CN114405449A - 一种基于微流控的化学实验装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于微流控的化学实验装置，包括本体和储料件,其中：本体上具有至少两个反应腔，相邻的两个反应腔通过连通通道相互连通；本体上还具有至少两个进样通道，一个进样通道与一个反应腔连通，进样通道用于对反应腔进行进样，由于对密封性要求较高，且本体内的反应腔和连通通道较复杂；储料件至少设有两个，一个储料件与一个进样通道的进样口连通，且储料件用于堵塞进样通道。本发明中提出的一种基于微流控的化学实验装置，不需要大量、多种实验反应器皿就可以完成多步化学实验；使用微量的试剂就可以完成多种反应。
Description
技术领域
本发明涉及化学实验设备技术领域，尤其涉及一种基于微流控的化学实验装置。
背景技术
目前的中学化学实验多是依靠烧杯等仪器设备完成反应，存在试剂消耗量大、实验准备和操作繁琐、废液量大、有安全隐患等不足之处。且一个多步反应实验往往需要多个器皿完成。
发明内容
为解决背景技术中存在的技术问题，本发明提出一种基于微流控的化学实验装置。
本发明提出的一种基于微流控的化学实验装置，包括本体和储料件,其中：
本体上具有至少两个反应腔，相邻的两个反应腔通过连通通道相互连通；
本体上还具有至少两个进样通道，一个进样通道与一个反应腔连通，进样通道用于对反应腔进行进样，由于对密封性要求较高，且本体内的反应腔和连通通道较复杂，本体可以为3D打印制成；
储料件至少设有两个，一个储料件与一个进样通道的进样口连通，且储料件用于堵塞进样通道。
作为本发明进一步优化的方案，还包括出液通道和密封塞，出液通道与反应腔连通并用于将反应腔中反应液体排出，密封塞设在出液通道的出液口处并用于堵塞出液通道。
为了进一步便于控制反应腔中反应介质的流向，作为本发明进一步优化的方案，还包括至少两个密封件，本体上还开有至少两个排气通道，一个排气通道与一个反应腔连通，密封件安装在排气通道的排气口处并用于密封排气通道。
作为本发明进一步优化的方案，密封件可以为橡胶塞或气囊，在一些实施例中密封件为橡胶塞便于控制反应腔中的压强，进而便于控制反应腔中反应介质的流动方向，在一些实施例中密封件选择气囊，气囊可以收集实验中产生的气体，进而化学实验中有毒气体产生对人产生危害。
具体的，储料件为挤压式给料瓶或注射式给料器，挤压式给料瓶可以为现有技术中容量为1ml或其他容量的塑料瓶，比如生活中滴眼药瓶通过倒置药瓶并挤压完成给药，注射式给料器可以为现有的注射器。
作为本发明进一步优化的方案，反应腔的容量为0.3-2ml，进一步减小实验试剂的使用。
作为本发明进一步优化的方案，连通通道的内径为0.4-4mm。
为了便于作为本发明进一步优化的方案，相邻的两个反应腔呈阶梯式分布，由于液体的表面张力、连通管道对反应试剂的摩擦力以及两个反应腔之间的高度差，通过控制反应腔与大气是否连通，即控制反应腔的压强使反应试剂从一个反应腔流至另一个反应腔。
作为本发明进一步优化的方案，位于高处的反应腔的下半部分与位于低处反应腔的上半部分通过连通通道连通，进而通过调节反应腔的压强使高度的溶液流通至位于低处的反应腔中，进而便于化学实验多步反应。
在使用本装置进行实验时可以肉眼观察、显微观察，也可以通过教室配备投影仪和智慧课堂设备演示。
本发明中提出的一种基于微流控的化学实验装置，不需要大量、多种实验反应器皿就可以完成多步化学实验；使用微量的试剂就可以完成各种反应，且可以通过肉眼观察、显微观察，也可以通过教室配备投影仪和智慧课堂设备演示。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
图1为本发明实施例一结构示意图；
图2为本发明图1剖视图；
图3为本发明实施例二结构示意图；
图4为本发明图3剖视图；
图5为本发明实施例三结构示意图；
