CN101936829B

CN101936829B - 一种医用镁合金生物降解性能拆卸式集气测量装置

Info

Publication number: CN101936829B
Application number: CN 201010265146
Authority: CN
Inventors: 张永君; 王治平; 刘通; 耿利红; 陶冶
Original assignee: South China University of Technology SCUT
Current assignee: South China University of Technology SCUT
Priority date: 2010-08-27
Filing date: 2010-08-27
Publication date: 2013-03-20
Anticipated expiration: 2030-08-27
Also published as: CN101936829A

Abstract

本发明公开了一种医用镁合金生物降解性能拆卸式集气测量装置，包括主量气管、副量气管、导气罩、旋塞阀和引流管，其中主量气管为独立构件，其上端设有外螺纹，下端设有内螺纹；导气罩为独立构件，呈漏斗状，其小口端设有与主量气管下端内螺纹匹配的用于与主量气管紧固连接的外螺纹；副量气管下端设有与主量气管上端外螺纹匹配的用于与主量气管紧固连接的内螺纹，其上端通过旋塞阀与引流管相连。本装置具有可拆卸、易携带、使用方便、测量精准、通用性强等优点，利用该装置易于实现液态介质中特定区域产生的不溶性气体的实时收集及其同步精确计量，从而满足材料腐蚀降解性能快捷、精确测量的要求。

Description

一种医用镁合金生物降解性能拆卸式集气测量装置

技术领域

本发明属于材料/器械性能测试技术领域，涉及一种对液态介质中特定区域产生的不溶性气体以排液集气原理进行实时收集和同步精确定量的装置。

背景技术

排液集气原理在科学研究和实验教学中已被广为利用。其中，用于镁合金腐蚀防护性能如生物降解性能评价的析氢测量法就是典型案例。镁合金在水基介质如海水、模拟体液等中发生降解时，阴极去极化反应以析氢反应为主，总反应方程式如下：

若对可能涉及到的中间步骤不予考虑，上述总反应可以分解如下：

阳极溶解：M→Mⁿ⁺+ne^- (2)

阴极析氢：2H₂O+2e^-→H₂+2OH^- (3)

副反应：Mⁿ⁺+nOH^-→M(OH)_n (4)

其中，(1)-(4)式中M表示Mg或镁合金中的主要合金元素。

据此电化学原理，通过收集降解产生的不溶性气体——氢气(H₂)并对其体积进行定量，进而利用气体状态方程计算其物质的量，之后结合反应方程式(1)经计算即可获知镁合金的阳极溶解(腐蚀降解)信息。因此，作为一种气体容量法，析氢测量法在镁合金腐蚀降解研究尤其是1)降解产物难以彻底清除，或2)非均匀降解，或3)基于大量实时数据要求的动力学研究中具有特殊的价值。在析氢测量中，氢气的收集、定量是核心是关键。现有析氢测量法所用装置包括独立的漏斗和量气管(如滴定管)，主要操作步骤如下：将样品放入盛有溶液的容器(如烧杯)，容器上倒扣一漏斗，漏斗尾端再倒扣一量气管，漏斗和量气管在实验开始前吸满溶液，样品产生的氢气通过漏斗进入量气管，置换其中的溶液，从而实现气体的收集，收集到的气体量通过量气管刻度获取。上述装置和方法看似简单，但实际操作时却存在以下主要弊端：

1)为保证漏斗和量气管中能吸满溶液以及通过漏斗收集到的气体最终能进入量气管以便计量，漏斗小口端必须位于量气管内而量气管管口必须位于液面以下，由此导致漏斗位置因装夹不便而难以控制。除非依靠专用的支撑装置，否则漏斗只能落于容器底部与容器形成相对闭合的空间，造成：A.影响漏斗内、外溶液的物质交换，并最终影响受漏斗笼罩的试样的性能测试结果；B.由于难以实时调整其中样品的位姿从而控制其有效工作面积，因此在样品发生倾、倒等意外时易导致实验失败。

2)由于量气管和漏斗对样品上部空间的封堵，无法采用常规的简单易行的“悬吊式”载样法进行样品装载，因此导致系列不便，甚至影响实验结果。

3)由于受漏斗和量气管形状及规格所限，集气量和计量精度同时受到限制。

4)由于常规量气管无长度刻度，导致管内、管外液位差的测量存在诸多不便。

发明内容

本发明的目的在于针对现有方法及装置的不足，提供一种易携带、使用方便、测量精准、通用性强的医用镁合金生物降解性能拆卸式集气测量装置。

本发明的上述目的通过以下技术方案实现：一种医用镁合金生物降解性能拆卸式集气测量装置，包括主量气管、副量气管、导气罩、旋塞阀和引流管，其中主量气管为独立构件，其上端设有外螺纹，下端设有内螺纹；导气罩为独立构件，呈漏斗状，其小口端设有与主量气管下端内螺纹匹配的用于与主量气管紧固连接的外螺纹；副量气管下端设有与主量气管上端外螺纹匹配的用于与主量气管紧固连接的内螺纹，其上端通过旋塞阀与引流管相连。

