怎么对容器内部操作对各种容器的检查方法

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mob6454cc6c40c9 2024-05-01 19:57:19

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检验设备的液面探测

文章目录

检验设备的液面探测
前言
一、电容式液面探测
二、压力传感器式液面探测
总结

前言

检验设备的液面探测又称为液位检测（Level detection），主要是指检测机外、机内液体容器、机内试剂瓶的液体是否存在以及大致或准确的容量。

机外的液体容器包括废液废物容器、外接的试剂容器，比如清洗剂、缓冲液、稀释液、纯水桶、溶血剂及其它试剂等。

机内的液体容器分为可更换容器和不可更换容器。可更换的容器包括各种试剂桶，例如稀释液、溶血剂、清洗剂、缓冲液、触发液、预触发液等等。这些机内的可更换液体容器与机外液体容器一般定义为散装试剂或散装液体（Bulk Fluids）。而废液废物容器往往不属于试剂范畴，而是供应物料（supply或materiel）的范畴，所以在大多数仪器中，在试剂菜单下看不到废液废物的容量，需要在另外的菜单或供应菜单中查看。同样属于供应范畴的，还包括血凝和发光设备常用的一次性吸头和反应杯，但这不属于本文所讲的液面探测的范畴，所以忽略。

机内的不可更换液体容器主要包括各种散装试剂的缓冲罐/瓶，例如稀释液罐/瓶，溶血剂罐/瓶，清洗剂罐/瓶等。还包括水箱，当然也包括废液罐/瓶和负压罐、正压罐等。这些不可更换液体容器在一个设备内有时包含很多个。

机内试剂（Onboard）一般分为在板试剂和仓内试剂。在板试剂也叫机内试剂，是指类似生化样品试剂针下的清洗剂瓶、稀释液瓶等，并非每个标本测试都需要，而是在指定情况下才会使用这些试剂。在板清洗剂一般是一个批次的测试开始时，各针吸取清洗剂进行针的内外壁冲洗，然后才开始样品测试。测试结束后，进行冲洗作业时，又会吸取各自的在板清洗剂，进行针内外壁的清洗。稀释液是样品或试剂需要稀释时才会使用。而其它的类似溶血剂或防止携带污染的试剂需要在指定的状态或项目下才会使用。

仓内试剂一般是指在试剂仓内准密封保存的或冷藏的试剂瓶，例如生化、发光、血凝等设备中各个试剂仓中的试剂瓶。仓内试剂也叫项目（Assay）试剂或测试（Test）试剂。

同样，样品的液面探测也是十分必要的，这一点与机内试剂的探测类似。

不同的样品试剂类型，液面探测的方法也不相同，甚至在相同的样品试剂类型中，不同的使用方法液面探测的方法也不相同。

一、电容式液面探测

这是大多数设备都采用的方式，无论样品针还是试剂针都会采用，用于精确判断试剂瓶或样品试管/杯中的液体容量。

由于样品杯/试管或试剂瓶的类型提前指定或自动探测，其截面积和有效高度在系统数据库内保存，通过针下降后接触到液面的脉冲值判断液面在容器内的高度，从而计算出液体量。根据设计要求，精度可以达到0.1或1ul。

电容液面探测的原理大致如下：样品或试剂充当与样品或试剂针串联的电容器。一定频率的正弦波信号应用于针尖，并且还用作位于LLS板上的乘法器芯片的参考信号输入。来自针的正弦波信号乘以来自正弦波发生器的正弦波（参考信号）。如果针没有遇到液体，则来自针的正弦波信号不会发生明显的相移。当两个同相的正弦波相乘时，输出电压近似为零，表示尚未检测到液体。

如果针遇到液体，则来自针的正弦波信号将发生相移，因为仪器的液体和基板有一些电容会导致信号发生相移。当两个异相的正弦波相乘时，产生输出电压，表示已检测到液体。

电容式液面探测的前置放大板也是安装在针臂中，处理板一般安装在卡笼或其它较远的位置。电容式液面探测的优势是单针检测，不需要辅助针/电极，灵敏度高，不需要调整。

由于环境中的电容无处不在，空间中充斥的静电也是无孔不入，所以电容式液面探测并不是在针的整个运行周期中始终启用，仅当针下降到容器口或容器内有效容量之上时才启用。

在液面探测启用后，针继续下降，这个过程中检测是否接触到液面，有些设备还会通过数据库查询上一次吸取时的液面高度，在没有添加液体的情况下，一旦液面高度高于上一次的值，则判断液面错误或失败；当针尖接触到液面后，一般会设计成继续下降到液面下一定的深度，才开始吸取液体。这是为了防止吸空而采取的措施，与液面探测原理本身无关。当开始吸取液体时，液面会下降，针尖也会跟随下降，目的也是为了防止吸空。如果这个时候液面探测监测到空气，会产生报警，一般会认为是气泡或泡沫导致的。当吸取完成，针尖上升离开液面时，液面探测系统会根据吸取前的高度和吸取后的高度判断针是否离开液面。如果在系统认为针尖离开液面后仍然探测到液面，会报警吸取错误或液面错误。

