液体分析仪的制作方法

本发明涉及一种液体分析仪，特别涉及具有用于将液体输送到测量区域中以及将液体从测量区域输送出去的流动系统的液体分析仪，更具体地涉及被配置为从液体中产生可用于液体的组成分析的中红外透射和/或反射光谱的液体分析仪。

背景技术：

已知一种液体分析仪，其广义地包括用于浸入液体样品中的液体样品进样器；测量区域，例如可以由测量试管或其他液体限制区域限定；以及样品排出口；所有这些都通过流动系统的液体导管连接。流动系统还包括流动控制装置，其包括耦合到样品进样器和测量区域之间的导管部分的泵，并且该泵可操作以使液体进入和流出测量区域。已知的分析仪还包括测量部分，其包括可操作以分析测量区域处的液体的检测器。

使用光学衰减技术来确定液体样品的成分是众所周知的；例如酿造产品的成分，或诸如在血液，牛奶或奶制品样品的含脂液体样品中的脂肪、乳糖、葡萄糖、蛋白质、尿素和/或掺假中的一种或多种。根据这样的技术，通过将光学辐射传输到液体样品中并使用诸如干涉仪或单色仪的光谱仪测量由样品引起的询问光辐射的波长相关衰减来询问液体样品。根据该测量可以计算样品中所关注成分的浓度。在使用校准或预测模型的数据处理器中进行计算，通过该校准或预测模型建立感兴趣的成分与所测量的波长相关光辐射衰减之间的关系。

在本上下文中，术语“光辐射”应被认为是指从在紫外线到红外线的一些或整个光谱区域延伸的电磁谱内的辐射，这取决于待询问样品的预期吸收性质。通常，对于液体样品，有利地采用中红外辐射。

为了执行精确的计算，有必要准确地确定由光辐射询问的液体的量。这通常通过使测量区域具有精确且已知厚度的测量试管的形式来实现。对于中红外测量，该厚度通常为约50微米(μm)的量级。

作为乳制品的一部分，例如，乳成分越来越多地通过渗透和过滤技术被分离并重组，以便产生精确可重现的乳制品。这种做法导致乳浓缩物和粘稠的乳汁分离物，并且可能含有高水平的乳糖和总固体。此外，奶制品公司正在通过引入高价值分割(如营养，运动和健康)来实现自我区分。这意味着加入天然和人造香料，加入浓缩物，用果胶、淀粉和明胶代替成分。

总体而言，当今制造的各种牛奶和酸奶产品可能含有一定范围的颗粒以及添加剂，这使得难以在已知液体分析仪的流动系统中处理它们。颗粒可能导致堵塞，特别是在样品进样器和测量区域，并且添加剂常常会增加被泵送的液体的粘度，这可能使难以将液体输入和移出测量区域。可以理解的是，这些问题不限于牛奶，并且当使用尺寸适合用于中红外分析的测量比色皿时变得特别成问题。

发明概述

本发明的目的是提供一种液体分析仪，其具有相对于已知分析仪更加鲁棒的液体流动系统，使得分析仪相对于已知分析仪上更为通用，从而提供一种解决与上述已知分析仪相关的一个或多个上述问题的液体分析仪。

因此，提供了如权利要求1所述和所界定的液体分析仪。

液体分析仪包括用于浸没入液体样品中的液体样品进样器；至少一个测量区域；液体导管，设置成将样品进样器和至少一个测量区域流通连接；以及第一泵模块，优选地包括耦合到所述液体导管并且可操作以在其中流动的液体流动的诸如注射器泵的容积式泵；其中所述液体分析仪还包括第一压力监测器，其设置成测量所述样品进样器与所述至少一个测量区域之间的压力；以及控制器，其适于接收代表测量的压力的、来自所述第一压力监测器的输出，并且控制第一泵模块的操作以根据其调节液体导管中的液体流量。因此，液体分析仪中的流速可以自动地适应于通过样品进样器而进入的样品的粘度，如压力测量值所指示的。

