专利名称：混合并分配液体或粉末样品的装置和方法
技术领域：
本发明涉及供材料准备和分析使用的混合并分配样品的装置和方 法，该材料准备和分析特别地用于现有材料的品质鉴定和新材料鉴别。
背景技术：
以改善或最优化配方或鉴别新型有效组分为目的的材料品质鉴定 通常需要进行并记录大量的实验。准备用于这些实验的样品是很耗费 时间的，并且由于人的较差的工作能力(由于执行重复性操作的疲劳、 厌倦等)而易于在配料数量的测量和/或体积、重量和其他相关细节的 记录上出错。配料自身的性质，例如低粘度液体，介质和高粘度液体，
触变性液体，粉末等，由于难以精确分配它们，可能增加(compound) 人产生的错误或在分配这些配料的过程中引起其他潜在的错误。
当在所分配的少量辅料(minor ingredient)中设法按比例减少实 验样品的数量时，可能在精确分配少量配料的过程中发生其他问题。 典型地许多配方具有辅料，根据按比例减少的样品数量，所述辅料的 数量确实变得非常少。例如在200g的样品中以0.1%重量在配方中存 在的配料是200mg,但在10g的样品数量中变成10mg。
虽然通过使用适当的用于自动分配液体和粉末的装置和方法可以 克服这些问题，但是在许多情形中难以实现配料的充分混合，特别是 在数量少的情形中，这样导致不均勾的混合物或反应产物。此外，接 下来将这种混合物或反应产物从混合环境向用于(进一步)反应或测 试的随后的环境的输送也是存在问题的，特别在该混合物或反应产物 具有高粘度时。
如US2003/0169638A中所述的那样，已经使用各种冲支术来混合用 于平行反应过程的少量反应物；例如已经提出了高速轴驱动转动搅拌器、磁性(magnetic flea)搅动棒、轨道混合器和振动装置。 US2003/0169638A本身提出了 一种从反应容器顶部设置在反应容器中 的轴驱动旋转搅拌器，其中叶轮具有特别设计和尺寸设定。据称，使 用这种叶轮可以实现有效地混合反应容器中的反应物配料。但是，显 然的是，如果反应混合物相对粘滞并且需要将它从容器中移除以进一 步进行处理(例如附加反应或测试)，许多材料可能附着在叶轮上并且 随着从该容器中移除叶轮或必须从叶轮上清除而受到损耗，从而产生 另外的处理问题。对于少量样品，其在叶轮上的可能的大量损耗对于 所述样品的后续处理是非常有害的。
另 一种从分配储存器中移除材料的方法已经在US2005/0283113A (与GB2415423A等同)中提出，其中样品放置在分配容器中，然后 将具有通孔的活塞安装到该分配容器中，使得该组件起注射器的功能 以分配材料。US2005/0283113A还描述了例如使用磁性搅拌器或玻璃 球在储存器中混合配料；但是没有提及这些元件的存在对材料的回收 或可从该容器回收的材料的数量会产生何种影响。
用于分配材料的类似注射器机构的示例也在GB696310 、 GB1178738、 GB1441983、 US4741737、 US4805810和DE19915771中 描述。
发明内容
本发明的目的是提供用于混合少量体积的材料以产生完全均匀的 样品的装置和方法，然后如果需要，可以分配所述完全均匀的样品。
根据本发明，用于混合少量材料样品的装置包括用于容纳需混 合的样品组分的容器，所述容器具有基体、开口顶部和从基体延伸到 所述容器的顶部的外周壁，样品组分可通过所述开口顶部进入所述容 器；设置在所述容器中并位于所述基体处或邻接所述基体的位置处的 叶轮；以与所述基体形成密封转动关系的方式穿过基体延伸的轴，所 述轴与所述容器大致同轴地延伸且以驱动关系与所述叶轮接合；和搅 拌装置，所述搅拌装置设置在所述容器中用于向所述容器内的样品组分施加剪切力，所述搅拌装置可朝向所述容器的底部在所述容器的轴 向上运动或所述搅拌装置与材料移除装置互补配合，由此在使用过程 中，所述搅拌装置基本不妨碍从所述容器移除材料。
而且，根据本发明，混合少量材料样品的方法包括提供用于容 纳需混合的样品组分的容器，所述容器具有基体、顶部开口和从所述 基体延伸到所述容器的顶部的外周壁，样品组分可通过所述开口顶部 进入所述容器；提供设置在所述容器中并位于所述基体处或邻接所述 基体的位置上的叶轮；提供以与所述基体形成密封转动关系的方式穿 过所述基体延伸的轴，所述轴与所述容器大致同轴地延伸并以驱动关 系与所述叶轮接合；提供位于所述容器中用于向所述容器内的样品组 分施加剪切力的搅拌装置，所述搅拌装置可朝向所述容器的底部在所 述容器的轴向上运动或所述搅拌装置与材料移除装置互补配合，由此
