CN115124105B - 一种磁性固相萃取吸附装置及使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种磁性固相萃取吸附装置及使用方法，装置包括壳体、曝气产生单元、曝气运动单元、曝气单元、电磁吸附加热单元、回收单元、反应池和控制系统，其中，壳体顶部设置有曝气运动单元，曝气运动单元连接有曝气产生单元，曝气运动单元上设置有曝气单元，曝气单元下方设置有反应池，反应池顶部设置有回收单元，反应池内设置有电磁吸附加热单元，曝气产生单元、曝气运动单元、曝气单元和电磁吸附加热单元均连接至控制系统。本发明提高了实验的准确性和工作效率，降低了人工劳动强度，可以广泛运用于食品、药品、环境样品等样品分析及实验，尤其适用于废水中的目标污染物磁性固相萃取吸附过程，为规模化水处理提供了解决思路。

Description

一种磁性固相萃取吸附装置及使用方法

技术领域

本发明涉及一种磁性固相萃取吸附装置及使用方法，属于磁性固相萃取技术领域。

背景技术

磁性固相萃取原理是以纳米级的磁性材料或修饰后的磁性材料为载体，在一定的磁场作用下，经过吸附、清洗、洗脱等操作，快速的将目标物从复杂的环境体系中分离出来，与非磁性材料的分离技术相比，磁性固相萃取一个显著优点是磁性材料因具有磁性能，可在一定的外在磁场下快速的将分析物从样品溶液中分离出来，不需使用离心、过滤等复杂耗时的操作。

现有技术中缺乏相应的磁性固相萃取吸附实验装置，很多分析实验室是采用临时搭建的简易实验装置或者纯手工处理实验，占用空间大，自动化程度低，操作不方便，从而造成吸附材料回收率低。市场应用方面，由于缺乏高效的磁性固相萃取装置，导致磁性固相萃取在实际水处理中应用较少，为此，提出本发明。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种磁性固相萃取吸附装置，提高了实验的准确性和工作效率，降低了人工劳动强度，此外其集吸附材料的曝气混匀、分离、排液、烘干、富集于一体，可以广泛运用于食品、药品、环境样品等样品分析及实验，尤其适用于废水中的目标污染物磁性固相萃取吸附过程，可进行扩大化实验，为规模化水处理提供了解决思路。

本发明还提供上述磁性固相萃取吸附装置的使用方法。

本发明的技术方案如下：

一种磁性固相萃取吸附装置，包括壳体、曝气产生单元、曝气运动单元、曝气单元、电磁吸附加热单元、回收单元、反应池和控制系统，其中，

壳体顶部设置有曝气运动单元，曝气运动单元连接有曝气产生单元，曝气运动单元上设置有曝气单元，曝气单元下方设置有反应池，反应池顶部设置有回收单元，反应池内设置有电磁吸附加热单元，曝气产生单元、曝气运动单元、曝气单元和电磁吸附加热单元均连接至控制系统。

优选的，曝气产生单元包括依次连接的进气过滤器、气泵、三通电磁阀、储气罐和两通电磁阀，两通电磁阀连接有曝气运动单元。进气过滤器起到净化空气的作用，防止空气中的颗粒或灰尘通过气泵进入曝气管路中，从而污染实验；气泵用于产生曝气的气体；三通电磁阀的作用是让气泵顺利启动，开始启动时向外界环境排气，气泵顺利启动后通过三通电磁阀的内部动作转向储气罐充气；

进一步优选的，储气罐上设置有压力传感器，测量储气罐内气体压力，储气罐压力低于设定低压值时启动气泵向储气罐充气，储气罐压力高于设定高压值时自动停止气泵工作。

优选的，曝气运动单元包括运动滑台、上限位开关、下限位开关和进气管，运动滑台垂直设置于壳体，运动滑台上水平安装有进气管，进气管通过气管连接有两通电磁阀，进气管下端设置有曝气单元。

进一步优选的，进气管与两通电磁阀之间的气管上设置有气体流量调节阀，调节气体输送流量。

优选的，曝气单元包括主曝气管、分气头、支路曝气管和曝气头，主曝气管顶端通过密封垫密封连接有进气管，主曝气管底端通过分气头周向均匀设置有6路支路曝气管，支路曝气管上设置有曝气头。

进一步优选的，支路曝气管端面、侧面和下面分别设置有曝气头，通过周向排布的支路曝气管和多向分布的曝气头提高曝气效果，当没有曝气气体通过时，曝气头闭合，当有曝气气体通过时，曝气头打开，有效避免了废水与吸附材料进入曝气管路，提高吸附材料的回收率。

