环境pH智能测量系统及测量方法
阅读说明：本技术 环境pH智能测量系统及测量方法 (Environment pH intelligent measuring system and measuring method ) 是由 刘家朋 于 2021-08-24 设计创作，主要内容包括：本发明涉及实验室自动化技术领域,公开了一种环境pH智能测量系统,包括机架和机架上设置的清洗区、校准区、保护区和样品区,所述样品区设置容器架,容器架上布置容器阵列,容器内预布置样品,所述机架上方设置机械臂,所述机械臂上安装有pH电极、清洗管和注液管,以及开合盖机构,所述清洗区用于将pH电极清洗并吹干,所述校准区对pH电极检测精度进行调整,所述保护区用于存放非工作状态的pH电极。本发明还公开了相应的测量方法。本发明实现全自动全流程对土壤样品的pH检测处理。(The invention relates to the technical field of laboratory automation, and discloses an intelligent environment pH measuring system which comprises a rack, and a cleaning area, a calibration area, a protection area and a sample area which are arranged on the rack, wherein the sample area is provided with a container frame, a container array is arranged on the container frame, a sample is prearranged in a container, a mechanical arm is arranged above the rack, a pH electrode, a cleaning pipe, a liquid injection pipe and a cover opening and closing mechanism are arranged on the mechanical arm, the cleaning area is used for cleaning and drying the pH electrode, the calibration area is used for adjusting the detection precision of the pH electrode, and the protection area is used for storing the pH electrode in a non-working state. The invention also discloses a corresponding measuring method. The invention realizes the full-automatic full-flow pH detection treatment of the soil sample.)
技术领域
本发明涉及实验室自动化技术领域，尤其涉及一种环境pH智能测量系统及测量方法。
背景技术
实验室的样品pH值检测目前主要通过人工操作完成，对于环境pH测量的过程中，人工操作要完成从样品封装、注液混合搅拌、测量统计、pH电极清洗等诸多工艺步骤。
以目前实验室每天500份样品测量为例，需要4-6个操作人员才能完成基本测试，工作强度非常大。除了操作人员要进行大量机械、重复性操作、工作枯燥乏味之外，对于检测也带来一致性和稳定性差。
环境pH测量的主要对象为土壤，检测结果的精度直接影响对环境评估的准确性，后续影响土地改良等大项目的有效执行。
发明内容
本发明的目的是为了解决上述问题，提供一种环境pH智能测量系统及测量方法，实现全自动全流程对土壤样品的pH检测处理。
本发明采取的技术方案是：
一种环境pH智能测量系统，其特征是，包括机架和机架上设置的清洗区、校准区、保护区和样品区，所述样品区设置容器架，容器架上布置容器阵列，容器内预布置样品，所述机架上方设置机械臂，所述机械臂上安装有pH电极、清洗管和注液管，以及开合盖机构，所述清洗区用于将pH电极清洗并吹干，所述校准区对pH电极检测精度进行调整，所述保护区用于存放非工作状态的pH电极，所述机械臂通过注液管分别对样品区的容器开盖后注液，注液完成后合盖，所述样品区的容器进行搅拌混合，完成混合后，所述机械臂通过pH电极分别对样品区的容器开盖后检测，检测完成后合盖，在清洗区通过清洗管对pH电极进行清洗，再进行循环检测。
进一步，所述机械臂上布置2至5个pH电极，每个pH电极对应设置一个清洗管、一个注液管和一个开合盖机构，所述清洗区、校准区、保护区的工位也与pH电极的数量相对应，所述样品区的容器为pH电极数量的整数倍。
进一步，所述清洗区的每个工位设置一个清洗孔，清洗孔下方为排水孔，清洗孔侧边设置吹干孔。
进一步，所述校准区的每个工位设置三个校准杯，分别注有pH值为4.01、7.00、9.21的缓冲溶液，每个校准杯中的缓冲溶液大于等于25mL。
进一步，所述保护区的每个工位设置一个保护杯，每个保护杯中注有保护液，所述保护液的高度使所述pH电极能完全浸没。
进一步，在所述容器架下方设置搅拌电机，所述容器内布置有磁力搅拌子，所述搅拌电机的转子上设置对应磁极。
进一步，所述清洗区、校准区、保护区分别设置在样品区的侧边，所述机械臂为悬挂式机械臂。
进一步，在所述机架上设置显示装置，所述显示装置连接至环境pH智能测量系统的控制单元，所述显示装置显示环境pH智能测量系统的工作状态和测量结果。
一种环境pH智能测量方法，其特征是，包括如下步骤：
（1）初始化各设备；
（2）机械臂移动至校准区，校准pH电极；