在使用过程中，所述搅拌装置基本不妨碍从所述容器中移除材料；将 至少两种组分放入所述容器中；操作所述叶轮和搅拌装置一段时间， 所述时间足以将所述组分混合成非常均匀的样品。
本发明还包括用于混合并分配少量材料样品的装置，所述装置包 括用于容纳需混合的样品组分的容器，所述容器具有基体、开口顶 部和从所述基体延伸到所述容器的顶部的外周壁，样品组分可通过所 述开口顶部进入所述容器；设置在所述容器中并位于所述基体处或邻
接所述基体的位置上的叶轮；以与所述基体形成密封转动关系的方式 穿过所述基体的轴，所述轴与所述容器大致同轴地延伸并以驱动关系 与所述叶轮接合；和位于所述容器中用于向所述容器内的样品组分施 加剪切力的搅拌装置，所述搅拌装置可朝向所述容器的底部在所述容 器的轴向上运动或所述搅拌装置与材料移除装置互补配合，由此在使 用过程中，所述搅拌装置完全不妨碍从所述容器移除材料，所述材料 移除装置包括适于以密封关系与所述容器的外周壁配合的活塞元件， 所述活塞元件具有轴向贯通的通道，在使用时，所述通道在一端处与 所述容器的内部连通并在另一端处形成分配开口 ，由此通过使所述活 塞元件在所述容器内轴向运动而向在容器中形成的样品施加压力，从而使所述样品流过所述通道。
本发明还包括混合并分配少量材料样品的方法，所述方法包括 提供用于容纳需混合的样品组分的容器，所述容器具有基体、开口顶 部和从所述基体延伸到所述容器的顶部的外周壁，样品组分可通过所 述开口顶部进入所述容器；提供设置在所述容器中并位于所述基体处 或邻接所述基体的位置上的叶轮；提供以与所述基体形成密封转动关 系的方式穿过所述基体延伸的轴，所述轴与所述容器大致同轴地延伸 并以驱动关系与所述叶轮接合；以及提供位于所述容器中用于向所述 容器内的样品组分施加剪切力的搅拌装置，所述搅拌装置可朝向所述 容器的底部在所述容器的轴向上运动或所述搅拌装置与材料移除装置 互补配合，由此在使用过程中，所述搅拌装置完全不妨碍从所述容器 中移除材料；将至少两种组分放入所述容器中；操作所述叶轮和搅拌 装置一段时间，所述时间足以将所述组分混合成完全均匀的样品；将 包括适于以密封关系与所述容器的外周壁配合的活塞元件的所述材料 移除装置放置到所述容器的顶部中，所述活塞元件具有轴向贯通的通 道，所述通道在一端处与所述容器的内部连通并在另一端处形成分配 开口 ，通过使所述活塞元件在所述容器内轴向运动而向所述样品施加 压力，从而使所述样品流过所述通道。
典型地，该容器的形状大致为圆筒形，虽然如果需要它可以在横 截面上为非圆形。优选地，该容器的基体是平坦的，以避免潜在的死 区，材料可停留在该死区中而不被混合。所述容器的整体容量优选地 不超过大约100ml，更优选地不超过大约20ml。优选地，高度与内径 比不超过大约IO且优选地不小于大约0.5。更典型地，高度与内径比 大约为4
容器的样品容量(也就是样品组分和样品在混合后所占的容积) 可在容器容积的20%至95%的范围内。优选地，容器的样品容量更典 型地在容器容积的20%至60%的范围内。优选地，根据所用容器的尺 寸，容器的样品容量不超过大约50ml,更优选地不超过大约25ml且 典型地在5ml至15ml的范围内。优选地，叶轮的底部与容器的底部轴向间隔开少量距离，该距离
典型地大约为l至5mm。优选地，叶轮具有至少一个叶片，更特别地 具有至少两个或更多个叶片。叶轮的每个叶片均优选地设置成与包含 叶轮的旋转轴线的平面成一角度，由此能够通过叶轮的转动使材料轴 向运动通过叶轮。叶轮的直径优选地在容器的内径的60 %至95 %的范 围内，更特别地在所述内径的80%至95%的范围内，且尤其在所述内 径的90%至95%的范围内。优选地，叶轮的轴向长度不超过容器的高 度的10%,更特别地不超过容器的高度的5%。
叶片的角度和叶轮的转动方向的结合优选为使得样品组分朝向容 器的基体轴向地运动，由此在这种运动的力的作用下，所述材料被迫 朝向所述基体并被迫从该基体径向向外运动，以轴向通过叶轮的径向 外周循环并回到所述容器中的位于叶轮上方的位置。
叶轮与所述轴的端部成一体或利用任何合适的机械装置(例如干 涉配合、螺紋、固定螺钉或螺母等)安装在所述轴的端部上。所述轴 以与基体形成密封转动关系的方式穿过容器的基体延伸。容器的基体 和轴之间的密封转动关系可通过任何传统的机械结构实现。
