一种定量微量取样和传输的方法及其装置和应用与流程

1.本发明属于水质监测技术领域，特别涉及一种定量微量取样和传输的方法及其装置和应用。


背景技术：

2.水质检测或监测在环境保护方面具有重要意义，现有相关技术中，水质检测常常需要先取样，然后在实验室条件下进行检测，检测过程时间长，无法时时检测水质，而取出的样品经过一段时间的放置，也出现一些新的变化，导致检测的结果缺乏准确性。另外，现有技术中也尝试使用在线水质分析仪，通过流动注射分析法和顺序注射分析法对水质进行检测或监测。其中，流动注射分析法是应用非空气间隔断流体系，采用注射阀，向载液中注入样品或试剂液，在反应不完全，即非稳态情况下即进行测试的一种方法；而顺序注射分析法是将进样阀换成多通道选择阀，并将普通蠕动泵改为注射泵或能正反向旋转的蠕动泵，泵和阀之间增加一段储存管，流通池均为流通式比色皿。流动注射分析法和顺序注射分析法，虽然可以胜任检测需求，但仍存在以下几点弊端。第一，连续分析场景下，会产生大量残留废液，且检测灵敏度较低；第二，连续分析自动化程度低，仍需人工参与；第三，连续分析频率低，影响分析结果的准确性。
3.因此，亟需提供一种能够应用于自动在线分析领域，检测灵敏度高，准确度高，可连续工作和无延时采集样品溶液的水质检测或监测方法。


技术实现要素：

4.针对现有技术的不足，本发明提供了一种定量微量取样和传输的方法，所述定量微量取样和传输的方法是一种水质检测或监测方法，该方法对污水监测效果好，能时时监测污水中重金属、以及氨氮含量，特别对铜离子、铬离子和铅离子具有良好的监测灵敏度和准确性。且该方法可连续工作和无延时。
5.本发明的发明构思：本发明采用定量微量和传输的取样方法，用毛细管先吸取一定量的ph为6.5
‑
7.5之间的缓冲液，然后毛细管再进一步吸取一定量的待测溶液，所述毛细管能吸取的缓冲液和待测溶液的总量为20
‑
500μl，其中，缓冲液占毛细管中液体总量的体积分数为1
‑
10％，缓冲液体积的占比过多或过少，都对检验的灵敏度和准确性具有不良影响。进一步的，在毛细管吸取缓冲液前，先吸取一定量的氧化剂，可以进一步提高所述方法对重金属离子，例如铜离子、铬离子和铅离子的检测准确度。
6.本发明提供一种定量微量取样和传输的方法。
7.一种定量微量取样和传输的方法，包括以下步骤：
8.(1)将毛细管布置于传动装置上；
9.(2)向毛细管中注入ph为6.5
‑
7.5之间的缓冲液，然后继续注入待测溶液；
10.(3)启动传动装置并以预设传动指令执行传动任务；
11.(4)将气动装置布置于指定地点；
12.(5)启动气动装置并以预设气动指令执行气动任务；
13.(6)完成检测任务并获取分析数据；
14.所述毛细管能吸取的缓冲液和待测溶液的总量为20
‑
500μl，其中，所述缓冲液占毛细管中液体总量的体积分数为1
‑
10％。
15.优选的，步骤(2)中，所述ph为6.8
‑
7.5之间的缓冲液为磷酸缓冲液。
16.优选的，所述缓冲液的ph为6.5
‑
7.5。
17.更优选的，当所述待测溶液为酸性时，所述缓冲液的ph为6.5
‑
7.0，当所述待测溶液为酸性时，所述缓冲液的ph为7.0
‑
7.5。合适ph缓冲液有助于提高待测溶液的检测准确度。
18.优选的，所述缓冲液占毛细管中液体总量的体积分数为0.01
‑
0.5％。
19.优选的，所述毛细管能吸取的缓冲液和待测溶液的总量为80
‑
300μl。
20.优选的，步骤(2)中，在毛细管吸取缓冲液前，先吸取氧化剂，吸取的氧化剂的量占毛细管中液体总量的体积分数为1
‑
5％。氧化剂可消除待测溶液中其他杂质对金属离子，例如铜离子、铬离子和铅离子的检测准确度的影响。
21.优选的，所述氧化剂为双氧水。
22.优选的，步骤(1)中，中布置于传动装置上的毛细管数量至少一个。
23.优选的，步骤(3)中，所述预设传动指令包括下面至少一项：传动开始时间、传动结束时间或传动速度。
24.优选的，步骤(5)中，所述预设气动指令包括下面至少一项：气动开始时间、气动结束时间、气动频率或气动强度。
25.优选的，所述预设传动指令及所述预设气动指令通过交互界面进行自定义设置，所述预设传动指令根据缓冲液及待测溶液使用经验系数方法对传动开始时间、传动结束时间或传动速度的预设范围进行预测；所述预设气动指令使用经验系数方法对传动开始时间、传动结束时间或传动速度进行预测；将预测得到的所述预设传动指令及所述预设气动指令作为对应待测溶液的参数设置范围。
26.一种定量微量取样和传输的装置，包括：
