CN106769362B - 一种全自动吸附实验装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种全自动吸附实验装置，包括壳体、操作控制系统、操作显示界面、进样装置、洗脱装置、样品输入分流控制器及导管线路单元、吸附纯化装置、样品输出分流控制器及导管线路单元、吸附液输出装置、洗脱液输出装置；壳体包括一铰接于壳体的垂直的门体；操作控制系统、操作显示界面、进样装置和洗脱装置设于壳体上，且均位于门体的上方；吸附纯化装置设于壳体与门体构成的空间内。本发明提供的一种全自动吸附实验装置，体积小、占用空间小、操作方便、自动化程度高，采用多通道协同吸附设计，可以实现多类型吸附材料协同/对比吸附，且能适时更换和大/小型试验多种样品同时批量/连续吸附及洗脱的目的，提高了工作效率。

Description

一种全自动吸附实验装置
技术领域
本发明涉及实验室自动化设备领域，尤其涉及一种全自动吸附实验装置。
背景技术
实验室吸附材料被广泛地应用在样品的纯化和富集过程中，吸附作用可以分为物理吸附和化学吸附两种主要形式。物理吸附过程主要将液相或气相等介质中的杂质吸引到具有多孔结构、表面积巨大的吸附材料孔径中，达到收集杂质和富集产品的目的。化学吸附过程是指吸附材料含有的特定官能团或络合物可以与被吸附的物质发生化学反应，从而使被吸附物质结合聚集到吸附材料的表面，也达到纯化或富集的实验目的。
在许多吸附纯化和富集制备实验过程中，科研工作者通常利用较为简易的填充有树脂的玻璃柱子的装置来浓缩纯化所需的样品溶液，操作过程较为繁琐，需实时控制柱子下面的阀口来控制整个装置的流速以及向装置内添加粗溶液及洗脱液。这样的批量样品浓缩纯化过程耗时耗力，增加了科研工作者额外的工作量。另外，传统的批量样品的吸附纯化过程还停留在人工操作的基础之上，为整个实验过程带来了巨大的负担，目前还没有在同一装置内利用不同类型吸附材料多通道协同吸附的方式来实现实验室批量样品纯化或富集过程的机械化和自动化。
中国实用新型专利(201220506866.6：树脂吸附实验装置)公开了一种树脂吸附实验装置，由树脂柱固定架(1)和玻璃树脂柱(2)两部分组成，其特征在于：所述玻璃树脂柱(2)的上端还加装了一个玻璃加液斗(3)，玻璃树脂柱(2)上端内管口与玻璃加液斗(3)下端外管口以标准磨口配套相连接。
中国发明专利(201410636205.9：一种大孔树脂吸附分离装置)公开了一种大孔树脂吸附分离装置，其主要由罐体(1)、进液管、出液管(3)、循环管(4)组成，其特征在于：所述罐体(1)内设有两层大孔树脂：上层大孔树脂(6)和下层大孔树脂(7)，所述上层大孔树脂(6)上端设有上层大孔树脂进口(8)、下端设有上层大孔树脂出口(9)，所述下层大孔树脂(7)上端设有下层大孔树脂进口(10)，下端设有下层大孔树脂出口(11)，所述罐体(1)的左侧设有两根进液管，一根是药液进液管(2)，另一根的洗脱再生液进液管(5)，所述药液进液管(2)的一端设有药液进口(12)，另一端从罐体(1)上部连接到罐体(1)内部，并在端口设置一个与之垂直的布水管(13)，所述洗脱再生液进液管(5)的一端设有三个进口，分别是蒸馏水进口(14)、洗脱液进口(15)、再生液进口(16)，另一端直接连接罐体(1)上部，所述罐体(1)的右侧设有循环管(4)，所述循环管(4)上设有循环泵(17)，所述罐体(1)的下端设有出液管(3)，所述出液管(3)的一端设有出液口(18)。
上述实用新型专利公开的树脂吸附装置虽然可同时进行几十个样品的处理，在一定程度上可以提高样品的处理效率，但是该实用新型采用的是玻璃加液斗设置样品的料液加量，料液用完后还需再次人工添加，需要人工的配合，增加了实验室人员的劳动强度，自动化程度低，装置占用的空间比较大；上述的发明专利公开的一种大孔树脂吸附分离装置，在一定程度上可以实现样品的吸附分离，但仅限于一种样品的吸附分离，且此吸附装置占地空间大，不适用于实验室操作。
