CN113368919B - 一种生物样品处理用旋转蒸发仪及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及生物设备技术领域，且公开了一种生物样品处理用旋转蒸发仪，包括输汽管、蒸发瓶和控制器，所述蒸发瓶连接在输汽管的底端，所述输汽管的外壁上安装有转动座，所述转动座与控制器电性连接，所述输汽管的内腔中套接有进液管，所述进液管的输入端连接有液泵。本发明通过在输汽管的内部设置叶轮，并利用控制器和触发组件的相互配合，通过卡块与卡板之间接触、分离的状态获知蒸发过程是否处于平衡状态，实现对蒸发状态的预测、平衡调整以及报警的功能，并通过调整转动座的旋转速度达到降低温度的效果，从而减少暴沸情况的发生，并可在液体发生暴沸时及时发出警报，提高了旋转蒸发仪的智能性。

Description

一种生物样品处理用旋转蒸发仪及其使用方法

技术领域

本发明涉及生物设备技术领域，具体为一种生物样品处理用旋转蒸发仪及其使用方法。

背景技术

生物样品处理用旋转蒸发仪，主要用于在减压条件下连续蒸馏大量易挥发性溶剂。尤其对萃取液的浓缩和色谱分离时的接收液的蒸馏，可以分离和纯化反应物。生物样品处理用旋转蒸发仪的基本原理就是通过电子控制，使烧瓶在最适合速度下，恒速旋转以增大蒸发面积。通过真空泵使蒸发烧瓶处于负压状态。蒸发烧瓶在旋转同时置于水浴锅中，恒温加热，瓶内溶液在负压下在旋转烧瓶内进行加热扩散蒸发。

旋转蒸发仪在使用过程中最大的问题是液体会出现暴沸的情况，暴沸的产生是由于液体被加热至过热状态，而液体中又不含有可作用液体汽化中心的气泡核，因此液体会出现暴沸，液体暴沸时会进入到接收瓶中，造成接收瓶中溶剂被污染。

发明内容

针对背景技术中提出的现有旋转蒸发仪在使用过程中存在的不足，本发明提供了一种生物样品处理用旋转蒸发仪，具备预测、调整、预警暴沸情况的优点，解决了上述背景技术中提出的液体暴沸的问题。

本发明提供如下技术方案：一种生物样品处理用旋转蒸发仪，包括输汽管、蒸发瓶和控制器，所述蒸发瓶连接在输汽管的底端，所述输汽管的外壁上安装有转动座，所述转动座与控制器电性连接，所述输汽管的内腔中套接有进液管，所述进液管的输入端连接有液泵，所述进液管延伸至蒸发瓶内的一端设有分液头，所述进液管外壁上转动套接有叶轮，所述进液管的外壁上滑动套接有活塞，所述输汽管的内壁上设有位于活塞处的凸块，所述叶轮的外壁上设有卡环，所述输汽管的内壁上设有位于卡环处的卡板，所述卡板上设有触发组件，所述活塞和卡块之间连接有连接线。

优选的，所述卡板的两侧面均开设有内孔，所述卡环的外壁上设有卡块，所述卡块呈T型，所述卡块的两侧面均开设有卡槽，所述卡块的两端可卡接在内孔内。

优选的，所述触发组件的数量为两个且分别位于卡板的两侧面，所述触发组件包括磁铁组和光敏元件，所述磁铁组相互吸引且分别设于卡板以及卡块上，所述光敏元件设于内孔的中部，所述光敏元件与控制器电性连接。

优选的，所述凸块呈锥形，所述活塞呈圆台状，所述卡环的外壁上设有转向滑轮，所述连接线沿转向滑轮的外壁滑动，所述活塞与叶轮之间连接有复位件。

优选的，所述分液头为弧状，所述分液头的内部设有液腔，所述液腔与进液管相连通，所述分液头的侧面安装有喷嘴，所述喷嘴可调整倾斜方向，位于分液头中间的所述喷嘴的喷射终点为蒸发瓶内壁的最高点。

