定量处理液体的系统的制作方法

1.本技术涉及液体处理、分析或检测领域，具体地，涉及一种定量处理液体的系统。


背景技术：

2.当前，在多个技术领域中均涉及对于液体的处理和/或分析。例如，在医疗领域中对于待测样本的检测，需要对待测样本的定量或定性的处理和分析。再如，在环保领域的水质检测方面，需要截取定量的小试样（0.05至0.5毫升），并对该小试样进行检测分析等。
3.由于在液体的检测和分析领域，试样通常较小。因此，微量待测液体所截取的量的准确性对于检测结果有至关重要的直接影响。一旦不能准确获知所截取的小试样，则会导致检测结果的较大误差。
4.同时，鉴于目前液体处理或分析领域的自动化需求，如何设计一种适用于自动化处理或分析、进液快速且对0.05至0.5毫升的微液量进液精度较高的处理液体的系统和方法，成为本领域需要解决的技术问题。


技术实现要素：

5.本技术的目的是提供一种适用于自动化处理或分析且准确率相对较高的对微液量定量处理的系统及方法。
6.为了实现上述目的，本技术提供一种定量处理液体的系统，该系统包括多通道切换单元、通流计量管路和反应
‑
检测单元。多通道切换单元具有一个公共端口和n个分配端口，该公共端口可择一地导通其中一个分配端口或全部不导通，所述分配端口连接有液体或空气，该通流计量管路的一端与所述公共端口连通，另一端延伸至第一端口，所述通流计量管路的管壁上还设置有至少一个连接通道口，所述连接通道口连接有定容管路，该反应
‑
检测单元通过分别设置于其顶部和底部的第一通道口和第二通道口而串联在所述第一端口和所述连接通道口之间的所述通流计量管路内，其中，所述通流计量管路中串联设置有第一蠕动泵，所述定容管路中串联设置有第二蠕动泵，所述通流计量管路是内径0.05到4mm的细管或通道，更优选为内径0.1mm至3mm的细管或通道，再优选为内径0.5mm至2mm的细管或通道。
7.优选地，所述反应
‑
检测单元与大气相通，所述第一蠕动泵串联在所述第二通道口与所述连接通道口之间。
8.优选地，所述反应
‑
检测单元与大气是不相通的，所述第一蠕动泵串联在所述第一端口与第一通道口之间。
9.优选地，所述反应
‑
检测单元与大气相通，所述第一蠕动泵串联设置于所述多通道切换单元的公共端口与所述连接通道口之间。
10.优选地，所述多通道切换单元是多通道选向阀，或由多个通道和多个截止阀和/或蠕动泵组成的阀和/或泵器件的组合。
11.优选地，所述通流计量管路和/或所述定容管路串联设置有可选择通断的截止阀。
12.优选地，所述通流计量管路或所述定容管路串联设置有液体检测器。
13.优选地，所述反应
‑
检测单元包括反应装置和检测装置，所述反应装置和检测装置是一体的或可分离的。
14.根据本技术的再一方面，提出了一种应用于前述系统的方法，其中，所述第一蠕动泵串联在所述第二通道口与所述连接通道口之间或第一端口与第一通道口之间。该系统进液步骤为：
15.1）将所述多通道切换单元切换到需要进液的分配端口，使所述多通道切换单元的公共端口与之相连通；
16.2）所述第一蠕动泵和/或所述第二蠕动泵逆时针转动，使得待进液液体水头（本技术中“水段头部”简称“水头”，“水段尾部”简称“水尾”）接近通流计量管路的连接通道口处，之后，所述第一蠕动泵不动，所述第二蠕动泵逆时针转动，液体流入所述定容管路或自定容管的端口处溢出；
17.3）将所述多通道切换单元切换到连接空气的分配端口，所述第二蠕动泵不动，所述第一蠕动泵逆时针转动，此时，所述连接通道口至所述多通道切换单元的液体流入所述反应
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检测单元。
18.根据本技术的再一方面，提出了一种应用于前述系统的方法，其中，所述第一蠕动泵串联在所述第二通道口与所述连接通道口之间或第一端口与第一通道口之间。该系统进液步骤为：
19.1）将所述多通道切换单元切换到需要进液的分配端口，使所述多通道切换单元的公共端口与之相连通；
