可现场部署的多路式取样和监测装置及细菌污染测量方法制造方法及图纸

技术编号:22334350 阅读:37 留言:0更新日期:2019-10-19 13:05
用于处理来自一片流体的样本的系统和方法。该系统包括用于从一片流体采集样本的一个或多个取样瓶。每个取样瓶最初保留预填充流体。每个取样瓶都包括流体入口端口和瓶出口端口。每个取样瓶都具有耦接到流体入口端口的入口止回阀,该入口止回阀被配置为当一片流体与取样瓶内的流体之间的压力差达到阈值时允许来自一片流体的流体经由流体入口端口进入取样瓶。该系统还包括至少一个泵,每个取样瓶的瓶出口端口经由不同的控制阀选择性地耦接到至少一个泵。至少一个泵在第一配置中被配置为从每个所选取样瓶中移除预填充流体,使得对于每个所选取样瓶,达到压力差阈值并从一片流体采集样本。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】可现场部署的多路式取样和监测装置及细菌污染测量方法相关申请的交叉引用本申请要求2017年3月1日提交的名称为“Field-deployableMultiplexedSamplingandMonitoringDeviceandBacterialContaminationMeasurementMethod”的美国临时专利申请序列号62/465,232的优先权,其在此通过引用整体并入本文。
本专利技术涉及一种可现场部署的多路式取样和监测装置,其可以用于在没有交叉污染的情况下并且在不同深度处自主地取样和监测一片流体(abodyoffluid,大量流体)。另外,提供了样本制备和分析模块及方法,其允许样本与试剂混合并温育一段时间,同时并行地对样本执行特定于波长的光学测量。
技术介绍
在许多领域中,需要人工取样然后进行不同类型的实验室分析,来执行水质参数的监测。对于许多应用而言都是如此,包括饮用水、废水、环境用水、娱乐用水、沿海水和工业过程水监测。这种取样和分析操作既是配备密集又是劳动密集的,需要大量资源和训练有素的人员,既昂贵又耗时。此外,由于不正确的取样监管链,结果可能无法完全代表被收集的样本所处的环境;这可能导致取样采集期间的样本污染,或者导致在运输到实验室期间的温度变化和样本降解过程。化学平衡可能被影响,样本中的活性物质(例如细菌、藻类)可能会演变(繁殖或死亡)并消耗样本的营养物,并且样本与管道和容器材料的相互作用可能导致某些物种吸附到容器或管道壁或者从容器或管道壁释放。为了避免这种样本降解,需要采取附加措施,诸如样本冷藏,或添加不同类型的化学品,诸如固定剂。该要求进一步增加了样本收集和运输的复杂性和后方勤务(logistic,后勤、安排协调)。通常,需要监测的事件可能在不可预测的时间发生(意外污染和风暴就是这种情况),或者可能需要样本的时间序列以在事件的整个持续时间内的不同时间提供关于成分的信息(允许记录污染图)。这可能需要快速派遣人员并延长时间长度,相关成本高且后方勤务要求有难度。替代性地,可以使用自动取样装备(自动取样器),自动取样装备可以通过外部命令、通过传感器(诸如降水传感器或浊度探头)远程触发,或者可以按照预编程的时间表操作。取决于应用,可能需要采集随机采集的样本(其代表在一个位置和一个时刻的取样介质)、复合样本(在一段时间内每隔一定时间间隔采集的多个样本)或者流动-比例复合样本(在一段时间内半连续地、以与在取样点测量的水流速成比例的平均摄入率收集的样本)。在某些应用中需要自适应取样(取样操作的开始由传感器读数触发)。这种自动取样器应尽可能通用。特别地,它们应该易于安装和取回。它们应该能够在所有气象条件下、在近海岸或远离海岸的表面或不同深度处进行取样,并且不需要外部电源。样本应代表部署取样器的地方的介质。取样机制不应在连续样本之间引入交叉污染,尤其是如果以痕量水平监测污染物是重要的。在开阔水域中进行取样可能需要使用适当配备的船,这可能引入重要的附加成本。