优选的，所述控制器包括主控单元、预设模块、模式选择模块、液泵驱动模块、信号采集模块、旋转驱动模块和报警模块，所述预设模块包括摄像模块、识别单元和存储模块，所述摄像模块的输出端与识别单元的输入端电性连接，所述识别单元的输出端与存储模块的输入端电性连接，所述预设模块与识别单元的输出端均连接至存储模块的输入端，所述主控单元与预设模块、模式选择模块、液泵驱动模块、信号采集模块、旋转驱动模块和报警模块均双向传输，所述模式选择模块的输入端连接人机交互屏，所述液泵驱动模块的输出端连接控制进液管的液泵，所述信号采集模块包括正面光敏信号检测模块和反面光敏信号检测模块，所述正面光敏信号检测模块和反面光敏信号检测模块分别连接两个光敏元件，所述旋转驱动模块的输出端与转动座相连接。

一种生物样品处理用旋转蒸发仪的使用方法，包括以下步骤：

S1：预设蒸发瓶的形状和数据：所述摄像模块拍摄蒸发瓶，所述摄像模块将蒸发瓶的图像传输至识别单元，所述识别单元对蒸发瓶的形状进行采样；所述摄像模块和识别单元分别将蒸发瓶的图像和蒸发瓶的采样数据传输至存储模块进行存储，并将蒸发瓶的图像显示在人机交互屏上供选择；

S2：设定液泵功率：人机交互屏将选择的模式传输至模式选择模块，模式选择模块将模式信息传输至主控单元，主控单元调取存储模块中对应蒸发瓶的采样数据并根据蒸发瓶真实倾斜的角度计算液泵的功率；

S3：监测蒸发情况：所述正面光敏信号检测模块和反面光敏信号检测模块分别采集两个光敏元件的信号，当正面光敏信号检测模块检测到有信号时，所述主控单元控制旋转驱动模块增大转动座的旋转功率；当反面光敏信号检测模块检测到无信号时，主控单元启动报警模块发出警报。

本发明具备以下有益效果：

1、本发明通过在输汽管的内部设置叶轮，并利用控制器和触发组件的相互配合，通过卡块与卡板之间接触、分离的状态获知蒸发过程是否处于平衡状态，实现对蒸发状态的预测、平衡调整以及报警的功能，并通过调整转动座的旋转速度达到降低温度的效果，从而减少暴沸情况的发生，并可在液体发生暴沸时及时发出警报，提高了旋转蒸发仪的智能性。

2、本发明通过在进液管的一端设置分液头，利用分液头上的喷嘴将液体喷射至蒸发瓶的内壁上，通过蒸发瓶内壁上的余热对液体进行预加热，防止冷热液体温差过大造成混合液体温度分布不均匀而引发暴沸，配合持续进液的方式，利用新液中溶解的气体作为气泡核，可有效减少暴沸情况的发生。

3、本发明通过叶轮在蒸汽的气压差作用下的旋转，利用连接线拉动活塞移动，可在液体暴沸前及时减小甚至关闭通道的开口，可有效阻止暴沸时向外喷射的液体，避免液体流动至接收瓶内污染溶剂。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为图1的A处放大示意图；