有用的是，控制器适于响应于自第一压力监测器接收到的输出来控制第一泵模块的操作，以随着模块操作以移动来自样品进样器的液体样品而将监控的压力保持在等于或高于预设值的值。以这种方式，随着被泵送的液体的粘度增加，液体的流速仍然可以遵循泵的泵速。特别地，当在第一泵模块中使用注射器泵时，减少了活塞运动后样品未进入注射器室的可能性。

也可以从监测的压力检测堵塞，并且可以自动启动泵模块的校正操作。

在一个实施方案中，可以通过监测来自第一压力监测器的输出来检测样品进样器处的阻塞，以确定在将液体从液体样品进样器到第一泵的方向移动的第一泵操作期间是否发生增加的压降。这表示样品进样器的堵塞。所述控制器被配置为通过反转由所述第一泵模块产生的液体流动的方向以使液体从所述第一泵流出并流出所述液体样品进样器来对所述样品进样器进行后冲洗。有利地，液体分析仪还包括可操作地连接到液体样品进样器以改变其在液体样品内的位置的驱动装置，液体分析仪可以在这种反冲洗之后运行。因此，减少了反冲洗材料再次进入样品进样器的可能性。

附图说明

通过考虑以下参照所附图中的附图的本发明的一个或多个实施方案的说明性和非限制性的详细描述，将更好地理解本发明的这些以及附加目的、特征和优点，在附图中：

图1示出了根据本发明的液体分析仪的示意图；以及

图2示出了适用于根据本发明的液体分析仪的背压阀的示意图；

发明详述

现在考虑图1所示的液体分析仪2的示例性实施方案。本实施方案中通过移液管示例的液体样品进样器4被提供作为用于浸入液体样品6中的液体分析仪2的一部分，液体样品6在此被示出为包含在烧杯8中。有利地但不是必要地，加热器10定位成与液体样品进样器4热接触，以加热液体样品进样器4中的样品6的部分。这使得流动系统的长度最小化，因为提供与进样器4串联的单独的样品加热器将会向流系统添加体积和长度。此外，应当理解，大多数样品在加热时具有较低的粘度。这意味着使用加热的液体样品进样器4可以更容易/更快地泵送样品。应当理解，加热器10可以以本领域已知的许多方式来实现，但是这里仅作为示例，使用简单的电阻加热器，其具有缠绕在液体样品进样器4周围的电线加热元件。为了防止颗粒(通常较大的颗粒)、纤维或其他碎屑进入液体分析仪2，可以在液体样品进样器4的开口尖端处设置过滤器14。有利地，在液体样品进样器4的开口尖端附近测量样品温度，以及液体样品进样器4的加热部分12的温度。加热部分12处的温度测量可有效地用于加热器10的控制回路。样品温度的测量可以有用地用于加热的前馈控制。通过获知样品的温度和进气体积以及样品运送时间，可以获得更快且更好的温度校正。

至少一个测量区域16；16'(在本实施方案中为两个测量区域)也被提供作为液体分析仪2的一部分。一个测量区域16作为示例，并且在本实施方案中至少部分形成地由对于用于在测量区域16内询问液体样品的辐射为半透明的材料形成的测量试管限定。有利的是，可以在测量试管测量区域16之前，在从液体样品进样器4进入第一测量区域16的液体流动方向上提供串联过滤器18。优选地，串联过滤器18应放置在靠近测量区域16的入口附近，以便减少在分析之前要过滤的液体样品的体积，从而减小过滤器18上的负荷，从而降低过滤器18的堵塞的可能性。测量区域16的形状和结构将取决于在液体分析仪2中采用的测量技术，以便对液体样品进行分析。

提供样品排出口20作为液体分析仪2的组件，以接收通过液体样品进样器4被引入到液体分析仪2中的液体样品。在本实施方案中，样品排出口20被设置成以引导液体至废物箱，但是在其他实施方案中可以配置为转移液体以供再次使用(当样品分析仪2设置在生产线中的流动导管的旁路分支中时，可以有效地使用这种构造)。