取样和分析操作的复杂性可能造成后方勤务噩梦,有很强的人为错误的可能性。此类操作所固有的人员风险也很重要,尤其是如果在夜间、在开放水域中从浮动平台诸如船或驳船或者在风暴事件期间执行取样。某些类型的污染也可能带来特定风险,诸如爆炸、火灾、化学危险、放射性危险或生物危险。特定类型的污染诸如海上石油泄漏可能需要在某些事件之前、期间和之后或者在施加污染处理之后在开放水域条件下进行大面积监测。例如,在开始勘探和钻井操作之前(为了建立基线)、在钻井阶段期间(当泄漏风险高时,涉及原油和不同的钻井液或用于处理的化学品)、在完成阶段期间、在井寿命结束时的解除运作操作期间、以及对于在井的整个运行生产阶段的长期监测,可能需要在海上石油平台周围的不同位置和深度处的多个同步样本。类似地,每当在开放水域中发生意外污染诸如来自油轮或平台的溢油,就需要在溢出物周界周围的不同位置处快速部署监测配备,以评估随时间推移的损害的范围和进展,并评估正在进行的补救操作(诸如来自船或飞机的分散剂处理)的效率。通常,这种监测需要能够评估水柱顶部中烃类的存在,并且能够在执行处理操作之前、整个过程中和之后收集不同位置和深度处的样本。理想地,此类系统应监测一种或多种污染指示物,诸如荧光的存在、pH的变化或其他合适的参数。每当满足某些条件,系统就应该能够自动收集一个或多个样本。每当发生此类污染事件,快速干预都是至关重要的,需要能够简单快速部署和取回并且即使在陆基网络无法到达时也理想地进行无线通信的监测系统。其他类型的污染诸如天然渗漏可能需要长期监测,并且每当满足某些条件(例如,每当荧光计记录的荧光水平达到指示存在原油的阈值时)就进行取样。目前使用的自动取样器是不能潜水的,并且它们通常使用从单元延伸到水体的软管以及真空泵或蠕动泵,以便将样本从水体拉到取样器。这种取样器相对难以安装,并且由于泵性能有限以及管中可能发生的空化,因此在最大安装高度上存在限制。所有样本都循环通过相同的取样管,这可能导致严重的交叉污染。因此,需要在装置中对清洁程序进行编程。这种简单的清洁(即吹送空气或反向泵送)可能无法有效地去除某些类型的污染,特别是:可能粘到管道材料上的油膜、可能在管中产生菌落的细菌、可能吸附或以其他方式附着到管道壁或泵壁上的化学品和微量化合物。此外,悬浮的颗粒可能不会以与管中的水相同的速度行进,这可能导致无代表性的取样。这样的取样器不能在不同深度处取样,因此需要使用多个单元用于该目的。最后,如果电源和通信线路不可用,则这样的取样器将需要附加的电池和无线发射器,附加的电池和无线发射器通常不集成在取样器单元中,而是具有一定大小和重量的单独单元,这进一步使安装过程复杂化。安装需要时间和资源,并且在危机情况下无法快速执行。在公海中使用此类仪器需要配备齐全的船,或者有其他类型的可用于海洋的浮动平台可用,这需要大量费用。对于之前描述的许多应用,这些限制可能是费力的。一些应用(诸如:饮用水质量保证、水产养殖、废水监测、环境监测、娱乐用水监测等)需要对水进行微生物分析以测量病原体诸如肠球菌、粪大肠杆菌、E.Coli和其他细菌或病毒的存在和浓度。此类病原体可能给水的最终用户带来严重的健康风险,并且经常需要测量以符合当地、地区或联邦法律。这些测量对于操作目的也可以证明是有用的,例如,以改善水处理过程,或使进一步污染的风险最小化。这种微生物分析通常需要在收集的几小时内并且在冷藏条件下将样本从收集场所运输到实验室,以允许样本内的细菌随时间推移的最小演变。然后,测量水中存在的细菌需要执行实验室分析。通常,目前有几种技术用于测量细菌诸如E.Coli或大肠杆菌群,其中最广泛使用的技术与程序的典型持续时间一起总结如下:·膜过滤(可选),以及在培养皿中的AGAR培养基上铺板,然后进行温育和菌落计数(需要24-48小时)·通过细菌培养在包含与细菌代谢产生的某些色原和/或荧光团有关联的特定酶底物的生长培养基中测量酶活性,然后温育并视觉确认吸光度和/或荧光(需要18-24小时,并且用作存在/不存在测试。