图6为本发明实施例三剖视图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中表示，其中自始至终相同或类似的符号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解对本发明的限制。
需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或彼此可通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
实施例一
如图1-2所示的一种基于微流控的化学实验装置，该装置用于气体多部反应实验，该包括本体1、密封件2和储样瓶3，本体1具有四个圆柱形的反应腔10，且圆柱形反应腔10的轴线为竖直方向，四个圆柱形反应腔10呈一排分布在本体1内，四个圆柱形反应腔10的容积均为0.5ml，任意相邻的两个反应腔10之间通过连通管道11连通，连通管道11的孔径为1.6mm且连通管道11用于将反应腔10的上半部分连通，本体1上还开有四组进样通道12和四组排气通道13，一组进样通道12和一组排气通道13均与一个反应腔10连通，密封件2设在排气通道13上并用于堵塞排气通道13，密封件2为橡胶塞，通过打开一个反应腔10中的密封件2进而控制反应腔10中气体压强便于控制产生气体的流动方向和控制进液，储样瓶3设在进样通道12上并用于堵塞进样通道12，且储样瓶3中有反应溶液，储样瓶3为可挤压的耐腐蚀的弹性材料制成，储样瓶3与进样通道12连通，挤压储样瓶3使储样瓶3中的反应试剂通过进样通道12进入到反应腔10中；
其中，本体1为3D打印制成。
可以将本实施例的实验装置用于二氧化碳的实验，在第一个反应腔10中生成二氧化碳，另外的反应腔10可以用于检测二氧化碳的存在，即在一个反应腔10中加入盐酸和碳酸钠溶液，第二个反应腔10中加入紫色石蕊试剂，在第三个反应腔10中加入澄清石灰水，通过第二个反应腔10中紫色石蕊试剂颜色的变化以及第三个反应腔10中澄清石灰水变浑浊进而验证第一个反应腔10中有二氧化碳气体生产，其中第一个反应腔10、第二个反应腔10和第三个反应腔10为三个相邻的反应腔。
具体过程为：首先将紫色石蕊试剂、澄清石灰水分别装入两个储样瓶3中，并将两个储样瓶3分别固定在第二个反应腔10和第三个反应腔10进样通道12的进样口处并封闭进样口，然后将四个反应腔10的排气通道13和第四个反应腔10的进样通道12封闭，打开第一个反应腔10的排气通道13，将碳酸钠溶液放置在储样瓶3中，然后将该储样瓶3倒置在第一个反应腔10的进样通道12的进样口处封闭该进样口，挤压该储样瓶3使碳酸钠溶液进入到第一个反应腔10，然后将盐酸溶液放入到储样瓶3中，通过密封件2封闭第一个反应腔10的排气通道13的排气口，然后将装有盐酸溶液的储样瓶3倒置固定在第一个反应腔10的进样通道12的进样口处，打开第一个反应腔10的密封塞4的同时挤压盐酸溶液的储样瓶3使盐酸进入到第一个反应腔10中然后密封第一个反应腔10的排气口，可以观察到有气泡产生，然后打开第三个反应腔10的排气口，挤压第二个反应腔10装有紫色石蕊试剂的储样瓶3，使紫色石蕊试剂进入到第二个反应腔10中且在此过程中第一个反应腔10中产生的二氧化碳气体进入到第二个反应腔10与紫色石蕊试剂反应，关闭第三个反应腔10的排气口，打开第四个反应腔10的排气口，挤压第三个反应腔10中的装有澄清石灰水的储样瓶3，使澄清石灰水进入到第三个反应腔10且第一个反应腔10中产生的气体排入到第三个反应腔10中与澄清石灰水发生反应。
由于该实验装置容积较小，为了便于观察实验，可以通过现有的电子显微镜进行观察，并通过计算机投影的方式将电子显微镜放大的图样投影到幕布上。
实施例二