优选的，主曝气管、分气头、支路曝气管和曝气头均为耐腐蚀工程塑料(如聚四氟材质)或耐腐蚀橡胶(如氟橡胶)。

优选的，反应池包括玻璃反应池、上压板和固定柱，玻璃反应池顶部通过固定柱固定有上压板，玻璃反应池排液口处设置有排液球阀，反应池采用无色透明玻璃，并且完全暴露在外面，方便观察实验。

优选的，电磁吸附加热单元包括电磁铁、加热棒和支柱，电磁铁一侧通过支柱固定于壳体，电磁铁一侧铁芯上设置有加热棒，需要吸附吸附材料或排液时电磁铁得电，其余情况电磁铁处于失电状态；需要烘干吸附材料时加热棒得电，其余情况加热棒处于失电状态。

优选的，电磁铁上设置有温度传感器，通过温度传感器监测烘干时的温度。

优选的，回收单元包括铝合金盘、支撑柱和把手，铝合金盘上设置有支撑柱，支撑柱上喷涂有聚四氟，使之具有防腐功能，支撑柱顶端设置有把手，方便拿取，上压板上设置有把手穿过的通孔。

优选的，铝合金盘上设置有氟橡胶垫，氟橡胶垫厚度为0.5mm，铝合金盘为圆形，玻璃反应池为中空圆柱形，氟橡胶垫直径比玻璃反应池内径大4mm，保证回收单元既可以轻松的放入反应池内，又能够保证氟橡胶垫紧密的贴合在玻璃反应池的内壁上，保证吸附材料的高回收率。

上述磁性固相萃取吸附装置的使用方法，步骤如下：

(1)初始状态，排液球阀关闭，曝气运动单元在上限位开关处，电磁铁失电，加热棒失电，气泵失电，将回收单元放入反应池中，加入适量废水，投入已知质量的吸附材料，设定曝气时间、电磁吸附时间、烘干时间、烘干温度，然后启动装置；

(2)气泵启动后，三通电磁阀得电，将气泵的排气管路从向环境大气排气切换为向储气罐充气，同时曝气运动单元携带曝气单元由上限位开关处运动到下限位开关处，曝气单元进入反应池内，当储气罐压力达到设定高压值时，气泵停止工作，两通电磁阀得电，开始曝气，在曝气的过程中如果储气罐压力低于设定的低压值时，气泵启动开始向储气罐充气，同时两通电磁阀一直是得电状态，整机处于曝气状态，因为气泵的充气量远远大于曝气量，所以很快储气罐压力会达到设定的高压值，气泵停止工作；

(3)曝气结束后，两通电磁阀失电关闭，气泵失电关闭，三通电磁阀失电关闭，曝气运动单元携带曝气单元由下限位开关处运动到上限位开关处，然后电磁铁得电开始吸附吸附材料，吸附时间结束后，排液球阀打开将废水排出，然后排液球阀关闭；

(4)玻璃反应池上固定上压板，加热棒得电，开始烘干吸附材料，烘干时间结束后，人工取出回收单元，实验结束。

本发明的有益效果在于：

1、本发明提高了实验的准确性和工作效率，降低了人工劳动强度，此外其集吸附材料的曝气混匀、分离、排液、烘干、富集于一体，可以广泛运用于食品、药品、环境样品等样品分析及实验，尤其适用于废水中的目标污染物磁性固相萃取吸附过程，可进行扩大化实验，为规模化水处理提供了解决思路。

2、本发明自动化程度高，操作方便，工作时能做到无人值守，提高了装置的实用性。

附图说明

图1为本发明正视结构示意图；

图2为本发明左视结构示意图；

图3为本发明后视结构示意图；

图4为本发明回收单元正视结构示意图；

图5为本发明电磁吸附加热单元正视结构示意图；

图6为本发明电磁吸附加热单元俯视结构示意图；

图7为本发明反应池正视结构示意图；

图8为本发明反应池与电磁吸附加热单元安装结构示意图；

图9为本发明曝气单元正视结构示意图；

图10为本发明曝气单元俯视结构示意图；

图11为本发明曝气运动单元侧视结构示意图；

图中：1、壳体；2、运动滑台；3、进气管；4、主曝气管；5、显示屏；6、分气头；7、气体流量调节阀；8、支路曝气管；9、曝气头；10、固定柱；11、上压板；12、把手；13、支撑柱；14、玻璃反应池；15、下装饰罩；16、插座；17、开关电源；18、三通电磁阀；19、气泵；20、进气过滤器；21、排液球阀；22、储气罐；23、压力传感器；24、下限位开关；25、两通电磁阀；26、电路板；27、上限位开关；28、密封垫；29、电磁铁；30、加热棒；31、温度传感器；32、氟橡胶垫；33、铝合金盘；34、支柱。