27.毛细管，用于盛放ph为6.5
‑
7.5之间的缓冲液和待测溶液；
28.传动装置，用于根据预设传动指令执行传动任务；以及
29.气动装置，用于根据预设气动指令执行气动任务。
30.优选的，所述毛细管的材料选自塑料、玻璃、石英或陶瓷中的至少一种。
31.优选的，所述毛细管为两边等径的圆柱形或两边不等径的圆锥形。
32.优选的，所述毛细管能吸取的液体体积为20
‑
500μl。
33.优选的，所述传动装置包括但不限于转盘、托盘或传送带。
34.优选的，所述气动装置可以通过控制强气流的启停将指定毛细管内的待测溶液吹送至指定位置。
35.优选的，该装置还包括控制装置，所述控制装置连接并以指令方式控制所述传动装置及气动装置，所述控制装置包括交互界面，用于自定义设置所述传动任务及所述气动任务。
36.本发明所述方法在污水检测领域中的应用。
37.优选的，所述污水含重金属离子；进一步优选的，所述污水含铜离子、铬离子或铅离子中的至少一种。
38.相对于现有技术，本发明的有益效果为：
39.(1)本发明所述方法对水质可时时检测，特别是对含重金属离子的待测溶液具有高的检测灵敏度和准确度，其中对铜离子的检测灵敏度为10
‑7mol/l，铬离子的检测灵敏度为0.00001μg/l，对铅离子的检测灵敏度为100mg/l。
40.(2)能够应用于自动在线分析领域，可连续工作、无需保养维护、检测成本低和无延时传输或采集样品溶液。
41.(3)通过经验系数法对传动任务和气动任务进行预测，提高了在定量微量取样的准确度。
附图说明
42.图1为本发明实施例1的总体流程图；
43.图2为本发明实施例2的装置连接图；
44.图3为本发明实施例7的控制装置的连接示意图。
具体实施方式
45.需要说明的是，如无特殊声明，在本公开中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。此外，除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与本技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例，而不是为了限制本发明。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个的所列项目的任意的组合。
46.应当理解，本文所提供的任何以及所有实例或示例性语言(“例如”、“如”等)的使用仅意图更好地说明本发明的实施例，并且除非另外要求，否则不会对本发明的范围施加限制。
47.为便于对本发明的理解，首先对相关术语进行解释，具体表述如下:
48.微量取样：微量在术语上是指在生物学与化学领域，物质中含量在万分之一以下、百万分之一以上的组分；本发明中特指每次取样的体积在20ul至500ul之间。
49.定量：具有规定性或一般界限的量。
50.预设传动指令：是指针对传动装置预先设置的执行指令，可根据应用场景和测试任务进行增减或修改。
51.预设气动指令：是指针对气动装置预先设置的执行指令，可根据应用场景和测试任务进行增减或修改。
52.实施例1
53.一种定量微量取样和传输的方法，包括以下步骤：
54.(1)将毛细管布置于传动装置上；布置于传动装置上的毛细管数量至少一个，一般根据检测任务和应用场景可对数量进行调整；毛细管以等距或不等距的形式分布在传动装置之上；
55.(2)向毛细管中注入ph为6.5
‑
7.5之间的缓冲液，然后继续注入待测溶液；
56.(3)启动传动装置并以预设传动指令执行传动任务；预设传动指令包括下面至少一项：传动开始时间、传动结束时间或传动速度；
57.(4)将气动装置布置于指定地点；
58.(5)启动气动装置并以预设气动指令执行气动任务；步骤(5)中所述预设气动指令包括下面至少一项：气动开始时间、气动结束时间、气动频率或气动强度；
59.(6)完成检测任务并获取分析数据；
60.所述毛细管能吸取的缓冲液和待测溶液的总量为20
‑
500μl，其中，所述缓冲液占毛细管中液体总量的体积分数为1
‑
10％。
61.图1为本发明实施例1的总体流程图。
62.实施例2
63.一种定量微量取样和传输的装置，包括：毛细管，用于盛放缓冲液和待测溶液，其材料可以是玻璃、石英、陶瓷或其他具备亲水性的聚合物材料，其外形为两边等径的圆柱形或两边不等径的圆锥形；毛细管能吸取的液体体积为20
‑
500μl。
64.传动装置，与毛细管连接，用于根据预设传动指令执行传动任务，可以是转盘、托盘或传送带；
