CN113742885A - 一种基于sfx合成实验的虚拟仿真系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于SFX(螺芴氧杂蒽)合成实验的虚拟仿真系统，包括实验模块和功能模块；所述实验模块包含两个实验：一锅法制备SFX，微型流动反应器制备SFX，所述两个实验均包含教学、练习、考试模式的实验操作集成模块，通过组合不同的实验单元操作模拟制备SFX。本发明使用3Dsmax作为三维建模工具，Unity 3D与万维引擎作为开发平台，通过Excel编辑功能文本指令，实现虚拟仿真实验系统的开发。基于SFX(螺芴氧杂蒽)合成实验的虚拟仿真系统能够生动形象地反映制备SFX的实验过程，有效扩展和延伸了现场实验教学生动形象的受训体验，使学生更易于理解和掌握科学实验专业知识，能够大幅度提高教学质量。

Description

一种基于SFX合成实验的虚拟仿真系统

技术领域

本发明涉及一种基于SFX(螺芴氧杂蒽)合成实验的虚拟仿真系统，属于光电材料技术领域。

背景技术

SFX（螺芴氧杂蒽）作为螺环芳香类化合物，具有独特的十字形构象，正交排列的芴和杂蒽基团，具有独立的电子性质，前线分子轨道分离，双极特性等，可以优化分子结构、提高溶解性和器件稳定性，减少电子耦合和电荷重组。此外，由于氧杂原子的存在，SFX具有多个活性位置，易于修饰。由于SFX衍生物具有优异的输运特性，可以有效平衡发射层中的空穴和电子密度。SFX已成为应用于有机电子领域的通用分子骨架，被广泛应用于一系列光电材料和器件中。同时，SFX合成实验作为典型的科研成果，历经十二年的努力，不仅推进了科学研究的进程，实现从实验室到产业化的跨越，而且实现了教学成果的转化，应用于“本硕博互动”培养模式，成为教研一体的优质素材，还作为典型案例被引入到《有机合成综合实验》课程、《有机功能材料与器件》课程中。因此，SFX合成实验对于培养材料领域优秀人才有着独特的优势。

然而，化学实验过程存在诸多风险因素，化学反应所需的材料往往为危险性物质，实验操作过程也伴随着许多危险，同时，环境污染严重，实验成本高，实验周期长等问题限制着科学实验的发展；另一方面，随着招生规模增加，许多工科高等院校面临教学场所拥挤、及专业实验仪器设备数量明显不足等问题。与此同时，虚拟现实（Virtual Reality，简称 VR）技术自首次提出，就引起了强烈关注。基于虚拟现实技术设计开发的虚拟仿真系统具有交互性、沉浸性等特点，经济性能好，效率高。虚拟现实技术也为科学实验的发展注入了新鲜血液。本发明将制备SFX的科学实验与虚拟现实技术结合，通过交互，沉浸的虚拟仿真形式进行展示，研究人员和学生只需要在PC机上就可以实现对SFX合成过程的操作，同时也可以对SFX合成过程进行反复学习和研究，大大减少了科研人员的学习周期，节约资源。

发明内容

本发明的目的在于：针对现有技术的不足，提出一种基于SFX(螺芴氧杂蒽)合成实验的虚拟仿真系统，能够模拟制备SFX(螺芴氧杂蒽)的实验操作流程，通过3D建模工具构建三维虚拟实验场景，让学生身临其境地感受整个化学实验的过程。

为了实现上述目的，本发明采取了如下技术方案：一种基于SFX(螺芴氧杂蒽)合成实验的虚拟仿真系统，

包括：实验模块(1)和功能模块(2)；所述实验模块（1）是基于SFX合成实验，通过模拟真实实验环境，构建实验仿真流程，包括虚拟实验场景模块(11)和制备SFX虚拟仿真实验模块(12)；

所述的功能模块（2）作为虚拟仿真系统的辅助模块，包括场景漫游模块(21)、安全教育模块(22)、软件简介模块(23)、仪器装置介绍模块(24)、视角切换模块(25)；