在优选实施例中，容器的基体具有圓柱形的延伸部，用于以与所 述基体形成所述密封转动关系的方式支承所述轴的密封支承结构安装 在该圓柱形的延伸部中。
本发明的搅拌装置可采用各种形式。
在一个实施例中，搅拌装置可包括翼，该翼或者在轴线的平面内 或者与轴线的平面成一角度，并固定在容器的壁(或装在容器中的套 筒)上。在该实施例中，容器(或套筒)适合相对叶轮转动，以向在 容器中混合的材料组分施加剪切力。而且在该实施例中，活塞元件具 有用于翼的互补凹槽，且如果该翼与轴线成角度，该活塞元件安装成 用于在支承套筒中转动。
在另一个实施例中，搅拌装置可包括安装在与容器大致同轴设置 的轴向延伸的支承件上的翼，所述活塞被互补地构造成如上一段落中 所述的那样。在又一个实施例中，所述翼具有薄弱的根部，并在活塞施加的载 荷的作用下折断。
在本发明的优选实施例中，搅拌装置安装在容器中且能够在工作 位置和不工作位置之间往复移动，在工作位置该元件可搅拌容器内的 材料，在不工作位置它被压缩并直接邻接叶轮定位。
在该实施例中，搅拌装置可包括形状记忆材料，其中它的默认形 状处于工作位置。在这种情况下，或者利用与它的远离叶轮的端部连 接并可相对于容器往复移动的轴向设置的杆使搅拌装置运动至不工作 位置，或者通过设置成能够在活塞元件所施加的力的作用下运动而使 搅拌装置运动至不工作位置。
在可替换形式中，搅拌装置可在所述位置之间通过处于压力/真空 下的流体的作用而膨胀/收缩。
在本发明的特别优选的实施例中，搅拌装置包括安装在容器内的 螺旋元件。在更优选的实施例中，该螺旋元件是基本圆柱形的螺旋元 件。可选地，该螺旋元件是大致圆锥形的螺旋元件，锥体的顶点或者 邻接叶轮安装或者远离叶轮。
优选地，该螺旋元件包括基本圆柱形的螺旋弹簧。
该螺旋元件的横截面优选地为圆形；可替换地，该螺旋元件可具 有展平的横截面，例如椭圆状或带状，以提供接触容器内的样品组分 的更高的表面区域。
在一个实施例中，螺旋元件可安装在叶轮上，以与其一起转动。 在可替换的实施例中，螺栓元件可安装在单独的轴(例如与叶轮轴同 心的轴)上。在该实施例中，螺旋元件可与叶轮同向转动，或与叶轮 反向转动，或同向反向交替地转动。螺旋元件在容器内的转动向容器 中的样品组分施加剪切力，并趋向于使该组分在容器的轴向上运动， 以帮助组分的混合。根据该元件的螺旋的硬度或螺旋特性以及它的转 动方向，样品组分可朝向或远离叶轮轴向地运动。
在可替换的实施例中，搅拌装置可包括多于一个螺旋元件，该多 于一个螺旋元件例如可以是相反旋向性(opposite handed)且设置成相对于彼此反向转动。
优选地，螺旋元件在叶轮的上方轴向地延伸容器的高度的至少10
%。更优选地，该螺旋元件在叶轮的上方轴向地延伸容器的高度的至
少30%,更特别地延伸容器的高度的至少50%。该螺旋元件可在叶轮 的上方轴向地延伸高达容器的高度的90%。
该螺旋元件的节距足以允许该螺旋元件在所施加的力的作用下朝 叶轮运动。优选地，该节距允许该螺旋元件被降低为不大于它的正常 长度的20% ，优选地不大于它的正常长度的10% ,且特别地不大于它 的正常长度的5%。
可通过轴向设置的杆或者通过设置成能够在所述活塞元件所施加 的力的作用下而运动而使所述螺旋运动到不工作位置，所述杆与螺旋 的远离叶轮的端部连接，且能够相对于容器往复运动。
用于叶轮和搅拌装置的一个或多个轴可由任何适当的驱动机构旋 转驱动。例如，电动机可用于直接驱动该一个或多个轴，如果需要电 动机可以通过传动装置驱动该一个或多个轴。
在优选实施例中，通过快速释放连接机构(例如彼此牢固 (positively)接合的互补的凸凹部件)驱动该一个轴或多个轴。
驱动可传递给该叶轮，并且如果单独被驱动，传递给搅拌装置， 使得它们仅在一个方向上转动；可替换地，如果单独被驱动，传递给 叶轮的驱动和，传递给搅拌装置的驱动是可以反转的。该驱动可以以 脉冲的方式传递给叶轮，并且如果单独被驱动，以脉沖的方式传递给 搅拌装置，该驱动也可以反转地应用。
优选地，在叶轮的工作过程中，该容器适于被固定，由此避免该 容器转动。
优选地，所述活塞元件包括具有轴向贯通的通道的细长主体，该 通道优选地设置在活塞元件的中央，在使用中，该通道在一端处与所 述容器的内部连通并在另一端处形成分配开口。该活塞元件适合以密 封关系与该容器的外周壁配合。为了获得所述密封关系，所述活塞元 件可紧密滑动配合在该容器的外周壁内。如果需要，可在该活塞元件上设置弹性密封环。活塞元件的能够设置在该容器中的端部优选的是 平坦的，在该活塞元件轴向运动到容器中后，该端部可与搅拌装置接 合，以使搅拌装置向叶轮轴向地运动。所述分配开口优选地形成在从 所述活塞元件的另一端延伸的短柱中。可选地，所述分配开口可与装 配在活塞元件上的分配喷嘴连通。
