CN102095628A - 样品消解处理装置 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种样品消解处理装置，包括：机架；加热器，其具有一个以上的试管容置孔，试管能设置在试管容置孔内；溶剂供给机构，具有能在水平面内沿横向和/或纵向移动地设置在加热器上方的给料嘴，给料嘴与储液室相连接；加热器、以及溶剂供给机构分别设置在机架上。加热器上设有试管架，试管架上具有与加热器的试管容置孔相对应的通孔，加热器包括一保温箱体，设置在保温箱体内的导热体，导热体上设有所述试管容置孔，试管设置在试管架和试管容置孔内。本发明的样品消解处理装置，通过溶剂供给机构进行溶剂添加，代替手工湿法消解，能实现对试管添加定量溶剂及样品的快速消解的处理。

Description

样品消解处理装置

技术领域

本发明涉及到一种无机样品的处理装置，尤其是一种能够代替手工湿法消解，实现自动添加溶剂、自动定容、消解完全的样品消解处理装置。

背景技术

土壤，烟草，肉类，饲料，矿石等样品在分析前通常需要消解或其他前处理的步骤才能进行分析检测。样品的前处理通常是向样品添加强酸，在高温下消解，消解后的样品定容至预设体积，然后再进行分析检测。

目前公知的消解仪大多数是手动操作，需要手动加强酸，人工定容，而强酸都具有强烈的腐蚀性，对操作者和实验室环境都会产生极大的危害。而且人工操作繁杂，处理样品时间太长，效率低下，并有可能会对样品产生污染，从而对样品检测带来人为误差，影响分析结果。

中国专利第200620067302.1号公开了一种“电热消解仪”，包括智能控制器、与智能控制器电连接的加热器、加热器的保温绝缘层及安装加热器与保温绝缘层的炉壳。该消解仪采用石墨作为导热体，在石墨炉体上设有消解孔。加热器在石墨炉的下部，与智能控制器相连接，对样品进行加热消解。

此外，中国专利第200420080033.3号中还公开了一种“高温消解仪”，主要包括电炉盘和消化瓶，其中，在箱体内设有多只带电炉丝的电炉盘，电炉盘环周设有保温套，保温套顶部设有隔热保温圈和多孔盖板，电炉盘上凌空座落消化瓶，电炉盘中心孔设有恒温传感器穿过电炉盘底部隔热层连接控制柜。

上述公知技术均存在以下缺陷：

1、均是通过手动加强酸，易对人体和环境产生危害。并且溶剂或者样品的加入量不能准确控制，因此添加溶剂或样品的精度得不到保障。

2、工作内容繁杂。由于没有自动定容功能，在实验过程中，需要操作者一直监视，防止溶剂被“蒸干”。

3、样品不能被完全消解。由于对样品只加热，没有震荡，所以强酸有可能不能与样品完全反应，使得消解效率低下。

有鉴于上述公知技术存在的缺陷，本设计人根据多年从事本领域和相关领域的生产设计经验，研制出本发明，以降低危害，简化操作，提高消解效率。

发明内容

本发明的目的是提供样品消解处理装置，尤其是一种能克服现有技术存在的缺陷，通过溶剂供给机构进行溶剂添加，代替手工湿法消解，实现无机样品的快速消解(包括梯度加酸/程序升温等)的样品消解处理装置。

为此，本发明提出一种样品消解处理装置，所述样品消解处理装置包括：机架；加热器，具有一个以上的试管容置孔，试管能设置在所述试管容置孔内；溶剂供给机构，具有能在水平面内沿横向和纵向移动地设置在所述加热器上方的给料嘴，所述给料嘴与储液室相连接；所述加热器、以及溶剂供给机构分别设置在所述机架上。

如上所述的样品消解处理装置，其中，所述机架上设有操作台面板，所述加热器与所述操作台面板固定连接；所述操作台面板的下部设有升降机构，该升降机构包括升降驱动电机，与升降驱动电机相连接、且竖直设置的至少一竖向丝杠，一升降板与所述竖向丝杠相连接并能在竖直方向移动。