电容式液面探测的精确容量判断和吸取完整性判断，建立在电容探测、针传动步进的基础上，需要完善的软件代码进行判断。否则，极易造成误判误报。同时，空间湿度和静电也会导致误判误报错误。同时，样品或试剂容器的误判或指定错误，也会导致液面探测失败或错误。例如，常规样品都是100ml或75ml高的试管，如果在这些试管上加入嵌套杯而没有指定，或仪器误判，针会直接穿过液面撞在嵌套杯/子弹头的底部，因为此时液面探测还没有开启。

为了降低误判误错误的发生，很多厂家在设计上进行了部分改进型设计。最明显的设计是增加接收天线。这种设计分为两种形式：

以Abbott i系统为代表的机型，样品和试剂针发送正弦波信号，而在需要吸取或分配的液体容器下方（RSH进样器定位器旁、试剂盘下、反应盘下）安装接收天线，当接触到液面时，相应的天线会发生移相。这种设计就是将上述的一块板变为两块板，发射和接收分开，每块天线板负责一定范围内的液面信号。采用这种方式，除了降低误判误报外，还是无奈之举，因为该机型的试剂瓶需要安装瓣膜，针需要穿过瓣膜才能进入试剂瓶。瓣膜一直接触针，如果采用单针单板的电容探测，根本无法准确的探测到液面，干扰极大。

以Toshiba、Hitachi为代表的机型，对针进行了改造，在吸取针外壁增加两层绝缘护套（热缩管），在两层护套之间插入一个金属电极。金属电极尽可能的靠近针尖。这样针尖和电极之间的电容在绝缘不破坏的情况下，护套内保持干燥的情况下，二者的电容值几乎不受外界湿度静电的干扰，或者说干扰极小。此类设计甚至可以无视一般大型气泡的干扰，使针尖直达真正的液面。采用这种设计的针，比常规设计的针多了一根或两根引线，连接到针臂内的前置放大板上。此类结构的针，绝缘层内干燥且没有破坏时，几乎不会产生误报误判。

相比这类设计，BeckmanCoulter的AU系列就容易产生误判误报。当然不单纯是这一个方面，还有软件判断的设计，电路设计、结构设计等其它方面。

为了防止样品针和试剂针间的干扰，往往设计成样品针、试剂针，甚至不同功能的试剂针的发射频率都不相同。有可能同时动作的针会设计成不同，不会同时动作的针的频率可以设计成一样的。这也就是不同针的液面探测前置放大板不能互换的原因。

二、压力传感器式液面探测

采用电容式液面探测和超声式液面探测的针（试剂针或样品针），内部管道是充满液体的，一般为去离子水或缓冲液。而在使用一次性吸头的设计中，电容式液面探测往往受到很多限制。如果针内壁管道连接液体，继续使用电容式液面探测的话，需要将吸头设计成导电类型（一般是加入炭黑，金属粉末等），吸头成本较高。如果采用一般吸头，就无法使用电容式探测。所以在Siemens Centure为代表的机型中，样品针并不连接液体，吸头采用一次性普通吸头，液面探测采用气泵和压力传感器配合。工作原理如下：

首先气泵通过电磁阀向针尖喷出低压气体，压力传感器监测压力范围是否符合预设。当针尖拾取吸头后，由于吸头尖的出口变细，压力会升高，从而判断是否拾取吸头。低压气体继续通过吸头喷出，当接触到液面后，压力会急剧升高，从而判断接触到液面。此时，电磁阀将气泵旁路，样品注射器吸取液体，吸头所在的针臂也会跟随下降。这时的压力传感器开始监测凝块堵针情况，以及吸取液体后在转移过程中可能存在的泄漏。同时，也监测液体分配过程中可能存在的不完整性。当液体分配后，针臂移动到丢弃位置时，电磁阀切换到气泵，气体分配到吸头，喷出剩余液体（富余量），同时监测吸头丢弃前后的压力变化，从而判断吸头是否丢弃。

在采用电容式液面探测和超声式液面探测的结构中，也会使用压力传感器进行液体吸取与分配的完整性监测，主要显示的功能时判断凝块堵针。在静态状态下，压力传感器监测一个基础压力。在吸取液体时，会有一个压力上升的曲线，通过根据正常模型的分析与阈值判断，可以判断液体是否存在粘度过大，从而间接判断出现凝块或堵针。同样，也可以根据压力的不正常下降判断空气、气泡、泡沫等状态。