所述制备SFX虚拟仿真实验模块(12)是通过使用场景漫游模块(21)、安全教育模块(22)、软件简介模块(23)、仪器装置介绍模块(24)、视角切换模块(25)等一系列辅助功能完成SFX仿真实验，有效扩展和延伸了现场实验教学生动形象的受训体验，使学生更易于理解和掌握科学实验专业知识，能够大幅度提高教学质量。

所述的实验模块包括：虚拟实验场景模块，制备SFX的虚拟仿真实验模块；所述的功能模块包括：场景漫游模块、安全教育模块、软件简介模块、仪器装置介绍模块、视角切换模块；

上述技术方案中，所述的虚拟实验场景模块包括虚拟实验室环境、虚拟仪器、虚拟药品；所述的制备SFX虚拟仿真实验模块包括：“一锅法”制备SFX的虚拟仿真实验、微流制备SFX的虚拟仿真实验。

所述的场景漫游模块用于实现虚拟人物视角的自由移动，便于观察；所述的安全教育模块帮助用户了解实验室安全注意事项，提高实验室安全意识，杜绝实验室安全事故；所述的软件简介模块用于介绍软件的开发人员情况，所述的仪器装置介绍模块通过引出线的形式，将虚拟实验室中的试验设备一一标注，方便理解和操作，所述的视角切换模块用于快速切换视角，提高实验操作的效率。

进一步地，其中虚拟仪器和虚拟药品是制备SFX实验所需的常规仪器和药品，包含：100mL用于放置磁子的双口瓶，球形回流冷凝管，盐水塞，旋蒸装置、电子天平、称量纸、油浴锅、铁架台、锡纸（包裹双口瓶用）、10mL注射器，500mL烧杯、一次性滴管、磁力搅拌器、由真空泵、布氏漏斗、抽滤瓶组成的抽滤装置、烘箱、薄层层析硅胶板、毛细管、层析缸、镊子、色谱柱、500mL旋蒸瓶、1mL离心管、100mL锥形瓶、防爆球、烧瓶座、玻璃棒、表面皿、圆形滤纸、洗耳球、废液缸、高通量微通道反应器、不锈钢进料泵、钛合金进料泵、聚四氟乙烯进料泵、称量天平等。

进一步地，所述制备SFX虚拟仿真实验模块（12）包括：“一锅法”制备SFX的虚拟仿真实验(121)、微流反应器制备SFX的虚拟仿真实验(122)；

两个实验均包含教学模式、练习模式及考试模式的实验操作集成模块；

在教学模式单元中，通过虚拟仿真实验教学，指导学生模拟真实化学实验，分步完成涉及到的各项任务；

在练习模式单元中，仿真模拟在真实实验中按实验要求操作完成各项任务所涉及到的“一锅法”制备SFX，微型流动反应器制备SFX的实习实验教学；

在考试模式单元中，对学生实验教学过程所涉及到关键步骤进行考核测试，通过对学生操作错误位置和操作错误次数的考核结果记录，了解学生个体实验教学效果情况，发现记录学生容易出错环节，对薄弱环节进行针对性强化训练。

进一步地，所述的“一锅法”制备SFX的虚拟仿真实验包括：基本实验原理模拟模块，通过提示板显示实验的基本信息，该反应是由2,7-二溴芴酮和3-溴苯酚在甲基磺酸催化下合成目标产物，该反应温度为150℃，反应时间大于8小时；实验操作演示模块，通过搭建反应装置，称量药品，使用通风橱，反复抽真空，冷凝回流，使用搅拌器，实验结束后清洗仪器和恢复实验装置等操作实现虚拟仿真实验。

进一步地，所述的微流制备SFX的虚拟仿真实验包括：基本实验原理模拟模块，通过提示板显示实验的基本信息，使用芴酮、苯酚、甲基磺酸、1,2-二氯苯进行SFX微流动合成；实验操作演示模块，通过操作高通量微通道反应器，设置反应器参数，称量反应物，收集产物，清洗反应器等操作实现虚拟仿真实验