发明内容
为克服现有技术中存在的缺陷，本发明提供了一种全自动吸附实验装置，体积小、占用空间小、结构简单、操作方便、自动化程度高，可以实现多类型吸附材料适时更换和多种样品同时吸附及洗脱的目的，提高了工作效率。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：本发明提供了一种全自动吸附实验装置，包括壳体、操作控制系统、操作显示界面、进样装置、洗脱装置、样品输入分流控制器及导管线路单元、吸附纯化装置、样品输出分流控制器及导管线路单元、吸附液输出装置、洗脱液输出装置；所述壳体包括一铰接于所述壳体的垂直的门体；
所述操作控制系统、操作显示界面、进样装置和洗脱装置均设于所述壳体上，且均位于所述门体的上方；
所述吸附纯化装置设于所述壳体与所述门体构成的空间内；
所述进样装置的出口、洗脱装置的出口均通过所述样品输入分流控制器及导管线路单元与所述吸附纯化装置的入口连接；
所述吸附纯化装置的出口通过所述样品输出分流控制器及导管线路单元分别与所述吸附液输出装置的入口、洗脱液输出装置的入口连接；
所述操作控制系统分别与所述操作显示界面、进样装置、洗脱装置、样品输入分流控制器及导管线路单元、样品输出分流控制器及导管线路单元控制连接。
优选地，所述吸附纯化装置包括若干个吸附纯化管和若干个液面高度感应装置，每一所述吸附纯化管内设有填充吸附材料，每一所述液面高度感应装置设于相对应的每一吸附纯化管的顶部；
吸附纯化装置可以实现对样品溶液的吸附，吸附纯化管及填充吸附材料均可定期拆卸和更换，操作方便。
优选地，所述填充吸附材料采用固体吸附材料；填充吸附材料可根据所纯化溶液的具体性质进行选择。
优选地，所述液面高度感应装置与所述操作控制系统控制连接。
优选地，所述吸附液输出装置的底部设有吸附液输出阀门。
优选地，所述洗脱液输出装置的底部设有洗脱液输出阀门。
优选地，吸附液输出阀门和洗脱液输出阀门分别是吸附液输出装置和洗脱液输出装置的阀口，能够实现液体的引流作用。
优选地，所述壳体上还设有供电系统，所述供电系统分别与所述操作控制系统、操作显示界面、进样系统、洗脱装置、样品输入分流控制器及导管线路单元、样品输出分流控制器及导管线路单元电气连接，为整个装置的运行提供动力，并与外部电源进行电连接。
优选地，所述操作控制系统上设有启动按钮、暂停按钮、结束按钮、样品输入参数设定按钮及洗脱启动按钮。
采用所述的全自动吸附实验装置进行溶液吸附的方法，其包括如下步骤：
(1)启动供电系统的总电源启动按钮；
(2)在操作控制系统上设置样品输入量，并按下相对应的样品输入参数设定按钮，同时启动开始按钮；
(3)样品输入分流控制器及导管线路装置接收操作控制系统的指令，分流控制器实现分流及输入量的控制，样品通过导管线路装置中的导管一一对应的输入到吸附纯化装置中的各个吸附纯化管内；
(4)各个吸附纯化管内样品的体积达到预设的相对应的体积，位于吸附纯化管上面的液面高度感应装置中的感应器将检测感知到的液面高度信息反馈给操作控制系统；操作控制系统在接收液面高度信息后向进样装置发出控制样品输入的速度，从而实现预先设定的流速；
(5)进样装置中的样品按照预设的流速向吸附纯化管继续输入样品，同时吸附纯化管中的填充吸附材料对样品进行吸附，直至吸附纯化管中的样品吸附时间达到预设的吸附时间，进样装置停止进样；
(6)吸附纯化管中的吸附液通过样品输出分流控制器及导管线路装置中的导管一一对应的输出到吸附液输出装置中，打开吸附液输出装置底部的吸附液输出阀门，收集吸附液；
(7)进样装置停止进样后，操作控制系统向洗脱装置发送启动信号启动洗脱程序，洗脱装置通过样品输入分流控制器及导管线路装置中的导管一一对应的向吸附纯化管中注入洗脱液，对吸附纯化管进行洗脱；