图3为图1的B处方法示意图；

图4为本发明叶轮处俯视连接图；

图5为本发明侧视结构剖视图；

图6为本发明分液头处结构示意图；

图7为本发明控制器的结构组成框图。

图中：1、输汽管；2、蒸发瓶；3、控制器；300、主控单元；301、预设模块；3010、摄像模块；3011、识别单元；3012、存储模块；302、模式选择模块；303、液泵驱动模块；304、信号采集模块；3040、正面光敏信号检测模块；3041、反面光敏信号检测模块；305、旋转驱动模块；306、报警模块；4、转动座；5、进液管；6、分液头；601、液腔；602、喷嘴；7、叶轮；8、活塞；9、凸块；10、卡板；1001、内孔；11、触发组件；1101、磁铁组；1102、光敏元件；12、连接线；13、卡环；1301、卡块；1302、卡槽；14、转向滑轮；15、复位件。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1-7，一种生物样品处理用旋转蒸发仪，包括输汽管1、蒸发瓶2和控制器3，蒸发瓶2连接在输汽管1的下端，输汽管1的外壁上安装有转动座4，转动座4与控制器3电性连接，控制器3控制转动座4的旋转速度，从而控制输汽管1和蒸发瓶2的旋转速度，输汽管1的内部固定套接有进液管5，进液管5用于向蒸发瓶2内输送待蒸发的样品，在输汽管1和蒸发瓶2旋转时，进液管5保持不动，进液管5的外壁上转动套接有叶轮7，叶轮7包括周向均匀分布的叶片，叶片的两端固定连接在两个底板上，靠近蒸发瓶2一侧的底板表面开设有蒸汽进口，远离蒸发瓶2一侧的底板为实心板，蒸发瓶2中蒸发出的溶剂蒸汽通过蒸汽进口进入叶轮7的中段，并通过叶片之间的空隙向两侧发散，由于叶片的流线型形状，因此蒸汽量足够大时，能够推动叶轮7旋转；进液管5的外壁上滑动套接有位于远离蒸发瓶2一侧的活塞8，输汽管1的内壁上设有位于活塞8处的凸块9，活塞8为圆台形，凸块9为锥状，参阅图1，当活塞8沿着进液管5向靠近蒸发瓶2一侧移动时，活塞8和凸块9之间形成的溶剂蒸汽向外侧溢出的通道开口减小直至完全堵塞住蒸汽向外溢出的通道；

叶轮7的叶片的外壁上设有卡环13，卡环13呈环状围绕叶轮7一周，卡环13的外壁上设有卡块1301，卡块1301呈T型，卡块1301竖直的一端固定连接在卡环13的外壁上，卡块1301横向的两端的内部开设有卡槽1302；输汽管1的内壁上设有位于卡环13处的卡板10，卡板10的两侧面均开设有内孔1001且卡板10的两侧面均设有触发组件11，触发组件11包括磁铁组1101和光敏元件1102，光敏元件1102安装于内孔1001的内部，卡块1301的横向端可插进内孔1001的内部，且卡槽1302可罩设在光敏元件1102的外周，可认为此时是卡块1301与卡板10的正面接触，磁铁组1101为磁性材料，可相互吸引，磁铁组1101分别设在卡板10的一侧和卡块1301横向端的一侧；卡板10和卡环13初始状态下，通过磁铁组1101吸引在一起且具有一定的吸引作用力，并将蒸发瓶2的扭力传递至叶轮7而带动叶轮7旋转，叶轮7旋转时的离心力可将蒸发瓶2中溅射的液滴甩在输汽管1的内壁上，由于输汽管1和蒸发瓶2倾斜，液滴在重力的最用下回流至蒸发瓶2内，因此可避免液滴溅射；正常情况下，蒸发瓶2内的液体在吸收水浴锅中水的热量同时自主向外发散热量，当吸收的热量和发散的热量处于平衡状态时，蒸发瓶2内的液体温度处于平衡状态，可使得溶剂不断蒸发而又不会由于温度过高至过热状态，而若蒸发瓶2中溶液吸收的热量大于发散的热量，蒸汽量相较于平衡状态时也逐渐增加，当蒸汽流动对叶轮7的作用力大于卡板10和卡块1301之间的作用力时，此时卡板10和卡块1301错位，内孔1001中的光敏元件1102暴露在光线下而产生光敏信号，信号传输给控制器3，表征蒸发瓶2内的水温打破平衡状态并持续上升，控制器3可控制转动座4加快旋转，从而提高蒸发瓶2的旋转速度，使得蒸发瓶2内溶液的热量快速发散，降低温度，避免液体温度过高而不稳定，阻止暴沸的情况发生；若蒸汽量多至推动叶轮7相对输汽管1旋转一周，使得卡块1301与卡板10原先不接触的一面相接触，可认为卡块1301与卡板10的反面接触，且使得卡板10这一上的光敏元件1102由有光线信号转变成无光线信号，则可表明温度过高，有达到暴沸趋势或即将达到暴沸或已经达到暴沸，那么控制器3会发出警报，提醒使用者注意，同时由于叶轮7的旋转可将热能转换成动能，促进蒸发瓶2内温度的降低，实现在一定范围内自动调整蒸发瓶2内温度，而当无法自主调整时，则启动警报的功能；

