CN104190344A - 光辐照多样品平行反应装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及光化学反应领域，公开了一种光辐照多样品平行反应装置，包括：底座、水平固定安装在底座上方的支撑盘、安装在支撑盘上方的顶盘、可旋转地安装在支撑盘下方的旋转盘以及多个反应瓶；支撑盘的周向上设有多个透光孔；反应瓶的瓶底为平面透光片；多个反应瓶一一对应地放置在透光孔上；顶盘上设有多个供反应瓶穿过的反应瓶通孔；顶盘与支撑盘之间安装多组与反应瓶对应的搅拌器，用于搅拌反应瓶中的液体；旋转盘设置在所述支撑盘的下方，且与支撑盘同轴布置；旋转盘的上表面沿周向设有多个与透光孔对应的光源，光源通过导电滑环与外部电源连接。使用本发明的平行实验装置，实验时入射到溶液中的光辐照强度一致性好，提高实验结果的准确性。
Description
技术领域
本发明涉及光化学反应领域，特别是涉及一种光辐照多样品平行反应装置。
背景技术
随着光化学反应领域研究的持续深入，实验研究过程中不同反应物、催化剂在同等光辐照条件下的性能评价尤其重要。特别实在光催化领域，由于光催化实验的时间周期较长，从数小时到数天，如果将催化剂直接用于实验，将耗费很长的时间和精力，同时要投入很多其它资源如光源、测量仪器、耗材等。需要数周甚至数月才能完成几组样品催化效果的平行对比实验。
现有的光辐照平行反应装置一般为侧照型，即照射光源置于环形布置的反应试管中央，光线由侧面穿过反应瓶或试管壁入射到反应溶液中，这种装置存在如下缺点和不足：
(1)反应瓶或试管壁加工时光洁度和圆度的一致性很难保证，造成平行对比实验时入射到溶液中的辐照强度一致性差，影响对比实验结果的准确性。
(2)侧入射对光的利用率很低。一方面，试管圆柱面对光的反射率高，入射率低；另一方面，试管空隙处的光不能利用。现有技术是通过提高光源的功率来强化实验的结果，造成资源浪费。
(3)该反应装置在实验时，试管围绕光源转动，增加了在线取样检测的难度，无法实现全自动操作。
(4)灵活性较差。由于缺少光强度调节系统，选用不同的实验波长时，需要更换滤光片，造成光通量的大幅降低。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明的目的是提供一种实验时入射到溶液中的辐照强度一致性好，提高实验结果准确性的光辐照多样品平行反应装置。
(二)技术方案
为了解决上述技术问题，本发明提供一种光辐照多样品平行反应装置，包括：底座、水平固定安装在所述底座上方的支撑盘、安装在所述支撑盘上方的顶盘、可旋转地安装在所述支撑盘下方的旋转盘以及多个反应瓶；所述支撑盘的周向上设有多个透光孔；所述反应瓶的瓶底为平面透光片；多个所述反应瓶一一对应地放置在所述透光孔上；所述顶盘上设有多个供反应瓶穿过的反应瓶通孔；所述顶盘与支撑盘之间安装有多组与所述反应瓶对应的搅拌器，用于搅拌所述反应瓶中的液体；所述旋转盘设置在所述支撑盘的下方，且与所述支撑盘同轴布置；所述旋转盘的上表面沿周向设有多个与所述透光孔对应的光源，所述光源通过导电滑环与外部电源连接。
其中，所述搅拌器为磁力搅拌器，所述磁力搅拌器包括磁力罩、磁力搅拌子、动力磁体和驱动机构；所述磁力罩可转动地安装在所述顶盘的下表面，空套在所述反应瓶的外侧；所述磁力搅拌子放置在所述反应瓶中；所述动力磁体固定在所述磁力罩上；所述驱动机构与所述磁力罩连接，用于驱动所述磁力罩转动。
其中，所述驱动机构包括搅拌电机和同步带轮，所述同步带轮与所述磁力罩相固定连接；所述搅拌电机通过同步带驱动所述同步带轮转动。
其中，所述动力磁体包括两个永磁体或一组电磁绕组，两个所述永磁体对置安装在所述磁力罩上；所述电磁绕组设置在磁力罩上。