如上所述的样品消解处理装置，其中，所述加热器的上部设有试管架，所述试管架上具有与所述加热器的试管容置孔相对应的通孔，所述试管能设置在所述试管架和试管容置孔内；且所述试管架上设有多个试管架支撑脚，所述试管架支撑脚贯穿所述操作台面板，并能抵顶于所述升降板。

如上所述的样品消解处理装置，其中，所述加热器的两端均设有所述竖向丝杠，该两竖向丝杠由所述升降驱动电机同步驱动。

如上所述的样品消解处理装置，其中，所述加热器包括一保温箱体，设置在所述保温箱体内的导热体，所述导热体上设有一个以上的所述试管容置孔，试管架位于所述保温箱体的上部。

如上所述的样品消解处理装置，其中，所述导热体由石墨制成，其底部设有加热膜。

如上所述的样品消解处理装置，其中，所述升降板呈一中空的框架结构，所述加热器容置在所述升降板内。

如上所述的样品消解处理装置，其中，所述溶剂供给机构包括沿X轴方向设置的横向导轨，一加样臂的一端与所述横向导轨相连接，并能沿所述横向导轨移动，另一端向Y轴方向延伸至所述操作台面板的上部，一加样小车能沿Y轴方向移动地设置在所述加样臂上，所述给料嘴设置在所述加样小车的下部。

如上所述的样品消解处理装置，其中，所述横向导轨为一丝杠，所述加样臂上设有导槽，所述加样小车能移动地卡合于所述导槽内。

如上所述的样品消解处理装置，其中，所述加样小车上设有监测所述试管内液面高度的液位传感器，所述加热器上设有温度传感器。

如上所述的样品消解处理装置，其中，所述液位传感器设置在所述加样小车的底部，能与所述试管口相对应。

如上所述的样品消解处理装置，其中，所述样品消解处理装置进一步还包括震荡机构，所述震荡机构具有与所述机架相连接的一偏转电机，与所述偏转电机相连接的震荡板；该震荡板连接试管架支撑脚，所述试管架位于所述加热器上部，并具有与所述加热器上设置的试管容置孔相对应的通孔。

如上所述的样品消解处理装置，其中，所述机架上设有操作台面板，一个以上的连接杆一端与所述操作台面板固定连接，另一端连接一电机固定板，所述偏转电机固定在所述电机固定板上，其输出轴通过一偏心轴与所述震荡板相连接，且一个以上的减震器的一端与所述电机固定板相连接，另一端与所述震荡板相连接。

本发明提出的样品消解处理装置，通过在溶剂供给机构上设置能在水平面内沿横向和/或纵向移动的给料嘴，代替了手工湿法消解，可实现对试管自动添加溶剂的处理，降低溶剂(如强酸)蒸汽对操作员和环境的侵害，而且在进料小车上设置液位传感器，能对加入试管内的液体实现精确定容，能消除了人为误差，并防止溶剂在加热过程中被“蒸干”，为样品处理提供了高效的解决方案。

此外，本发明在加热器上设置加热膜，并通过石墨导热体对盛放样品的试管进行加热，可加速试管中样品与溶剂的消解。

本发明通过设置震荡机构，在偏转电机的带动下，可使震荡板做小幅度的圆周运动，从而使试管架支撑脚移动，并带动试管架上面的试管来回震荡，加速样品与溶剂的完全溶解与相互反应，缩短消解过程，以节约时间，消耗更少的资源更高效的完成消解工作。

