多功能具塞刻度試管固定裝置的設(shè)計與研發(fā)

郝宇 魏麗紅 翟秋喜 孟凡麗

摘要：本研究目的是設(shè)計與研發(fā)集固定、輔助水浴鍋加熱及瀝干功能于一體的具塞刻度試管固定裝置，適用多種場合、多種人員、具備多種使用功能。找到現(xiàn)有具塞刻度試管固定裝置的技術(shù)缺陷，本研究采用對比實驗法，繪制產(chǎn)品設(shè)計3D圖形，開發(fā)出產(chǎn)品模型，在大學(xué)實驗室、檢測機構(gòu)、企業(yè)、質(zhì)檢、工商部門、研究所，對其使用方法及使用效果進行評價，不斷進行階段性總結(jié)與提高，明確多功能具塞刻度試管固定裝置的最佳設(shè)計方案。開發(fā)出的產(chǎn)品對于提升教學(xué)科研質(zhì)量，改善實驗效果具有重要的意義，具備廣闊的發(fā)展前景及較高的市場需求量。

關(guān)鍵詞：多功能具塞刻度試管固定裝置；技術(shù)保障；發(fā)展前景

Design?and?Development?of?A?Multifunctional?Fixture?for?Calibration?Test?Tube?with?Stopper

Hao?Yu??Wei?Lihong*??Zhai?Qiuxi??Meng?FanLi

Food?and?Drug?Department??Liaoning?Agricultural?College??LiaoningYingkou??115009

Abstract：?The?purpose?of?this?study?is?to?design?and?develop?a?fixed?device?with?stopper?scale?test?tube，?which?integrates?the?functions?of?fixing，?auxiliary?water?bath?heating?and?draining，suitable?for?a?variety?of?occasions，?a?variety?of?personnel，?and?has?a?variety?of?functions.?Find?out?the?technical?defects?of?the?existing?stopper?scale?test?tube?fixing?device，?the?comparative?experiment?method?is?used?to?draw?the?3D?graphics?of?product?design，?develop?the?product?model，?evaluate?the?use?method?and?effect?of?the?product?in?university?laboratories，?testing?institutions，?enterprises，?quality?inspection，?industrial?and?commercial?departments?and?research?institutes，?and?constantly?summarize?and?improve?stage?by?stage，?so?as?to?determine?the?best?design?scheme?of?the?multi-functional?stopper?scale?test?tube?fixture.The?developed?products?are?of?great?significance?for?improving?the?quality?of?teaching?and?scientific?research?and?improving?the?experimental?results?and?has?broad?development?prospects?and?high?market?demand.

Keywords：multifunctional?calibration?test?tube?fixing?device?with?stopper;technical?support;development?prospect

在化學(xué)分析實驗室，具塞刻度試管一般需要定容操作。如果沒有專門的固定裝置，操作起來會比較困難費時，定容操作的準確性也難于把握。目前具塞刻度試管的固定裝置主要是試管架。用試管架固定具塞刻度試管存在一些問題，試管架孔數(shù)有限，當處理大批樣品時，無法滿足實驗需要，試管架一般都是三層結(jié)構(gòu)，不便于試管中溶液顏色的觀察，給操作帶來不便。

在化學(xué)分析實驗室，有很多實驗需要用水槽式水浴鍋水浴加熱樣品溶液的具塞刻度試管，在加熱時通常遇到三個問題[1]。一個問題是，當具塞刻度試管直接放置在水浴鍋的孔隙中時，因具塞刻度試管的直徑和尺寸較多，水浴鍋的孔隙難以滿足不同規(guī)格的具塞刻度試管，具塞刻度試管容易出現(xiàn)滑倒、打碎、溶液外溢等情況，造成實驗結(jié)果不準確或?qū)嶒灥氖　Ａ硪粋€問題是，當把具塞刻度試管放置在大燒杯或其他承載容器中時，因?qū)嶒炐枰?，當放置較多具塞刻度試管時，會導(dǎo)致具塞刻度試管之間的摩擦、擠壓以及具塞刻度試管傾倒，同樣會造成實驗結(jié)果不準確或?qū)嶒灥氖?。而且將具塞刻度試管放置在燒杯等容器中時，容器內(nèi)壁對于具塞刻度試管有封閉作用，阻礙蒸汽進入燒杯內(nèi)部，具塞刻度試管在燒杯內(nèi)分布不均，導(dǎo)致具塞刻度試管內(nèi)的溶液不能充分均勻受熱。第三個問題是，如果將具塞刻度試管放置在試管架中，將試管架放置在水浴鍋中進行加熱，對于大批樣品，需分批次進行加熱，由于加熱時間不同步，會給實驗帶來很大的誤差。