(8)对吸附纯化管洗脱后的洗脱液通过样品输出分流控制器及导管线路装置中的导管一一对应的输出到洗脱液输出装置中，打开洗脱液输出装置底部的洗脱液输出阀门，收集洗脱液；
(9)一次吸附及洗脱完成后，系统自动进入步骤(2)，再次重复步骤(2)至步骤(8)的过程，直至样品吸附循环次数达到预设的样品吸附循环次数，完成整个吸附浓缩过程，收集样品洗脱液。
优选地，所述的样品输入参数包括预设吸附纯化管的体积、样品流速、样品吸附时间、样品吸附循环次数。
与现有技术相比，本发明产生的有益效果是：
(1)本发明提供的全自动吸附实验装置，不仅能够实现吸附过程的机械化、全自动化；还可以实现吸附样品的自动定量进样、溶液吸附、吸附纯化管液面自动感应、进液流速控制、自动洗脱、循环进出样的过程；
(2)本发明不仅能够实现样品的多通道协同吸附，还能够实现小/大型试验多种样品批量和连续吸附，提高了吸附效率，节省了工作时间；吸附饱和的吸附纯化材料还可以随时更新，保证连续吸附实验过程的顺利进行；吸附纯化管中的吸附材料可根据吸附物质的性质进行更换选择，如需吸附纯化的物质为富里酸，吸附材料可相应的优先选择为XAD树脂；
(3)本发明除了可以采用多通道(或多吸附纯化管)协同吸附的方式，还能够采用不同类型的固体吸附材料对不同类型的样品同时进行纯化和富集，且在同一实验中，可以利用本发明来对比多通道内不同类型固体吸附材料的纯化和富集效能，为吸附材料的对比实验提供更为便捷快速的方法与装置；
(4)本发明还设置了液面高度感应装置，将检测感知的液面高度信息传输到操作控制系统，然后通过操作控制系统将信号传输到进样装置、吸附流出液输出装置和洗脱液输出装置，实现调整样品输入输出的流速，稳定吸附纯化管内溶液的高度，提高自动化程度；同时操作控制系统还能够实现对样品吸附过程和洗脱过程的同时进行，可控制样品的进液量和洗脱液的输入量；
(5)本发明中的操作控制系统不仅可以实现对整个设备的自动化的设置，还可以设置吸附时间，吸附速率，自动洗脱时间，洗脱液的量等参数；另外，总体结构新颖，自动化水平高，操作简便，提高了吸附速率与吸附质量，使用安全，可靠性和精确度高，可以随地安装，应用灵活。
附图说明
图1是本发明提供的全自动吸附实验装置的结构示意图；
图2是本发明提供的吸附纯化装置的结构示意图；
图3是本发明提供的全自动吸附实验装置的流程图；
在附图中，各个标记的具体含义如下：
1：外壳；2：操作控制系统；3：操作显示界面；4：进样装置；5：洗脱装置；6：样品输入分流控制器及导管线路单元；7：液面高度感应装置；8：吸附纯化管；81：填充吸附材料；9：门体；10：样品输出分流控制器及导管线路单元；11：供电系统；12：吸附液输出装置；13：洗脱液输出装置；14：吸附液输出阀门；15：洗脱液输出阀门。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明的具体实施例作详细的阐述。
参图1所示，图1是本发明提供的全自动吸附实验装置，包括外壳1、操作控制系统2、操作显示界面3、进样装置4、洗脱装置5、样品输入分流控制器及导管线路单元6、吸附纯化装置、样品输出分流控制器及导管线路单元10、供电系统11、吸附液输出装置12、洗脱液输出装置13；其中，壳体1包括一铰接于壳体1的垂直的门体9；操作控制系统2、操作显示界面3、进样装置4、洗脱装置5均设于壳体1上，且均位于门体1的上方；吸附纯化装置设于有所述壳体1与门体9构成的空间内；进样装置4的出口、洗脱装置5的出口均通过所述样品输入分流控制器及导管线路单元6与吸附纯化装置的入口连接；吸附纯化装置的出口通过所述样品输出分流控制器及导管线路单元10分别与吸附液输出装置12的入口、洗脱液输出装置13的入口连接；操作控制系统2分别与操作显示界面3、进样装置4、洗脱装置5、样品输入分流控制器及导管线路单元6、样品输出分流控制器及导管线路单元10控制连接；吸附液输出装置12的底部设有吸附液输出阀门14，洗脱液输出装置13的底部设有洗脱液输出阀门15；壳体1上还设有供电系统11，供电系统11分别与操作控制系统2、操作显示界面3、进样装置4、洗脱装置5、样品输入分流控制器及导管线路单元6、样品输出分流控制器及导管线路单元10电气连接；另外，操作控制系统2上设有启动按钮、暂停按钮、结束按钮、样品输入参数设定按钮及洗脱启动按钮。
