精度注射器(223)包括第二注射器筒体(2231)、设置于所述第二注射器筒体(2231)内的所述活塞和可更换的连接在所述第二注射器筒体(2231)端部的溶剂取液头(2232)。

5.根据权利要求4所述的一种高精度自动标准溶液稀释装置，其特征在于，所述第二高精度定量取液器(220)是容量为50ml，精度为1ul的取液器。

6.根据权利要求1至5之一所述的一种高精度自动标准溶液稀释装置，其特征在于，所述振荡器(310)为涡旋振荡器。

7.根据权利要求1至5之一所述的一种高精度自动标准溶液稀释装置，其特征在于，所述控制模块(400)为可编程自动化控制器。