具塞刻度試管在使用完畢后，需要進行干燥?，F(xiàn)有的具塞刻度試管固定裝置，一般只具有固定和輔助水浴加熱功能，沒有考慮具塞刻度試管使用后的干燥功能。

現(xiàn)有具塞刻度試管固定裝置缺少比較顏色深度的白色背景板[2]，實驗中需要另找白色背景進行對比。

1?材料與方法

1.1?設(shè)備

手持式超聲波切割刀、激光切割刀、電熱切刀、焊槍、電鉆套裝。

1.2?試驗材料

耐高溫塑料板、PP板、聚酰亞胺（PI）、聚偏二氟乙烯（PVDF）、亞克力板、鋁板、鋁合金板、不銹鋼板、不銹鋼管、不銹鋼彈簧、塑料彈簧。

1.3?試驗方法

采用不同材料進行對比試驗，設(shè)計與研發(fā)要點包括如下：

確定具塞刻度試管架本體框架材料材質(zhì)及直徑。

確定具塞刻度試管架本體上端的第一層孔板容置孔的形狀，以及構(gòu)成容置孔的材料材質(zhì)。材料要具有一定的彈性，可以改變?nèi)葜每椎墓ぷ髦睆?。需要確定容置孔的工作直徑的變化范圍[3]。

確定具塞刻度試管架本體中端的第二層孔板的材料材質(zhì)及厚度。

確定具塞刻度試管架本體中端的第二層孔板上陣列排布的通孔形狀及直徑。

確定具塞刻度試管架本體下端的瀝水板的具體結(jié)構(gòu)，開口設(shè)計，瀝水盒的具體構(gòu)造。

確定所述瀝水盒材料材質(zhì)及厚度。

設(shè)計并確定所述瀝水盒上的把手。

設(shè)計并確定具塞刻度試管架本體的背景板的材料材質(zhì)、厚度、顏色。

確定第一層孔板、第二層孔板和瀝水板之間的間距。

設(shè)計架本體兩側(cè)靠近第一層孔板兩端的提手及其材質(zhì)。

明確第二層孔板上的通孔和第一層孔板上的容置孔如何一一對應(yīng)。

對比不同材質(zhì)的應(yīng)用效果，確定最佳的材質(zhì)。

2?結(jié)果與分析

2.1?最佳技術(shù)方案的確定

在對比試驗的基礎(chǔ)上，堅持節(jié)約成本的原則，確定最佳技術(shù)方案如下所述：

架本體矩形體結(jié)構(gòu)，適用于大多數(shù)水槽式恒溫水浴鍋。

具塞刻度試管的底部為圓形結(jié)構(gòu)。本產(chǎn)品上層容置孔發(fā)揮夾持固定作用，下層圓形通孔發(fā)揮支持承接作用，上層容置孔和下層圓形通孔一一對應(yīng)，互相配合，實現(xiàn)對具塞刻度試管的良好固定作用[3]。便于操作者進行實驗操作，節(jié)省時間提高結(jié)果準確度。

作為具塞刻度試管的固定裝置，可將具塞刻度試管置于水槽式水浴鍋進行水浴加熱。水均勻分布于具塞刻度試管周圍，保證具塞刻度試管加熱效果的一致性，安全可靠。

實驗完畢后，可作為具塞刻度試管的干燥裝置，有利于具塞刻度試管的快速瀝干。第二層孔板上的通孔，可作為透水孔，具塞刻度試管內(nèi)殘留的水順著通孔流入底部瀝水板進行收集，避免水滴流出打濕實驗臺面。

設(shè)計有背景板，便于隨時觀察具塞刻度試管中溶液顏色的變化。

具塞刻度試管架本體的前后為不銹鋼框架，提供寬闊的觀察視野，結(jié)合背景板，實現(xiàn)對溶液顏色的實時掌控。

常用具塞刻度試管的定容體積有5mL、10mL、15mL、20mL和25mL，對應(yīng)口徑為1.2cm、1.5cm、1.6cm、1.8cm和1.8cm，容置孔由不銹鋼彈簧組成，在一定范圍內(nèi)具有很好的彈性，其孔度大小可根據(jù)具塞刻度試管規(guī)格進行調(diào)整變化，具有很廣的適應(yīng)性。

2.2?技術(shù)實現(xiàn)原理

進行操作時，將具塞刻度試管正立放置于容置孔中，具塞刻度試管下端與通孔緊密貼合。利用背景板觀察具塞刻度試管中溶液的顏色變化。實驗完畢后，將具塞刻度試管清洗干凈，倒立放置于容置孔中，具塞刻度試管內(nèi)殘留的水通過第二層孔板上的圓形通孔滴入瀝水盒中。當水分充分瀝干，將瀝水盒抽拉出來，將里面的水倒掉[4]。

2.3?結(jié)構(gòu)