流体系统还包括在液体分析仪2中，并且包括设置成与至少液体样品进样器4流动连通地连接的液体导管22；测量区域16，并且在这里还有样品排出口20。流动系统还包括第一泵模块p1，其具有泵24，优选地是容积式泵，更优选是注射器型活塞泵，其可操作地串联耦合到将液体样品进样器4与测量区域16连接的导管22的部分22a。还任选地包括作为流动系统的一部分的第二泵模块p2，其具有泵26，优选为容积式泵，更优选为注射器型活塞泵，其在液体从第一泵24流向测量区域16的方向上与导管22在测量区域16之后的部分22上可操作地串联耦合，并且优选地还通过流动系统的导管22的部分22c与样品排出口20液体连通。

容积式泵在吸入侧具有膨胀的空腔，在排出侧具有减小的空腔。当吸入侧的空腔膨胀时，液体流入泵中，并且当腔体塌陷时液体流出排出口。给定每个操作循环，体积是恒定的。因此，无论排放压力如何，容积式泵将在给定的泵速度下产生相同的流量。这导致了容积式泵被称为“恒流机”。容积式泵24、26优选地实现为活塞泵，因为有利的是，这种活塞泵具有其操作循环的单独的抽吸和排出阶段以及可以相对容易地调节(两个尺寸限制和变化率)调节的空腔体积以调节液体分析仪2内的流动条件。

根据本实施方案，仅作为示例，泵模块p1，p2的构造相同，并且每个还包括流量控制阀28、30；32、34，以及分别作为p1和p2的组件的第一和第二压力监测器36、38。可选地且未示出，可以将各个加热器元件(例如绕线电阻加热器元件)放置成与每个泵24、26热接触，以帮助保持液体分析仪2内的液体样品的期望温度。在一个实施方案中，加热器元件可以仅设置成与第一泵24热接触以保持进入一个或多个测量区域16,16'的液体样品的期望温度。

提供控制器40至少与第一泵模块p1可操作地连接，并且如本示例性实施方案所示，当该泵模块p2存在时，控制器40也可与第二泵模块p2可操作地连接。控制器40被配置为接收来自至少第一压力监测器36的输出作为输入，该输出表示由该监测器36测量的压力。控制器40还被配置为向至少第一模块p1提供控制信号作为输出，根据该控制信号控制第一模块p1的操作以便响应于至少第一压力监测器36的输出来调节流动系统中的液体流量，如下面将更详细描述的。应当理解，尽管在本实施方案中示出为单个单元，但是控制器40可以包括两个或更多个单元，每个单元可以被配置为提供控制器40的功能的子集，但是所有这些组合都配合以一起提供如本文所述的控制器40的总体功能。此外，控制器40可以被实现为单元的组件，其被配置为提供除了如本文所述的控制器40的功能之外的功能，例如，控制器40可被实现为数据处理器的一部分，其进一步配置以处理测量数据(如下所述)，以便提供一个或多个测量区域16；16'中的液体的组成分析。

液体分析仪2还包括提供合适的测量模式的测量部分42，其在本实施方案中是基于光谱仪的测量模态。在该实施方案中，测量部分42包括被配置为与测量试管16光学耦合的光谱仪器，并且适于以本领域公知的方式通过传输光学辐射例如中红外光辐射进入液体样品来并且使用诸如干涉仪或单色仪的光谱仪测量通常在通过样品透射之后由样品引起的询问光辐射的波长相关衰减来询问测量试管16中的液体样品的部分。测量部分42的数据处理器部件(未示出)通常被编程为执行所测量的波长相关衰减的标准化学计量处理。因此产生如此询问的液体样品的组成分析，例如分析样品中的特定关注成分，例如加工或未加工的乳或乳制品中的蛋白质、乳糖、脂肪、总固体；如葡萄酒或葡萄酒产品中的酒精、糖、酸、单宁的分析；或对液体样品中添加剂或其添加剂中存在掺假物的分析。

