CN107991503A - 微流控制cstr反应及探测系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供的一种微流控制CSTR反应及探测系统包括：精密注射模块：该模块为数量与反应试剂种类对应的第一精密注射泵；CSTR模块：包括磁力搅拌器和第一反应池，其包括内池和外池，外池环绕地套设于内池的外围，内池的顶部设置有一覆盖平面，外池的内壁与内池的外壁间设置有第一通道，第一通道为腔体结构；外池的侧面间隔地设置有第一入口、第二入口和第一出口，内池的顶部或底部设置有第二出口；及微流探测窗口：该窗口呈方体结构，其一相对的侧面设置有光学第二通道，其顶部设置有第三入口和第三出口；第一精密注射泵与第一入口、第二出口与第三入口均通过第一管道连接。该系统不仅能够进行多种实验、且能够进行指示、检测及微流控制。
Description
技术领域
本发明涉及一种微流控制CSTR反应及探测系统。
背景技术
早在上个世纪人们大量发现化学振荡现象以来，人们对非线性动力学的研究日益迫切，非线性动力学的研究作用表现在两个方面：一方面非线性动力学的研究可以解释很多自然界的非线性现象；另一方面非线性动力学的研究可以为解释生命现象提供重要的方法论。从早期的无机振荡现象，到近年来发现的有机振荡和生化物质振荡，化学振荡研究距离生命现象越来越近，由于有机及生物相关的物质的特殊性，研究其非线性现象的方法亦不同于先前。最早人们是在封闭体系中研究化学振荡，如烧杯、量筒等，但只能观测到单个振荡现象。20世纪70年代CSTR(continuous flow stirred tank reactor)的引入让化学振荡的研究得到巨大发展，最典型的CSTR是研究BZ反应的装置，其在CSTR内嵌入甘汞-铂电极、PH复合电极、温度传感器等用以探测振荡现象。然而不论是在封闭体系中还是传统的CSTR中，其研究化学振荡的设备及方法已经不适用于当下研究生化相关的生命体系振荡，因为目前的CSTR设备过于简单，设计粗糙，体积宏大，检测方法单调，不能进行微流控制，不能进行光扰动实验，不能进行同时多组对照实验，不能满足生化物质振荡的指示与检测,不符合高精尖、精细化的发展趋势，因此急需发明一种革新的实验装置和实验方法。
微流控(Microfluidics)指的是使用微管道(尺寸为数十到数百微米)处理或操纵微小流体(体积为纳升到阿升)的系统所涉及的科学和技术，是一门涉及化学、流体物理、微电子、新材料、生物学和生物医学工程的新兴交叉学科。因为具有微型化、集成化等特征，微流控装置通常被称为微流控芯片，也被称为芯片实验室(Lab on a Chip)和微全分析系统(micro-Total Analytical System)。微流控可以实现一系列常规方法所难以完成的微加工和微操作。目前，微流控被认为在生物医学研究中具有巨大的发展潜力和广泛的应用前景。而对于CSTR实现微流控制最大的难度在于该种微小反应装置的设计与制作，其制作技术是一种挑战。传统用于化学振荡实验的CSTR装置是一个单独开放式的反应器，其搅拌、反应和探测过程都在一个开放式的反应池内进行，其缺陷不仅表现为上述不能进行紫外检测，不能进行动态光散射检测，不能单独的添加指示剂外，还存在如下缺陷:其材质多采用抗腐蚀性弱、光学性能差的光学玻璃，不能进行光扰动实验，管路和反应装置各部位尺寸太大，不能进行微流控制，使用过程中浪费试剂的现象十分严重。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种微流控制CSTR反应及探测系统，其不仅能够进行多种实验、而且能够进行指示、检测及微流控制。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
本发明提供的一种微流控制CSTR反应及探测系统，包括：
精密注射模块：所述精密注射模块为数量与反应试剂种类对应的第一精密注射泵；