備注：架本體下端的瀝水盒，其規(guī)格尺寸與架本體規(guī)格尺寸相同（即瀝水盒的長度和寬度與架本體的長度和寬度相同）。圖1中，為了更加清楚地說明瀝水盒的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，特意將其長度增加，這樣可以清楚展示瀝水盒的整個結(jié)構(gòu)特點[5]。

如圖1所示，一種化驗室常用多功能具塞刻度試管固定裝置，包括架本體、固定于架本體上端的第一層孔板、固定于架本體中端的第二層孔板、架本體下端的瀝水盒以及背景板。架本體由不銹鋼絲組成框架1，左右兩側(cè)設(shè)計有豎板2；架本體上端的第一層孔板3，開設(shè)有若干正方形的容置孔4；架本體中端的第二層孔板5，設(shè)有多個陣列排布的圓形的通孔6；架本體下端的瀝水板7，為一盒體結(jié)構(gòu)，盒體內(nèi)設(shè)計有開口，開口內(nèi)設(shè)計有瀝水盒，為一抽拉盒8，瀝水盒上設(shè)計有把手9；架本體的背景板10，固定于具塞刻度試管架本體的后側(cè)，上端略高于架本體，顏色為白色。

3結(jié)論

（1）本固定裝置為矩形體結(jié)構(gòu)，大多數(shù)水槽式恒溫水浴鍋加熱面積較大，可容納本固定裝置。

（2）本固定裝置所設(shè)計的容置孔對刻度試管進行夾持固定作用，所設(shè)計的圓形通孔對刻度試管起承接作用。每個容置孔都和其正下方的一個圓形通孔對應(yīng)，實現(xiàn)對具塞刻度試管的良好固定作用。具塞刻度試管固定后，方面進行一些加液和定容等操作，提高操作者工作效率和實驗的準確度。

（3）定容等操作結(jié)束后，如果需要進行加熱處理，可將固定裝置置于水槽式水浴鍋內(nèi)進行水浴加熱。因本裝置為開放式，而非封閉式結(jié)構(gòu)，水均勻分布于具塞刻度試管周圍，保證具塞刻度試管加熱效果的一致性。

（4）本固定裝置同時作為具塞刻度試管的干燥裝置。實驗完畢，將具塞刻度試管倒立放置在容置孔中，試管內(nèi)殘留的水順著通孔流入底部瀝水板進行收集，有利于具塞刻度試管的快速干燥。

（5）本固定裝置帶有白色背景板，用于對比觀察具塞刻度試管中溶液顏色的變化。

（6）本固定裝置為不銹鋼框架，觀察視野開闊，便于操作者隨時對溶液進行觀察。

（7）本固定裝置容置孔由不銹鋼彈簧組成，在一定范圍內(nèi)具有很好的彈性。針對目前市場上不同具塞刻度試管的孔徑大小，容置孔的工作直徑可進行調(diào)整變化，適用范圍廣。

本產(chǎn)品同時具備具塞刻度試管固定、輔助具塞刻度試管水浴鍋加熱及具塞刻度試管瀝干功能。具塞刻度試管固定功能：上層容置孔發(fā)揮夾持固定作用，下層圓形通孔發(fā)揮支持承接作用。輔助水浴鍋水浴加熱功能：將具塞刻度試管置于固定裝置中，固定裝置置于水槽式水浴鍋進行水浴加熱。水均勻分布于具塞刻度試管周圍，保證加熱效果一致安全。瀝干功能：實驗完畢，將具塞刻度試管倒立放置在上層容置孔上，有利于其快速瀝干。背景板的獨特效用：便于隨時觀察具塞刻度試管中溶液顏色的變化[6]。

本產(chǎn)品彌補現(xiàn)有技術(shù)的不足，滿足化驗室工作需要。本產(chǎn)品具有功能齊全、操作簡單、教學(xué)科研效果良好等特點，必將成為化學(xué)實驗室具塞刻度試管固定、輔助水浴鍋加熱及瀝干操作的主流產(chǎn)品。

參考文獻：

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[2]王璇.一種多功能比色管架：201721683775.9[P].2018-08-07

[3]穆曉賀.比色管固定器：201821417366.9[P].2019-05-10

[4]陳芳玲.一種多功能比色管架：201821744528.X[P].2020-12-04

[5]侯士鋒.一種多功能比色管架：201821906838.7[P].2019-08-16

[6]黃燦梁.恒溫水浴鍋比色管固定裝置：202021522084.2?[P].2021-06-22

作者簡介：郝宇（2002—??），男，漢族，遼寧大連人，遼寧農(nóng)業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)生，研究方向：食品質(zhì)量與安全專業(yè)。

*通訊作者：魏麗紅（1976—??），女，漢族，吉林長春人，碩士，遼寧農(nóng)業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院講師，主要從事農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量檢測工作。