有用地，控制器40可以被配置为在使用中控制进入的液体样品，而不必先前了解样品本身的流变特性。优选地，控制器40能够在液体样品进入期间调节至少第一泵模块p1的操作，使得满足至少一个功能：

·样品进入应尽可能快。

·应清洁具有增加压降的过滤器。

·切勿低于流量系统中的最小预设压力。

·样品作为多个子样品被测量。

主要基于来自至少第一压力监测器36的输入完成调整。

现在将描述一个或两个泵模块p1，p2的示例性操作顺序，以便更好地理解根据本发明的液体分析仪2的流动系统的操作和优点。将对关于牛奶或奶类产品的分析进行描述，但是应当理解，根据待分析样品的类型来调整任何数值限制。

在分析仪2的操作的牛奶样品进入阶段期间，打开阀28并且关闭阀30，并且操作泵24以通过加速从样品烧杯8中抽出液体样品，以产生由压力监测器36监测的多达例如约0.2巴绝对值(80％真空度)的预定压力。最大速度取决于样品的粘度。在低粘度下，流速将倾向于受到泵24的最大速度的限制。随着粘度的增加，泵速度必须降低，以确保从移液管过滤器14到泵24的压降不会低于通过压力监测器36测量的预设最小值0.2巴绝对值。以这种方式，随着液体的粘度变化，活塞移动不会被液体进入跟随的可能性降低。

对于没有颗粒的液体样品，可以保持相同的泵速度，直到泵24的活塞室充满。含有较大颗粒的样品通常会导致流速下降，同时将监测的压降保持在预设的最小值。

如果流量变得太低，如由第一压力监测器36监测的压降所指示的那样，当泵24被操作以将液体样品沿着从样品进样器4到第一泵24中的方向移动时，该压降继续增加，则这指示液体样品进样器过滤器14正在堵塞并且需要清洁。在本发明中，这种清洁可以通过使控制器40控制泵模块p1来反冲洗过滤器14来实现。因此，在控制器40接收到来自压力监测器36的输出信号时，该输出信号表示随着第一泵24被操作以通过样品进样器4吸入液体(控制器40控制模块p1打开阀28，关闭阀30并且操作泵以增加活塞室容积时)的一个或两个连续的压力或压力值下降低于预设下限)，控制器40向泵模块p1发出控制信号，引起液体流动的反转。因此，控制信号使得第一活塞泵24反转其活塞的运动方向，从而减小活塞室体积并产生通过样品进样器过滤器14并返回到烧杯8中的样品中的液体流。

优选地，驱动装置64(例如电动机)机械地连接到液体样品进样器4，并且可操作以移动例如平移样品进样器4(或至少包含其开口尖端的部分)，从而还将进样器过滤器14重新定位到液体样品6内的不同位置。样品进样器4的运动至少在反冲洗(期间和/或之后)完成，并且可以有效地通过接收来自控制器40的信号来启动。重新定位样品进样器过滤器14将减少当由控制器40重新开始采样进样器时，从过滤器14冲洗的相同颗粒将被吸入液体样品进样器4的可能性。