附图说明

以下附图仅旨在于对本发明做示意性说明和解释，并不限定本发明的范围。其中，

图1是本发明的样品消解处理装置的主视示意图；

图2是本发明的样品消解处理装置的俯视示意图；

图3是沿图1中A-A线的剖视示意图；

图4是本发明的样品消解处理装置的侧视示意图；

图5是图4中B向示意图；

图6是沿图5中C-C线的剖视示意图，示意性地表示试管架与震荡机构的连接关系，

其余部件未示出；

图7是震荡板的一个具体实施例结构示意图。

附图标号：

1、加热器         11、试管容置孔    12、试管架        121、通孔

122、支撑脚       13保温箱体        14、导热体        15、加热膜

2、溶剂供给机构   20、储液室        21、给料嘴        22、横向导轨

23、加样臂        231、导槽         24、加样小车      3、试管

31、试管口        4、升降机构       40、升降驱动电机  41、竖向丝杠

42、升降板        43、传动带        44、支撑板        5、震荡机构

51、偏转电机      510、电机输出轴   52、震荡板        521、连接孔

522、凹槽         523、固定孔       524、通孔         53、连接杆

54、电机固定板    55、减震器        6、液位传感器

7、温度传感器     8、机架           80、操作台面板

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本发明的具体实施方式。

图1是本发明的样品消解处理装置的主视示意图；图2是本发明的样品消解处理装置的俯视示意图；图3是沿图1中A-A线的剖视示意图；图4是本发明的样品消解处理装置的侧视示意图；图5是图4中B向示意图；图6是沿图5中C-C线的剖视示意图，为了能清楚地表示试管架与震荡机构的连接关系，在图6中未表示其余部件；图7是震荡板的一个具体实施例结构示意图。此外，在图5中，为了表示震荡板、试管架与升降板的相互关系，图中将升降板以实线示出，而操作台面板则以虚线表示。

如图所示，本发明提出的样品消解处理装置包括：加热器1，该加热器1具有一个以上的试管容置孔11，试管3能设置在所述试管容置孔11内。溶剂供给机构2，其具有能在水平面内沿横向(X轴方向)和纵向(Y轴方向)移动地设置在所述加热器1上方的给料嘴21，所述给料嘴21与储液室20相连接。且所述加热器1、以及溶剂供给机构2分别设置在机架8上。

本发明通过所述溶剂供给机构2能方便地实现将所需的溶剂(强酸、强碱等化学溶剂)定时、定量、准确地加入到试管3中，由加热器1对试管3进行加热，从而使试管3内的样品快速消解，克服了公知技术中采用操作人员手工加入化学溶剂，易造成对人体和环境的危害，以及加入溶剂的精度得不到保障的缺陷。

进一步，请参见图1、2、4，在本实施例中，机架8大致呈一L形，加热器1设置在L形机架的水平部，而溶剂供给机构2的横向、纵向移动部及给料嘴与L形机架的竖直部相连接。所述机架8上设有操作台面板80，所述加热器1与操作台面板80固定连接。其中，该操作台面板80可以选用特氟龙板。

所述操作台面板80的下部设有升降机构4，该升降机构4包括升降驱动电机40，至少一个竖向丝杠41与升降驱动电机40相连接，在该升降驱动电机40的带动下转动，一升降板42与所述竖向丝杠41相连接并能在竖直方向(Z轴方向)移动。如图2、图5所示，在本实施例中，所述升降板42呈一中空的框架结构，所述加热器1容置在所述升降板42内。

该加热器1包括一保温箱体13，设置在所述保温箱体13内的导热体14，所述导热体14上设有一个以上的所述试管容置孔11，在本实施例中，所述导热体14由石墨制成，并在其底部设有加热膜15，其中，石墨可以由其他导热率高的材料替代。试管架12位于加热器1的上部，具体说试管架12位于所述保温箱体13的上部，所述试管架12上具有与所述加热器1的试管容置孔11相对应的通孔121，所述试管3穿过所述试管架12的通孔121容置在加热器1的试管容置孔11内。如图4所示，所述试管架12上设有多个试管架支撑脚122，所述试管架支撑脚122贯穿所述操作台面板80，并能抵顶于所述升降板42。

为了使试管架12能够平稳的升降，优选在所述加热器1的两端均设有所述竖向丝杠41，该两竖向丝杠41通过传动带43(同步齿形带或链条)由所述升降驱动电机40同步驱动。在一个具体的实施例中，可以将竖向丝杠41的两端能转动地设置在支撑板44上，该支撑板44与所述机架固定连接。而升降板42的两端设有与所述竖向丝杠41相配合的螺母滑块，则在升降驱动电机40、传动带43的带动下，带动设置在加热器两端的两个竖向丝杠41同步转动，而螺母滑块则沿竖向丝杠41上、下移动，从而实现升降板42在竖直方向(Z轴方向)的上升或下降移动。