所述导气罩的大口端内腔设有样品挂钩。

所述样品挂钩整体呈“L”型，一端与导气罩罩体内壁固定连接，另一端翘起，水平段有“一”字型带齿或带洞的挂样平台或“V”字型挂样槽，且水平段中心点位于导气罩的中轴线上。

所述主量气管和副量气管管壁分别设有计量起点相同的长度刻度，且长度刻度区管壁透明。

所述主量气管和副量气管管壁分别设有计量起点相同的容量刻度，且容量刻度区管壁透明。

所述副量气管、旋塞阀与引流管三者一起构成独立构件。

所述引流管为中空竹节管，其自由端为敞开式。

与现有技术相比，本发明具有如下突出效果：

1)可根据量程、精度要求和样品尺寸等实际情况，自由选择相应的独立组件，组装后即可使用，用毕后方便拆卸。

2)量气管中气体体积可通过管中液位变化直接获取，量程、精度和灵敏度等均可通过管径选择进行灵活控制，便于满足微量或大量气体生成反应应用之需。

3)量气管管内、管外液位差可通过量气管管壁上的长度刻度直接获取，便于对管中气体实际压力进行精确测算。

4)引流管和旋塞阀的配套设计，便于集气测试开始前量气管及导气罩中流体介质的顺利填充。

5)不同独立组件接口内、外螺纹的匹配设计可确保组件之间的紧固连接，同时可确保析出的不溶性气体产物最终能顺利汇集到量气管内，有效避免气体在非量气区滞留。

6)导气罩的有效覆盖区域可通过对其大口端内径的选择进行灵活控制，便于根据试验样品的实际尺寸调整不溶性气体产物的有效收集区域，可避免跑气现象的发生；另外，导气罩的有效覆盖区域可通过对其大口端内径的选择进行灵活控制，便于根据试验样品的实际尺寸调整不溶性气体产物的有效收集区域，可避免跑气现象的发生。

7)特殊结构设计的样品挂钩，极大地方便了试验样品的安装、同定。

附图说明

图1是本发明之主量气管结构示意图。

图2是本发明之导气罩结构示意图。

图3是本发明之副量气管、旋塞阀与引流管组成的独立构件的结构示意图。

图4是“一”字型挂样平台的结构示意图。

图5是带洞“一”字型挂样平台的结构示意图。

图6、图7、图8是带齿“一”字型挂样平台的三种结构示意图。

图9是带齿“V”字型挂样槽的结构示意图。

图10是本发明的装配示意图。

图11是本发明的应用实施示意图。

图中：1-主量气管，2-副量气管，3-导气罩，4-样品挂钩，5-旋塞阀，6-引流管，7-测试样品，8-测试容器。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施作进一步说明，但本发明的实施和保护范围不限于此。

如图1所示，本发明的主量气管1为独立构件，其上端设有与副量气管2下端内螺纹匹配的外螺纹，用于与副量气管2之间的紧固连接；其下端设有与导气罩3小口端外螺纹匹配的内螺纹，用于与导气罩3之间的紧固连接。主量气管1管壁分别设有长度刻度和容量刻度，且刻度区管壁透明，因此量气管中气体体积可通过其中液位变化直接获取，量程、精度和灵敏度等均可通过对量气管管径的选择进行控制，便于满足微量或大量气体生成反应应用之需。另一方面，量气管管内、管外液位差可通过其管壁上的长度刻度直接获取，便于对管中气体实际压力进行精确测算。

如图2所示，本发明的导气罩2为另一独立构件，导气罩2整体呈漏斗状，其小口端设有与主量气管1下端内螺纹匹配的外螺纹，用于与主量气管1之间的紧固连接。导气罩2的有效覆盖区域可通过对其大口端内径的选择进行灵活控制，便于根据试验样品的实际尺寸调整不溶性气体产物的有效收集区域，可避免跑气现象的发生。导气罩2大口端内腔所设的样品挂钩4整体呈“L”型，一端与导气罩2罩体内壁固定连接，另一端翘起，水平段为挂样平台或挂样槽，其中心点位于导气罩2的中轴线上，有利于对装载其上的试验样品与周围介质反应产生的不溶性气体产物进行收集。