（3）将容器架上布置装有样品的容器；
（4）机械臂移动至样品区，对容器分别进行开盖、注液、合盖操作；
（5）搅拌电机对容器内的样品进行搅拌，搅拌后静置；
（5）机械臂移动至清洗区，对pH电极进行清洗操作；
（6）机械臂移动至样品区，对容器分别进行开盖、pH测试、合盖操作，每测试完一组，对pH电极进行清洗操作；
（7）全部测试完成后，机械臂移动至保护区，将pH电极浸没至保护液中。
进一步，所述步骤（1）中，包括对pH电极进行校准的步骤：
（a）清洗pH电极；
（b）将pH电极分别放置酸性、中性和碱性校准杯中测量，并记录测量值，每次更换校准杯时，要进行pH电极的清洗操作；
（c）将测量值与标准值作对比，并记录，并将最近一次校准的信息与测量值进行对比，确定修正值。
本发明的有益效果是：
（1）全自动化操作，实现从土壤样品加液、振荡、清洗、校准、测试等一系列操作；
（2）实现24小时无人值守，工作效率高；
（3）减少实际操作人员数量。
附图说明
附图1是本发明的整体结构示意图；
附图2是本发明的俯视结构示意图；
附图3是本发明的后视结构示意图；
附图4是本发明的后视立体结构示意图。
附图中的标号分别为：
1.机架； 2.清洗区；
3.校准区； 4.保护区；
5.样品区； 6.pH电极；
7.机械臂； 8.清洗管；
9.注液管； 10.开合盖机构；
11.容器架； 12.容器；
13.清洗孔位； 14.校准杯；
15.保护杯； 16.显示装置。
具体实施方式
下面结合附图对本发明环境pH智能测量系统及测量方法的具体实施方式作详细说明。
参见附图1至4，环境pH智能测量系统包括机架1和机架1上设置的清洗区2、校准区3、保护区4和样品区5，各区的功能主要是，清洗区2用于对pH电极6的冲洗和吹干，避免pH电极6上沾有的液体对一下次测量产生干扰。校准区3用于定期或指定时间对pH电极6进行校准，校准通过标准试液完成。保护区4用于对pH电极6进行非工作状态时的保护。样品区5放置检测样品，在样品区5实现对样品的各项操作以及检测。
样品区5占据机架1的大部分位置，清洗区2和校准区3位于样品区5的前端位置，保护区4位于样品区5的侧边位置。
在机架1的上方设置机械臂7，机械臂7为悬臂设计，活动范围涉及各功能区。机械臂7上安装有pH电极6、清洗管8和注液管9，以及开合盖机构10。
图中的机械臂7上的pH电极6为3个，实现3个样品一组测试，清洗区2、校准区3和保护区4也对应于3个pH电极6同时处理。每个pH电极6对应设置一个清洗管8、一个注液管9和一个开合盖机构10，清洗区2、校准区3、保护区4的工位也与pH电极6的数量相对应，样品区5的容器12为pH电极6数量的整数倍，图中的样品区5的容器12数量为45个，分成三组，每组5个。pH电极6数量可根据设备尺寸和设计需求配置，以2至5个为宜。
样品区5设置容器架11，容器架11上布置容器阵列，容器12内预布置样品，在容器架11下方设置搅拌电机，容器12内布置有磁力搅拌子，搅拌电机的转子上设置对应磁极。当容器12内注入溶剂后，搅拌电机驱动磁力搅拌子旋转，实现对容器12内溶液的搅拌操作。
清洗区2的每个工位设置一个清洗孔位13，清洗孔下方为排水孔，清洗孔侧边设置吹干孔。清洗过程是将pH电极6送入清洗孔后，机械臂7上的清洗管8喷出清洗液对pH电极6冲洗，完成后，风机通过吹干孔对pH电极6吹干。
校准区3的每个工位设置三个校准杯14，分别注有pH值为4.01、7.00、9.21的缓冲溶液，每个校准杯14中的缓冲溶液大于等于25mL。校准时将电极依次放入三个溶液中进行测量，将测量值与标准值进行比对。当测量值在标准值的许可范围内时，通过控制单元的软件调节测量结果，使最终结果更接近真实值。另外，可以将之前多次的校准值进行数据分析，确认是否pH电极6已经处于误差范围之外。每次校准过程中，切换校准缓冲液时，均要完成一次对pH电极6的清洗操作。
保护区4的每个工位设置一个保护杯15，每个保护杯15中注有保护液，保护液的高度使pH电极6能完全浸没。当电极处于非工作状态时，将pH电极6置于保护液中，防止对电极测量精度产生影响。
在机架1上设置显示装置16，显示装置16连接至环境pH智能测量系统的控制单元，显示装置16显示环境pH智能测量系统的工作状态和测量结果。后台数据库记录每次测量结果。
下面对本系统工作过程进行描述，首先对设备进行初始化，包括开机前检查，内容为：加液缸里面的纯水是否够用，是否是纯水。各加液管道从起点到终点，是否有气泡；清洗电极用的纯水是否够用，是否是纯水。用于恒温水域的泵中水的水位是否符合要求，水位要求在最上面一圈冷却管以下0-10cm的范围内。如果仪器每天连续工作，2-3天就需要更换保护液， 电极是否完全浸泡在保护液里面。校准用的缓冲溶液每1-3天更换一次，等等。
驱动机械臂7移动至校准区3，校准pH电极6，校准过程中，进行pH电极6的清洗，校准过程应在每天工作前进行。
同时，将容器架11上布置装有样品的容器12，样品预先放置至容器12中，根据不同样品，系统配备有不同有溶剂，比如纯水、酸性液等。系统通过控制单元对样品进行软件中的定义，并设定相关参数。
驱机械臂7移动至样品区5，对容器12分别进行开盖、注液、合盖操作，系统控制注液量等参数，匹配实验要求。
搅拌电机对容器12内的样品进行搅拌，搅拌后静置。搅拌时间和转速等参数根据实验要求进行。
机械臂7移动至清洗区2，对pH电极6进行清洗操作；机械臂7移动至样品区5，对容器12分别进行开盖、pH测试、合盖操作，每测试完一组，对pH电极6进行清洗操作；全部测试完成后，机械臂7移动至保护区4，将pH电极6浸没至保护液中。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
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