如图3-4所示，一种基于微流控的化学实验装置，该装置包括本体1、密封塞4、储样瓶3，本体1具有四个圆柱形的反应腔10，四个圆柱形反应腔10呈一排分布在本体1内，四个圆柱形反应腔10的容积均为0.5ml，且四个反应腔10是呈阶梯式分布的，即对于任意相邻的两个反应腔10，左侧的反应腔10的底面低于右侧反应腔10的底面，任意相邻的两个反应腔10之间通过连通管道11连通，且连通管道11用于将位于上方反应腔10的下半部分与位于下方反应腔10的上半部分连通，连通管道11的孔径为1.6mm，本体1上还开有四组进样通道12和四组排气通道13，本体1上还开有四个进样通道12，一个进样通道12与一个反应腔10连通，储样瓶3设有多个，一个储样瓶3设在一个进样通道12的进样端，储样瓶3用于储放反应溶剂，还包括排液通道14，排液通道14与位于最低位置的反应腔10连通，密封塞4设在排液通道14的末端用于堵塞排液通道14。
可以将本实施例的装置用于液体多步反应，比如硫酸铜与氢氧化铜溶液生成沉淀，再将沉淀溶解的实验。
实施例三
如图5-6所示，本实施例与上述实施例的不同之处在于：该装置用于阶梯式气液双向多不反应，该包括本体1、密封件2和储样瓶3，本体1具有四个圆柱形的反应腔10，四个圆柱形反应腔10呈一排分布在本体1内，四个圆柱形反应腔10的容积均为0.5ml，且四个反应腔10是呈阶梯式分布的，即对于任意相邻的两个反应腔10，左侧的反应腔10的底面低于右侧反应腔10的底面，任意相邻的两个反应腔10之间通过连通管道11连通，且连通管道11用于将位于上方反应腔10的下半部分与位于下方反应腔10的上半部分连通，连通管道11的孔径为1.6mm，本体1上还开有四组进样通道12和四组排气通道13，一组进样通道12和一组排气通道13均与一个反应腔10连通，密封件2设在排气通道13上并用于堵塞排气通道13的排气口，储样瓶3设在进样通道12的进样口上并用于堵塞进样通道12，且储样瓶3中有反应溶液，储样瓶3为可挤压的耐腐蚀的弹性材料制成，储样瓶3与进样通道12连通，挤压储样瓶3使储样瓶3中的反应试剂通过进样通道12进入到反应腔10中。
相对实施例二，本实施例增加了排气通道13和密封件2，进而使本实施例可以更好的控制反应腔10中的压强，进而便于控制反应进行。
相对实施例一，本实施例的四个反应腔10呈阶梯分布，使本装置不仅可以用于气体反应，也可以用于液体多步反应。
在此实验过程中，位于较底位置的反应腔10中生成的气体进入到位于较高位置反应腔10的液体中并与其反应，增大反应效率和效果，通过控制位于较高位置反应腔10中气体的压强进而可以使气体进入到该反应腔10中，为了避免该实验中产生的有毒气体排至空气中，密封件2可以为实施例中的密封件2，在本实施例中可以将密封件2设成气囊或橡胶塞，且在该反应腔10未反应时，气囊在外力作用下处于压缩状态。
可以将本实施例的实验装置用于二氧化碳的实验，在位于最低处的反应腔10中生成二氧化碳，另外两个较高位置的反应腔10可以用于检测二氧化碳的存在，即在较低的容纳腔加入盐酸和碳酸钠溶液生成二氧化碳气体，第另外两个处于较高位置的反应腔10中加入紫色石蕊试剂和澄清石灰水，通过位于较低位置的反应腔10中产生的二氧化碳气体进入到位于较高位置反应腔10中紫色石蕊试剂和澄清石灰水反应；
首先，在位于最低处的反应腔10中加入碳酸钠溶液，在三个储样瓶3中分别放入盐酸溶液、紫色石蕊试剂和澄清石灰水溶液，所有排气通道13的排气口处均设置密封件2，该密封件2可以为气囊或橡胶塞；
当密封件2为气囊时，所有气囊通过夹子使气囊处于未装满气体状态；
将三个储样瓶3分别设在进样通道12的进样口处并密封进样口，盐酸溶液的储样瓶3设在位于最低处的反应腔10的进样通道12处，紫色石蕊试剂设在位于第二低处的反应腔10的进样通道12处，澄清石灰水溶液设在位于第三低处的反应腔10的进样通道12处，最高处的反应腔10空置，同时通过密封件2或气囊密封最高处反应腔10进样通道12的进样口，然后挤压盛装有紫色石蕊试剂的储样瓶3，并松开位于第二低处反应腔10的气囊，使紫色石蕊试剂进入到第二低处的反应腔10，然后用夹子再次夹住气囊，且气囊中有一定气体以紫色石蕊试剂不流至位于最低处的反应腔10为宜，然后挤压盛装有澄清石灰水的储样瓶3，并松开位于第三低处的反应腔10的气囊，使澄清石灰水进入到第三低处的反应腔10，然后用夹子再次夹住气囊，且气囊中有一定气体以澄清石灰水不进入紫色石蕊试剂的反应腔10为宜，完成试验前期准备；