20.2）所述第一蠕动泵和/或所述第二蠕动泵逆时针转动，使得待进液液体水头接近通流计量管路的连接通道口处，之后，所述第一蠕动泵不动，所述第二蠕动泵逆时针转动，液体流入所述定容管路或自定容管的端口处溢出；
21.3）将所述多通道切换单元全部不导通，所述第一蠕动泵逆时针转动，所述第二蠕动泵顺时针转动，且第一蠕动泵的流速约等于第二蠕动泵的流速，此时，所述定容管路中的液体流入反应
‑
检测单元；
22.或者，将所述多通道切换单元切换到连接空气的分配端口，所述第一蠕动泵逆时针转动，所述第二蠕动泵顺时针转动，且第一蠕动泵的流速大于第二蠕动泵的流速，此时，所述连接通道口至所述多通道切换单元的液体和所述定容管路中的液体流入反应
‑
检测单元。
23.根据本技术的再一方面，提出了一种应用于前述系统的方法，其中，所述第一蠕动泵串联设置于所述多通道切换单元的公共端口与所述连接通道口之间。该系统进液步骤为：
24.1）将所述多通道切换单元切换到需要进液的分配端口，使所述多通道切换单元的公共端口与之相连通；
25.2）所述第二蠕动泵不动，所述第一蠕动泵逆时针转动，当液体到达所述连接通道口的位置时，所述第一蠕动泵停止工作或延时一段时间后停止工作，液体停留在所述连接通道口上方；
26.3）所述第一蠕动泵不动，所述第二蠕动泵逆时针转动，使得所述连接通道口上方
的液体流入所述定容管路或自定容管的端口处流出；
27.4）将所述多通道切换单元切换到连接空气的分配端口，所述第二蠕动泵不动，所述第一蠕动泵逆时针转动，所述连接通道口至所述多通道切换单元的液体流入反应
‑
检测单元。
28.通过上述技术方案，能够利用管路以及蠕动泵和截止阀的工作特性，以较高精准度来截取预定体积量的液体，从而实现适用于自动化处理或分析且较高准确率的处理液体的技术方案。
29.本技术的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
30.构成本技术的一部分的附图用来提供对本技术的进一步理解，本技术的示意性实施方式及其说明用于解释本技术。在附图中：
31.图1至图5分别是根据本技术的定量处理液体的系统的优选实施方式的示意图；
32.图6是多通道切换单元的优选实施方式的示意图；以及
33.图7是反应
‑
检测单元的优选实施方式的示意图。
具体实施方式
34.下面将参考附图并结合实施方式来详细说明本技术的技术方案。
35.需要说明的是，本技术中所提及的“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。另外，本技术中所提及的蠕动泵是一种可以正向或反向驱动液体的具有蠕动泵功能的器件或器件组合，其静止时可以截止关闭管路，相当于截止阀。
36.如图1至图5所示，根据本技术的一个方面，提出了一种定量处理液体的系统，该定量处理液体的系统包括：
37.多通道切换单元16，该多通道切换单元16具有一个公共端口h和n个分配端口g1，g2......gn，该公共端口h可择一地导通其中一个分配端口g1，g2......gn或全部不导通，分配端口g1，g2......gn连接有液体或空气，这里的液体可以是水样、试剂、废液等。n为大于等于2的自然数。
38.通流计量管路11，该通流计量管路11的一端与公共端口h连通，另一端延伸至第一端口a，通流计量管路11的管壁上还设置有至少一个连接通道口d，连接通道口d连接有定容管路12，反应
‑
检测单元14。
39.优选情况下，通流计量管路的孔径为0.05mm至4mm，更优选为0.1mm至3mm，再优选为0.5mm至2mm，若采用孔径大于2mm，小于4mm的管道，液体通过管道后容易产生气泡和残液，严重影响检测准度和精度，而采用小于2mm（最优为小于1mm）孔径的管道时，其内径将小于残液的直径，形成液体段自然汇聚进而封闭细管，因此，能够以较小体积的液体样本进行定容和进液，实现高精度的检测分析，同时，减少了检测试剂的用量，降低了成本。
40.当然，在不影响实现本技术目的的情况下，也可以局部采用孔径更大的管路，提高液体处理和分析速度。例如，采用粗管对超过2ml的常规体积定容或排出废液。