CSTR模块：所述CSTR模块包括磁力搅拌器和设置于磁力搅拌器上的第一反应池，所述第一反应池包括内池和外池，所述外池环绕地套设于内池的外围，所述内池的顶部设置有一覆盖平面，所述外池的内壁与内池的外壁间设置有用于供流体流通的第一通道，所述第一通道为腔体结构；所述外池的侧面间隔地设置有数量与第一精密注射泵数量一致且用于连通内池与外池的第一入口、用于向第一通道内输入流体的第二入口和用于将第一通道内的流体输出的第一出口(恒温水浴通道)，所述内池的顶部或底部设置有第二出口；及
微流探测窗口：所述微流探测窗口呈方体结构，其一相对的侧面设置有光学第二通道，其顶部设置有第三入口和第三出口；
所述第一精密注射泵与第一入口、所述第二出口与第三入口均通过第一管道连接。
作为本发明进一步的改进：还包括流速控制模块，所述流速控制模块为液体质量流量控制器；所述第二出口与液体质量流量控制器入口通过第二管道连接；
所述第一精密注射泵的数量至少2台；
所述内池由石英材料制备而成，所述外池除顶部采用石英材料外，其他部分由普通光学玻璃制备而成；
所述微流探测窗口外部大小与比色皿接近或相同，且其外部套设有黑色钢质保护框架；
所述光学第二通道采用内部光程为1毫米的石英材质制备而成；
所述第一入口、第二入口、第一出口和第二出口均连接有内径为0.5到1毫米的空心不锈钢钢管或聚四氟乙烯管；
所述第一管道和第二管道均为聚四氟乙烯管，所述聚四氟乙烯管内径为0.5到1毫米；
所述流体为水、油或有机试剂，所述有机试剂为酒精。
作为本发明进一步的改进：所述第一精密注射泵的注射精度均达到皮升每分钟到毫升每分钟量级。
作为本发明进一步的改进：还包括微流搅拌模块，所述微流搅拌模块包括微流反应芯片及均通过电连接实现连接的可调压微型直流电机、数显直流电机调速器、直流变压器和非接触式转速测速仪；
所述微流反应芯片为第二反应池，所述第二反应池的侧面设置有用于与第二出口连接的第四入口、用于与第二精密注射泵连接的第五入口和用于与微流探测窗口的第三入口连接的第四出口；
所述CSTR模块还包括紫外光源、可调高度铁架台、设置有探测头的光强计，所述紫外光源、磁力搅拌器和光强计均设置于可调高度铁架台上，所述外池与内池的顶部覆盖有同一光学面，所述光学面与探测头高度一致；
所述第二精密注射泵的数量为一台，其构造与第一精密注射泵构造相同，且其通过第三管道与第五入口连接，所述第三管道为内径为0.5到1毫米的聚四氟乙烯管；
所述流体为水、油或有机试剂，所述有机试剂为酒精；所述第二精密注射泵的注射精度均达到皮升每分钟到毫升每分钟量级。
作为本发明进一步的改进：所述微流搅拌模块还包括具有三层结构的有机玻璃架台，所述有机玻璃架台的上层布置有数显直流电机调速器和直流变压器，中层固定可调压微型直流电机，底层固定微流反应芯片；
所述第四入口、第五入口和第四出口均连接有内径为0.5到1毫米的空心不锈钢钢管或聚四氟乙烯管；
所述外池的高度大于内池的高度，且外池与内池的顶部覆盖有不同光学面或仅内池顶部设置有光学面，且内池的顶部距离外池的顶部设置有空腔。
作为本发明进一步的改进：所述数显直流电机调速器包括开关、调速旋钮、转速显示器和数控电路板，所述电机转速为0-1600转/分钟。
作为本发明进一步的改进：还包括流速控制模块、微流搅拌模块和第三精密注射泵；
所述第一精密注射泵的数量为3台，所述第三精密注射泵的数量为1台，其构造与第一精密注射泵构造相同；
所述CSTR模块还包括：紫外光源、可调高度铁架台和设置有探头的光强计；所述外池与内池的顶部设置有同一光学面或仅内池的顶部设置有光学面、且内池的顶部距离外池的顶部设置有空腔，所述3台精密注射泵通过第四管道与第一入口连接；所述内池内设置有磁力搅拌子；所述磁力搅拌器设置于可调高度铁架台上；
所述流体为水、油或有机试剂；所述第三精密注射泵的注射精度均达到皮升每分钟到毫升每分钟量级。
所述流速控制模块为液体质量流量控制器；
所述微流搅拌模块：所述微流搅拌模块包括微流反应芯片及均通过电连接实现连接的可调压微型直流电机、数显直流电机调速器、直流变压器和非接触式转速测速仪；所述微流反应芯片为第三反应池，其呈圆柱形腔体结构；所述第三出口与一集液瓶连接；所述可调压微型直流电机上设置有镀铬铁质搅拌铲子，所述搅拌铲子伸入第三反应池内。
