[发明专利]自动进样系统和方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种自动进样系统和方法，具体涉及一种用于大气气溶胶分析的自动进样系统和方法。

背景技术

大气中的碳气溶胶通常包括有机碳(OC)和元素碳(EC)，其不仅对人体健康、能见度有重要危害，OC、EC更是大气细颗粒物PM2.5的重要组成部分，约占我国城市大气PM2.5质量浓度的20％～50％。高浓度的OC、EC既是城市“雾霾”病的主要影响因素，在区域尺度上，大量EC的一次排放被认为加速了我国近年来的南涝北旱、影响了全球气候变暖、是仅次于温室气体CO₂的增温组分。分析测试大气气溶胶中的OC、EC是科学研究其对生态环境、人体健康、全球气候影响的基础，研究表明人为操作会对OC、EC的测量结果产生影响。目前，OC、EC的样品采集和测量均是自动化操作，人为操作部分就是采样膜片的裁取和进样过程。

美国研究人员研发了一种自动进样器，包括气缸驱动式样品转盘和机械臂，连接到OC、EC碳分析仪器，样品转盘用于放置样品，机械臂对样品进行抓取、转移和放置。膜片的抓取依靠一个塑料套筒内置一个活塞杆，活塞杆垂直上下移动控制塑料抓手的张开和合拢。由于抓取部分是塑料材质，仅有3、6、9、12点钟4个方向有凸起的触点，对于只有0.534平方厘米大小的膜托抓取困难，膜托抓取、转移、放置3个重要步骤难以保持水平，且由于是气缸驱动塑料抓手进行工作，样品盘、抓手的位置极易漂移。多次试验结果表明，难以实现多次重复抓取、转移、放置膜片的工作。

现有技术存在以下问题：

(1)需要人工裁膜，裁刀所用力度，裁刀在膜片上所放的位置，对测量结果会造成人为误差；

(2)采用气缸驱动样品盘旋转，每个圆形凹槽的直径很小，仅仅6毫米，要求样品盘和机械臂运行正常的情况下，大约每1小时凹槽才会转动一个位置，18个位置转动持续的时间，容易造成凹槽上膜托和膜片位置的较大偏移；

(3)塑料抓手的张开和合拢以及摆动，主要是气动驱动，幅度较大，机械振动较大。常常遇到测试用的膜片或者是测试完毕的膜片被抓手抓不起来，机械臂垂直向下找不准样品盘上凹槽的位置或者找不准进样杆上样品环的位置，机械臂和抓手从进样杆的样品环处将抓取到的膜托放回样品盘时会掉落或者甩出；

(4)采用的进样杆前端有一个铁片，中间镂空成环装，形成样品环，镂空部分用于放置膜托及膜托上负载的膜片，由于前端样品环长期反复阶梯升温到900度后又降温到室温，样品环极易变形，导致塑料抓手取不出膜托，更容易导致变形后的铁环在氧化炉中卡住无法退出；

(5)进样杆是一个来回在燃烧炉中和炉外舱门移动的不锈钢杆，裸露在空气中，在北方天气尤其是沙尘天气，直接导致杆上沾满灰尘，并带入燃烧炉中，致使实验结果本底偏高，同时也会造成舱门处沾污，无法密封燃烧炉。

发明内容

为了解决现有技术中存在的问题，本发明提出了一种自动进样系统和方法。

一方面，本发明提供了一种自动进样系统，包括：打孔进样器、进样杆、步进电机和控制器，步进电机和控制器可以控制打孔进样器和进样杆的移动和定位，所述打孔进样器包括一个机械臂和一个膜片架，所述机械臂是一个中空的圆筒，所述机械臂下端设置有可开闭的舱门。

优选地，所述机械臂的直径可以根据实际工作需要任意选择。

优选地，所述膜片架是固定的圆柱体结构，所述膜片架的中间是一个可以向上移动的小圆柱体结构，形成一个顶杆，所述顶杆的上升和下降由所述步进电机控制，其直径略小于所述机械臂，所述顶杆和所述机械臂的轴心重合。

优选地，所述进样杆包括杆体和设置在所述杆体前端的陶瓷支架。

优选地，所述陶瓷支架上设置有用于放置待测膜片的膜片凹槽。

优选地，所述自动进样系统还包括防尘罩，所述防尘罩可以罩住所述打孔进样器和所述进样杆。

优选地，所述防尘罩采用透明材料制成。

优选地，所述防尘罩采用有机玻璃制成。

另一方面，本发明提供了一种自动进样方法，包括：

(1)打开防尘罩，将完成采样后的采样膜放置在膜片架上；

(2)打开机械臂下方的舱门，机械臂向下移动在采样膜上裁取一个待测膜片，同时膜片架中间的顶杆向上移动将裁好的待测膜片送入机械臂，待测膜片进入机械臂后，舱门关闭从而将裁好的待测膜片密封；

(3)机械臂将待测膜片转移至进样杆前端的膜片凹槽处，舱门打开，将待测膜片放入膜片凹槽中，然后进样杆将待测膜片送入分析装置。

与现有技术相比，本发明所述的自动进样系统具有以下优点：