41.进一步说明，通流计量管路11的管壁上可以设置多个连接通道口d，使得通流计量管路11连接有多个定容管路12和多个蠕动泵p2，以便于对不同液体进行高精度定容，避免试剂和水样间的交叉污染，可以做到同时并发进液，定容管路12的数量可以根据实际情况进行设置。
42.反应
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检测单元14，该反应
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检测单元14通过分别设置于其顶部和底部的第一通道口b和第二通道口c串联在第一端口a和连接通道口d之间的通流计量管路11内。优选情况下，反应
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检测单元14包括器皿19和邻近器皿19设置的光源181和光检测器182。
43.其中，通流计量管路11中串联设置有第一蠕动泵p1，定容管路12中串联设置有第二蠕动泵p2，通过蠕动泵对液体的流向进行简单控制，能大幅减低系统成本。
44.因此，此系统通过通流计量管路11和蠕动泵的配合，能实现高精度定容与进液，且进液排液方式灵活、工作效率高、成本低。
45.如图1至图4所示，此系统的第一蠕动泵p1可以串联在通流计量管路11中。优选情况下，如图1所示，第一蠕动泵p1可以串联在第二通道口c与连接通道口d之间。又或者，如图2所示，第一蠕动泵p1串联在第一端口a与第一通道口b之间。
46.此系统可以有以下几种进液步骤：
47.第一种进液操作的步骤为：
48.1）将多通道切换单元16切换到需要进液的分配端口g2，g3......gn，使得多通道切换单元16的公共端口h与之相连通；
49.2）第二蠕动泵p2不动，第一蠕动泵p1逆时针转动，此时，液体在第一蠕动泵p1的驱动下进入反应
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检测单元14。
50.第二种进液操作的步骤为：
51.1）将多通道切换单元16切换到需要进液的分配端口g2，g3......gn，使得多通道切换单元16的公共端口h与之相连通；
52.2）第一蠕动泵p1和/或第二蠕动泵p2逆时针转动，使得待进液液体水头接近通流计量管路11的连接通道口d处，之后，第一蠕动泵p1不动，第二蠕动泵p2逆时针转动，液体流入定容管路12或自定容管12的端口e处溢出；
53.3）将多通道切换单元16切换到连接空气的分配端口g1，第二蠕动泵p2不动，第一蠕动泵p1逆时针转动，此时，连接通道口d至多通道切换单元16的液体流入反应
‑
检测单元14。
54.第三种进液操作的步骤为：
55.1）将多通道切换单元16切换到需要进液的分配端口g2，g3......gn，使得多通道切换单元16的公共端口h与之相连通；
56.2）第一蠕动泵p1和/或第二蠕动泵p2逆时针转动，使得待进液液体水头接近通流计量管路11的连接通道口d处，之后，第一蠕动泵p1不动，第二蠕动泵p2逆时针转动，液体流入定容管路12或自定容管12的端口e处溢出；
57.3）将多通道切换单元16全部不导通，第一蠕动泵p1逆时针转动，第二蠕动泵p2顺时针转动，且第一蠕动泵p1的流速约等于第二蠕动泵p2的流速，此时，定容管路12中的液体流入反应
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检测单元14；
58.第四种进液操作的步骤为：
59.1）将多通道切换单元16切换到需要进液的分配端口g2，g3......gn，使多通道切换单元16的公共端口h与之相连通；
60.2）第一蠕动泵p1和/或第二蠕动泵p2逆时针转动，使得待进液液体水头接近通流计量管路11的连接通道口d处，之后，第一蠕动泵p1不动，第二蠕动泵p2逆时针转动，液体流入定容管路12或自定容管12的端口e处溢出；
61.3）将多通道切换单元16切换到连接空气的分配端口g1，第一蠕动泵p1逆时针转动，第二蠕动泵p2顺时针转动，且第一蠕动泵p1的流速大于第二蠕动泵p2的流速，此时，连接通道口d至多通道切换单元16的液体和定容管路12中的液体流入反应