该容器和活塞元件均适合被混合和/或分配设备上的夹持机构夹 持，且可具备适当的夹持和/或支承表面，通过该夹持和/或支承表面， 它们可被夹持和/或可以向它们施加力，以能够从它们分配样品。
根据样品组分和样品、提出的操作条件(例如温度等)和是否需 要重复利用该容器或处置该容器，可以利用任何适合的材料制造上述 容器、叶轮、搅拌装置、活塞元件和一个或多个驱动轴。对于化学侵
蚀性更强的样品组分和样品，上述装置部件可由耐化学(chemically resistant)的钢或其他金属或合金制成，或由耐化学的塑料材料例如 芳族聚合(aromatic polymeric)材料制成，例如聚醚醚酮(polyaryl ether ether ketone: PEEK)的芳族聚醚。当化学环境的侵蚀性较弱时， 例如铝的材料可用于该装置的部件。在相对良性的环境中，例如当研 究食物组分(例如调"未化合物、淀粉、水状胶体(hydrocolloid )等) 的时候，可以使用塑料材料，例如聚丙烯和聚乙烯。此外，可以使用 多种材料的混合，例如，优选地，螺旋弹簧形式的搅拌装置可由弹簧 钢或其他适当的弹性材料制成，而不考虑用于装置的其他部件的材料。
材料样品在容器内的进一步反应落在本发明的范围内，在该容器 中制备样品，而不是将它们从所述容器中分配。
在本发明的优选形式中，本发明的装置和方法包括容器的阵列， 由此可并行准备多个样品。该样品可以是相同的以提供关于样品可再 现性的统计信息；或可以在浓度、组分数量等方面是不同的。当该样 品不同时，仍优选地具有相同的多个样品，以确保获得平均值。例如， 在24个容器的阵列中，可准备4种样品的6个不同组。
在这种阵列中，用于叶轮和搅拌装置的一个或多个轴的驱动可以 是对每个轴的单独驱动，或可替换地可以是通过适当的齿轮系或相似的传动机构连接到轴上的共同驱动。
此外，在这种阵列中准备的样品还可并行反应；或可以单独或并 行地分配。
可以理解，当提供容器的阵列并制备多个样品时，该容器将与自 动操纵装置结合，该自动操纵装置包括机械臂/夹持器、计算机控制和 结果记录等。
同时本发明的装置和方法可用于制备并分配粘度差别较大的很多 种样品，本发明特别有利于制备相对粘滞的材料，例如橡胶、树脂、
聚合混合物(polymer mixture),食物配料(例如黄油、花生酱、生 面团等)、粘合剂、涂料、调味配料、个人护理制剂、润滑制剂、多组 分和/或多相(multi-phase)系统、充填材料。
现在将参考
本发明，其中
图l是根据本发明的混合装置的竖直横截面的示意图2是作为分配模式使用的如图1所示的混合装置的竖直横截面 的简化示意图；和
图3是根据本发明的混合装置的示意性透视图，该装置包括容器 的阵列。
具体实施例方式
参考图1，根据本发明的混合装置10包括具有平坦基体14的容 器12和从基体14向上延伸以限定开口顶部的圆柱形外周壁16，样品 组分(未示出)可通过该开口顶部进入容器12。容器12的基体14具 有下部圆柱形延伸部18。容器12用于混合少量的材料，该少量的材 料的组合容积优选地小于大约50ml,更优选地小于大约20ml，且最 优选地小于大约10ml。被混合的材料可以是液体的或液体和固体的混 合物。如果以与容器12形成密封的关系设置适当的套管(未示出)， 它还可以将气体引入到该样品混合物中。容器12具有整体高度H和内径D。容器12典型地填充有需混合 的液体和/或固体组分，其填充至填充高度FL，该高度FL典型地是 容器12的容积的20至95%。优选地，容器的样品容量更典型地介于 容器12的容积的20 %至60 %的范围内，且优选地介于大约30 %至50 %的范围内，但其根据特定的反应，该范围也可能有较大的不同。对 于小容积混合，容器12应当具有小于大约100ml且优选地不超过大 约50ml的整体容量。容器12还应该具有前述的高度内径比(H/D)， 该高度内径比优选地为大约2至6。容器的典型尺寸为H=95mm和 D=23mm。
容器12具有叶轮20，该叶轮20安装在轴22上，该轴22绕容器 12的纵向轴线24转动。叶轮20位于容器12的基体14上方4mm的 位置处且具有若干个叶片26，该若干个叶片26中的每一个均与包含 轴线24的平面成一定角度。叶轮20的轴向长度典型地为8mm(H的 9 % )。