另外，卡环13的外壁上设有转向滑轮14，卡块1301和活塞8之间连接有连接线12，连接线12绕过转向滑轮14可进行转向，当叶轮7在蒸汽气压差的作用力下带动卡块1301与卡板10错位，通过连接线12的连接，将活塞8向靠近叶轮7的一侧拉动，活塞8与凸块9之间形成的蒸汽外溢通道减少直至堵塞，可防止在发生暴沸时，液体喷射至输汽管1远离蒸发瓶2一端的接收瓶内，接收瓶为现有技术，图中未示出；

叶轮7和活塞8之间连接有复位件15，复位件15可使用弹簧、相互排斥的磁铁等，使得活塞8可向远离叶轮7的一侧移动而恢复至原位；

进液管5延伸至蒸发瓶2内腔的一端连接有分液头6，分液头6的内部设有液腔601，分液头6的侧面开设有喷嘴602，液体通过进液管5进入液腔601中，并通过喷嘴602向蒸发瓶2内喷射；分液头6呈弧形，喷嘴602倾斜向上，使得从喷嘴602输送出的液体可喷射在蒸发瓶2的内壁上，通过控制器3控制与进液管5连通的液泵的功率，使得液体喷射在蒸发瓶2上时能够沿着蒸发瓶2的内壁向下流动而非向下溅射，利用蒸发瓶2内壁上的余温对液体进行预加热，防止蒸发瓶2内液体与新输送进蒸发瓶2内液体之间的温差过大而造成温度不均匀的情况；另外可将喷嘴602调整倾斜方向，使得分液头6上最中间的喷嘴602喷射的液体与蒸发瓶2接触的位置在蒸发瓶2内壁的最高点，因此分液头6上喷射的液体则可以以蒸发瓶2内壁最高点向两侧分布，并沿蒸发瓶2内壁向下呈膜状流动，逐渐与蒸发瓶2内原有的液体混合，从而延长液体向下流动的时长，进一步减少液体的温度差，并且由于新液缓慢进入原液，可加快新液温度提升，避免混合液体温度波动过大，从而可以保持液体温度的平衡，保证蒸发的平衡状态；另外，本申请采用持续向蒸发瓶2内输送液体的进液方式，避免传统一次性加液或者间歇性加液的方式，利用新输送液体中溶解的一部分空气作为气泡核，可降低暴沸情况的产生；

控制器3包括主控单元300、预设模块301、模式选择模块302、液泵驱动模块303、信号采集模块304、旋转驱动模块305和报警模块306，主控单元300与预设模块301、模式选择模块302、液泵驱动模块303、信号采集模块304、旋转驱动模块305和报警模块306均双向传输，预设模块301包括摄像模块3010、识别单元3011和存储模块3012，摄像模块3010的输出端与识别单元3011的输入端电性连接，识别单元3011的输出端与存储模块3012的输入端电性连接；

预设模块301与识别单元3011的输出端均连接至存储模块3012的输入端；主控单元300与预设模块301、模式选择模块302、液泵驱动模块303、信号采集模块304、旋转驱动模块305和报警模块306均双向传输，模式选择模块302的输入端连接人机交互屏，液泵驱动模块303的输出端连接控制进液管5的液泵，信号采集模块304包括正面光敏信号检测模块3040和反面光敏信号检测模块3041，正面光敏信号检测模块3040和反面光敏信号检测模块3041分别连接两个光敏元件1102，旋转驱动模块305的输出端与转动座4相连接；