当密封件2为橡胶塞时；
将三个储样瓶3分别设在进样通道12的进样口处并密封进样口，盐酸溶液的储样瓶3设在位于最低处的反应腔10的进样通道12处，紫色石蕊试剂设在位于第二低处的反应腔10的进样通道12处，澄清石灰水溶液设在位于第三低处的反应腔10的进样通道12处，最高处的反应腔10空置，同时通过橡胶塞或空置的储样瓶3最高处反应腔10进样通道12的进样口，然后挤压盛装有紫色石蕊试剂的储样瓶3，打开位于第二低处反应腔10的橡胶塞，使紫色石蕊试剂进入到第二低处的反应腔10，通过橡胶塞密封排气通道13的排气口，然后挤压盛装有澄清石灰水的储样瓶3，并打开位于第三低处的反应腔10的橡胶塞使该反应腔10的排气通道13打开，使澄清石灰水进入到第三低处的反应腔10，然后通过橡胶塞密封该反应腔10排气通道13的排气口，完成试验的前期准备；
然后挤压装有盐酸溶液的储样瓶3，打开位于第二低处反应腔10的排气通道13，使盐酸溶液进入到位于最低处的反应腔10中并与碳酸钠溶液发生反应生成二氧化碳，且生成的二氧化碳通过连通通道排至紫色石蕊试剂液体中与紫色石蕊试剂反应；当紫色石蕊试剂反应后，关闭位于第二低处的反应腔10的排气通道13，然后打开位于第三低处反应腔10的排气通道13，生成的二氧化碳进入到澄清石灰水中并与澄清石灰水反应，完成后关闭第三低处反应腔10的排气通道13，在反应中通过控制反应通道的开闭使与其对应反应腔10进入气体并发生反应。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种基于微流控的化学实验装置，其特征在于，包括本体和储料件,其中：
本体上具有至少两个反应腔，相邻的两个反应腔通过连通通道相互连通；
本体上还具有至少两个进样通道，一个进样通道与一个反应腔连通，进样通道用于对反应腔进行进样；
储料件至少设有两个，一个储料件与一个进样通道的进样口连通，且储料件用于堵塞进样通道。
2.根据权利要求1所述的基于微流控的化学实验装置，其特征在于，还包括出液通道和密封塞，出液通道与反应腔连通并用于将反应腔中反应液体排出，密封塞设在出液通道的出液口处并用于堵塞出液通道。
3.根据权利要求1所述的基于微流控的化学实验装置，其特征在于，还包括至少两个密封件，本体上还开有至少两个排气通道，一个排气通道与一个反应腔连通，密封件安装在排气通道的排气口处并用于密封排气通道。
4.根据权利要求3所述的基于微流控的化学实验装置，其特征在于，密封件可以为橡胶塞或气囊。
5.根据权利要求1所述的基于微流控的化学实验装置，其特征在于，储料件为挤压式给料瓶或注射式给料器。
6.根据权利要求1所述的基于微流控的化学实验装置，其特征在于，反应腔的容量为0.3-2ml。
7.根据权利要求1所述的基于微流控的化学实验装置，其特征在于，连通通道的内径为0.4-4mm。
8.根据权利要求1-7任意一项所述的基于微流控的化学实验装置，其特征在于，相邻的两个反应腔呈阶梯式分布。
9.根据权利要求8所述的基于微流控的化学实验装置，其特征在于，位于高处的反应腔的下半部分与位于低处反应腔的上半部分通过连通通道连通。
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2022
- 2022-02-19 CN CN202210153876.4A patent/CN114405449A/zh active Pending
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