如图1、2、4所示，所述溶剂供给机构2包括沿X轴方向设置的横向导轨22，一加样臂23的一端与所述横向导轨22相连接，并能沿所述横向导轨22移动，加样臂23的另一端向Y轴方向延伸至操作台面板80的上部，一加样小车24能沿Y轴方向移动地设置在所述加样臂23上，所述给料嘴21设置在所述加样小车24的下部。进一步地，所述横向导轨22为一丝杠，加样臂23与横向导轨22之间构成丝杠螺纹传动连接。在所述加样臂23上设有导槽231，所述加样小车24能移动地卡合于所述导槽231内，使加样小车在移动中不会滑出加样臂。

所述样品消解处理装置进一步还包括震荡机构5，该震荡机构5具有与所述机架8相连接的偏转电机51，与所述偏转电机51相连接的震荡板52，该震荡板52连接试管架12的支撑脚122。

请配合参见图5、图6，一个可选的技术方案是，所述偏转电机51固定在电机固定板54上，该电机固定板54通过一个以上的连接杆53与操作台面板80固定连接，即，该连接杆53的一端与所述机架8上设置的操作台面板80固定连接，另一端连接一电机固定板54。电机输出轴510与所述震荡板52相连接，在本实施例中，电机输出轴510与一偏心轴相连接，所述偏心轴通过一转动轴承座与震荡板相连接，通过电机的转动带动偏心轴做圆周运动，在偏心轴的带动下使得震荡板相对于电机输出轴做偏心运动。一个以上的减震器55的一端与所述电机固定板54相连接，另一端与所述震荡板52相连接。由于震荡板52与电机固定板的连接不是静止不动的连接，而是相对于电机固定板54做圆周运动，所以震荡板52与减震器55之间是运动的连接，在本实施例中采用可以有一定形变的橡胶减震器。一并参见图7，做为一个具体的实施例，该震荡板52的一侧设有多个连接孔521，震荡板52的另一侧设置有两凹槽522，两凹槽522之间设有通孔524。所述连杆53穿过凹槽522将电机固定板54与操作台面板80固定连接，即通过连接杆53偏转电机51被固定在机架8上，试管架12至少一侧的支撑脚122穿过操作台面板80上设置的通孔、以及震荡板52上对应的连接孔521，与震荡板52相连接，电机输出轴510穿置于通孔524内。而在两所述凹槽522的一侧分别设有与减震器55相连接的固定孔523，在本实施例中，该固定孔523设置在两凹槽522的外侧，通过该减震器55的设置，将该震荡板52支撑在规定的位置，并保持震荡板52与支撑脚122的连接。

当震荡板52在偏转电机51的带动下进行圆周运动时，迫使试管架12的支撑脚122一起转动，即带动试管架12来回震荡，从而使得插装试管架12上的试管3来回震荡，加快试管内的强酸与样品的反应速度，提高样品消解效率。其中，为了保证支撑脚122能正常的震荡运动，操作台面板80上设置的通孔应大于支撑脚122。通过该减震器55能够将震荡板52保持在电机固定板54以上的规定位置，使试管架的支撑脚122置于震荡板52的通孔，保证支撑脚122与震荡板52始终处于连接状态。进一步的，在本发明中，所述加样小车24上设有液位传感器6，所述加热器1上设有温度传感器7。其中，所述液位传感器6设置在所述加样小车24的底部，能与所述试管口31相对应，而所述温度传感器7设置在所述导热体14的底部。

本发明可用于样品的无机元素分析处理，样品的无机元素分析处理前通常需要将样品(含待分析无机元素)置于样品试管内，然后将不同种类的溶剂分别滴入相应的试管内，对样品试管加热至一定温度，在高温下让样品与溶剂充分反应，最终使试管内的液体定容到指定体积，然后操作员可以对这些样品进行下一步分析。

请一并参见图1～图6，为本发明提出的样品消解处理装置。其中，储液室20的具体位置不做限定，可根据实际使用的需要，设置在图示或其他位置。此外，本发明中与溶剂接触的部件均选用防腐蚀材料，或者表面经过防腐处理。