本发明的有益效果是：本发明的虚拟仿真系统将实验操作视频和实验原理动画等信息生动逼真地呈现在学生面前，丰富了实验教学手段，有效扩展和延伸了现场实验教学，使学生更易于理解和掌握科学实验专业知识，大幅度提高教学质量。同时满足不同阶段教学实验需求，既可为学生提供身临其境的教学实验效果，反复操作设备参数和实验训练操作方法，又可更大程度上的提高学生获得教学实验的时间性与有效性，更大可能性的降低教学实验成本，不会对设备造成损坏，获得经济便捷有效的教学实验效果。虚拟仿真实验采用虚实结合、多层递进开放式教学方法，培养学生综合知识运用的能力，发挥学生主动性，根据学生兴趣和学习阶段采用不同的开放教学模式和培训内容。

附图说明

图1 为本发明基于SFX(螺芴氧杂蒽)合成实验的虚拟仿真系统的模块构架图。

图2为本发明中一锅法制备SFX的实验原理图。

图3为本发明中一锅法制备SFX的实验流程。

图4为本发明中微流制备SFX的实验流程。

具体实施方式

为了更了解本发明的技术内容，特举具体实施例并配合所附图式说明如下。

如图1所示，本发明一种基于SFX(螺芴氧杂蒽)合成实验的虚拟仿真系统，包括：实验模块和功能模块。所述基于SFX(螺芴氧杂蒽)合成实验的虚拟仿真系统通过采集实验操作流程，制作实验脚本，构建三维模型，导入模型到Unity3D和万维引擎平台、搭建场景，开发仿真功能，实现制备SFX虚拟仿真实验；通过设计实验模块模拟合成SFX的虚拟实验操作，将实验操作过程进行信息反馈，通过功能模块辅助软件的基本操作，从而提供虚拟仿真的教学管理和学习实验的智能模式。

所述实验模块包括：虚拟实验场景模块、制备SFX的虚拟仿真实验模块；所述制备SFX的虚拟仿真实验模块包括：“一锅法”制备SFX的虚拟仿真实验、微流制备SFX的虚拟仿真实验。这两个仿真实验均包括“教学”、“练习”、“考试”模式的实验操作集成模块。

对SFX合成实验所涉及的“一锅法”制备SFX的虚拟仿真实验、微流制备SFX的虚拟仿真实验这两个核心实验均采用三维模拟和三维动画模式进行三维仿真交互实验教学，同时配合二维文字交互模式进行实验教学；

在学习模式单元中，通过虚拟仿真实验教学，指导学生模拟真实化学实验，分步完成涉及到的各项任务；

在实习模式单元中，仿真模拟在真实实验中按实验要求操作完成各项任务所涉及到的“一锅法”制备SFX、微流制备SFX的实习实验教学；

在考核模式单元中，对学生实验教学过程所涉及到关键步骤进行考核测试，通过对学生操作错误位置和操作错误次数的考核结果记录，了解学生个体实验教学效果情况，发现记录学生容易出错环节，对薄弱环节进行有的放失强化训练。

如图2所示为“一锅法”制备SFX的实验机理，首先，芴酮质子化亲电进攻苯酚的邻位并且芴基团9号位的碳脱水后形成碳正离子后继续进攻苯酚的邻位，接着2个酚羟基在强酸作用下脱水成醚，最终形成热力学产物SFX。同时，质子化的芴酮也可先亲电进攻苯酚的对位，之后类似的芴基团上的碳脱水形成碳正离子继续进攻苯酚的对位，从而形成动力学产物FDPO。在温度较高和强酸的条件下，FDPO容易向形成SFX的平衡方向移动。需要指出的是，由于叔醇傅克反应的可逆性特征，可以达到较高的母体产率(高达90%以上)。实验所需的仪器包含：100mL双口瓶（内放磁子），球形回流冷凝管，盐水塞，旋蒸装置（旋蒸仪、真空泵）、电子天平、称量纸、油浴锅、铁架台、锡纸（包裹双口瓶用）、注射器（10mL），烧杯（500mL）、一次性滴管、磁力搅拌器、抽滤装置（真空泵、布氏漏斗、抽滤瓶）、烘箱、薄层层析硅胶板、毛细管、层析缸（称量瓶）、镊子、色谱柱、500mL旋蒸瓶、1mL离心管、100mL锥形瓶、防爆球、烧瓶座、玻璃棒、表面皿、圆形滤纸、洗耳球、废液缸。上述仪器皆是通过3Dsmax进行三维建模，还原真实的实验环境。