可以将样本分成多个隔室或孔以提供一些量化分析)·基于DNA的分析,其涉及不同形式的PCR(量化PCR或数字PCR)(需要12小时)·基于直本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于处理来自一片流体的样本的系统,所述系统包括:一个或多个取样瓶,所述一个或多个取样瓶用于从所述一片流体采集样本,每个取样瓶最初保留有预填充流体,每个取样瓶都包括流体入口端口和瓶出口端口,每个取样瓶都具有耦接到所述流体入口端口的入口止回阀,所述入口止回阀被配置为:当所述一片流体与取样瓶内的流体之间的压力差达到阈值时,允许来自所述一片流体的流体经由所述流体入口端口进入所述取样瓶;以及至少一个泵,各取样瓶的所述瓶出口端口经由不同的控制阀选择性地耦接到所述至少一个泵,其中,所述至少一个泵在第一配置中被配置为:从每个所选取样瓶中移除预填充流体,使得对于每个所选取样瓶,达到压力差阈值并从所述一片流体采集样本。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2017.03.01 US 62/465,2321.一种用于处理来自一片流体的样本的系统,所述系统包括:一个或多个取样瓶,所述一个或多个取样瓶用于从所述一片流体采集样本,每个取样瓶最初保留有预填充流体,每个取样瓶都包括流体入口端口和瓶出口端口,每个取样瓶都具有耦接到所述流体入口端口的入口止回阀,所述入口止回阀被配置为:当所述一片流体与取样瓶内的流体之间的压力差达到阈值时,允许来自所述一片流体的流体经由所述流体入口端口进入所述取样瓶;以及至少一个泵,各取样瓶的所述瓶出口端口经由不同的控制阀选择性地耦接到所述至少一个泵,其中,所述至少一个泵在第一配置中被配置为:从每个所选取样瓶中移除预填充流体,使得对于每个所选取样瓶,达到压力差阈值并从所述一片流体采集样本。2.根据权利要求1所述的系统,其中,所述至少一个泵包括真空泵和压力泵,并且所述压力泵起作用以对所述所选取样瓶进行加压。3.根据权利要求1所述的系统,其中,所述至少一个泵是双向泵。4.根据权利要求1所述的系统,其中,至少一个取样瓶具有相关联的泵送过滤器,所述泵送过滤器允许所述预填充流体通过,但不允许来自所述一片流体的流体通过,所述泵送过滤器被定位成使得已经从所述一片流体进入所述至少一个取样瓶的任何流体都不会通过与所述至少一个取样瓶相关联的所述控制阀。5.根据权利要求4所述的系统,其中,所述泵送过滤器被定位到或延伸到所述取样瓶内,使得来自所述一片流体的仅预定体积的流体被允许进入所述取样瓶。6.根据权利要求5所述的系统,其中,所述预填充流体是气体,并且在来自所述一片流体的所述预定体积的流体已经进入所述取样瓶之后,所述取样瓶中仍保留有一定体积的预填充气体。7.根据权利要求1所述的系统,还包括至少一个控制器,用于控制所述至少一个泵和所述控制阀。8.根据权利要求1所述的系统,其中,每个取样瓶都包括使所述流体入口端口从取样瓶向远侧延伸的取样管,所述取样管的长度被允许在不同的瓶之间变化。9.根据权利要求1所述的系统,其中,所述系统包括在部署所述系统之前被安装以获得样本并在已经获得所述样本之后被丢弃的一次性部件,所述一次性部件包括选自由下述组成的组的多项:所述取样瓶、所述入口止回阀、泵送过滤器、入口过滤器、管道、冲洗阀、试剂、移动隔板、活塞、袋、隔膜、密封机构、以及用于将所述一次性部件固定到所述系统的锁定机构。10.根据权利要求1所述的系统,其中,所述取样瓶中的至少一个取样瓶包括装配有冲洗止回阀的冲洗端口,所述冲洗止回阀被配置为允许样本流体离开瓶。11.根据权利要求1所述的系统,其中,所述取样瓶中的至少一个取样瓶包括将所述瓶出口端口与所述流体入口端口分隔开的可移动的隔板、活塞、袋和/或隔膜。