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上万份电化学配方怎么测?欧世盛构建电化学高通量配液标准化数据链路

 更新时间:2026-11-05 点击量:22

60种固体粉末、60种液体试剂,两两组合是3600组。每组再取三个浓度,就是10800份待测溶液。这还只是 60×60 的二元示意,真实电解液配方维度更多,组合空间只会更大。按手工配制一份6分钟估算,配完这批溶液约需1080小时,折合135个工作日——真正的测试才刚刚开始。

电化学高通量实验首先需要解决的,正是这部分重复而密集的配液工作。欧世盛自动化电化学综合实验平台将固体加料、液体移取、溶剂定量、振荡溶解、8通道送样和清洗排污整合为连续流程,可按实验需求灵活组合,通道数量可按实验通量与单路流量需求配置,运行日志、实验报告完整留存在同一套软件中。

本平台可承担多组分电解液配制、配方浓度梯度实验、催化剂平行评价前的样品准备,以及需要跨批次比较的重复性实验。对于已经配备电化学工作站和测试池的课题组,可在保留现有测试设备的基础上接入自动配液与送样能力。

图1| 欧世盛自动化电化学综合实验平台

01 一套平台,接管测试前的配液与送样

平台采用落地式集成结构,上层是配液与测试作业区,下层框架布置电气控制柜、电化学工作站安装位。装置内部按功能划分为配液单元、测试单元和移动模组。

配液单元容纳60个20mL 液体储存瓶与60个15mL 固体料仓。上万份级任务通过软件的耗材管理与缺料预警分批连续执行,中途补料不中断流程。六轴机械臂通过快换夹爪切换末端工具,完成取瓶、开关盖、固体加料和液体移取。测试单元配置8套注射泵及独立流路,耐受 DMF、THF 等强腐蚀性溶剂。XYZ 三轴移动模组负责入口管定位。物料从原料架进入,经配制、溶解后送往测试池,废液在另一端分流收集。解决了大批量微量配方样品,在重复配制过程中难以维持条件一致性、人工操作带来偏差的难题。

02 从原料瓶到测试池,一轮实验这样运行

图2|平台俯视效果图:原料区、机械臂、配液区与测试区布置在同一机架内

固体原料按配方称取。机械臂取出空瓶并置于加料天平,再夹取对应固体料仓完成加料。固体加料范围为5–2000mg。天平可读性0.1mg,在20mg 加料点的准确度为±0.3mg。称量结果直接参与加料过程控制,减少人工称取、转移和记录之间的断点。

液体组分由移液模组加入。机械臂更换移液工具后完成取液。系统使用一次性吸头,并配置吸头有无检测、自动脱吸头、液位检测与前端堵塞检测。移液过程中的异常可被识别并进入运行记录,避免在缺少吸头或液位不足时继续执行后续动作。

溶剂定容与振荡溶解连续完成。注射泵经6位切换阀连接不同溶剂,先清洗管路,再按设定体积加液,定量误差小于1%,重复精度RSD小于 0.5%。随后样品瓶进入摇床,转速可在30–300rpm 内设定,转速误差为±2%,用于保持各样品溶解过程的一致。

配制好的溶液进入8通道测试区。测试单元由8套注射泵组成,流量范围0.1–30 mL/min。XYZ 三轴移动模组携带入口管完成取液定位,8路出口管与测试池一一对应。测试池和电化学工作站可沿用用户现有设备,平台在下层框架和洞洞板上预留安装位置。

样品测试后,流路自动清洗并分类排废。系统先清洗入口管与针头外壁,再清洗出口管。8路出口经单向阀汇合,自动三通阀将水系与有机系废液分流收集。清洗、送样和下一组配方之间由调度程序衔接,减少连续实验中依赖人工记忆的步骤。

03 面向电化学实验,做了三处特殊设计

1. 全过程触液件不用金属

电化学体系对痕量金属敏感。Fe、Cu、Ni 等离子可能在电极表面沉积,改变表观活性与产物选择性,进而干扰不同配方之间的比较。平台将“全过程触液不允许使用金属材质"落实到具体部件:高硼硅玻璃与陶瓷用于注射泵筒体和针头,PTFE 用于密封与阀芯,PEEK 用于接头与结构件,管路采用 PP、PFA。

材质分工同时兼顾化学惰性、密封性能与机械强度,截断装置自身向溶液引入金属离子的路径。对电解液筛选、电催化评价等需要比较细微响应差异的实验,这项设计直接关系到数据能否用于组间判断。

2. 固体、液体与溶剂分别控制定量误差

平台没有用一个“自动配液"动作概括全部过程,而是对三类物料分别配置计量单元:固体由天平与加料机构闭环控制,液体组分由移液模组完成,溶剂由注射泵柱塞行程和定容流路控制。每个环节都有可核查的规格参数,便于按实验要求评估配制偏差。

这些参数会进入电化学结果。浓度变化可影响极限扩散电流、溶液电导率和产物定量,因此配液精度不仅关系操作便利性,也关系不同批次曲线能否放在同一基准下比较。平台将人工称量、移液和定容转为受控动作,为批量筛选提供统一的配制条件。

3. 8路独立送样,清洗与排废按流路设计

连续测试时,前一份样品的残留可能进入后一份样品。平台将交叉污染控制落实在流路次序上:入口管需依次插入各样品瓶取液、交叉污染风险最高,因此最先清洗。出口管随后清洗。8 路泵体与入口各自独立,只在出口段汇合,单向阀阻断废液上行回流,水系与有机系废液不共用收集通路。

8 通道并行还便于安排同批对照。不同样品由同一配液单元供液,并在相近时间窗口内完成测试,可减少溶剂换瓶、环境变化和仪器漂移对组间比较的影响。对于以配方排序为目标的筛选实验,这比单纯增加单次测试数量更有意义。

04 软件把流程、资源和实验记录放在一起

平台支持向导式操作和流程自建,用户可按配方与实验步骤建立运行序列。调度系统处理多任务并行,任务可暂停、恢复和导出。手动与自动双模式用于调试和正式运行之间的切换,权限分级则便于多人共用装置。

运行过程中,顶部 360° 摄像头监测装置状态。系统自动生成运行日志,资源管理模块录入并统计耗材与试剂,缺料信息可集中查看。实验结束后,统计分析模块输出实验报告。配液、送样、清洗和异常事件由此保留在同一份过程记录中。

实际称取量、溶剂瓶位、清洗次数、摇床转速与时长等过程信息具备成为数据字段的条件,可与电化学曲线一并归档。用于配方筛选或活性预测时,模型不仅能够读取实验结果,也有机会利用配制条件解释批次差异。

自动化电化学综合实验平台,不只是将人工配液工作自动化,更是把配制条件、操作过程变成可控、可记录的标准化变量。在电化学 AI 科研快速发展的当下,高质量可比的实验数据,是配方筛选、催化剂活性预测的基础,平台从样品制备源头,为 AI4S 范式下的电化学研究筑牢实验底座。



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