“一锅法”制备SFX的实验包括如下步骤：

1.实验前的准备：双口瓶内放磁子，主口放回流冷凝管，冷凝管与水龙头用橡胶管连接好，冷凝管顶部用盐水塞塞紧，侧口用盐水塞塞住，固定在铁架台上，放在油浴锅中；

2.称量药品：1).FO 9-芴酮的称量：将FO 9-芴酮试剂瓶从药品架拿到实验台，点击电子天平开关，将称量纸放置在天平上，点击置零键进行置零，拖拽FO 9-芴酮试剂瓶至称量纸，用药匙向称量纸加药品5.00g（试剂瓶自动返回药品架），拖拽称量纸至双口瓶，将药品倒入双口瓶。2).苯酚的称量：将苯酚试剂瓶从药品架拖到实验台，将称量纸拖拽至天平，点击置零键进行置零，拖拽苯酚试剂瓶至称量纸，用药匙向称量纸加药品15.80g（试剂瓶自动返回药品架），拖拽称量纸至双口瓶，将药品倒入双口瓶

3.抽真空，充氮气：打开油泵的开关，旋转与之相连的安全瓶上的活塞至水平，将与双排管连接的注射器针头插入冷凝管上的盐水塞，旋转双排管旋塞至大头垂直向下，将与氮气球相连的注射器针头插入冷凝管上端盐水塞，旋转双排管旋塞至水平，拔出抽真空的针头（弹出文本框：重复抽真空充氮气3-4次，使系统内的空气排净），旋转安全瓶上的活塞至竖直，将氮气球插在盐水塞，使反应处于氮气保护中，关闭真空泵。

4.包裹锡纸，通冷凝水：点击锡纸，将其包裹在双口瓶外部以遮光，点击水龙头，开通冷凝水

5.开始反应：打开油浴锅开关，设置温度为120℃（溶液初始颜色深黄色），待原料熔融完全，旋转搅拌旋钮，开始搅拌，将油浴锅温度改为150℃，用注射器吸取7.2mL甲磺酸，将注射器插入双口瓶侧口的盐水塞，将甲磺酸缓缓加入双口瓶中（溶液变为棕色），继续搅拌、回流8-10h，关闭油浴锅电源开关停止反应（瓶底大量固体析出）

6.析出产物重沉淀：将双口瓶内的反应液趁热倒入已装有乙醇的大烧杯中，向双口瓶内倒入少许乙醇溶液，摇晃洗涤双口瓶，将洗涤液也倒入烧杯（此时杯底出现白色沉淀，上层为棕色溶液），用一次性滴管从烧杯中吸取少量溶液至离心管中保存，将烧杯拖拽至机械搅拌器，打开搅拌器开关进行搅拌，搅拌1h，关闭机械搅拌器，静置2-4h

7.减压抽滤：依次将布氏漏斗、抽滤瓶和真空泵连接，向布氏漏斗中加入滤纸，用洗瓶润湿滤纸，打开循环水真空泵开关，用玻璃棒引流，将烧杯中的液体缓缓倒入布氏漏斗中（真空泵上的指针转动）

8.乙醇洗涤滤饼：向烧杯内加入少量乙醇，洗涤烧杯，用玻璃棒引流，将洗涤液倒入布氏漏斗中，重复洗涤2-3次，用滴管向布氏漏斗加入少量乙醇进行洗涤，重复2-3次，拔掉抽滤瓶接管，关闭循环水真空泵

9.烘干产物：将布氏漏斗倒扣在表面皿上，使滤饼落入表面皿中，揭去滤纸（此时产物为白色），打开烘箱门，将产物连同表面皿一起放入烘箱中，关闭烘箱门，设置烘箱温度为120℃，烘1-2h，关闭烘箱，打开烘箱门，取出表面皿，冷却至室温