‑
检测单元14。
62.如图3所示，此系统的第一蠕动泵p1串联设置于多通道切换单元16的公共端口h与连接通道口d之间。
63.此系统可以有以下几种进液步骤：
64.第一种进液操作的步骤为：
65.1）将多通道切换单元16切换到需要进液的分配端口g2，g3......gn，使多通道切换单元16的公共端口h与之相连通；
66.2）第二蠕动泵p2不动，第一蠕动泵p1逆时针转动，此时，液体在第一蠕动泵p1的驱动下进入反应
‑
检测单元14。
67.第二种进液操作的步骤为：
68.1）将多通道切换单元16切换到需要进液的分配端口g2，g3......gn，使多通道切换单元16的公共端口h与之相连通；
69.2）第二蠕动泵p2不动，第一蠕动泵p1逆时针转动，当液体到达连接通道口d的位置时，第一蠕动泵p1停止工作或延时一段时间后停止工作，液体停留在连接通道口d上方；
70.3）第一蠕动泵p1不动，第二蠕动泵p2逆时针转动，使得连接通道口d上方的液体流入定容管路12或自定容管12的端口e处流出；
71.4）将多通道切换单元16切换到连接空气的分配端口g1，第二蠕动泵p2不动，第一蠕动泵p1逆时针转动，连接通道口d至多通道切换单元16的液体流入反应
‑
检测单元14。
72.进一步说明，利用此系统对液体处理和分析后，可以将多通道切换单元16切换到连接废液的分配端口g8，第一蠕动泵p1和/或第二蠕动泵p2逆时针转动，反应后的溶液排出反应
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检测单元14，然后，再将多通道切换单元16切换到连接蒸馏水的分配端口g2，清洗反应
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检测单元14和相应管路。
73.如图4和图5所示，通流计量管路11和/或定容管路12串联设置有可选择通断的截止阀z或液体检测器s，截止阀f能降低定量处理液体的系统中负压对检测结果的影响，降低检测误差以提高检测精度。截止阀可以是隔膜型阀、夹管型阀或转动球阀等，当然，此截止阀也可以由蠕动泵替代。液体检测器用于感知液体是否到达流路中的指定部位，从而精确定位水头和水尾的位置，可提升计量精度、避免进液时的过冲试剂浪费，同时提升进液效率。优选情况下，截止阀f或液体检测器s邻近分叉点a设置。
74.如图6所示，多通道切换单元16可以是多通道选向阀，或由多个通道和多个截止阀z和/或蠕动泵p组成的阀和/或泵器件的组合。当然，本技术不限于此，可以根据实际需要，调整为其他合理的结构。
75.如图7所示，反应
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检测单元14包括反应装置17和检测装置18，反应装置17和检测
装置18可以是一体的，反应装置17和检测装置18共用同一个器皿19，光源181和光检测器182邻近器皿19设置。反应装置17和检测装置18可以是分离的，光源181和光检测器182邻近检测装置18的器皿19设置。当然，本技术不限于此，可以根据实际需要，调整为其他合理的结构，例如，反应
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检测单元14还可以包括高压阀、截止阀或蠕动泵等。
76.根据本技术的定量处理液体的系统的一种实施例，可分别对水样中cod、氨氮、六价铬等水质污染指标进行检测，在图1中，分配端口g1，g2......gn的连接如下：
77.●
cod：
78.g1端口：空气端口
ꢀꢀ
g2端口：蒸馏水
ꢀꢀ
g3端口：重铬酸钾溶液
79.g4端口：浓硫酸 硫酸银溶液
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g5端口：水样端口
ꢀꢀ
g8端口：废液端口
80.●
氨氮：
81.g1端口：空气端口
ꢀꢀ
g2端口：蒸馏水
ꢀꢀ
g3端口：酒石酸钾纳溶液
82.g4端口：纳氏试剂显色剂