参图2所示，图2是本发明提供的吸附纯化装置的结构示意图，其中，吸附纯化装置包括若干个液面高度感应装置7和若干个吸附纯化管8，每一液面高度感应装置7设于相对应的每一吸附纯化管8的顶部，且与操作控制系统1控制连接；每一吸附纯化管8内设有填充吸附材料81；填充吸附材料81采用XAD树脂、活性炭等其他吸附材料。
参图3所示，图3是本发明提供的全自动吸附纯化装置的流程图。采用本发明提供的全自动吸附纯化装置进行样品吸附的方法，其包括如下步骤：
(1)启动供电系统的总电源启动按钮；
(2)在操作控制系统2上设置样品输入量，并按下相对应的样品输入参数设定按钮，同时启动开始按钮；
(3)样品输入分流控制器及导管线路单元6接收操作控制系统2的指令，分流控制器实现分流及输入量的控制，样品通过导管线路装置中的导管一一对应的输入到吸附纯化装置中的各个吸附纯化管8内；
(4)各个吸附纯化管8内样品的体积达到预设的相对应的体积，位于吸附纯化管8顶部的液面高度感应装置7中的感应器将检测感知到的液面高度信息反馈给操作控制系统2；操作控制系统2在接收液面高度信息后向进样装置4发出控制样品输入的速度，从而实现预先设定的流速；
(5)进样装置4中的样品按照预设的流速向吸附纯化管继续输入样品，同时吸附纯化管8中的填充吸附材料81对样品进行吸附，直至吸附纯化管中的样品吸附时间达到预设的吸附时间，进样装置4停止进样；
(6)吸附纯化管8中的吸附液通过样品输出分流控制器及导管线路单元10中的导管一一对应的输出到吸附液输出装置12中，打开吸附液输出装置12底部的吸附液输出阀门14，收集吸附液；
(7)进样装置4停止进样后，操作控制系统2向洗脱装置5发送启动信号启动洗脱程序，洗脱装置5通过样品输入分流控制器及导管线路单元10中的导管一一对应的向吸附纯化管中注入洗脱液，对吸附纯化管进行洗脱；
(8)对吸附纯化管8洗脱后的洗脱液通过样品输出分流控制器及导管线路单元10中的导管一一对应的输出到洗脱液输出装置13中，打开洗脱液输出装置13底部的洗脱液输出阀门15，收集洗脱液；
(9)一次吸附及洗脱完成后，系统自动进入步骤(2)，再次重复步骤(2)至步骤(8)的过程，直至样品吸附循环次数达到预设的样品吸附循环次数，完成整个吸附浓缩过程，收集样品洗脱液。
所述的样品输入参数包括预设吸附纯化管的体积、样品流速、样品吸附时间、样品吸附循环次数。
步骤(7)中的洗脱液是根据所要吸附物质的溶解性质进行选择的，如吸附的物质为富里酸，富里酸是可以溶解在碱液中的，相对应的洗脱液选择碱液。
本发明提供的全自动吸附实验装置中的门体9可实现整个装置内部构造的零件更换与维修功能；样品输出分流控制器及导管线路单元10可实现样品吸附流出液和洗脱液的分流，在根据操作控制系统2的不同指令能够实现分阶段输入吸附液输出装置和洗脱液输出装置；供电系统11与整个装置电气连接，为整个装置的运行提供动力，并与外部电源进行电连接。
下面以土壤富里酸样品为例，采用本发明提供的全自动吸附实验装置对土壤富里酸进行吸附纯化，在土壤富里酸吸附过程中吸附纯化管内的吸附树脂采用的XAD树脂，按照图3所示溶液吸附流程图对富里酸溶液进行吸附，吸附完成后对吸附在XAD树脂上的富里酸进行洗脱，相对应采用的洗脱液为碱液，从而得到纯化后的富里酸的洗脱液，将洗脱液收集后，进行下一步的实验操作。
由以土壤富里酸为例可知，采用本装置对不同的样品进行吸附纯化，吸附纯化管内的吸附材料及洗脱液是根据所要吸附物质的物理化学性质进行选择的。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (5)