10.计算粗产率：将称量纸拖拽至天平，点击置零键进行置零，将表面皿中的产物转移至称量纸，待天平读数稳定，记录读数（产率在50%左右，为4.60-4.70g），将粗产物放入离心管中保存

11.滤液旋蒸：将抽滤的滤液由抽滤瓶倒入旋蒸瓶，先后打开循环冷却装置电源开关，制冷开关及循环开关，依次将防爆球和旋蒸瓶安装到旋蒸仪上，旋转玻璃旋塞，隔断与空气的连通，打开循环水真空泵开关，打开旋蒸仪电源开关，点击下降按钮使旋蒸瓶浸入水浴中，旋转调速旋钮，使旋蒸瓶以合适的速度旋转，打开加热开关，设置温度为75℃

12.关闭旋蒸仪：旋转调速旋钮，使旋蒸瓶停止旋转，点击上升按钮，使旋蒸瓶离开水浴，旋转玻璃旋塞，使仪器与大气相通，取下旋蒸瓶，先加入几毫升石油醚将产物溶解再加入50ml乙醇，然后置于烧瓶座上静置1-2天，关闭循环水真空泵，依次关闭旋蒸仪的加热开关和电源开关

13.减压过滤：依次将布氏漏斗、抽滤瓶和循环水真空泵连接，向布氏漏斗中加入滤纸，用洗瓶润湿滤纸，打开循环水真空泵开关，用玻璃棒引流，将旋蒸瓶的液体缓缓倒入布氏漏斗中（真空泵上的指针转动）

14.洗涤滤饼：向旋蒸瓶内倒入少量乙醇洗涤旋蒸瓶，洗涤液也由玻璃棒引流倒入布氏漏斗，洗涤2-3次，断开抽滤瓶与真空泵的连接，关闭循环水真空泵

15.烘干产物：将布氏漏斗倒扣在表面皿上，使滤饼落入表面皿中，揭去滤纸，打开烘箱门，将产物连同表面皿一起放入烘箱中，关闭烘箱门，设置烘箱温度为120℃，烘1-2h，关闭烘箱，打开烘箱门，取出表面皿，冷却至室温

16.薄层色谱分析：取出一片硅胶板至实验台，用毛细管从离心管中吸取少量产物溶液，点在硅胶板上合适的位置，将硅胶板上的溶液晾干，用镊子夹住硅胶板，将硅胶板放入展缸中（展缸中的液体沿着硅胶板匀速上爬），待各物质已分开，打开展缸盖子，用镊子将硅胶板取出

17.装柱：向500mL大烧杯中倒入100mL左右的硅胶，向烧杯中倒入适量石油醚，边倒边搅拌，至硅胶成稀浆状，向分离柱加入一团棉花，适当塞紧，向分离柱中倒入石英砂，使石英砂在柱中的厚度为1cm左右，向分离柱中倒入石油醚，使石油醚液层的高度在6-8cm，拖拽废液缸至分离柱下方，打开分离柱活塞，将烧杯中的硅胶浆迅速倒入分离柱中，硅胶在柱中沉降，用洗耳球轻轻敲打柱子，排除柱内的气泡，沉降完成后，关闭分离柱活塞，向柱中缓缓加入少量石英砂，使石英砂在柱中的高度约为1-2cm

18.上样：用滴管向装有粗产物的离心管中加入少量石油醚，轻轻左右摇晃离心管，使产物完全溶解，用滴管将该溶液转移至分离柱，均匀分散在柱中，打开分离柱活塞，待溶剂液面下降至石英砂与硅胶交界处，用滴管向柱中加入少量石油醚，反复几次，至产品完全进入硅胶中，石英砂呈白色