65.气动装置，与毛细管连接，用于根据预设气动指令执行气动任务，可以通过控制强气流的启停将指定毛细管内的待测溶液吹送至指定位置。
66.图2为本发明实施例2的装置连接图。
67.实施例3：待测溶液的检测
68.配制浓度依次为100mg/l、150mg/l、200mg/l、250mg/l的铅离子标准溶液，各取90μl直接采用现有技术中对铅常用的手动检测方法(火焰原子吸收光谱仪检测方法)进行检测。另外，也对浓度依次为100mg/l、150mg/l、200mg/l、250mg/l的铅离子标准溶液，通过本发明的方法进行检测，包括以下步骤：
69.(1)将毛细管布置于传动装置上；布置于传动装置上的毛细管数量为4个，毛细管以等距的形式分布在传动装置之上；
70.(2)向毛细管中注入ph为6.8的磷酸缓冲液，然后继续注入待测溶液(每个毛细管可检测一种浓度的铅离子标准溶液)；
71.(3)启动传动装置并以预设传动指令执行传动任务；预设传动指令包括下面至少一项：传动开始时间、传动结束时间或传动速度；
72.(4)将气动装置布置于指定地点；
73.(5)启动气动装置并以预设气动指令执行气动任务；步骤(5)中所述预设气动指令包括下面至少一项：气动开始时间、气动结束时间、气动频率或气动强度；
74.(6)完成检测任务并获取分析数据；
75.步骤(3)和步骤(5)中的传动开始时间、传动结束时间、传动速度、气动开始时间、气动结束时间、气动频率或气动强度等工艺条件使得毛细管能吸取的磷酸缓冲液和待测溶液的总量为90μl，其中，磷酸缓冲液占毛细管中液体总量的体积分数为2％；
76.步骤(6)中是采用火焰原子吸收光谱仪检测方法对含铅离子标准溶液进行检测。
77.上述直接采用现有技术中对铅常用的手动检测方法和本发明的检测方法的检测结果如表1所示。
78.表1：铅离子的检测结果
[0079][0080]
从表1可以看出，采用本发明的方法检出的铅离子的浓度与实际铅离子标准溶液中铅离子的浓度接近，说明本发明的方法对微量的样本(或称为待测溶液或样品)也具有准确度高的特点。而且本发明的方法，对浓度为100mg/l的铅离子标准溶液，也能准确检测出来，表明本发明的方法具有对铅离子检测灵敏度高的特点。采用现有技术中的方法，无法直接对90μl这样的微量样品进行准确检测。
[0081]
实施例4：待测溶液的检测
[0082]
配制浓度依次为0.00001μg/l、0.0001mg/l、0.001mg/l、0.01mg/l的铬离子(三价)标准溶液，通过本发明的方法进行检测，包括以下步骤：
[0083]
(1)将毛细管布置于传动装置上；布置于传动装置上的毛细管数量为4个，毛细管以等距的形式分布在传动装置之上；
[0084]
(2)向毛细管中注入ph为7.0之间的磷酸缓冲液，然后继续注入待测溶液(每个毛细管可检测一种浓度的铬离子标准溶液)；
[0085]
(3)启动传动装置并以预设传动指令执行传动任务；预设传动指令包括下面至少一项：传动开始时间、传动结束时间或传动速度；
[0086]
(4)将气动装置布置于指定地点；
[0087]
(5)启动气动装置并以预设气动指令执行气动任务；步骤(5)中所述预设气动指令包括下面至少一项：气动开始时间、气动结束时间、气动频率或气动强度；
[0088]
(6)完成检测任务并获取分析数据；
[0089]
步骤(3)和步骤(5)中的传动开始时间、传动结束时间、传动速度、气动开始时间、气动结束时间、气动频率或气动强度等工艺条件使得毛细管能吸取的磷酸缓冲液和待测溶液的总量为30μl，其中，磷酸缓冲液占毛细管中液体总量的体积分数为5％；
[0090]
步骤(6)中是采用等离子发射光谱法检测(等离子发射光谱法是一种现有技术)对含铬离子标准溶液进行检测。检测的结果如表2所示。
[0091]
表2：铬离子的检测结果
[0092][0093]
从表2可以看出，采用本发明的方法检出的铬离子的浓度与实际铬离子标准溶液中铬离子的浓度接近，说明本发明的方法对微量的样本也具有准确度高的特点。而且本发明的方法，对浓度为0.00001μg/l的铬离子标准溶液，也能准确检测出来，表明本发明的方法具有对铬离子检测灵敏度高的特点。采用现有技术中的方法，无法直接对30μl这样的微量样品进行准确检测。
[0094]
实施例5：待测溶液的检测
[0095]
配制浓度依次为10
‑7mol/l、10
‑6mol/l、10
‑5mol/l的铜离子(二价)标准溶液，通过本发明的方法进行检测，包括以下步骤：