本发明的工作原理是：将试管架12的支撑脚122穿过所述操作台面板80，使试管架12搁置在操作台面板80上，将试管3由试管架12的通孔121置入加热器1的试管容置孔11内，该试管内容置有样品。通过升降机构4的升降驱动电机40、传动带43(如同步齿形带)，驱动两个竖直丝杠41同步转动，带动升降板42沿所述竖直丝杠41在Z轴方向上向上位移，至升降板42接触至试管架的支撑脚122，则该升降板42带动试管架12一起上升，将该试管架12、其内设置的试管3一起举升到规定的高度(如图4所示)，以利向试管内准确的加入溶剂。当试管内样品达到预期目的后，通过升降机构4可以再将试管架12升到规定的高度，此时有利于试管内样品的冷却。由于样品架的支脚通过震荡板52上的通孔，所以样品架在升降板的上端位置和下端位置之间均可得到有效震荡。随后，驱动溶剂供给机构2上的加样臂23，在横向导轨22上沿X轴方向移动至规定的位置，并驱动加样小车24在导槽231内沿Y轴方向移动至规定的位置，该规定位置为加样小车24下部的给料嘴21与每个试管口31相对应的位置，从而可以快速、准确的定位给料嘴与指定的试管口31相对应。通过输液管路(图中未示出)将所需溶剂从储液室20输送至给料嘴21，加入到与给料嘴21相对应的试管3中。在加入溶剂的过程中，通过设置在加样小车24上的液位传感器6监测试管3内的液面高度，实现对加入到试管内溶剂的定量控制。完成试管内样品、溶剂的添加后，升降驱动电机40反向旋转，使升降板42沿Z轴方向向下移动，使试管3容置在加热器1的试管容置孔11内，对试管进行加热，此时试管架12的支撑脚122通常不与升降板42相接触，而是由操作台面板8支撑该试管架12。具体的加热过程是，加热器1的加热膜15通过由石墨制成的导热体14，对置于导热体14的试管容置孔11内的试管3进行加热，并由设置在加热器1上的温度传感器7对加热器1内的加热温度进行及时的控制。在对试管3的加热过程中，可以启动震荡机构5的偏转电机51，驱动震荡板52进行圆周运动，由于试管架12的支撑脚122是穿过震荡板52上设置的对应孔位与震荡板52相连接，因此，当震荡板52震荡时候，支撑脚122随震荡板一起震荡，从而使得插装试管架12上的试管3来回震荡，加速了试管3中样品与溶剂的充分反应，缩短了消解过程，节约了作业时间。

更进一步地，本发明可采用计算机系统，并在所述横向导轨22、加样臂23的一端分别设置有X轴、Y轴驱动电机，该X、Y轴驱动电机通过传送带能分别驱动加样臂23、加样小车24移动；所述溶剂供给结构2的储液室20与给料嘴21之间，还可进一步包含有切换阀和输液泵，以根据样品的成分，由切换阀从储液室20中切换选择所需的溶剂类型，再通过输液泵将溶剂输送至给料嘴21。由此，通过计算机将控制信号发送给驱动电路，以对溶剂供给机构、升降机构、震荡机构以及各传感器进行集中控制，即操作员在计算机软件上选择试管后，计算机根据试管位置计算出给料嘴的步进距离并向相关机构发出脉冲信号，驱动给料嘴移至指定试管上方，随后根据样品类型由计算机程序选择某种溶剂，发出命令给切换阀，再通过输液泵将该溶剂定量的传输到给料嘴，滴到试管内，并由液位传感器将监测的液体高度反馈至计算机系统，实现溶剂选择和定量加溶剂的自动化操作，之后，计算机控制加热器和震荡机构工作，加速样品的消解反应。通过上述过程，计算机系统可使给料嘴能够高精度自动定位及选择、定量添加溶剂，并通过监测试管内的液面高度，实现对液体进行精确定容，同时对加热器的加热温度和震荡机构达到良好的监控，实现完全自动化的工作状态。

总之，本发明是用溶剂供给机构将溶剂滴到样品管内，利用液位传感器监测试管内的液面高度，实现对液体的定容；通过石墨导热体对盛放样品的试管进行加热，然后在震荡机构的震荡下，加速试管的消解反应，从而缩短了消解过程及时间，在消耗更少的资源情况下，能高效的完成消解工作。