圆柱形螺旋弹簧28形式的搅拌装置安装叶轮20的顶侧，以与叶 轮20—起转动。弹簧28的节距为5mm，由此沿轴线24施加到该弹 簧的力将压缩弹簧28,以使它的相邻的匝圏相互接触。弹簧的压缩后 的高度优选地不超过10mm (或H的12 % )。
轴22穿过容器12的基体14中的开孔延伸并紧密地配合在其中。 轴22通过位于容器12的延伸部18内的轴承30与轴线24同轴地支承。 环形密封环32设置延伸部18内并位于轴承30和容器12的基体14 之间，该环形密封环32在其内圆周内携带有环形弹性密封件34。密 封件34与轴22接触。
在容器12外部的轴22可与驱动机构(未示出)联接。该驱动机 构可以是任何合适的机构，且典型地是通过适当的传动装置与轴22 连接的电动机。
通过手动或使用任何方^更的自动分配设备将例如液体或液体和固 体的样品组分通过容器12的开口顶部引入容器12中，可以在装置10 中混合样品。如果需要，可使用罩盖(未示出)密封容器12的开口的顶部。然后操作用于叶轮20的驱动机构，使其以高速转动(典型地在 500rpm至4000rpm的范围内)，以混合上述组分，从而形成样品。在 混合过程中，叶轮20的叶片26和包含轴线24的平面之间的角度与叶 轮20的转动方向相结合，以迫使材料向容器12的基体14运动，然后 通过叶轮20和容器12的外周壁16之间的环形间隙36径向向外并轴 向向上运动。
弹簧28随叶轮20转动，且通过它的操作(handiness )将迫使容 器12中的材料向叶轮20轴向运动。
如果在任何特定情况下需要辅助混合，可以使叶轮的转动方向和 弹簧28的转动方向反向，或叶轮的转动方向和弹簧28的转动方向可 以在同一个方向或相反的方向上脉沖地进行。
对叶轮的驱动持续足以产生组分的充分均匀混合的时间，以形成 样品，该样品可以是该组分的简单混合或者它还可以涉及物理或化学 反应。
参考图2， 一旦样品已经混合，如果存在罩盖，将该罩盖从容器 12的顶部移除，然后紧密滑动配合在容器12中的活塞元件40被插入 其中。活塞元件40包括细长主体42，该主体42具有轴向贯通的中心 通道44，在使用时该通道在一端处与容器12的内部连通且在另一端 处形成分配开口 46。活塞元件40的可位于容器12中的端部优选为平 坦的，且在活塞元件40轴线运动到容器12中后，该端部可与弹簧28 接合以使它向叶轮20轴向运动。在活塞元件40的位于容器12中的端 部的附近，主体42具有环形凹槽48,低摩擦弹性密封环50 (例如硅 橡胶密封环)设置在该环形凹槽中。分配开口 46形成在从活塞元件 40的主体42轴向延伸的短环形柱52中。
然后，容器12和活塞元件40的组件倒转，并且通过手动或在自 动分配设备中施加压力，以产生容器12和活塞元件40相对于彼此的 相对运动，由此活塞移动至容器12中，以迫使样品通过通道44从分 配开口 46排出。在运动到容器12中的过程中，活塞元件40的平坦端 与弹簧28接合，以迫使它向叶轮20移动，这样它不干涉或阻止样品从容器12的流动，由此最大程度地将样品从容器12排出。
参考图3，按照本发明的混合装置110包括容器112的阵列，该 容器实质上与图l和2中所示的容器12相同。
装置110具有支承板80，在该支承板上装有加热/冷却阻隔块82， 加热元件84和冷却元件86通过该加热/冷却阻隔块延伸。阻隔块82 的侧面88具备与容器112的壁116配合(在下方观察)的部分圆柱形 的凹槽90。通过一对夹持板92 (仅示出了后面的一块夹持板)将容器 112保持在凹槽90中的适当位置上。夹持板92是能够气动操作的， 以将它们移动至与位于凹槽90附近的容器112形成夹持关系，并且可 以通过弹簧(未示出)收回该夹持板。夹持板92的接触容器112的表 面可以是所示的平坦的，或可替换地可以具有与凹槽90互补的部分圆 柱形的凹槽。
在图3中，其中两个容器112示出为从它们的被夹持的位置部分 移除以能示出驱动装置(下文描述)的细节。
每个容器112都具有平坦基体114和从基体114向上延伸以形成 开口顶部的柱形外周壁116 (在示意图中它们都以透视图显示，以示 出其内部特征)，样品组分(未示出)可通过该开口顶部进入到容器
112中。每个容器112的基体114都具有下部圆柱形延伸部118。容器 112的包括高和内径比以及填充高度的尺寸与图1和2中所示的容器 12的尺寸相似。