如图3所示，副量气管2、旋塞阀5与引流管6三者共同组成本发明的另一独立构件。副量气管2下端设有与主量气管1上端外螺纹匹配的内螺纹，用于与主量气管1之间的紧固连接，其上端通过旋塞阀5与引流管6相连。引流管6为中空竹节管，其自由端为敞开式，便于外接软管在装置内制造负压，同时可确保软管与引流管6连接处的气密性。引流管6和旋塞阀5的配套设计，便于集气测试开始前量气管及导气罩中流体介质的顺利填充。副量气管2管壁分别设有与主量气管1计量起点相同的长度刻度和容量刻度，且刻度区管壁透明，便于观察管中液位变化及管内、管外液位差。

如图4-图9所示，为样品挂钩4之“一”字型挂样平台或“V”字挂样槽的典型结构示意图。多样化、特殊化的结构设计，极大的方便了试验样品的安装、固定，可对一个或多个试验样品进行牢固装载，从而满足不同测试需要。

如图10所示，根据量程、精度要求和样品尺寸等实际情况，自由选择1)主量气管1、2)导气罩3以及3)由副量气管2、旋塞阀5和引流管6组成的独立组件，然后将导气罩3的小口端旋入主量气管1的下端，再将主量气管1的上端旋入副量气管2的下端，即完成本发明的装配。本发明组装后即可使用，用毕后方便拆卸。不同独立组件单元接口内、外螺纹的设计可确保组件之间的紧固连接，同时可确保析出的不溶性气体产物最终能顺利汇集到量气管内，有效避免气体在非量气区滞留。

如图11所示，为本发明的应用实施示意图。以利用本发明进行医用镁合金生物降解性能的析氢测试为例，详细介绍本发明的用法如下：首先按照图10所示完成本发明的装配，之后将其进行竖直固定；将预先钻有通孔的测试样品7通过细尼龙线固定在样品挂钩4上；将配置好的模拟体液如Hank’s液等倒入测试容器8内；调整装置的高度，将导气罩3浸入测试容器8内的模拟体液中；打开旋塞阀5；在引流管6自由端外接胶管，借用吸气工具如洗耳球等在装置内形成负压，使模拟体液进入并充满导气罩3、主量气管1和副量气管2；调整量气管内的液面高度；关闭旋塞阀5；调整装置的位置至样品挂钩4上的样品位于测试容器8内的指定位置。随模拟体液/试验样品间界面反应的进行，阴极产物H₂经导气罩3向量气管汇集，排出其中的溶液，致使量气管内的液位下降。时间t时，由容量刻度获取量气管内的H₂生成量ΔV(t)；由高度刻度获取管内、管外液位差h(t)，结合量气管初始液位记录计算量气管中H₂分压P(t)，再由ΔV(t)、P(t)和气体实际温度T，根据气体状态方程计算H₂的物质的量，进而推算H₂的生成速率，并最终获得镁合金生物降解性能方面的信息。

Claims

1.一种医用镁合金生物降解性能拆卸式集气测量装置，其特征在于包括主量气管(1)、副量气管(2)、导气罩(3)、旋塞阀(5)和引流管(6)，其中主量气管(1)为独立构件，其上端设有外螺纹，下端设有内螺纹；导气罩(3)为独立构件，呈漏斗状，其小口端设有与主量气管(1)下端内螺纹匹配的用于与主量气管(1)紧固连接的外螺纹；副量气管(2)下端设有与主量气管(1)上端外螺纹匹配的用于与主量气管(1)紧固连接的内螺纹，其上端通过旋塞阀(5)与引流管(6)相连；所述主量气管(1)和副量气管(2)管壁分别设有计量起点相同的容量刻度，且容量刻度区管壁透明。

2.根据权利要求1所述的一种医用镁合金生物降解性能拆卸式集气测量装置，其特征在于：所述导气罩(3)的大口端内腔设有样品挂钩(4)。

3.根据权利要求2所述的一种医用镁合金生物降解性能拆卸式集气测量装置，其特征在于：所述样品挂钩(4)整体呈“L”型，一端与导气罩(3)罩体内壁固定连接，另一端翘起，水平段有“一”字型带齿或带洞的挂样平台或“V”字型挂样槽，且水平段中心点位于导气罩(3)的中轴线上。

4.根据权利要求1所述的一种医用镁合金生物降解性能拆卸式集气测量装置，其特征在于：所述主量气管(1)和副量气管(2)管壁分别设有计量起点相同的长度刻度，且长度刻度区管壁透明。

5.根据权利要求1所述的一种医用镁合金生物降解性能拆卸式集气测量装置，其特征在于：所述引流管(6)为中空竹节管，其自由端为敞开式。

6.根据权利要求1所述的一种医用镁合金生物降解性能拆卸式集气测量装置，其特征在于：所述副量气管(2)、旋塞阀(5)与引流管(6)三者一起构成独立构件。