作为本发明进一步的改进：所述光学面与探头高度一致，光强计固定在可调高度铁架台的底端，所述紫外光源固定在可调高度铁架台架子上；所述有机试剂为酒精。
作为本发明进一步的改进：所述内池体积为5微升-50毫升；所述第三反应池内体积为7-500微升；
所述第四管道为内径0.5到1毫米的聚四氟乙烯管；
所述数显直流电机调速器包括开关、调速旋钮、转速显示器和数控电路板，所述电机转速为0-1600转/分钟。
作为本发明进一步的改进：所述内池用石英材质制备而成，所述外池除光学面外的部分采用普通光学玻璃制备而成；所述第三反应池内采用石英材质制备而成，其外部材质采用普通光学玻璃制备而成。
光学通道，微流探测窗口是通过对比色皿改制实现的，其本质仍然是起到比色皿的作用，即比色皿侧面的紫外光通道。
内池采用全石英制作，外池上端有一个和内池上端一样大小的石英做光学面，外池除上端外的其他材质均采用普通光学玻璃制作，原因在于普通光学玻璃不透紫外光，而石英可以透过紫外光，因此外池的石英光学面可以透过紫外光做紫外干扰实验。CSTR模块的内池由石英做成，内池上下两端由石英封口，外池除顶部采用石英外其余为普通玻璃封口，如此构造出含有特殊光学面的CSTR反应器，由于底端朝下不受光，侧面普通光学玻璃不透紫外光，因此只有顶端的石英面才能透紫外光，装置其余部位均不透紫外光。CSTR模块体积根据某一实验要求可以制作的大小范围为几十微升到几百毫升等。CSTR模块的第一入口、第二入口、第一出口和第二出口，及微流反应芯片的第四入口、第四出口和第五出口的连接管道均由不锈钢钢管做成，采用不锈钢管在制作中相对容易实现，但作为本发明优选的方案采用聚四氟乙烯管代替不锈钢管，其优点是在做动力学实验时，可以避免不锈钢管中的金属对反应的催化作用。
微流反应芯片的体积根据某一实验要求可以制作的大小范围为几微升到几十毫升等，液体质量流量控制器可以控制流速在几十微升每分钟到毫升每分钟量级，CSTR模块和微流反应芯片的出入口连接有内径大小为0.5到1毫米的空心不锈钢钢管，所有与精密注射泵连接的连接管采用内径为0.5到1毫米的聚四氟乙烯管，接口处封口用硅胶管和生料带等，此处聚四氟乙烯也可以采用其他不与试剂发生反应的材质做的管道代替。综上系统的所有参数均是微流设计，可以满足微流控制生化实验的要求。
本发明结合生化物质非线性动力学特性，提供一种可以实际制作的广泛应用于生化物质自组装非线性动力学研究的微流控制反应及探测系统，也可用于微量分析检测的装置,为探索生化有机自组装非线性动力学提供了一个广阔的实验平台和实验思路。本发明的各部位都采用微流设计，单独的精密注射泵可以实现微流注射，流速控制模块实现各分路的微流控制，分路设计实现多路对照实验，节约大量实验时间，采用抗腐蚀性强的石英、不锈钢、聚四氟乙烯(PTFE)等作为反应接触面材质，使该微流装置在技术上制作更加可行，单独的微型搅拌器用于添加指示剂，独特设计的光学探测窗口可用于紫外检测、动态光散射检测等，总之该反应及探测系统实现了有机化学、生物化学等自组装非线性动力学实验的微流控制、光扰动、分流试验和探测。
与现有技术相比，本发明提供的一种微流控制CSTR反应及探测系统具有以下专利法意义的有益效果：
1)本发明全程采用微流控制设计，为探索生化体系非线性动力学实验提供了一种前所未有的可以方便制作的、微流的反应及探测系统，节约试剂，节约成本。为探索生化有机自组装非线性动力学提供一个广阔的实验平台和实验思路。
2)本发明的CSTR模块可以通过改变光源改变波长，通过调节光源距离CSTR光学面的垂直高度调节光强，用光强计探测CSTR光学面所受光强，装置其他部位的外部均为屏蔽紫外光的材质，避免光源干扰到其他装置内的反应物，从而实现不同光强、不同波长特殊位置的紫外光干扰实验，可根据不同反应机理选择不同的激发光源，实现自组装非线性动力学实验的光学控制。
3)本发明自主设计的微流搅拌模块可以单独的添加指示剂指示，可以控制电机转速并显示电机转速，达到迅速指示的效果。
4)本发明的多路微流控制设计可以实现同时探索多路同流速实验以及同时进行多路不同流速实验，可以实现同时做多组对照实验，由于生化有机自组装非线性动力学反应速率极慢，一个周期时间长则几个小时，因此该设计可以节约大量做同等对照实验的时间，提高了实验效率，排除了流速作为变量的对照实验中因浓度等因素产生的系统误差。