19.收集样品：向分离柱中倒入石油醚，换锥形瓶收集流下的液体

（文字提示：锥形瓶每接100ml流出液点板一次，当有产物流下时，接收产物）

将流出液倒入旋蒸瓶，先后打开循环冷却装置电源开关，制冷开关及循环开关，依次将防爆球和旋蒸瓶安装到旋蒸仪上，旋转玻璃旋塞，隔断与空气的连通，打开循环水真空泵开关，打开旋蒸仪电源开关，点击下降按钮使旋蒸瓶浸入水浴中，旋转调速旋钮，使旋蒸瓶以合适的速度旋转，打开加热开关，设置温度为60℃

20.关闭旋蒸仪：旋转调速旋钮，使旋蒸瓶停止旋转，点击上升按钮，使旋蒸瓶离开水浴，旋转玻璃旋塞，使仪器与大气相通，取下旋蒸瓶得到白色固体产物，关闭循环水真空泵依次关闭旋蒸仪的加热开关和电源开关以及循环冷却装置的电源开关，将产物转移至样品瓶

21.结束实验

通过使用芴酮和苯酚在甲基磺酸的催化条件下反应生成SFX，实验所需的仪器包含：高通量微通道反应器、不锈钢进料泵、钛合金进料泵、聚四氟乙烯进料泵、锥形瓶、烧杯、称量天平，上述仪器皆是通过3Dsmax进行三维建模，还原真实的实验环境。

微流制备SFX的实验包括如下步骤：

一、打开微流反应系统

1. 向左90°旋转换热器红色旋钮，换热器屏幕画面切换为介绍系统白色画面。

2. 点击白色画面进入设置微流反应系统温度画面。

二、设置微流反应系统温度为80℃

3. 点击调温画面中的1#设定温度按钮，画面出现调温数字面板。

4. 在调温数字面板上输入数字8000后点击OK按钮，出现注意提醒画面后点击确认按钮。

5. 点击调温画面中的2#设定温度按钮，画面出现调温数字面板。

6. 在调温数字面板上输入数字8000后点击OK按钮，出现注意提醒画面后点击确认按钮。

三、通道清洗与清理

7. 打开聚四氟乙烯进料泵和钛合金进料泵。

8. 将废液桶放置在反应区域输出管。

9. 将聚四氟乙烯进料泵和钛合金进料泵的导管放入盛有乙醇的容器中。

10. 将聚四氟乙烯进料泵流速设为1ml/min（首先按set键选择设置流速个位数字或十位数字，基于小屏幕显示的原有数据按上下按键设置流速），按PUMP按键清洗，PUMP按键处黄灯亮。

11. 将钛合金进料泵流速设为1ml/min（如果流速为Nml/min，则在键盘处键入N00即可），按PUMP按键清洗。

12. 等待20min清洗时间。

13. 清洗时间结束后，按聚四氟乙烯进料泵上的PUMP按键停止清洗，黄灯黑；按钛合金进料泵上的STOP按键停止清洗。

四、设置微流反应系统温度为160℃

14. 点击调温画面中的1#设定温度按钮，画面出现调温数字面板。

15. 在调温数字面板上输入数字160后点击OK按钮，出现注意提醒画面后点击确认按钮.

16. 点击调温画面中的2#设定温度按钮，画面出现调温数字面板。

17. 在调温数字面板上输入数字160后点击OK按钮，出现注意提醒画面后点击确认按钮。

18. 等待微流反应系统温度稳定（当供油温度、回油温度与设定温度只有0.2℃温度差时，系统温度已稳定）。

五、反应物称量

19. 点击称量天平的电源键，打开称量天平电源。

20. 在称量天平上放置称量纸（点击称量纸，称量纸移动到称量天平秤盘上，天平屏幕显示读数），点击去皮键去皮。

21. 称取10.80克9-芴酮（点击9-芴酮药剂瓶，药剂瓶移动到天平旁；点击药剂瓶盖，药剂瓶盖打开；点击药勺，药勺移入药剂瓶中取药，放置在天平上的称量纸上，天平读数显示为10.80）。

22. 取下称量了9-芴酮的称量纸，称量纸沿对角对折，将药品移入干净的锥形瓶1中。

23. 称取33.85克苯酚（点击苯酚药剂瓶，药剂瓶移动到天平旁；点击药剂瓶盖，药剂瓶盖打开；点击药勺，药勺移入药剂瓶中取药，放置在天平上的称量纸上，天平读数显示为33.85）。