1.一种全自动吸附实验装置，其特征在于，包括壳体、操作控制系统、操作显示界面、进样装置、洗脱装置、样品输入分流控制器及导管线路单元、吸附纯化装置、样品输出分流控制器及导管线路单元、吸附液输出装置、洗脱液输出装置；所述壳体包括一铰接于所述壳体的垂直的门体；
所述操作控制系统、操作显示界面、进样装置和洗脱装置均设于所述壳体上，且均位于所述门体的上方；
所述吸附纯化装置设于所述壳体与所述门体构成的空间内；所述吸附纯化装置包括若干个吸附纯化管和若干个液面高度感应装置，每一所述吸附纯化管内设有填充吸附材料，每一所述液面高度感应装置设于相对应的每一吸附纯化管的顶部；
所述填充吸附材料采用固体吸附材料；
所述吸附液输出装置的底部设有吸附液输出阀门；所述洗脱液输出装置的底部设有洗脱液输出阀门;所述进样装置的出口、洗脱装置的出口均通过所述样品输入分流控制器及导管线路单元与所述吸附纯化装置的入口连接；
所述吸附纯化装置的出口通过所述样品输出分流控制器及导管线路单元分别与所述吸附液输出装置的入口、洗脱液输出装置的入口连接；
所述操作控制系统分别与所述操作显示界面、进样装置、洗脱装置、液面高度感应装置、样品输入分流控制器及导管线路单元、样品输出分流控制器及导管线路单元控制连接。
2.如权利要求1所述的全自动吸附实验装置，其特征在于，所述壳体上还设有供电系统，所述供电系统分别与所述操作控制系统、操作显示界面、进样系统、洗脱装置、样品输入分流控制器及导管线路单元、样品输出分流控制器及导管线路单元电气连接。
3.如权利要求1所述的全自动吸附实验装置，其特征在于，所述操作控制系统上设有启动按钮、暂停按钮、结束按钮、样品输入参数设定按钮及洗脱启动按钮。
4.采用如权利要求1-3任一所述的全自动吸附实验装置进行溶液吸附的方法，其特征在于，其包括如下步骤：
(1)启动供电系统的总电源启动按钮；
(2)在操作控制系统上设置样品输入量，并按下相对应的样品输入参数设定按钮，同时启动开始按钮；
(3)样品输入分流控制器及导管线路装置接收操作控制系统的指令，分流控制器实现分流及输入量的控制，样品通过导管线路装置中的导管一一对应的输入到吸附纯化装置中的各个吸附纯化管内；
(4)各个吸附纯化管内样品的体积达到预设的相对应的体积，位于吸附纯化管上面的液面高度感应装置中的感应器将检测感知到的液面高度信息反馈给操作控制系统；操作控制系统在接收液面高度信息后向进样装置发出控制样品输入的速度，从而实现预先设定的流速；
(5)进样装置中的样品按照预设的流速向吸附纯化管继续输入样品，同时吸附纯化管中的填充吸附材料对样品进行吸附，直至吸附纯化管中的样品吸附时间达到预设的吸附时间，进样装置停止进样；
(6)吸附纯化管中的吸附液通过样品输出分流控制器及导管线路装置中的导管一一对应的输出到吸附液输出装置中，打开吸附液输出装置底部的吸附液输出阀门，收集吸附液；
(7)进样装置停止进样后，操作控制系统向洗脱装置发送启动信号启动洗脱程序，洗脱装置通过样品输入分流控制器及导管线路装置中的导管一一对应的向吸附纯化管中注入洗脱液，对吸附纯化管进行洗脱；
(8)对吸附纯化管洗脱后的洗脱液通过样品输出分流控制器及导管线路装置中的导管一一对应的输出到洗脱液输出装置中，打开洗脱液输出装置底部的洗脱液输出阀门，收集洗脱液；
(9)一次吸附及洗脱完成后，系统自动进入步骤(2)，再次重复步骤(2)至步骤(8)的过程，直至样品吸附循环次数达到预设的样品吸附循环次数，完成整个吸附浓缩过程，收集样品洗脱液。
5.如权利要求4所述的溶液吸附的方法，其特征在于，所述的样品输入参数包括预设吸附纯化管的体积、样品流速、样品吸附时间、样品吸附循环次数。
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