以上所述仅为本发明示意性的具体实施方式，并非用以限定本发明的范围。任何本领域的技术人员，在不脱离本发明的构思和原则的前提下所作出的等同变化与修改，均应属于本发明保护的范围。而且需要说明的是，本发明的各组成部分及各方法步骤并不仅限于上述整体应用，而是可根据实际需要与其它现有技术进行结合，因此，本发明理所当然地涵盖了与本案发明点有关的其它组合及具体应用。

Claims (13)

1.一种样品消解处理装置，其特征在于，所述样品消解处理装置包括：

机架；

加热器，具有一个以上的试管容置孔，试管能设置在所述试管容置孔内；

溶剂供给机构，具有能在水平面内沿横向和纵向移动地设置在所述加热器上方的给料嘴，所述给料嘴与储液室相连接；

所述加热器、以及溶剂供给机构分别设置在所述机架上。

2.如权利要求1所述的样品消解处理装置，其特征在于，所述机架上设有操作台面板，所述加热器与所述操作台面板固定连接；所述操作台面板的下部设有升降机构，该升降机构包括升降驱动电机，与升降驱动电机相连接、且竖直设置的至少一竖向丝杠，一升降板与所述竖向丝杠相连接并能在竖直方向移动。

3.如权利要求2所述的样品消解处理装置，其特征在于，所述加热器的上部设有试管架，所述试管架上具有与所述加热器的试管容置孔相对应的通孔，所述试管能设置在所述试管架和试管容置孔内；且所述试管架上设有多个支撑脚，所述支撑脚贯穿所述操作台面板，并能抵顶于所述升降板。

4.如权利要求2所述的样品消解处理装置，其特征在于，所述加热器的两端均设有所述竖向丝杠，该两竖向丝杠由所述升降驱动电机同步驱动。

5.如权利要求3所述的样品消解处理装置，其特征在于，所述加热器包括一保温箱体，设置在所述保温箱体内的导热体，所述导热体上设有一个以上的所述试管容置孔，所述试管架位于所述保温箱体的上部。

6.如权利要求5所述的样品消解处理装置，其特征在于，所述导热体由石墨制成，其底部设有加热膜。

7.如权利要求2至6任一项所述的样品消解处理装置，其特征在于，所述升降板呈一中空的框架结构，所述加热器容置在所述升降板内。

8.如权利要求2至6任一项所述的样品消解处理装置，其特征在于，所述溶剂供给机构包括沿X轴方向设置的横向导轨，一加样臂的一端与所述横向导轨相连接，并能沿所述横向导轨移动，另一端向Y轴方向延伸至所述操作台面板的上部，一加样小车能沿Y轴方向移动地设置在所述加样臂上，所述给料嘴设置在所述加样小车的下部。

9.如权利要求8所述的样品消解处理装置，其特征在于，所述横向导轨为一丝杠，所述加样臂上设有导槽，所述加样小车能移动地卡合于所述导槽内。

10.如权利要求8所述样品消解处理装置，其特征在于，所述加样小车上设有监测所述试管内液面高度的液位传感器，所述加热器上设有温度传感器。

11.如权利要求10所述的样品消解处理装置，其特征在于，所述液位传感器设置在所述加样小车的底部，能与试管口相对应。

12.如权利要求1至6任一项所述的样品消解处理装置，其特征在于，所述样品消解处理装置进一步还包括震荡机构，所述震荡机构具有与所述机架相连接的一偏转电机，与所述偏转电机相连接的震荡板；该震荡板连接所述支撑脚，所述试管架位于所述加热器上部，并具有与所述加热器上设置的试管容置孔相对应的通孔。

13.如权利要求12所述的样品消解处理装置，其特征在于，所述机架上设有操作台面板，一个以上的连接杆一端与所述操作台面板固定连接，另一端连接一电机固定板，所述偏转电机固定在所述电机固定板上，其输出轴通过一偏心轴与所述震荡板相连接，且一个以上的减震器的一端与所述电机固定板相连接，另一端与所述震荡板相连接。

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