一種智能加熱回流消解儀的設(shè)計(jì)分析

吳宇豪

摘? 要：為了解決傳統(tǒng)消解儀使用中存在的安全性問題，完善消解儀功能，該文集成應(yīng)用智能化、自動(dòng)化控制技術(shù)，對(duì)智能化加熱回流消極儀的設(shè)計(jì)展開分析，同時(shí)對(duì)智能加熱回流消解儀優(yōu)勢(shì)、常用消解方法展開論述。借此在智能加熱回流消解儀中控制、冷凝回流和加熱等功能結(jié)構(gòu)的創(chuàng)新設(shè)計(jì)中，強(qiáng)化消解儀安全性能，使消解儀在智能化設(shè)計(jì)中，可廣泛應(yīng)用在各領(lǐng)域?qū)嶒?yàn)、生產(chǎn)作業(yè)中。

關(guān)鍵詞：智能加熱;回流;消解儀

中圖分類號(hào)： TB99? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

消解儀屬于常用樣品處理設(shè)備，根據(jù)消解儀的自動(dòng)化程度，可將其劃分為自動(dòng)化、半自動(dòng)消解儀，而基于消解儀技術(shù)原理，可將其分為微波、電熱消解儀2種。在我國的經(jīng)濟(jì)體系中，消解儀多用于樣品制備、材料萃取中，對(duì)我國各行業(yè)的創(chuàng)新發(fā)展意義重大。為了突出消解儀的使用價(jià)值，該文對(duì)一種智能加熱回流消解儀設(shè)計(jì)展開研究，旨在優(yōu)化消解儀結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，提高消解儀應(yīng)用中的智能化水平。

1 智能加熱回流消解儀優(yōu)勢(shì)分析

首先，智能加熱回流消解儀多采用具有耐高溫、耐腐蝕的石墨作為消解孔主材料，加熱過程更為均衡、安全，其消解程序內(nèi)設(shè)有PID控溫程序，能夠?qū)?shí)際消毒溫度、設(shè)定溫度誤差控制在2 ℃。并且智能加熱回流消解儀加熱模式為“一體化環(huán)繞”，可在樣品消解時(shí)，保障樣品內(nèi)外受熱的均勻性，進(jìn)而使樣品徹底消解。

其次，在智能加熱回流消解儀結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)的消解孔會(huì)增設(shè)獨(dú)立性加熱回流裝置，使各消解孔溫度可以單獨(dú)調(diào)整，同時(shí)在正式消解樣品時(shí)，消解儀顯示屏可以清晰地顯示各消解孔內(nèi)部溫度、回流時(shí)間，便于相關(guān)人員的實(shí)時(shí)監(jiān)控[1]。最后，智能加熱回流消解儀會(huì)在裝置冷卻時(shí)，應(yīng)用空氣冷卻手段，以突出消解儀的節(jié)能、環(huán)保特點(diǎn)。另外，智能加熱回流消解儀設(shè)計(jì)的大容量消解瓶，可以有效應(yīng)對(duì)傳統(tǒng)樣品消解時(shí)面臨的移液問題，直接由消解瓶滴定，有利于提高智能加熱回流消解儀使用時(shí)的便捷性。再者，智能加熱回流消解儀，可用于批量樣品處理，有助于減少人為操作時(shí)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)、信息誤差，能夠在保障樣品消解質(zhì)量的基礎(chǔ)上，提高樣品消解速率。