其中，每个所述光源上罩设有一个聚光镜；所述光源为LED灯、氙气灯、汞灯、卤素灯。
其中，所述反应瓶的瓶底由石英制成；所述反应瓶的瓶口设有密封螺纹。
其中，所述反应瓶的截面为圆形或者矩形。
其中，所述旋转盘通过旋转轴安装在所述底座上；所述导电滑环安装在所述旋转轴上。
其中，所述旋转轴由一个旋转电机通过带轮组件驱动。
其中，该反应装置还包括一控制器，所述控制器用于控制光源的亮度、旋转盘转动以及搅拌器工作。
(三)有益效果
本发明提供的光辐照多样品平行反应装置，具有以下优点：
(1)反应瓶的底部具有平面透光片，光源从反应瓶的底部入射到反应瓶中，平行对比实验时入射到溶液中的辐照强度一致性好，提高实验结果的准确性。
(2)平面透光片采用石英制成，且通过光学级的抛光、研磨，使得透光性好，且平面的透光片，反射率降低，入射率高，节约资源。
(3)多个光源循环照射反应溶液，消除由于单个发光光源辐射强度不一致造成对光化学反应对比结果的影响。
(4)反应瓶的位置相对固定，便于实现自动化实验。
(5)灵活性好。由于设置控制器控制光源的亮度，减少更换光源的工作，提高实验效率。
附图说明
图1为本发明实施例1的立体图；
图2为本发明实施例1的主视图；
图3为图2中沿A-A方向的剖视图。
图中，1：底座；2：支撑盘；3：顶盘；4：旋转盘；5：反应瓶；6：搅拌电机；7：磁力搅拌器；8：聚光镜；9：光源；10：旋转电机；11：磁力搅拌子；12：磁力罩；13：同步带轮；14：动力磁体；15：旋转轴；16：导线；17：导电滑环；18：控制器；19：带轮组件；20：支撑架；21：支撑柱。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
实施例1：
参照图1至3所示，本发明的光辐照多样品平行反应装置，包括：底座1、支撑盘2、顶盘3、旋转盘4和多个反应瓶5，本实施例的反应瓶5的个数为8个，以下均以8个反应瓶5进行描述。底座1为一个由钢板制成的矩形空心框架。支撑盘2通过支撑架20水平固定安装在底座1上方。顶盘3通过支撑柱21可拆卸地安装在支撑盘2上方，与支撑盘2相平行。旋转盘4可旋转地安装在支撑盘2的下方，同样与支撑盘2相平行，且与支撑盘同轴布置。支撑盘2的周向上设有8个透光孔，透光孔中可以安装透镜片，也可以什么都不安装。优选在透光孔周围设有用于放置反应瓶的环形凹槽。本发明所使用的反应瓶5的瓶身由玻璃制成，反应瓶5的瓶底为平面透光片。具体的，反应瓶5的瓶底由石英制成，通过严格的光学研磨、抛光后，经过专门的光学加工工艺使平面透光片与玻璃制成的瓶身融为一体，使反应瓶能够耐强酸、强碱等化学试剂的腐蚀。反应瓶5的瓶口设有密封螺纹，通过一个带螺纹的瓶盖可以盖合反应瓶，保证实验过程的气密性。优选的，反应瓶5的截面为圆形或者矩形。8个反应瓶5一一对应地放置在8个透光孔上，在顶盘3上设有8个反应瓶通孔，用于供反应瓶5从顶盘的反应瓶通孔穿过，放置在支撑盘2上。顶盘3与支撑盘2之间安装有8组与反应瓶5对应的搅拌器，用于搅拌反应瓶5中的液体。在本实施例中，8组搅拌器均采用磁力搅拌器7，磁力搅拌器7安装在顶盘3的下表面，向下扣置在反应瓶5的周围，每组磁力搅拌器7分别与一个反应瓶5相对应。旋转盘4的上表面沿周向设有8个与透光孔对应的光源9，光源9通过导电滑环17与外部电源连接。为了使光源9射出来的光能够更好地入射到反应瓶5中，在每个光源9上罩设一个聚光镜8，光源9射出的光通过聚光镜8的聚光作用后，光线从反应瓶5的底部射到反应瓶5中。光源9优先选用大功率的LED(发光二极管)灯、氙气灯、汞灯、卤素灯。