5)本发明的光学探测窗口可以在微流情况下实现精准的探测，能够满足紫外可见分光光度计和动态光散射仪等探测手段。
6)本发明各部位设计与选材结合，与反应液接触的材质均为抗腐蚀性强的石英、不锈钢管、聚四氟乙烯管等，不跟有机生化等物质反应。
7)整个系统采用微流设计，使之实现微流、节约、精准的要求；CSTR含有一个特殊的光学面，可进行光化学实验；微流搅拌模块，采用电机调速器控制马达搅拌，使反应更加充分、均匀；多路流速控制设计使同时探索多组对照实验的时空自组织现象成为可能，节约时间，提高实验效率；独特的探测窗口，实现精准探测；装置材质采用了惰性的石英和不锈钢等，选材与装置结构相结合让制作工艺变得可行。
附图说明
图1为:本发明提供的微流控制CSTR反应及探测系统整体示意图。
图2为:本发明提供的微流控制CSTR反应及探测系统的CSTR模块结构示意图。
图3为:本发明提供的微流控制CSTR反应及探测系统的微流搅拌模块的示意图。
图4为:本发明提供的微流控制CSTR反应及探测系统的微流搅拌模块控制系统示意图。
图5为:本发明提供的微流控制CSTR反应及探测系统的微流搅拌模块微流反应芯片示意图。
图6为:本发明提供的微流控制CSTR反应及探测系统的微流探测窗口示意图。
图7为:本发明提供的微流控制CSTR反应及探测系统的CSTR模块的Ⅰ种变形透视结构示意图。
图8为:本发明提供的微流控制CSTR反应及探测系统的CSTR模块的Ⅱ种透视变形结构示意图。
图9为:本发明提供的微流控制CSTR反应及探测系统的CSTR模块的Ⅲ种透视结构示意图。
图10为:本发明提供的微流控制CSTR反应及探测系统的效果图。
图中:1-精密注射泵；2-聚四氟乙烯管(PTFE)；3-不锈钢钢管入口；3-1不锈钢钢管入口；3-2不锈钢钢管入口；4-恒温水浴通道；5-CSTR模块；6-磁力搅拌子；7-紫外光源；8-光强计；8-1光强计探测头；9-微流搅拌模块微流反应芯片；10-0～12V可调压微型直流电机；11-微流搅拌模块控制系统；12-液体质量流量控制器；13-微流探测窗口；14-恒温水浴入口；14-1恒温水浴出口；15-光学面；16-CSTR内池；17-不锈钢管出口；18-磁力搅拌器；19-可调高度铁架台；20-开关；21-转速显示器；22-调速旋钮；23-有机玻璃架台；24-微流反应芯片底座；25-非接触式转速测速仪；26-12V直流变压器；27-12V数显直流电机调速器；28-数控电路板；29-不锈钢管入口；29-1不锈钢管出口；29-2不锈钢管入口；30-微流反应芯片内池；31-镀铬铁质搅拌铲子；32-微流反应芯片内层；33-微流反应芯片外层；34-探测窗口；35-黑色钢质保护框架，36-入口；37-出口。
具体实施方式
以下通过具体实施例对本发明提供的一种微流控制CSTR反应及探测系统做进一步更详细的说明：
实施例1
本实施例的微流控制CSTR反应及探测系统，请参看图1、图2、图3、图4、图5和图6所示，包括：
精密注射模块、CSTR模块、微流搅拌模块、流速控制模块和微流探测窗口模块，其中，精密注射模块为四台精密注射泵1，其中3台为第一精密注射泵，一台为第三精密注射泵，3台第一精密注射泵的作用为用于分别承载三种反应物，第三精密注射泵的作用为用于承载一种指示剂，精密注射泵注射精度能够达到皮升每分钟到毫升每分钟量级；具体使用台数根据反应试剂的种类确定；
CSTR模块包括含光学面15的CSTR模块5、磁力搅拌器18、紫外光源7、可调高度铁架台19、光强计8，其中第一反应池CSTR模块5的内池与外池的光学面为同一光学面，作为本实施例优选的方案，在本实施例中，紫外光源7的灯管设置成数个并排的S型结构(图中未示出)，目的是扩大紫外光的光照面积和强度；此外，考虑到紫外光源对人体的辐射危害，作为优选，本实施例中在紫外光源7的上方设置灯罩，以面积能覆盖第一反应池为标准；