每个容器112都具备叶轮120，该叶轮安装在轴122上，用于绕 容器112的纵向轴线转动。每个叶轮120位于容器112的基体114上 方4mm的位置处且具有若干个叶片126,每个叶片126均与包含容器 112的轴线的平面成一角度。每个叶轮120的轴向长度典型地为8mm (H的9 % )。
圆柱形螺旋弹簧128形式的搅拌装置安装在每个叶轮120的上部， 以与其一起转动。每个弹簧128的节距均为5mm,由此沿容器112的 轴线施加到该弹簧上的力压缩弹簧128，以大致使弹簧的相邻匝圏彼 此接触。弹簧的压缩后的高度优选不超过10mm (或H的12% )。每个轴122均通过它的各自的容器112的基体114中的开孔延伸， 并且紧密配合在其中。每个轴122均由位于容器112的延伸部118中 的轴承(未示出)与各自的容器112的轴线同轴地支承。用于轴122 的轴承和密封结构实质上与图1中所示出的相同。
每个轴122均具有下部成形凹槽(未示出)，以接纳凸出的驱动轴 123，该凸出的驱动轴通过支承板80并利用轴承安装在支承板80中。 轴123与驱动机构(未示出)联接。该驱动机构可以是任何适当的机 构，且典型地是电动机。在一个实施例中，单个电动机可通过适当的 传动机构与每个轴123连接。在优选实施例中，每个轴123均被单独 地驱动，由此可监测不同样品内产生的转矩差。
在运行中，通过手动或通过自动操纵装置将容器112安装在支承 板80上并与各自的凹槽90邻接，然后致动夹持板92，以将容器夹持 至各自的凹槽90中。通过手动或通过任何方便的自动分配装置将例如 液体或液体和固体的样品组分通过容器112的开口顶部引入到容器 112中，从而在装置10的每个容器112中混合该样品。如果需要，可 使用罩盖(未示出)密封容器112的开口顶部。然后，与关于图1所 描述的相似，用于叶轮120的驱动机构被操纵，从而以高速(典型地 在500rpm至4000rpm的范围内)；旋转它们，以混合该组分从而在各 个容器112中形成样品。
使各个叶轮120的驱动持续足以获得组分的充分均匀混合以形成 样品的时间，其可以是组分的简单混合或还可以涉及物理或化学反应。
然后，大致按照参考图2所描述的那样分配来自各个容器的样品。 应当理解，以下内容涵盖在本发明的范围之内在收回夹持板92之后， 可以手动或利用自动操纵设备执行以下工作移除罩盖(如果存在的 话)，将容器112移动到分配站并使其与相应的活塞元件40接合。
权利要求
1.一种用于混合少量材料样品的装置，包括用于容纳需混合的样品组分的容器，所述容器具有基体、开口顶部以及从所述基体延伸到所述容器的顶部的外周壁，样品组分能够通过所述开口顶部进入所述容器；叶轮，所述叶轮设置在所述容器中并位于所述基体处或与所述基体相邻的位置处；轴，所述轴以与所述基体形成密封转动关系的方式穿过所述基体延伸，所述轴与所述容器基本同轴地延伸且与所述叶轮以驱动关系接合；以及，位于所述容器中用于向所述容器内的样品组分施加剪切力的搅拌装置，所述搅拌装置能够朝向所述容器的底部在所述容器的轴向上运动或者所述搅拌装置与材料移除装置互补配合，由此在使用过程中，所述搅拌装置基本不妨碍从所述容器移除材料。
2. 如权利要求l所述的装置，其中所述容器的整体容量不超过大 约100ml，更优选地不超过大约20ml。
3. 如权利要求1或2所述的装置，其中所述容器的高度和内径比 不大于大约IO且不小于大约0.5。
4. 如权利要求3所述的装置，其中所述高度和内径比大约为4。
5. 如前述任一项权利要求所述的装置，其中所述叶轮与所述容器 的底部轴向间隔开少量距离。
6. 如前述任一项权利要求所述的装置，其中所述叶轮具有至少一 个叶片，且其中所述叶片或每个叶片设置成与包含所述叶轮的旋转轴 线的平面成一角度，由此能够通过所述叶轮的转动使材料轴向运动通 过所述叶轮。
7. 如前述任一项权利要求所述的装置，其中所述叶轮的直径在所 述容器的内径的60%至95%的范围内，更特别地在所述内径的80% 至95%的范围内，且尤其在所述内径的90%至95%的范围内。
8. 如前述任一项权利要求所的述装置，其中所述叶轮的轴向长度 不超过所述容器的高度的10%,更特别地所述叶轮的轴向长度不超过所述容器的高度的5°/。。
9. 如前述任一项权利要求所述的装置，其中所述容器的基体具有 圆柱形的延伸部，其中用于以与所述基体形成所述密封转动关系的方 式支承所述轴的密封支承结构安装在所述圆柱形的延伸部中。