本实施例中，旋转盘4的中心下表面固定有一个旋转轴15，旋转轴15的下端穿过底座1的上板，穿入底座1中，并可旋转地安装在底座1上。导电滑环17安装在旋转轴15上，且导电滑环17与外部电源形成相对滑动的电连接。旋转轴15为一个空心轴，各光源9的导线16穿过旋转轴的空心部，并与导电滑环17连接，从而使光源9获取电能。旋转轴15通过带轮组件19与一个安装在底座1内的旋转电机10连接，在旋转电机10的带动下，沿水平转动。旋转电机10通过带轮组件19(也可以采用其他减速传动机构)驱动环形分布的光源9以一定的速度转动，使每个反应瓶5受到所有光源9的照射，消除由于单个发光光源辐射强度不一致造成对光化学反应对比结果的影响。本实施例中，光源9的数量及位置均与透光孔相同，对于数据要求不高时，也可以不转动旋转盘。需要说明的是，光源9的数量可以根据测试的需要进行选择，不需要与透光孔的数量相一致。
本实施例中，每组磁力搅拌器7均包括磁力罩12、磁力搅拌子11、动力磁体14和驱动机构。磁力罩12为一个两端皆为敞口的圆筒，其内径大于反应瓶5的最大外径(当反应瓶5为矩形时，最大外径指对角位置的外径)。磁力罩12的一端通过轴承或者轴套可转动地安装在顶盘3的下表面，且空套在反应瓶5的外侧。磁力搅拌子11放置在反应瓶5中。本实施例的动力磁体14包括两个永磁体，在磁力罩12上对置设有两个固定孔，两个永磁体固定在磁力罩12的固定孔中。驱动机构与磁力罩12连接，用于驱动磁力罩12转动。驱动机构包括搅拌电机6和同步带轮13，同步带轮13与磁力罩12相固定连接；搅拌电机6通过同步带(图未示出)驱动同步带轮13转动。搅拌电机6的数量可以为多个或1个。当搅拌电机6为多个时，每个搅拌电机6驱动一个同步带轮13转动，使得本反应装置的结构复杂，且多个搅拌电机6的转速难以保持完全一致，旋转速度无法确保一致。在本实施例中，优选，搅拌电机6仅采用一个，该搅拌电机6安装在顶盘3的上表面，电机轴穿过顶盘3，电机轴的轴心与顶盘3圆心的距离等于反应瓶通孔的轴心与顶盘3圆心的距离。搅拌电机6通过一个同步带与每组磁力搅拌器的同步带轮13连接。磁力罩12转动时带动动力磁体14转动，在磁力罩12转动时，由于磁力作用，带动悬浮在反应瓶5中的磁力搅拌子转动，从而搅拌反应瓶5中的液体。
进一步的，本发明还包括一个控制器18，该控制器18用于控制光源9的亮度、旋转盘4转动以及搅拌器的工作。控制器18选用可编程控制器、单片机或者调速器。本发明的旋转电机10、搅拌电机6均选用伺服电机。控制器18安装在空心的底座1内部，与旋转电机10、搅拌电机6电连接，用于控制旋转电机10、搅拌电机6的转动速度、转动方向，从而控制搅拌器和旋转盘工作；控制器18还与光源9通讯连接，用于调节光源的亮度。
实施例2：
本实施例与实施例1基本相同，所不同之处在于：本实施例的磁力搅拌器安装在支撑盘上，位于反应瓶的外侧。
实施例3：
本实施例与实施例1基本相同，所不同之处在于：本实施例的动力磁体为一组电磁绕组，电磁绕组设置在磁力罩12上，位于外壁或者内壁，形成一个环状电磁铁圈，用于驱动磁力搅拌子11。
实施例4：
本实施例与实施例1基本相同，所不同之处在于：本实施例的动力磁体位于旋转盘4的下方，两个永磁铁或电磁铁平面布置，驱动位于反应瓶中的磁力搅拌子。
使用本发明的反应装置：
(1)用镜头纸将反应瓶5的瓶底清洁干净，如果内部有残留物需要用相应的试剂清除，保持平面透光片的透光性。
(2)将配置好的反应溶液和介质装入反应瓶5，并将磁力搅拌子11放入瓶内，观察磁力搅拌子11是否水平横置在瓶底，否则晃动反应瓶使磁力搅拌子11横置。