2 智能加熱回流消解儀常用消解方法

智能加熱回流消解儀具體指“酸消解樣品”的預(yù)處理裝置，加熱模式多為一體環(huán)繞式，石墨、鋁合金是消解儀的材料主體。但是具體消解樣品種類不同，智能加熱回流消解儀所用消解方法會(huì)產(chǎn)生一定差異性。例如，在消解樣品為土壤時(shí)，消解儀所用試劑為優(yōu)級(jí)純的鹽酸、高氯酸、硝酸，試劑含量分別為1.19 g/mL、1.42 g/ mL、1.68 g/ mL，相關(guān)人員會(huì)稱量0.2 g～0.5 g土壤樣品，將其放置在消解管內(nèi)部，然后添加10 mL鹽酸，并將消解管插入消解孔內(nèi)。然后，將智能加熱回流消解儀內(nèi)部溫度控制在100 ℃，在樣品余量減少時(shí)將其取出、冷卻。再將硫酸、高氯酸等消解試劑增加到樣品中后，將消解儀問題調(diào)整到170 ℃，持續(xù)加熱1 h，冷卻后開蓋、持續(xù)加熱、溫度為200 ℃、直到樣品產(chǎn)生白色濃煙，且樣品數(shù)量變少[2]。而在科研領(lǐng)域中消解血樣時(shí)，消解管需選用玻璃管，消解試劑為硫酸與高氯酸。相關(guān)人員可在試劑、設(shè)備就位后，選擇2 mL血液樣品，將其放置在37 ℃水中，持續(xù)時(shí)間為10 min，然后將其制作為血清樣品，放置在消解管內(nèi)，加入硫酸與高氯酸制作的消解混酸，搖勻后放置10 min，插入消解孔，溫度為120 ℃。樣品分解后，將溫度升高至180 ℃～190 ℃，待白煙冒盡、樣品蒸發(fā)變干后將其取出，同時(shí)加入1 mL蒸餾水，重復(fù)進(jìn)行2次加熱、趕酸處理，在樣品冷卻后可將樣品搖勻，等待檢測(cè)。

3 一種智能加熱回流消解儀的設(shè)計(jì)

3.1 設(shè)計(jì)背景

傳統(tǒng)消解儀在具體應(yīng)用中，加熱裝置中的三角消解瓶，會(huì)產(chǎn)生安全隱患，影響人員的操作安全，且消解儀內(nèi)冷凝回流裝置內(nèi)自來水無法循環(huán)利用，容易導(dǎo)致水資源損耗增大，不利于水資源的保護(hù)。因此，相關(guān)人員需要在傳統(tǒng)消解設(shè)備的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)智能化的加熱回流消解儀，使消解儀能夠在自動(dòng)消解中，利用空氣自動(dòng)冷卻裝置、樣品，并且在消解過程中，可自動(dòng)停止加熱、清洗裝置內(nèi)部。

3.2 設(shè)計(jì)圖分析

智能加熱回流消解儀具體設(shè)計(jì)如圖1所示。具體來說，消解儀支撐架可以連接加熱裝置中的加熱管道，在消解儀架體將加熱管道包裹后，可在加熱裝置內(nèi)部增加置杯區(qū)，用于放置錐形樣品加熱瓶，消解儀殼體所設(shè)計(jì)的顯示屏6可以作為操作面板，控制消解儀內(nèi)冷凝回流、加熱和清洗設(shè)備等核心設(shè)備，并由顯示器內(nèi)儲(chǔ)存卡，記錄消解過程中的樣品參數(shù)變化，以確保樣品消解結(jié)果數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。另外，在該智能加熱回流消解儀設(shè)計(jì)中，冷卻水可通過設(shè)置回流杯，減緩消解儀內(nèi)氣流回流速度，使消解儀內(nèi)氣流可在重力影響下凝結(jié)回流。而在消解儀加熱裝置殼體外設(shè)計(jì)的散熱風(fēng)扇，可在智能加熱過程中，對(duì)消解儀加熱器進(jìn)行散熱處理，有利于提高消解儀操作的安全性[3]。

3.3 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

智能加熱回流消解儀屬于一體化裝置，由加熱、冷凝回流、自動(dòng)清洗、顯示和溫度控制等裝置組成，各裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)主要體現(xiàn)在以下內(nèi)容中。

3.3.1 加熱裝置

消解儀內(nèi)的加熱裝置中包括大量獨(dú)立的加熱單元，消解瓶、加熱控制終端、加熱指示燈、電路板、電熱器的加熱單元的重要組分。在該消解儀加熱裝置中，電熱器會(huì)固定在消解儀殼體前方，且電熱器上方區(qū)域會(huì)設(shè)有“灶架”，便于將消解瓶鋪設(shè)在電熱器上方。而加熱電源中的指示燈、加熱控制終端均固定在消解儀控制臺(tái)中，按壓加熱控制終端的控制鍵后，指示燈顏色會(huì)發(fā)生改變，代表電熱器已經(jīng)進(jìn)入加熱消解環(huán)節(jié)。