摄像模块3010用于拍摄蒸发瓶2的形状；

识别单元3011通过摄像模块3010获取蒸发瓶2的形状，并计算蒸发瓶2倾斜九十度，即处于水平位置时的最高点位置，以及通过分液头6的尺寸计算出喷嘴602与蒸发瓶2内壁之间的距离；通过计算分液头6与蒸发瓶2内壁间距，这样即可调整液泵的功率，使得喷射至蒸发瓶2内壁上的液体可成膜状向下流动，而不会向成液滴状向四周溅射，以维持蒸发瓶2内液体温度的平衡；通过计算蒸发瓶2水平时最高点位置，则可根据蒸发瓶2具体的倾斜角度计算出使用时蒸发瓶2最高点的位置，调整喷嘴602的角度，使得喷嘴602的喷射方向正好以蒸发瓶2顶点为基准分布，可增加液膜流动的路径长度，提高液体的预热效果；

存储模块3012存储识别单元3011计算出的两个数据，同时可将蒸发瓶2的图像显示在人机交互屏上，用于使用者选择，然后主控单元300可自动调用存储模块3012中存储的数据，从而控制液泵驱动模块303和旋转驱动模块305；

本申请提出的生物样品处理用旋转蒸发仪的使用方法，包括以下步骤：

S1：预设蒸发瓶2的形状和数据：使用摄像模块3010拍摄蒸发瓶2；摄像模块3010将蒸发瓶2的图像传输至识别单元3011，识别单元3011对蒸发瓶2的形状进行采样；摄像模块3010和识别单元3011分别将蒸发瓶2的图像和蒸发瓶2的采样数据传输至存储模块3012进行存储，并可将蒸发瓶2的图像显示在人机交互屏上供选择；

S2：设定液泵功率：人机交互屏将选择的模式传输至模式选择模块302，模式选择模块302将模式信息传输至主控单元300，主控单元300调取存储模块3012中对应蒸发瓶2采样数据并根据蒸发瓶2真实倾斜的角度计算液泵的功率；

S3：监测蒸发情况：正面光敏信号检测模块3040和反面光敏信号检测模块3041分别采集两个光敏元件1102的信号，当正面光敏信号检测模块3040检测到有信号时，主控单元300控制旋转驱动模块305增大转动座4的旋转功率；当反面光敏信号检测模块3041检测到无信号时，主控单元300启动报警模块306发出警报；

其中，光敏元件1102处于有光的环境中则可检测到信号，当处于无光的环境中则检测无信号；正面光敏信号检测模块3040连接的是：初始状态时的卡板10与卡块1301接触一侧的光敏元件1102，反面光敏信号检测模块3041则是连接卡板10另一面上的光敏元件1102。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (3)

1.一种生物样品处理用旋转蒸发仪，包括输汽管（1）、蒸发瓶（2）和控制器（3），所述蒸发瓶（2）连接在输汽管（1）的底端，所述输汽管（1）的外壁上安装有转动座（4），所述转动座（4）与控制器（3）电性连接，所述输汽管（1）的内腔中套接有进液管（5），所述进液管（5）的输入端连接有液泵，其特征在于：所述进液管（5）延伸至蒸发瓶（2）内的一端设有分液头（6），所述进液管（5）外壁上转动套接有叶轮（7），所述进液管（5）的外壁上滑动套接有活塞（8），所述输汽管（1）的内壁上设有位于活塞（8）处的凸块（9），所述叶轮（7）的外壁上设有卡环（13），所述输汽管（1）的内壁上设有位于卡环（13）处的卡板（10），所述卡板（10）上设有触发组件（11）；