(3)将反应瓶5由上向下穿过反应瓶通孔插入磁力罩12中，在插入过程中观察磁力搅拌子11是否受到磁力作用悬浮在溶液中，否则重新插入。由于受到动力磁体14的磁力吸引作用，磁力搅拌子11受到磁力罩12上的动力磁体14产生的磁力，两者保持在一个水平面内，反应瓶5继续向下插入时，磁力搅拌子11保持不动，悬浮在反应瓶5中。
(4)打开电源开关，调节搅拌电机6的旋钮，将搅拌转速稳定在合适的转速，保证溶液不飞溅。当搅拌电机6驱动磁力罩12旋转时，瓶内磁力搅拌子11随动力磁体14一起转动，起到搅拌作用。
(5)调节光源9的亮度，将光源9的发光强度置于合适的亮度。同时根据需要，调节旋转电机10的转速。
本发明具有以下优点：
(1)反应瓶的底部具有平面透光片，光源从反应瓶的底部入射到反应瓶中，平行对比实验时入射到溶液中的辐照强度一致性好，提高实验结果的准确性。
(2)平面透光片采用石英制成，且通过光学级的抛光、研磨，使得透光性好，且平面的透光片，反射率降低，入射率高，节约资源。
(3)多个光源循环照射反应溶液，消除由于单个发光光源辐射强度不一致造成对光化学反应对比结果的影响。
(4)反应瓶的位置相对固定，便于实现自动化实验。
(5)灵活性好。由于设置控制器控制光源的亮度，减少更换光源的工作，提高实验效率。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种光辐照多样品平行反应装置，其特征在于，包括：底座、水平固定安装在所述底座上方的支撑盘、安装在所述支撑盘上方的顶盘、可旋转地安装在所述支撑盘下方的旋转盘以及多个反应瓶；所述支撑盘的周向上设有多个透光孔；所述反应瓶的瓶底为平面透光片；多个所述反应瓶一一对应地放置在所述透光孔上；所述顶盘上设有多个供反应瓶穿过的反应瓶通孔；所述顶盘与支撑盘之间安装有多组与所述反应瓶对应的搅拌器，用于搅拌所述反应瓶中的液体；所述旋转盘设置在所述支撑盘的下方，且与所述支撑盘同轴布置；所述旋转盘的上表面沿周向设有多个与所述透光孔对应的光源，所述光源通过导电滑环与外部电源连接。
2.如权利要求1所述的光辐照多样品平行反应装置，其特征在于，所述搅拌器为磁力搅拌器，所述磁力搅拌器包括磁力罩、磁力搅拌子、动力磁体和驱动机构；所述磁力罩可转动地安装在所述顶盘的下表面，空套在所述反应瓶的外侧；所述磁力搅拌子放置在所述反应瓶中；所述动力磁体固定在所述磁力罩上；所述驱动机构与所述磁力罩连接，用于驱动所述磁力罩转动。
3.如权利要求2所述的光辐照多样品平行反应装置，其特征在于，所述驱动机构包括搅拌电机和同步带轮，所述同步带轮与所述磁力罩相固定连接；所述搅拌电机通过同步带驱动所述同步带轮转动。
4.如权利要求2所述的光辐照多样品平行反应装置，其特征在于，所述动力磁体包括两个永磁体或一组电磁绕组，两个所述永磁体对置安装在所述磁力罩上；所述电磁绕组设置在磁力罩上。
5.如权利要求1所述的光辐照多样品平行反应装置，其特征在于，每个所述光源上罩设有一个聚光镜；所述光源为LED灯、氙气灯、汞灯、卤素灯。
6.如权利要求1所述的光辐照多样品平行反应装置，其特征在于，所述反应瓶的瓶底由石英制成；所述反应瓶的瓶口设有密封螺纹。
7.如权利要求6所述的光辐照多样品平行反应装置，其特征在于，所述反应瓶的截面为圆形或者矩形。
8.如权利要求1所述的光辐照多样品平行反应装置，其特征在于，所述旋转盘通过旋转轴安装在所述底座上；所述导电滑环安装在所述旋转轴上。
9.如权利要求8所述的光辐照多样品平行反应装置，其特征在于，所述旋转轴由一个旋转电机通过带轮组件驱动。
10.如权利要求1所述的光辐照多样品平行反应装置，其特征在于，该反应装置还包括一控制器，所述控制器用于控制光源的亮度、旋转盘转动以及搅拌器工作。
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