具体实施方式

下面通过实施例并结合附图对本发明做进一步说明，但不限于此。

实施例1：

如图1-11所示，本实施例提供一种磁性固相萃取吸附装置，包括壳体1、曝气产生单元、曝气运动单元、曝气单元、电磁吸附加热单元、回收单元、反应池和控制系统，其中，

壳体1顶部设置有曝气运动单元，曝气运动单元连接有曝气产生单元，曝气运动单元上设置有曝气单元，曝气单元下方设置有反应池，反应池顶部设置有回收单元，反应池内设置有电磁吸附加热单元，曝气产生单元、曝气运动单元、曝气单元和电磁吸附加热单元均连接至控制系统。控制系统包括电路板26和显示屏5，电路板26连接显示屏5，显示屏5通过开关电源17连接插座16，进行整体电源控制。

曝气产生单元包括依次连接的进气过滤器20、气泵19、三通电磁阀18、储气罐22和两通电磁阀25，两通电磁阀25连接有曝气运动单元。进气过滤器20起到净化空气的作用，防止空气中的颗粒或灰尘通过气泵19进入曝气管路中，从而污染实验；气泵19用于产生曝气的气体；三通电磁阀18的作用是让气泵19顺利启动，开始启动时向外界环境排气，气泵19顺利启动后通过三通电磁阀18的内部动作转向储气罐22充气；

储气罐22上设置有压力传感器23，测量储气罐内气体压力，储气罐22压力低于设定低压值时启动气泵19向储气罐22充气，储气罐22压力高于设定高压值时自动停止气泵19工作。

曝气运动单元包括运动滑台2、上限位开关27、下限位开关24和进气管3，运动滑台2垂直设置于壳体1，运动滑台2上水平安装有进气管3，进气管3通过气管连接有两通电磁阀25，进气管3下端设置有曝气单元。

曝气单元包括主曝气管4、分气头6、支路曝气管8和曝气头9，主曝气管4顶端通过密封垫28密封连接有进气管3，主曝气管4底端通过分气头6周向均匀设置有6路支路曝气管8，支路曝气管8上设置有曝气头9。

主曝气管4、分气头6、支路曝气管8和曝气头9均为耐腐蚀工程塑料(如聚四氟材质)或耐腐蚀橡胶(如氟橡胶)。

反应池包括玻璃反应池14、上压板11和固定柱10，玻璃反应池14顶部通过固定柱10螺纹插入固定上压板11，玻璃反应池14排液口处设置有排液球阀21，反应池采用无色透明玻璃，并且完全暴露在外面，方便观察实验。

电磁吸附加热单元包括电磁铁29、加热棒30和支柱34，电磁铁29一侧通过支柱34固定于壳体1，电磁铁29一侧铁芯上设置有加热棒30，需要吸附吸附材料或排液时电磁铁29得电，其余情况电磁铁29处于失电状态；需要烘干吸附材料时加热棒30得电，其余情况加热棒30处于失电状态，玻璃反应池14下方设置有下装饰罩15，用于装饰保护电磁吸附加热单元。

电磁铁29上设置有温度传感器31，通过温度传感器31监测烘干时的温度。

曝气结束后电磁铁29开始工作，产生磁力，将吸附材料吸附到回收单元内，之后打开排液球阀，将液体排除，排液时电磁铁一直工作(目的是防止吸附材料随液体排出)；液体排完后，电磁铁29停止工作，加热棒30开始工作，烘干回收单元内的液体，温度传感器31保证烘干时电磁铁30的温度是恒温可控的。

回收单元包括铝合金盘33、支撑柱13和把手12，铝合金盘33上设置有支撑柱13，支撑柱13上喷涂有聚四氟，使之具有防腐功能，支撑柱13顶端设置有把手12，方便拿取，上压板上设置有把手穿过的通孔。

上述磁性固相萃取吸附装置的使用方法，步骤如下：

(1)初始状态，排液球阀关闭，曝气运动单元在上限位开关处，电磁铁失电，加热棒失电，气泵失电，将回收单元放入反应池中，加入适量废水，投入已知质量的吸附材料，设定曝气时间、电磁吸附时间、烘干时间、烘干温度，然后启动装置；