微流搅拌模块包括微流反应芯片9、0-12V可调压微型直流电机10、12V数显直流电机调速器26、12V直流变压器25、非接触式转速测速仪24、有机玻璃架台23；其中，采用有机玻璃架台23是本实施例优选的方案；
流速控制模块为三个液体质量流量控制器12，微流探测窗口13侧面有一个光学通道33，顶部有两个出入口35，外部包裹黑色钢质保护框架24。流速控制模块为三个液体质量流量控制器，本实施例以三个分路为例，具体分路可以自行确定，三个分路可以达到分别控制各分路流速的目的，可同时探索多组对照实验，显著的提高了实验效率，众所周知，在实际的实验操作过程中，实验的变数无从估计，诸如反应物本身的特点、实验的环境因素，因此摸索实验参数、重复和再现实验，往往需要相关操作人员付出较多的甚至难以预料的辛苦劳动，本实施例中设置三个分路的操作，在很多实验的处理中极为少见，其变革的处理方案为冗繁的实验操作开启了省时省力且高效的解决问题的出口。
具体地：三台第一精密注射泵1通过聚四氟乙烯管2连接CSTR模块5的外池侧面的三个不锈钢钢管入口，分别为：3-不锈钢钢管入口、3-1不锈钢钢管入口和3-2不锈钢钢管入口；CSTR模块5底端不锈钢出口17通过聚四氟乙烯管连接到微流反应芯片9的侧面入口，具体为29-不锈钢管入口和29-2不锈钢管入口中的一个；一台第三精密注射泵通过聚四氟乙烯管连接于微流反应芯片9侧面入口，具体为上述两个入口中一个，其中，CSTR模块5底端不锈钢出口17为第二出口；微流反应芯片9侧面不锈钢管出口29-1通过聚四氟乙烯管连接于液体质量流量控制器12，此外，液体质量流量控制器12还通过聚四氟乙烯管与微流探测窗口13的出入口35相连。第一管道和第三管道均为聚四氟乙烯管，以下均以反应物为三种，指示剂为一种的非线性动力学实验为例。
如图2所示，CSTR模块的第一反应池放置于磁力搅拌器18上面，磁力搅拌器18放置于可调高度铁架台19的底盘上，CSTR模块的内池16体积为5微升-50毫升，CSTR模块的外池侧面有三个空心不锈钢钢管入口通入CSTR模块的内池16，三个不锈钢钢管入口为第一入口，本实施例中第一入口的内径为1毫米，第一入口的数量可以为2个或3个，入口可以设置在内池的底端，目的是便于搅拌；本实施例中，第一入口与三台装有反应试剂的精密注射泵1连接，外池侧面同时有14-恒温水浴入口和作为第一出口的14-1恒温水浴出口，二者均连通第一通道，即为恒温水浴通道4，其中恒温水浴出入口14与恒温水浴槽相连，内池底端有一个出口17，同样，作为第二出口的不锈钢出口17也可以设置在内池的顶部，其优点也是便于溶液的搅拌。CSTR模块的内池16含有一个磁力搅拌子6，本实施例中CSTR模块的内池和外池顶部覆盖同一石英材质光学面15，CSTR模块5内池用石英材质，外池底面和侧面用普通光学玻璃制作；CSTR光学面15与光强计探头8-1高度一致，光强计8和光强计探头8-1均固定在可调高度铁架台19底端，紫外光源7固定在可调高度铁架台19架子上，由于光强计探头8-1和CSTR光学面15离紫外光源7距离一致，因此可以探到CSTR模块的光学面15所受光强，紫外光源7可以更换不同波长的光源，可以通过调节可调高度铁架台19高度调节CSTR光学面15所受光强，从而实现不同波长光源、不同光强的光扰动实验。此外，作为本实施例的优选方案，不锈钢管道可以采用聚四氟乙烯管代替，目的是避免不锈钢管道中的金属对反应的催化作用。
如图3所示，微流搅拌模块包括微流反应芯片9、0-12V可调压微型直流电机10、非接触式转速测速仪25，12V直流变压器26；12V数显直流电机调速器27；数控电路板28；不锈钢管入口29；不锈钢管出口29-1；不锈钢管入口29-2；微流反应芯片内池30；镀铬铁质搅拌铲子31；微流反应芯片内层32；微流反应芯片外层33；探测窗口34；黑色钢质保护框架35，入口36；出口37。
有机玻璃架台23分为三层，上层布置有12V数显直流电机调速器26和12V直流变压器25，中层固定0-12V可调压微型直流电机10，底层固定微流反应芯片9。