ꢀꢀ
g5端口：水样端口
ꢀꢀ
g8端口：废液端口
83.●
六价铬：
84.g1端口：空气端口
ꢀꢀ
g2端口：蒸馏水
ꢀꢀ
g3端口：混合酸溶液
85.g4端口：显色剂溶液
ꢀꢀ
g5端口：水样端口
ꢀꢀ
g8端口：废液端口
86.以测量氨氮为例，本技术的定量处理液体的系统的步骤如下，
87.1）将反应
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检测单元14内的液体通过废液端口g8排空。
88.2）先利用前述的进液操作向反应
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检测单元14中进4毫升水样。
89.3）再利用前述的进液操作向反应
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检测单元14中进0.5毫升屏蔽剂酒石酸钾纳溶液。
90.4）将多通道切换单元16切换到连接空气的分配端口g1，第二蠕动泵p2不动，第一蠕动泵p1逆时针转动，可通过吸入的空气气泡将试剂混合均匀。
91.5）待液体静置后，测量此时的比色背景电压。
92.6）再利用前述的进液操作向反应
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检测单元14中进0.5毫升显色剂纳氏试剂。
93.7）将多通道切换单元16切换到连接空气的分配端口g1，第二蠕动泵p2不动，第一蠕动泵p1逆时针转动，可通过吸入的空气将显色剂与溶液混合均匀，此时混合液开始显色。
94.8）经过固定的比色时间，待液体静置后，测量此时的比色后电压。
95.9）通过测得的比色背景电压和比色后电压，计算得到水中氨氮含量的浓度。
96.10）将反应后的溶液排出反应
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检测单元14，并进蒸馏水清洗反应
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检测单元14和相应管路。
97.进一步说明，可以通过增加或减少多通道切换单元16的分配端口g1，g2...gn的数量来扩展或缩减定量处理液体的系统的试剂进液数量，例如，可以将多通道切换单元16多余出来的分配端口分别连接检测cod所需要的重铬酸钾溶液、浓硫酸溶液和cod量程校正液等，这样就可以在一个系统中实现对2种水质监测指标的检测。
98.也可将多余的多通道切换单元16多余出来的分配端口连接其他的反应
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检测容器，例如基于滴定法的检测容器。此时的流路系统设计类似基于顺序注射技术的流路系统设计。
99.通过上述技术方案，能够利用通流计量管路11与定容管12的细管特性及内容积空间属性，以及蠕动泵p1和p2的工作特性与转动时间属性等物理特性，以较高精准度来截取
预定微液量体积的液体，同时做到了系统的进液效率快，稳定性高进液计量的精度都只依赖于通流计量管路11与定容管12的内容积空间属性，以及蠕动泵p1和p2的转速和转动时间从而实现适用于自动化处理或分析且较高准确率的处理液体的技术方案。
100.以上详细描述了本技术的优选实施方式，但是，本技术并不限于上述实施方式中的具体细节，在本技术的技术构思范围内，可以对本技术的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本技术的保护范围。
101.另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本技术对各种可能的组合方式不再另行说明。
102.此外，本技术的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本技术的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。