摘 要

自动进样系统，即将待测试剂加入仪器中，然后人工设置好相关参数，即可进行正常工作的系统。其最大的特点是集自动化与智能化为一体。液体自动进样系统的综合应用十分广泛，医学上药剂的分析，生物及化学里试剂的分析等都离不开它。实验结果的准确性、快速性直接与进样系统的性能相关。而且，液体自动进样系统的加样速度以及加样效率在实际应用中的作用不可小觑。自动化进样减少了由于人工加样而造成的误差以及减少了工作强度。目前而言，许多市面上公司的产品检测技术不足，又或者产品本身结构设计或有缺陷。如不能满足既定的进样精度，又或者因结构设计的问题造成样品在进样过程中的损失等。故在当今进样系统产品市场的大背景下，合理地开发及对液体自动进样系统的应用，在一方面可以减轻操作者的工作量；另一方面，还可以大大减少了样品在进样过程中的损失，从而一定程度地节省了试剂的用量。自动化进样减少了由于人工加样而造成的误差以及减少了工作强度。

本文主要从研究液体自动进样装置的结构设计入手，探讨如何从结构方面最大力度的来满足设计、工作需求。以及改善市面上现有产品的一些缺陷。在本文中，主要以敞开式质谱离子源为研究背景，着手于液体自动进样系统的研究和开发。通过分析不同的加样形式以及系统不同的机械结构的形式：通过对系统的丝杆、步进电机、导轨等部件的计算及选型，来确定系统的最终结构形式。再通过分析系统在整个工作过程中会产生误差的部分并提出解决方案。选择RS-485通讯电路为进样系统的通讯电路，与上位机连接进行通讯。经过调试验证了此进样系统可以满足工作需求。

关键词：液体进样系统；自动化；敞开式质谱离子源；步进电机

Abstract

Automatic liquid injection system is widely used in biochemical analysis, chromatographic analysis, medical analysis and other fields.The analytical results of reagents and samples are directly influenced by their accuracy and reliability. Moreover, the sample adding speed and sample adding efficiency of the automatic liquid injection system are also important factors that directly affect the reagent development cycle.In modern society, rational development and application of automatic liquid injection system can reduce the workload of operators.On the other hand, the utilization rate of liquid reagent can be greatly improved, thus saving the amount of reagent to some extent.Automatic sampling reduces the error caused by manual sampling and reduces the working intensity.

Automatic sampling system is a system that can perform normal operation after adding the testing agent into the instrument and manually setting the relevant parameters.Its biggest characteristic is the integration of automation and intelligence.At present, many companies in the market do not have high precision of product testing, inadequate testing technology, or the structural design of the product itself or have defects.

This thesis mainly studies the structure design of automatic liquid injection device, and discusses how to meet the design and work requirements with the maximum strength from the structure.And to improve some of the defects of existing products on the market.In this paper, we focus on the research and development of automatic liquid injection system based on the open ion source by mass spectrometry.The final structure of the system is determined by the calculation and selection of the screw, stepper motor, guide rail and other parts of the system.Then through the analysis of the system in the whole process of error will be produced in the part and put forward a solution.The 485 communication circuit is selected as the working circuit of the sampler system to communicate with the upper computer.After debugging, the system can meet the working requirements.

Keywords: liquid injection system;Automation;Open ion source by mass spectrometry;Stepper motor

目录

摘要

Abstract

第1章 绪论 1

1.1 课题来源及研究目的和意义 1

1.2 国内外研究发展现状 1

1.2.1 国外研究现状 1

1.2.2 国内研究现状 6

1.3 研究的基本内容及相关要求 7

1.3.1 研究内容 7

1.3.2 研究目标及要求 7

1.4 本章小结 7

第2章 总体方案设计 8

2.1 总体进样方案选择 8

2.2 敞开式质谱离子源技术对比 8

2.2.1 解吸电喷雾电离技术（DESI） 9

2.2.2 电喷雾萃取离子化技术（EESI） 9

2.2.3 介质阻挡放电离子源技术（DBDI） 9

2.3 自动进样系统传动机构方案选择 11

2.3.1 系统动力源选择 12

2.3.2 传动机构的形式 13

2.4 自动进样方式选择 15

2.4.1 流动式加样 15

2.4.2 注射式进样 16

2.4.3 虹吸式进样 17

2.4.5 进样方案选择 18

2.5 夹持装置方案设计 18

2.5.1 常规式插入结构 18

2.5.2 锯齿形夹持结构 19

2.5.3 夹持结构对比分析 20

2.6 本章小结 20

第3章 机械结构设计 21

3.1 步进电机的选型计算 21

3.2 12针夹持底座及压板设计计算 22

3.3 导轨选型计算 23

3.3.1 导轨设计要求 23

3.3.2导轨设计选型 23

3.4 丝杆选型计算 23

3.5 本章小结 23

第4章 电路部分设计 24

4.1 硬件电路方案设计 24

4.2 RS-485通讯电路介绍 24

4.2.1 通讯电路方案选择 25

4.3控制电路设计 25

4.4 本章小结 26

第5章 实物调试 27

5.1实物图展示 27

5.2 进样结果显示 28

第6章 结论 31

6.1 文章总结 31

参考文献 32

致 谢 33

第1章 绪论

1.1 课题来源及研究目的和意义

液体自动进样系统，即将待测试剂加入仪器中，然后人工设置好相关参数，即可进行正常工作的系统。导轨的设计开发以及合理的进样方式是研究液体进样系统的重点。与通常的固体进样系统设计不同，液体物质的特点是其流动性。因此对液体样本的进样量及储存方式提出了一定的挑战。传统的人工加样方式弊端较多，如肉眼难以准确控制加样量，工作重复且繁琐 ^[1]。在该问题背景下，研究出一种高效化、智能化、精确化的液体自动进样系统已成为一种迫切需求。为满足在特定工作需求条件下的液体自动进样装置，以此来实现部分或完全取代人工操作的目的。该装置在临床医学检测试验、生物化学试验、色谱分析等领域可以得到充分地应用。

再者，在敞开式质谱离子源的应用背景下，又可以充分体现其独特的优势：