所述卡板（10）的两侧面均开设有内孔（1001），所述卡环（13）的外壁上设有卡块（1301），所述卡块（1301）呈T型，所述卡块（1301）的两侧面均开设有卡槽（1302），所述卡块（1301）的两端可卡接在内孔（1001）内；

所述触发组件（11）的数量为两个且分别位于卡板（10）的两侧面，所述触发组件（11）包括磁铁组（1101）和光敏元件（1102），所述磁铁组（1101）相互吸引且分别设于卡板（10）以及卡块（1301）上，所述光敏元件（1102）设于内孔（1001）的中部，所述光敏元件（1102）与控制器（3）电性连接；

所述活塞（8）和卡块（1301）之间连接有连接线（12），所述凸块（9）呈锥形，所述活塞（8）呈圆台状，所述卡环（13）的外壁上设有转向滑轮（14），所述连接线（12）沿转向滑轮（14）的外壁滑动，所述活塞（8）与叶轮（7）之间连接有复位件（15）；

所述分液头（6）为弧状，所述分液头（6）的内部设有液腔（601），所述液腔（601）与进液管（5）相连通，所述分液头（6）的侧面安装有喷嘴（602），所述喷嘴（602）可调整倾斜方向，位于分液头（6）中间的所述喷嘴（602）的喷射终点为蒸发瓶（2）内壁的最高点。

2.根据权利要求1所述的一种生物样品处理用旋转蒸发仪，其特征在于：所述控制器（3）包括主控单元（300）、预设模块（301）、模式选择模块（302）、液泵驱动模块（303）、信号采集模块（304）、旋转驱动模块（305）和报警模块（306），所述预设模块（301）包括摄像模块（3010）、识别单元（3011）和存储模块（3012），所述摄像模块（3010）的输出端与识别单元（3011）的输入端电性连接，所述识别单元（3011）的输出端与存储模块（3012）的输入端电性连接，所述预设模块（301）与识别单元（3011）的输出端均连接至存储模块（3012）的输入端，所述主控单元（300）与预设模块（301）、模式选择模块（302）、液泵驱动模块（303）、信号采集模块（304）、旋转驱动模块（305）和报警模块（306）均双向传输，所述模式选择模块（302）的输入端连接人机交互屏，所述液泵驱动模块（303）的输出端连接控制进液管（5）的液泵，所述信号采集模块（304）包括正面光敏信号检测模块（3040）和反面光敏信号检测模块（3041），所述正面光敏信号检测模块（3040）和反面光敏信号检测模块（3041）分别连接两个光敏元件（1102），所述旋转驱动模块（305）的输出端与转动座（4）相连接。

3.根据权利要求2所述的一种生物样品处理用旋转蒸发仪的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：预设蒸发瓶（2）的形状和数据：所述摄像模块（3010）拍摄蒸发瓶（2），所述摄像模块（3010）将蒸发瓶（2）的图像传输至识别单元（3011），所述识别单元（3011）对蒸发瓶（2）的形状进行采样；所述摄像模块（3010）和识别单元（3011）分别将蒸发瓶（2）的图像和蒸发瓶（2）的采样数据传输至存储模块（3012）进行存储，并将蒸发瓶（2）的图像显示在人机交互屏上供选择；

S2：设定液泵功率：人机交互屏将选择的模式传输至模式选择模块（302），模式选择模块（302）将模式信息传输至主控单元（300），主控单元（300）调取存储模块（3012）中对应蒸发瓶（2）的采样数据并根据蒸发瓶（2）真实倾斜的角度计算液泵的功率；

S3：监测蒸发情况：所述正面光敏信号检测模块（3040）和反面光敏信号检测模块（3041）分别采集两个光敏元件（1102）的信号，当正面光敏信号检测模块（3040）检测到有信号时，所述主控单元（300）控制旋转驱动模块（305）增大转动座（4）的旋转功率；当反面光敏信号检测模块（3041）检测到无信号时，主控单元（300）启动报警模块（306）发出警报。

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