24. 取下称量了苯酚的称量纸，称量纸沿对角对折，将药品移入装有9-芴酮的锥形瓶1中。

25. 将锥形瓶1移至通风橱中。

26. 量取20ml邻二氯苯于锥形瓶1 中（点击邻二氯苯药剂瓶，药剂瓶移至锥形瓶1旁；点击药剂瓶盖，药剂瓶盖打开；点击注射器，注射器量取20ml邻二氯苯移入锥形瓶1）。

27. 量取16.248ml甲基磺酸（点击甲基磺酸药剂瓶，药剂瓶移至干净锥形瓶2旁；点击药剂瓶盖，药剂瓶盖打开；点击注射器，注射器量取16.248ml甲基磺酸移入干净锥形瓶2中）。

28. 将锥形瓶1移至钛合金进料泵导管处，锥形瓶2移至聚四氟乙烯进料泵导管处。

六、进料泵参数调节和进料

29. 将一个干净的锥形瓶移至反应区域输出管处收集产物。

30. 将聚四氟乙烯泵流速设为0.5ml/min，按PUMP按键进料，PUMP键处黄灯亮。

31. 按钛合金进料泵PUMP按键进料。

七、反应监控与收集

32. 对输出管处收集的产物随时进行点板检测，监测反应进行情况。

33. 监测到反应结束后，按聚四氟乙烯进料泵上的PUMP按键停止进料，黄灯黑；按钛合金进料泵上的STOP按键停止进料。

八、设置微流反应系统温度为20℃

34. 点击调温画面中的1#设定温度按钮，画面出现调温数字面板。

35. 在调温数字面板上输入数字2000后点击OK按钮，出现注意提醒画面后点击确认按钮。

36. 点击调温画面中的2#设定温度按钮，画面出现调温数字面板。

37. 在调温数字面板上输入数字2000后点击OK按钮，出现注意提醒画面后点击确认按钮。

九、反应结束后通道清洗和维护

38. 将聚四氟乙烯进料泵和钛合金进料泵的导管放入盛有乙醇的容器中。

39. 按聚四氟乙烯进料泵的PUMP键开始清洗，黄灯亮；按钛合金进料泵的PUMP键开始清洗。

40. 等待20min清洗时间。

41. 清洗时间结束后，按聚四氟乙烯进料泵上的PUMP按键停止清洗，黄灯黑；按钛合金进料泵上的STOP按键停止清洗。

42. 关闭聚四氟乙烯进料泵和钛合金进料泵开关。

43. 用封口膜分别将钛合金进料泵和聚四氟乙烯进料泵的导管料头进行封口保护（点击封口膜，封口膜移动到导管料头处）。

十、关闭微流反应系统

44. 向右90°旋转换热器红色旋钮关闭微流反应系统。

虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明。本发明所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰。因此，本发明的保护范围当视权利要求书所界定者为准。

Claims (7)

1.一种基于SFX合成实验的虚拟仿真系统，其特征在于：包括：实验模块(1)和功能模块(2)；所述实验模块（1）是基于SFX合成实验，通过模拟真实实验环境，构建实验仿真流程，包括虚拟实验场景模块(11)和制备SFX虚拟仿真实验模块(12)；

所述的功能模块（2）作为虚拟仿真系统的辅助模块，包括场景漫游模块(21)、安全教育模块(22)、软件简介模块(23)、仪器装置介绍模块(24)、视角切换模块(25)；

所述制备SFX虚拟仿真实验模块(12)是通过使用场景漫游模块(21)、安全教育模块(22)、软件简介模块(23)、仪器装置介绍模块(24)、视角切换模块(25)等一系列辅助功能完成SFX仿真实验，有效扩展和延伸了现场实验教学生动形象的受训体验，使学生更易于理解和掌握科学实验专业知识，能够大幅度提高教学质量。