12.根据权利要求1所述的系统,其中,所述取样瓶包括在采集样本之前被置于所述取样瓶内以便一旦采集到样本就与样本流体混合或反应的固定剂、化学试剂、生物试剂、生长培养基、杀生物剂、防腐物质或其组合。13.根据权利要求1所述的系统,还包括:所述一片流体能够流动通过的导管、管路或歧管,每个取样瓶的所述流体入口端口连接到所述导管、管路或歧管。14.根据权利要求1所述的系统,还包括:温度控制设备,用于控制一个或多个取样瓶中的至少一个取样瓶中的样本流体的温度。15.根据权利要求14所述的系统,其中,所述温度控制设备包括控制器,所述控制器被配置为:确定将取样瓶中的样本流体的温度升高到期望温度所需的热的总量,并且只要所述温度控制设备在操作上有能力,就使得在最初尽快地将所确定的热的总量注入到所述样本流体中。16.根据权利要求1所述的系统,还包括至少一个光学传感器,以用于测量取样瓶中的样本流体的光学性质,其中,所述光学传感器包括下述中的至少一种:光源、光学设置装置、光检测器、或其组合。17.根据权利要求16所述的系统,还包括控制器,所述控制器被配置为:基于所述至少一个光学传感器的输出,确定何时已经获得取样瓶中的样本流体。18.根据权利要求16所述的系统,其中,所述光学传感器被配置为确定选自由下述组成的组的至少一种光学性质:样本在特定波长的吸光度、样本在特定波长被激发时的荧光、样本浊度、样本折射率、及其组合。19.根据权利要求16所述的系统,还包括控制器,所述控制器被配置为:根据在取样瓶中的样本流体的温育期间从所述至少一个光学传感器获得的荧光和/或吸光度信号出现时间,来确定所述样本流体的细菌浓度。20.一种处理来自一片流体的流体样本的方法,所述方法使用至少一个泵和一个或多个取样瓶,每个取样瓶最初容纳有预填充流体并且包括流体入口端口和瓶出口端口,各取样瓶的所述瓶出口端口经由不同的控制阀选择性地耦接到所述至少一个泵,每个取样瓶都具有耦接到所述流体入口端口的入口止回阀,所述入口止回阀被配置为当所述一片流体与取样瓶内的流体之间的压力差达到阈值时允许来自所述一片流体的流体经由所述流体入口端口进入所述取样瓶,所述方法包括:将每个取样瓶的所述流体入口端口定位在所述一片流体中;控制所述一个或多个取样瓶中的至少一个取样瓶的所述控制阀,以将所述至少一个取样瓶的所述瓶出口端口耦接到所述至少一个泵,其中,所述至少一个泵在第一配置中被配置为:从每个所选取样瓶中移除预填充流体,使得样本被从所述一片流体采集到所选瓶中。21.根据权利要求20所述的方法,其中,所述至少一个泵包括真空泵和压力泵,并且所述压力泵起作用以对所述所选取样瓶进行加压。22.根据权利要求20所述的方法,其中,所述至少一个泵是双向泵。23.根据权利要求20所述的方法,其中,至少一个取样瓶具有相关联的泵送过滤器,所述泵送过滤器允许所述预填充流体通过,但不允许来自所述一片流体的流体通过,所述泵送过滤器被定位成使得已经从所述一片流体进入所述至少一个取样瓶的任何流体都不会通过与所述至少一个取样瓶相关联的所述控制阀。24.根据权利要求23所述的方法,还包括:将所述泵送过滤器定位或延伸到至少一个取样瓶内,使得来自所述一片流体的仅预定体积的流体被允许进入所述取样瓶。25.根据权利要求24所述的方法,其中,所述预填充流体是气体,并且在来自所述一片流体的所述预定体积的流体已进入所述取样瓶之后,所述取样瓶中仍保留有一定体积的预填充气体。26.根据权利要求20所述的方法,还包括:使每个取样瓶的所述流体入口端口从该取样瓶经由管向远侧延伸。27.根据权利要求20所述的方法,还包括...

【专利技术属性】
技术研发人员:旦·E·安杰列丝库安德烈亚斯·豪索
申请(专利权)人:富陆意迪恩股份公司
类型:发明
国别省市:法国,FR

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