3.3.2 冷凝回流裝置

該裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可以分為回流、冷凝裝置2個(gè)版塊，水箱、風(fēng)冷設(shè)備、冷凝瓶是冷凝裝置的重要組分，其中水箱材質(zhì)為不銹鋼，箱體內(nèi)設(shè)置液位計(jì)、液位窗口，使技術(shù)人員能夠從窗口獲取液位計(jì)指數(shù)，掌握水箱內(nèi)液位情況。冷凝裝置中，冷凝瓶由出氣口、進(jìn)水口、冷凝管組成，瓶體固定方法為“萬用夾”，相關(guān)人員可使用萬用夾、螺絲將冷凝瓶固定在冷靜裝置殼體上。而在風(fēng)冷設(shè)備結(jié)構(gòu)中，軸流風(fēng)機(jī)、冷凝器可將消解儀回流中的水熱量及時(shí)排解，降低消解儀內(nèi)的水循環(huán)溫度，使其在冷卻后可在流經(jīng)冷凝瓶、風(fēng)冷裝置后再次回流到水箱內(nèi)[3]。

3.3.3 溫度控制裝置

該裝置是由功能按鍵、顯示器、電路板和溫度傳感器構(gòu)成的，在電路板作用下，信號(hào)線可將電熱器、溫度傳感器相連接，使電熱器溫度信息可以及時(shí)傳遞到電路板中，然后，顯示器可以直觀展示電路板將所獲取的溫度信息，并根據(jù)控制臺(tái)中的功能按鍵，調(diào)整各消解孔內(nèi)溫度，確保消解儀內(nèi)加熱狀態(tài)的穩(wěn)定性。

3.3.4 顯示裝置

在智能加熱回流消解儀設(shè)計(jì)中，顯示裝置可以幫助技術(shù)人員了解樣品消解狀態(tài)，控制消解儀內(nèi)部核心裝置，而電路板、液晶顯示器是顯示裝置的重要組分，其中，電路板可以在連接液晶顯示器后，實(shí)時(shí)呈現(xiàn)消解儀加熱時(shí)間、溫度和當(dāng)前流量等數(shù)據(jù)，使相關(guān)人員能夠在樣品消解中，結(jié)合樣品消解程度靈活調(diào)整消解參數(shù)。

3.3.5 自動(dòng)清洗設(shè)備

自動(dòng)清洗設(shè)備是由獨(dú)立性清洗裝置組成的，且裝置數(shù)量與消解孔、加熱單元數(shù)量相同，各清洗裝置中包括清洗管、真空泵、電路板、冷凝瓶、管路、電磁閥和指示燈等部件。在智能加熱回流消解儀設(shè)計(jì)中，真空泵需要在連接電磁閥、管路的同時(shí)，將泵體固定在自動(dòng)清洗設(shè)備殼體內(nèi)部，而電磁閥的另一端會(huì)直接銜接清洗管道，從而在消解瓶使用結(jié)束后，借助清洗管道端口與消解瓶瓶口建立連接通道，同時(shí)連接吸收瓶、密封塞等裝置的清洗管路。而在利用功能鍵給真空泵下達(dá)指示命令后，指示燈顏色會(huì)變?yōu)榫G色，代表著智能加熱回流消解儀自動(dòng)清洗設(shè)備中的電磁閥、真空泵處于工作狀態(tài)，會(huì)對(duì)消解瓶產(chǎn)生負(fù)壓，并且在負(fù)壓影響下將吸收瓶內(nèi)的蒸餾水注入管路、冷凝管、消解瓶中，完成清洗作業(yè)后，功能鍵彈起。

4 結(jié)語

綜上所述，該文介紹的智能加熱回流消解儀是在傳統(tǒng)消解儀功能、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)需求的基礎(chǔ)上，對(duì)消解儀內(nèi)部裝置、主體材料進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計(jì)，并且在冷凝回流、加熱、散熱和自動(dòng)清洗等裝置的完善過程中，該智能加熱回流消解儀可在實(shí)際應(yīng)用中，保證樣品消解質(zhì)量，強(qiáng)化消解儀的使用價(jià)值。在加工制造該智能加熱回流消解儀時(shí)，相關(guān)人員還需要通過正式試驗(yàn)測(cè)定結(jié)果，進(jìn)一步優(yōu)化消解儀設(shè)計(jì)方案，確保消解儀的加工制造質(zhì)量。

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作者地址：廣州市海珠區(qū)榮慶坊33號(hào)。