10. 如前述任一项权利要求所述的装置，其中所述搅拌装置包括 安装在所述容器内的螺旋元件。
11. 如权利要求IO所述的装置，其中所述螺旋元件包括基本圆柱 形的螺旋弹簧。
12. 如权利要求10或11所述的装置，其中所述螺旋元件安装在 所述叶轮上，以与其一起转动。
13. 如权利要求10至12中的任一项所述的装置，其中所述螺旋 元件在所述叶轮上方轴向地延伸所述容器的高度的至少10%,更特别 地所述螺旋元件在所述叶轮上方轴向地延伸所述容器的高度的至少 50 % 。
14. 如权利要求10至13中的任一项所述的装置，其中所述螺旋 元件在所述叶轮上方轴向地延伸不超过所述容器的高度的卯％ 。
15. 如权利要求10至14中的任一项所述的装置，其中所述螺旋 元件的节距足以允许所述元件在所施加的力的作用下朝向所述叶轮运 动。
16. 如前述任一项权利要求所述的装置，包括所述容器的阵列。
17. —种用于混合并分配少量材料样品的装置，包括用于容纳 需混合的样品组分的容器，所述容器具有基体、开口顶部以及从所述 基体延伸到所述容器的顶部的外周壁，样品组分能够通过所述开口顶 部进入所述容器；叶轮，所述叶轮设置在所述容器中并位于所述基体 处或与所述基体相邻的位置处；轴，所述轴以与所述基体形成密封转 动关系的方式穿过所述基体延伸，所述轴与所述容器基本同轴地延伸 且与所述叶轮以驱动关系接合；以及，位于所述容器中用于向所述容 器内的样品组分施加剪切力的搅拌装置，所述搅拌装置能够朝向所述 容器的底部在所述容器的轴向上运动或所述搅拌装置与材料移除装置互补配合，由此在使用过程中，所述搅拌装置基本不妨碍从所述容器 移除材料，所述材料移除装置包括适于以密封关系与所述容器的外周 壁配合的活塞元件，所述活塞元件具有轴向贯通的通道，在使用时所 述通道在一端处与所述容器的内部连通，并且在另一端处形成分配开 口 ，由此所述活塞元件在所述容器内的轴向运动向在容器中形成的样 品施加压力，从而致使所述样品流过所述通道。
18. 如权利要求17所述的装置，其中所述容器的整体容量不大于 大约100ml，更优选地不大于大约20ml。
19. 如权利要求17或18所述的装置，其中所述容器的高度和内 径比不大于大约IO且不小于大约0.5。
20. 如权利要求19所述的装置，其中所述高度和内径比大约为4。
21. 如权利要求17至20中的任一项所述的装置，其中所述叶轮 与所述容器的底部轴向间隔开少量距离。
22. 如权利要求17至21中的任一项所述的装置，其中所述叶轮 具有至少一个叶片，且其中所述叶片或每个叶片设置成与包含所述叶 轮的转动轴线的平面成一角度，由此能够通过所述叶轮的转动使材料 轴向运动通过所述叶轮。
23. 如权利要求17至22中的任一项所述的装置，其中所述叶轮 的直径在所述容器的内径的60 %至95 %的范围内，更特别地在所述内 径的80%至95%的范围内，且尤其在所述内径的90%至95%的范围 内。
24. 如权利要求17至23中的任一项所述的装置，其中所述叶轮 的轴向长度不超过所述容器的高度的10%,更特别地所述叶轮的轴向 长度不超过所述容器高度的5%。
25. 如权利要求17至24中的任一项所述的装置，其中所述容器 的基体具有圆柱形的延伸部，其中用于以与所述基体形成密封转动关 系的方式支承所述轴的密封支承装置安装在所述延伸部中。
26. 如权利要求17至25中的任一项所述的装置，其中所述搅拌 装置包括安装在所述容器内的螺旋元件。
27. 如权利要求26所述的装置，其中所述螺旋元件包括基本圆柱 形的螺旋弹簧。
28. 如权利要求26或27所述的装置，其中所述螺旋元件安装在 所述叶轮上，以与其一起转动。
29. 如权利要求26至28中的任一项所述的装置，其中所述螺旋 元件在所述叶轮上方轴向地延伸所述容器的高度的至少10%，更特别 地所述螺旋元件在所述叶轮上方轴向地延伸所述容器的高度的至少 50 % 。
30. 如权利要求26至29中的任一项所述的装置，其中所述螺旋 元件在所述叶轮上方轴向地延伸不大于所述容器的高度的90% 。
31. 如权利要求26至30中的任一项所述的装置，其中所述螺旋 元件的节距足以允许所述元件在所施加的力的作用下朝向所述叶轮运 动。
32. 如权利要求17至31中的任一项所述的装置，其中所述活塞 元件包括具有轴向贯通的通道的细长主体，在使用时，所述通道在一 端处与所述容器的内部连通，并且在另一端处形成分配开口。