如图4所示，微流搅拌模块控制系统包括：0-12V可调压微型直流电机10、12V数显直流电机调速器27、非接触式转速测速仪25、微流反应芯片底座24，12V直流变压器26，12V数显直流电机调速器27包括：开关20、数控电路板28、调速旋钮22、转速显示器21，用时12V直流变压器26插上电源并打开开关20，通过调速旋钮22调节转速，转速显示器21显示当前转速占最大转速百分比，通过非接触式转速测速仪24发出的激光可测得电机10实时转速。直流变压器26和0-12V可调压微型直流电机分别与12V数显直流电机调速器27相连构成微流搅拌模块控制系统，达到控制电机转速的目的，可以控制转速在0-1600转每分钟。
如图5所示，微流反应芯片9为第三反应池，内池体为石英材质，外部材质为普通光学玻璃，达到防止紫外入射的目的，其中，微流反应芯片9侧面有两个入口，一个表示第四入口的入口29与CSTR模块5上的不锈钢钢管出口17连接进料，一个表示第五入口的入口29-2与装有指示剂的第三精密注射泵连接，一个表示第四出口的出口29-1与微流探测窗口13上的入口35连接，电机10转动轴前安装的镀铬铁质搅拌铲子30伸入微流反应芯片池内，可以迅速搅拌指示剂与反应液进行指示。直流电机转动轴前端有一个搅拌铲子并嵌入微流反应芯片内部，变压器和电机调速器固定在有机玻璃架台顶端。此外，为了区分微流反应芯片9作为第二反应池或第三反应池的内池体池内体积为7-500微升；
如图6所示，微流探测窗口13侧面有一个作为光学第二通道的光学通道，具体为探测窗口34，可进行光学检测如紫外可见分光光度计、动态光散射仪，顶部有两个出入口，入口36；出口37；入口36与液体质量流量控制器12连接，出口37连接一个集液瓶，外部包裹黑色钢质保护框架35，一颗防止杂光干扰也不易被摔碎，内部是特制光程为0.5到1毫米的比色皿，内置低光程设计可以用于微流下的光学检测，提高检测精度。
以硫醇-酰胺体系的生化自组装振荡实验为例，当实验参数如下：①实验参数：紫外分光光度计参数设置：循环次数20000次；时间间隔3秒；在线波长412nm；泵1/2：SV＝3.4*10^-4，即5.1ul/min；泵3：102ul/min；泵4：918ul/min；②实验过程：11日14:42-15:42(0.5h)③参比测量：空气④测量对象：流动体系实验结果如图10所示，本实施例得到一个典型的规则的完美的周期性振荡结果。
本实施例的微流控制CSTR反应及探测系统，是以三种反应物和一种指示剂为例，实际实验中反应物种类可能不同，指示方法也可能不同，可以根据具体实验反应物种类改变CSTR模块5不锈钢钢管入口3数量，每种反应物和指示剂配一台精密注射泵1，从而满足不同反应体系的非线性动力学实验要求。
本实施例的微流控制CSTR反应及探测系统，当进行的实验不需要紫外光源7进行光扰动实验时，那么CSTR模块就可以不安装紫外光源7、可调高度铁架台19、光强计8，当需要进行光扰动实验时就必须安装。实验中可以通过更换紫外光源7控制光源波长，通过控制紫外光源功率和紫外光源7与CSTR模块的光学面15的距离控制光强，用光强计实时探测CSTR模块的光学面15所受光强。紫外光源7除了可以选择简便的灯管类光源外，还可以换成各种更加专业的光源。
分为三路，如图1和图8所示，通过液体质量流量控制器12控制各分流的流速，可以实现同时做多组不同流速或相同流速的实验，在实验中可以根据实际情况自行决定分多少路，亦可以不分路。
分多路时由于分路多需要的总流量增大，因此可以制作满足相应流量大小的CSTR模块5，比如CSTR内池16大小范围可以在一百多微升到几百毫升等，微流反应芯片9也可以相应调整从几微升到上百毫升等；不分路时不需要安装液体质量流量控制器12，可以直接通过精密注射泵1调节流速。
如图1所示，本实施例的微流控制CSTR反应及探测系统，可以根据具体反应体系及其探测方法决定是否安装微流搅拌模块。如果是用动态光散射仪探测非线性动力学组装过程，不需要指示剂指示，那么就可以不安装微流搅拌模块；如果是用紫外分光光度计探测且需要指示剂指示，那么必须安装微流搅拌模块，起到迅速搅拌显色的效果。
实施例2