[0096]
(1)将毛细管布置于传动装置上；布置于传动装置上的毛细管数量为3个，毛细管以等距的形式分布在传动装置之上；
[0097]
(2)向毛细管中注入ph为7.0之间的磷酸缓冲液，然后继续注入待测溶液(每个毛细管可检测一种浓度的铜离子标准溶液)；
[0098]
(3)启动传动装置并以预设传动指令执行传动任务；预设传动指令包括下面至少一项：传动开始时间、传动结束时间或传动速度；
[0099]
(4)将气动装置布置于指定地点；
[0100]
(5)启动气动装置并以预设气动指令执行气动任务；步骤(5)中所述预设气动指令包括下面至少一项：气动开始时间、气动结束时间、气动频率或气动强度；
[0101]
(6)完成检测任务并获取分析数据；
[0102]
步骤(3)和步骤(5)中的传动开始时间、传动结束时间、传动速度、气动开始时间、气动结束时间、气动频率或气动强度等工艺条件使得毛细管能吸取的磷酸缓冲液和待测溶液的总量为25μl，其中，磷酸缓冲液占毛细管中液体总量的体积分数为3％；
[0103]
步骤(6)中是采用表面增强拉曼光谱检测(表面增强拉曼光谱检测是一种现有技术)对含铜离子标准溶液进行检测。
[0104]
检测的结果是，针对浓度为10
‑7mol/l、10
‑6mol/l、10
‑5mol/l的铜离子(二价)标准溶液，检测结果依次为9.98
×
10
‑8mol/l、9.76
×
10
‑7mol/l、9.82
×
10
‑6mol/l。可见，采用本发明的方法检出的铜离子的浓度与实际铜离子标准溶液中铜离子的浓度接近，说明本发明的方法对微量的样本也具有准确度高的特点。而且本发明的方法，对浓度为10
‑7mol/l的铜离子标准溶液，也能准确检测出来，表明本发明的方法具有对铜离子检测灵敏度高的特点。采用现有技术中的方法，无法直接对25μl这样的微量样品进行准确检测。
[0105]
实施例6
[0106]
与实施例5相比，实施例6的不同之处仅在于，步骤(2)中在加入磷酸缓冲液前，还加入质量分数为20％的双氧水，双氧水的体积占毛细管中液体总量的体积分数为1.2％。检测的结果是，针对浓度为10
‑7mol/l、10
‑6mol/l、10
‑5mol/l的铜离子(二价)标准溶液，检测结果依次为9.99
×
10
‑8mol/l、9.96
×
10
‑7mol/l、9.94
×
10
‑6mol/l。
[0107]
对比例1
[0108]
与实施例3相比，对比例1的不同之处仅在于步骤(2)中向毛细管中注入ph为6.0的磷酸缓冲液(可加入部分盐酸，将ph调至6.0)，结果对浓度为100mg/l的铅离子标准溶液检测出来的浓度为95mg/l。表明ph过小对检测结果的准确度有不良影响。
[0109]
对比例2
[0110]
与实施例3相比，对比例2的不同之处仅在于步骤(2)中向毛细管中注入ph为8.0的磷酸缓冲液(可加入部分氢氧化钠，将ph调至8.0)，结果对浓度为100mg/l的铅离子标准溶液检测出来的浓度为104mg/l。表明ph过大对检测结果的准确度有不良影响。
[0111]
对比例3
[0112]
与实施例4相比，对比例3的不同之处仅在于磷酸缓冲液占毛细管中液体总量的体
积分数为15％。对浓度为0.00001μg/l的铬离子标准溶液无法检测。对浓度为0.0001μg/l的铬离子标准溶液的检测结果为0.000078μg/l。检测结果的灵敏度和准确性下降。
[0113]
本发明所述的方法对其他重金属的检测灵敏度，以及对氨氮的检测灵敏度和准确性都良好，在水质检测方面具有很好的应用。
[0114]
实施例7
[0115]
图3为本发明实施例7的控制装置的连接示意图。为了进一步方便用户设置对不同待测溶液的定量微量取样及传输，本发明的实施例7提供了如图3所示的控制装置的连接示意图，控制装置分别连接传动装置及气动装置，控制装置包括：通过事先采用经验系数法对传动任务和气动任务进行预测，获取到不同类型的溶液的参数设置范围，并通过交互界面提供了对应的参数设置，控制装置根据用户设置下发对应的传动任务及气动任务，通过可用的参数设置范围，防止因用户设置错误造成的检测结果的灵敏度和准确性不够的问题。
[0116]
在一个优选的实施方案中，其中控制装置可以是计算机设备或者手机等移动设备。
[0117]
以上所述，只是本发明的较佳实施例而已，本发明并不局限于上述实施方式，只要其以相同的手段达到本发明的技术效果，都应属于本发明的保护范围。在本发明的保护范围内其技术方案和/或实施方式可以有各种不同的修改和变化。