2.根据权利要求1所述的基于SFX合成实验的虚拟仿真系统，其特征在于：所述虚拟实验场景模块（11）包括虚拟实验室环境(111)、虚拟仪器(112)、虚拟药品(113)；所述制备SFX虚拟仿真实验模块（12）包括一锅法制备SFX的虚拟仿真实验(121)、微流反应器制备SFX的虚拟仿真实验(122)。

3.根据权利要求2所述的基于SFX合成实验的虚拟仿真系统，其特征在于：所述虚拟实验场景模块（11）通过3Dsmax构建三维模型，用于表现真实的实验环境；包括虚拟实验室环境(111)、虚拟仪器(112)、虚拟药品(113)；其中虚拟仪器和虚拟药品是制备SFX实验所需的常规仪器和药品，包含：100mL用于放置磁子的双口瓶，球形回流冷凝管，盐水塞，旋蒸装置、电子天平、称量纸、油浴锅、铁架台、锡纸（包裹双口瓶用）、10mL注射器，500mL烧杯、一次性滴管、磁力搅拌器、由真空泵、布氏漏斗、抽滤瓶组成的抽滤装置、烘箱、薄层层析硅胶板、毛细管、层析缸、镊子、色谱柱、500mL旋蒸瓶、1mL离心管、100mL锥形瓶、防爆球、烧瓶座、玻璃棒、表面皿、圆形滤纸、洗耳球、废液缸、高通量微通道反应器、不锈钢进料泵、钛合金进料泵、聚四氟乙烯进料泵、称量天平等。

4.根据权利要求3所述的基于SFX合成实验的虚拟仿真系统，其特征在于：所述制备SFX虚拟仿真实验模块（12）包括：“一锅法”制备SFX的虚拟仿真实验(121)、微流反应器制备SFX的虚拟仿真实验(122)；

两个实验均包含教学模式、练习模式及考试模式的实验操作集成模块；

在教学模式单元中，通过虚拟仿真实验教学，指导学生模拟真实化学实验，分步完成涉及到的各项任务；

在练习模式单元中，仿真模拟在真实实验中按实验要求操作完成各项任务所涉及到的“一锅法”制备SFX，微型流动反应器制备SFX的实习实验教学；

在考试模式单元中，对学生实验教学过程所涉及到关键步骤进行考核测试，通过对学生操作错误位置和操作错误次数的考核结果记录，了解学生个体实验教学效果情况，发现记录学生容易出错环节，对薄弱环节进行针对性强化训练。

5.根据权利要求1所述的基于SFX合成实验的虚拟仿真系统，其特征在于：所述的场景漫游模块(21)用于实现虚拟人物视角的自由移动，便于观察；所述的安全教育模块(22)帮助用户了解实验室安全注意事项，提高实验室安全意识，杜绝实验室安全事故；所述的软件简介模块(23)用于介绍软件的开发人员情况，所述的仪器装置介绍模块(24)通过引出线的形式，将虚拟实验室中的试验设备一一标注，方便理解和操作，所述的视角切换模块(25)用于快速切换视角，提高实验操作的效率。

6.根据权利要求1所述的基于SFX合成实验的虚拟仿真系统，其特征在于：一锅法制备SFX的虚拟仿真实验(121)包括：基本实验原理模拟模块(1211)，通过提示板显示实验的基本信息，该反应是由2,7-二溴芴酮和3-溴苯酚在甲基磺酸催化下合成目标产物，该反应温度为150℃，反应时间大于8小时；实验操作演示模块(1212)，通过搭建反应装置，称量药品，使用通风橱，反复抽真空，冷凝回流，使用搅拌器，实验结束后清洗仪器和恢复实验装置等操作实现虚拟仿真实验。

7.根据权利要求1所述的基于SFX合成实验的虚拟仿真系统，其特征在于：微流反应器制备SFX的虚拟仿真实验(122)包括：基本实验原理模拟模块(1221)，通过提示板显示实验的基本信息，使用芴酮、苯酚、甲基磺酸、1,2-二氯苯进行SFX微流动合成；实验操作演示模块(1222)，通过操作高通量微通道反应器，设置反应器参数，称量反应物，收集产物，清洗反应器等操作实现虚拟仿真实验。

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