本实施例的微流控制CSTR反应及探测系统，基本同实施例1，唯有不同之处在于：直接通过精密注射泵1调节流速，不设置流速控制模块和微流搅拌模块，即仅包括精密注射模块、CSTR模块和微流探测窗口模块，三大模块之间其中依次连接关系为，精密注射模块与CSTR模块的入口连接，CSTR模块本身连接有恒温水浴槽，其出口与微流探测窗口的入口连接，设备之间的连接均采用聚四氟乙烯管连接。其中，结合图2、图6和图7所示，CSTR模块包括磁力搅拌器18和设置于磁力搅拌器18上的第一反应池，第一反应池包括内池103和外池106，外池106环绕地套设于内池103的外围，内池103与外池106共用一个顶面，外池106的内壁与内池103的外壁间设置有用于供流体流通的第一通道，第一通道为腔体结构，外池106的侧面间隔地设置有数量与第一精密注射泵数量一致且用于连通内池与外池的第一入口105、用于向第一通道内输入流体的第二入口107和用于将第一通道内的流体输出的第一出口，内池的顶部设置有第二出口101；图7中，标记101、105均是在该相应端口位置设置的不锈钢管道或聚四氟乙烯管道。作为本实施例的优选，CSTR模块的外池106的上表面与CSTR模块的底部均延伸有帮助稳定整体结构的平台，如上平台102和下平台104。
实施例3
本实施例的微流控制CSTR反应及探测系统基本同实施例1，唯有不同之处在于：请参看图8所示，第一精密注射泵的数量为2台；此外，作为本实施例的变形，CSTR模块的内池与外池的顶部光学面为不同光学面，且外池的高度大于内池的高度，从顶端可以实现紫外光照射实验,内池的顶部设置出口201，优点是利于搅拌均匀，入口202用于通恒温水浴或有机试剂如酒精，此外内池底部水平面设置有一平台204，在实际制作过程中通过底部平台钻孔工艺引入不锈钢入口到达内池,降低了制作难度,提高整体模块结构的稳定性。
实施例4
本实施例的微流控制CSTR反应及探测系统基本同实施例3，唯有不同之处在于：请参看图9所示，作为本实施例的变形，仅在CSTR模块的内池306的顶部设置光学面，内池306与外池302被中间隔墙301隔开，恒温水浴在隔墙301的外壁与外池302的内壁之间流通，内 池306的顶部距离隔墙301的顶部设置有空腔，该种处理的好处是光照可以直接照射到内池306的顶部，避免光照经过水浴产生衰减影响实验，标记304为不锈钢或聚四氟乙烯管道，标记305为稳定整个设备的底座平台，标记303的作用为通恒温水浴的入口或出口。
以上所述实施方式仅仅是对本发明的几种实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均落入本发明的权利要求书确定的保护范围内。
Claims (10)
1.微流控制CSTR反应及探测系统，其特征在于包括：
精密注射模块：所述精密注射模块为数量与反应试剂种类对应的第一精密注射泵；
CSTR模块：所述CSTR模块包括磁力搅拌器和设置于磁力搅拌器上的第一反应池，所述第一反应池包括内池和外池，所述外池环绕地套设于内池的外围，所述内池的顶部设置有一覆盖平面，所述外池的内壁与内池的外壁间设置有用于供流体流通的第一通道，所述第一通道为腔体结构；所述外池的侧面间隔地设置有数量与第一精密注射泵数量一致且用于连通内池与外池的第一入口、用于向第一通道内输入流体的第二入口和用于将第一通道内的流体输出的第一出口，所述内池的顶部或底部设置有第二出口；及
微流探测窗口：所述微流探测窗口呈方体结构，其一相对的侧面设置有光学第二通道，其顶部设置有第三入口和第三出口；
所述第一精密注射泵与第一入口、所述第二出口与第三入口均通过第一管道连接。
2.根据权利要求1所述的微流控制CSTR反应及探测系统，其特征在于还包括流速控制模块，所述流速控制模块为液体质量流量控制器；所述第二出口与液体质量流量控制器入口通过第二管道连接；
所述第一精密注射泵的数量至少2台；
所述内池由石英材料制备而成，所述外池除顶部采用石英材料外，其他部分由普通光学玻璃制备而成；
所述微流探测窗口外部大小与比色皿接近或相同，且其外部套设有黑色钢质保护框架；
所述光学第二通道采用内部光程为1毫米的石英材质制备而成；
所述第一入口、第二入口、第一出口和第二出口均连接有内径为0.5到1毫米的空心不锈钢钢管或聚四氟乙烯管；