在分析仪2的操作的样品呈现阶段期间，控制器40向泵模块p1发出控制信号，导致阀28关闭，阀30打开，以及泵24的操作，以减小其泵室的体积，从而使液体样品容纳在其中以流量xml/sec输送到测量区域16。最初，液体样品的流动消除了在测量区域16中的残留。该流速可以有效地根据从分析仪2的操作的液体样品进样阶段测量的粘度(由压力监测器36监测的压力所表示)来确定。控制器40向第二泵模块p2发出控制信号。该控制信号启动阀32的打开，阀34的关闭和第二泵26的操作，以增加其活塞室容积并吸入液体，从而引起在从测量区域16朝向第二泵26的方向上的有效地但不必然以较低的流速(例如x/2ml/sec)的流动。当第二泵26被操作以导致较低的流速时，液体样品的量以取决于由第一和第二泵24,26引起的流速比的比率在导管部分22d中流动。在一些实施方案中，导管部分22d中的这种流动将有助于提供与测量区域16的入口相关联的过滤器18的冲洗。在其它实施方案中并且如本实施方案所示，导管部分22d中的该流被用于引入液体样品进入第二测量区域16'。可选地提供的第二测量区域16'与其相关联地具有测量部分42'的第二可能不同的测量模态，用于询问存在于第二测量区域16'中的液体样品的一部分。作为示例，第二测量区域16'由流动池限定，流动池可操作地与第二测量部分42'的电导计相关联，以便测量该第二测量区域16'中的液体样品的电导率。在牛奶中，例如，这种电导率测量可以有用地用于以已知的方式提供该样品中的凝固点抑制以及因此水含量的预测。根据另一示例，第二(或另外)测量区域16'可以是被设计成提供穿过其中的液体样品的不同光路并且可选地与关联于第一测量区域16的第一测量部分42的光谱仪所采用的不同波长范围内的光谱测量相关联的第二光学比色皿。在不脱离所要求保护的本发明的情况下，可以提供其它测量区域和/或其它测量模态作为液体分析仪2的一部分。

控制器40可以被配置为控制第一泵24和第二泵26间歇地操作。当在该间歇操作期间停止第一和第二泵24,26时，对那时存在于测量区域16(另一测量区域16')中的静态液体子样品进行测量。控制器40监测从压力监测器38的输出得出的泵26处的压力。如果稳定，则在足以允许测量的预定时间之后，如上所述，控制器40发出控制信号以重新启动两个泵24,26的泵送操作，以便(至少部分地但最好是完全地)归还测量区域16中测量的液体样品的体积，此时再次停止第一和第二泵24:26并进行新的测量。为了提供样品的足够有代表性的测量(例如可以从测量的标准偏差确定)，所需的子样品数量可以重复该操作顺序。应当理解，光学比色皿中的样品量通常显著小于烧杯8中样品的总量，使得对这样小的样品等分试样的测量可能不代表整体，特别是在烧杯8中的样品不均质的情况下。

如果从第二压力监测器38的输出得知控制器40在使样品进入测量区域16期间记录了在第二泵26处的压降，则指示进样器过滤器18的可能的堵塞。然后，由控制器40启动该过滤器18的反冲洗。控制器40向第一和第二泵模块p1，p2输出指令，使阀30、32和34关闭，第一泵24停止，第二泵26反转其操作方向以使其活塞室体积减少少量。这增加了压力，然后控制器40发出指示以朝向测量区域16打开阀32。还可以使得通常与这种液体分析仪中的样品排出口20相关联的背压阀44基本上同时打开，优选地也在控制器40的控制下，以便增加穿过过滤器18的压降，从而增强反冲洗。

该背压阀44可以具有常规结构，例如偏置膜或球背压阀。然而，在某些情况下，低背压或无背压是有利的，而在其它情况下，高背压是有利的。因此，实现可以相对简单地产生可调节背压的背压阀将是有用的。此外，已知的背压阀容易在膜或球上积聚颗粒，因此具有泄漏和不稳定的背压。有利地，为了减轻这些问题中的至少一个，背压阀44可以是如图2所示构造的阀。