33. 如权利要求17至32中的任一项所述的装置，包括所述容器 的阵列。
34. —种混合少量材料样品的方法，包括提供用于容纳需混合 的样品组分的容器，所述容器具有基体、开口顶部以及从所述基体延 伸到所述容器的顶部的外周壁，样品组分能够通过所述开口顶部进入 所述容器；提供叶轮，所述叶轮设置在所述容器中并位于所述基体处 或与所述基体相邻的位置处；提供轴，所述轴以与所述基体形成密封 转动关系的方式穿过所述基体延伸，所述轴与所述容器基本同轴地延 伸且与所述叶轮以驱动关系接合；以及提供位于所迷容器中用于向所 述容器内的样品组分施加剪切力的搅拌装置，所述搅拌装置能够朝向 所述容器的底部在所述容器的轴向上运动或所述搅拌装置与材料移除 装置互补配合，由此在使用过程中，所述搅拌装置基本不妨碍从所述 容器移除材料；将至少两种组分引入到所述容器中；操作所述叶轮和搅拌装置一段时间，所述时间足以将所述组分混合成基本均匀的样品。
35. —种混合并分配少量材料样品的方法，包括提供用于容纳 需混合的样品组分的容器，所述容器具有基体、开口顶部以及从所述 基体延伸到所述容器的顶部的外周壁，样品組分能够通过所述开口顶 部进入所述容器；提供叶轮，所述叶轮设置在所述容器中并位于所述 基体处或与所述基体相邻的位置处；提供轴，所述轴以与所述基体形 成密封转动关系的方式穿过所述基体延伸，所述轴与所述容器基本同 轴地延伸且与所述叶轮以驱动关系接合；以及提供位于所述容器中用 于向所述容器内的样品组分施加剪切力的搅拌装置，所述搅拌装置能 够朝向所述容器的底部在所述容器的轴向上运动或所述搅拌装置与材 料移除装置互补配合，由此在使用过程中，所述搅拌装置基本不妨碍 从所述容器移除材料；将至少两种组分引入到所述容器中；操作所述 叶轮和搅拌装置一段时间，所述时间足以将所述组分混合成基本均匀 的样品；将所述材料移除装置放置到所述容器的顶部中，所述材料移 除装置包括活塞元件，所述活塞元件适于以密封关系与所述容器的外 周壁配合，所述活塞元件具有轴向贯通的通道，所述通道在一端处与 所述容器的内部连通，并且在另一端处形成分配开口； ^使所述活塞元 件在所述容器内轴向地运动，以向所述样品施加压力，从而致使所述 样品流过所述通道，所述活塞元件还接合所述搅拌装置，以向所述搅 拌装置施加力并使所述搅拌装置朝向所述容器的底部轴向运动。
36. 如权利要求34或35所述的方法，其中所述搅拌装置包括安 装在所述容器内的螺旋元件。
37. 如权利要求34至36中的任一项所述的方法，其中所述容器 的样品容量在所述容器的容积的20%至95%的范围内，更优选地在所 述容器的容积的20%至60%的范围内。
38. 如权利要求34至37中的任一项所述的方法，其中所述容器 的样品容量不大于大约50ml，更优选地不大于大约25ml且优选地在 5ml至15ml的范围内。
39. 如权利要求34至38中的任一项所述的方法，包括提供所述容器的阵列，以及并行地或逐次地将所述至少两种组分引入到每个所 述容器中。
40. 基本如在上文中所描述的根据权利要求1的装置。
41. 基本如在上文中参考附图所描述的根据权利要求1的装置。
42. 基本如在上文中所描述的根据权利要求17的装置。
43. 基本如在上文中参考附图所描述的根据权利要求17的装置。
44. 基本如在上文中所描述的根据权利要求34的方法。
45. 基本如在上文中参考附图所描述的根据权利要求34的方法。
46. 基本如在上文中所描述的根据权利要求35的方法。
47. 基本如在上文中参考附图所描述的根据权利要求35的方法。
全文摘要
描述了一种混合并分配少量样品的装置和方法。样品可在小型容器(12)中混合，该容器具有设置在它的基体(14)处或邻接它的基体并且由通过所述基体延伸的轴(22)驱动的叶轮(20)。搅拌装置以与叶轮一起转动的方式或以独立于叶轮转动的方式安装在所述容器内，该搅拌装置例如是在所施加的载荷的作用下能够朝向叶轮压缩的螺旋弹簧(28)。可利用具有贯通通道(44)的活塞元件(40)从所述容器分配样品。所述活塞元件能够插入到所述容器中，以迫使所述样品从容器通过所述通道。
文档编号B01F7/00GK101622061SQ200880005111
公开日2010年1月6日 申请日期2008年2月14日 优先权日2007年2月16日
发明者A·麦克尼科尔, J·卡罗尔, S·吉本 申请人:布鲁诺布Ⅱ有限责任公司