所述第一管道和第二管道均为聚四氟乙烯管，所述聚四氟乙烯管内径为0.5到1毫米；
所述流体为水、油或有机试剂，所述有机试剂为酒精。
3.根据权利要求1或2所述的微流控制CSTR反应及探测系统，其特征在于：所述第一精密注射泵的注射精度均达到皮升每分钟到毫升每分钟量级。
4.根据权利要求1所述的微流控制CSTR反应及探测系统，其特征在于还包括微流搅拌模块，所述微流搅拌模块包括微流反应芯片及均通过电连接实现连接的可调压微型直流电机、数显直流电机调速器、直流变压器和非接触式转速测速仪；
所述微流反应芯片为第二反应池，所述第二反应池的侧面设置有用于与第二出口连接的第四入口、用于与第二精密注射泵连接的第五入口和用于与微流探测窗口的第三入口连接的第四出口；
所述CSTR模块还包括紫外光源、可调高度铁架台、设置有探测头的光强计，所述紫外光源、磁力搅拌器和光强计均设置于可调高度铁架台上，所述外池与内池的顶部覆盖有同一光学面，所述光学面与探测头高度一致；
所述第二精密注射泵的数量为一台，其构造与第一精密注射泵构造相同，且其通过第三管道与第五入口连接，所述第三管道为内径为0.5到1毫米的聚四氟乙烯管；
所述流体为水、油或有机试剂，所述有机试剂为酒精；所述第二精密注射泵的注射精度均达到皮升每分钟到毫升每分钟量级。
5.根据权利要求4所述的微流控制CSTR反应及探测系统，其特征在于：所述微流搅拌模块还包括具有三层结构的有机玻璃架台，所述有机玻璃架台的上层布置有数显直流电机调速器和直流变压器，中层固定可调压微型直流电机，底层固定微流反应芯片；
所述第四入口、第五入口和第四出口均连接有内径为0.5到1毫米的空心不锈钢钢管或聚四氟乙烯管；
所述外池的高度大于内池的高度，且外池与内池的顶部覆盖有不同光学面或仅内池顶部设置有光学面，且内池的顶部距离外池的顶部设置有空腔。
6.根据权利要求4或5所述的微流控制CSTR反应及探测系统，其特征在于：所述数显直流电机调速器包括开关、调速旋钮、转速显示器和数控电路板，所述电机转速为0-1600转/分钟。
7.根据权利要求1所述的微流控制CSTR反应及探测系统，其特征在于还包括流速控制模块、微流搅拌模块和第三精密注射泵；
所述第一精密注射泵的数量为3台，所述第三精密注射泵的数量为1台，其构造与第一精密注射泵构造相同；
所述CSTR模块还包括：紫外光源、可调高度铁架台和设置有探头的光强计；所述外池与内池的顶部设置有同一光学面或仅内池的顶部设置有光学面、且内池的顶部距离外池的顶部设置有空腔，所述3台精密注射泵通过第四管道与第一入口连接；所述内池内设置有磁力搅拌子；所述磁力搅拌器设置于可调高度铁架台上；
所述流体为水、油或有机试剂；所述第三精密注射泵的注射精度均达到皮升每分钟到毫升每分钟量级。
所述流速控制模块为液体质量流量控制器；
所述微流搅拌模块：所述微流搅拌模块包括微流反应芯片及均通过电连接实现连接的可调压微型直流电机、数显直流电机调速器、直流变压器和非接触式转速测速仪；所述微流反应芯片为第三反应池，其呈圆柱形腔体结构；所述第三出口与一集液瓶连接；所述可调压微型直流电机上设置有镀铬铁质搅拌铲子，所述搅拌铲子伸入第三反应池内。
8.根据权利要求7所述的微流控制CSTR反应及探测系统，其特征在于：
所述光学面与探头高度一致，光强计固定在可调高度铁架台的底端，所述紫外光源固定在可调高度铁架台架子上；所述有机试剂为酒精。
9.根据权利要求7所述的微流控制CSTR反应及探测系统，其特征在于：
所述内池体积为5微升-50毫升；所述第三反应池内体积为7-500微升；
所述第四管道为内径0.5到1毫米的聚四氟乙烯管；
所述数显直流电机调速器包括开关、调速旋钮、转速显示器和数控电路板，所述电机转速为0-1600转/分钟。
10.根据权利要求7所述的微流控制CSTR反应及探测系统，其特征在于：所述内池用石英材质制备而成，所述外池除光学面外的部分采用普通光学玻璃制备而成；所述第三反应池内采用石英材质制备而成，其外部材质采用普通光学玻璃制备而成。
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