如图2所示，背压阀44可以实现为管阀，其中有用地可以从软件调节关闭阀44的保持压力。在打开时管60比已知背压阀的膜更容易通过冲洗来清洁。问题是需要多少力来克服管60的弹性。然而，这可以通过与第一和第二泵24、26分别相关联的压力监测器36、38在本液体分析仪2的流动系统中测量。这两个测量值有效地表示了适当的测量区域16或16'中的压力。任选地，如图2所示，可以使用两个压力区域来为阀44提供两个夹紧盖46；48。这可以降低颗粒引起故障的风险。每个区域的压力可以通过单个螺线管50或者可替代地每个夹紧盖46使用单独螺线管来施加。每个夹紧盖46；48可以如本实施方案所示，包括静态表面52；54相对于可移动表面56；58放置，并且夹紧盖46；48的成对的静电静态表面和可移动表面52，56；54；58之间定位有管子60。单个推杆62连接可动表面56；58并且具有通过螺线管50的部分。推杆52可以根据流过螺线管50的电流的大小和可能的方向而往复运动。可能需要将该螺线管50操作离开高度非线性区域。也可以在具有永磁体的磁路中使用线圈施加压力。线圈或螺线管5050内的电流优选地通过响应于例如由压力监测器36；38测量的压力的平均值给出的系统中的压力而从控制器40发出的控制信号来控制，以这种方式，可以实现流动系统22中的可调节背压。

从上述可以理解，通过组合由第一和第二压力监测器36,38进行的压力测量以及第一和第二泵24,26和阀28,30,32,34被操作的方式，然后可以建立自动测量序列，以最佳地流动每个样品。

另外地或者任选地，还可以提供液体分析仪2的操作中的清洁阶段，并且可以有用地在反冲洗之后启动。流动系统反向清洗，即沿着泵模块p2朝向第一泵模块p1的流动方向清洗。首先，从泵模块p2到废液漏斗的导管部分被冲洗，然后将泵模块p2到泵模块p1的旁路管柱被冲洗。然后移液管4被反冲洗。然后，可以尝试是否可以使用泵模块p2推动以及利用泵模块p1吸入来将第一测量区域16的比色皿反冲洗。另外或替代地，通常在上述反冲洗之后，比色皿的泡沫清洁优选但不是必要进行。

通过将洗涤剂如低泡沫洗涤剂从流动连接的保持器cf(优选与空气混合)引入到至少测量区域(比色皿)16中来实现泡沫清洁。在该示例性实施方案中，洗涤剂/空气混合物被引入流动系统的包括泵模块p1和p2以及测量区域(比色皿)16且在它们之间的并且优选地还包括串联过滤器18的部分中。模块p1和p2由控制器40操作以搅动至少在比色皿16中的洗涤剂/空气混合物，优选地通过使洗涤剂/空气混合物进入和排出比色皿16。

应当理解，包括可选的泡沫清洁的清洁阶段可以在根据本发明的液体分析仪2的实施方案中执行，其中仅一个泵模块如p1提供且由控制器40控制以在至少测量区域16内引起来自保持器cf的洗涤剂的搅动。

在整个清洁过程中，由第一和第二压力监测器36；38监测的压力由控制器40用于产生控制信号，以便调节泵速度，并且不对比色皿和流动导管22施加过大的压力(不足以导致其永久变形或失效)。它还用于评估流动导管22的一部分是完全还是部分阻塞。

在清洁之后，可以使用第一测量部分42根据来自流动连接的保持器zf的所谓“零液体”有效地获得光谱，该零液体位于第一测量区域(比色皿)16中。所获得的光谱与来自已知的干净的比色皿16中所保存的零液体的先前获得的光谱进行比较，以便评估目前比色皿16的清洁度。应当理解，可以使用任何参考液体代替零液体；所需要的是获得两个光谱用于比较的液体是光谱相同的。如果比较结果表明测量区域(比色皿)16不够清洁，则可以重复清洁阶段。

任选地，还可以在清洁之后至少测量比色皿-过滤器18和比色皿16上的压降。

基本构思是在清洁过程中具有反馈(压力和/或光谱)，并且能够报告其是否未良好清洁，即光谱比较和/或测量的压降是否在预定限度之外。

应当理解，虽然已经关于具有两个泵模块p1：p2的分析仪描述了本发明，但是一个或多个测量区域16；16'的任一侧，分析仪的功能可以仅使用一个(或多于两个)泵模块来实现，而不脱离所要求保护的本发明。