(2)气泵启动后，三通电磁阀得电，将气泵的排气管路从向环境大气排气切换为向储气罐充气，同时曝气运动单元携带曝气单元由上限位开关处运动到下限位开关处，曝气单元进入反应池内，当储气罐压力达到设定高压值时，气泵停止工作，两通电磁阀得电，开始曝气，在曝气的过程中如果储气罐压力低于设定的低压值时，气泵启动开始向储气罐充气，同时两通电磁阀一直是得电状态，整机处于曝气状态，因为气泵的充气量远远大于曝气量，所以很快储气罐压力会达到设定的高压值，气泵停止工作；

(3)曝气结束后，两通电磁阀失电关闭，气泵失电关闭，三通电磁阀失电关闭，曝气运动单元携带曝气单元由下限位开关处运动到上限位开关处，然后电磁铁得电开始吸附吸附材料，吸附时间结束后，排液球阀打开将废水排出，然后排液球阀关闭；

(4)玻璃反应池上固定上压板，加热棒得电，开始烘干吸附材料，烘干时间结束后，人工取出回收单元，实验结束。

实施例2：

一种磁性固相萃取吸附装置，结构如实施例1所述，不同之处在于，进气管3与两通电磁阀25之间的气管上设置有气体流量调节阀7，调节气体输送流量。

实施例3：

一种磁性固相萃取吸附装置，结构如实施例1所述，不同之处在于，支路曝气管8端面、侧面和下面分别设置有曝气头9，通过周向排布的支路曝气管和多向分布的曝气头提高曝气效果，当没有曝气气体通过时，曝气头闭合，当有曝气气体通过时，曝气头打开，有效避免了废水与吸附材料进入曝气管路，提高吸附材料的回收率。

实施例4：

一种磁性固相萃取吸附装置，结构如实施例1所述，不同之处在于，铝合金盘33上设置有氟橡胶垫32，氟橡胶垫厚度为0.5mm，铝合金盘33为圆形，玻璃反应池14为中空圆柱形，氟橡胶垫32直径比玻璃反应池14内径大4mm，保证回收单元既可以轻松的放入反应池内，又能够保证氟橡胶垫紧密的贴合在玻璃反应池的内壁上，保证吸附材料的高回收率。

本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

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 (8)

1.一种磁性固相萃取吸附装置，其特征在于，包括壳体、曝气产生单元、曝气运动单元、曝气单元、电磁吸附加热单元、回收单元、反应池和控制系统，其中，

壳体顶部设置有曝气运动单元，曝气运动单元连接有曝气产生单元，曝气运动单元上设置有曝气单元，曝气单元下方设置有反应池，反应池顶部设置有回收单元，反应池内设置有电磁吸附加热单元，曝气产生单元、曝气运动单元、曝气单元和电磁吸附加热单元均连接至控制系统；

曝气产生单元包括依次连接的进气过滤器、气泵、三通电磁阀、储气罐和两通电磁阀，两通电磁阀连接有曝气运动单元；

曝气运动单元包括运动滑台、上限位开关、下限位开关和进气管，运动滑台垂直设置于壳体，运动滑台上水平安装有进气管，进气管通过气管连接有两通电磁阀，进气管下端设置有曝气单元；

曝气单元包括主曝气管、分气头、支路曝气管和曝气头，主曝气管顶端连接有进气管，主曝气管底端通过分气头周向均匀设置有支路曝气管，支路曝气管上设置有曝气头，支路曝气管端面、侧面和下面分别设置有曝气头；

电磁吸附加热单元包括电磁铁、加热棒和支柱，电磁铁一侧通过支柱固定于壳体，电磁铁一侧铁芯上设置有加热棒；

反应池包括玻璃反应池、上压板和固定柱，玻璃反应池顶部通过固定柱固定有上压板，玻璃反应池排液口处设置有排液球阀。

2.如权利要求1所述的磁性固相萃取吸附装置，其特征在于，储气罐上设置有压力传感器。

3.如权利要求2所述的磁性固相萃取吸附装置，其特征在于，进气管与两通电磁阀之间的气管上设置有气体流量调节阀。

4.如权利要求3所述的磁性固相萃取吸附装置，其特征在于，主曝气管、分气头、支路曝气管和曝气头均为耐腐蚀工程塑料或耐腐蚀橡胶。

5.如权利要求4所述的磁性固相萃取吸附装置，其特征在于，电磁铁上设置有温度传感器。

6.如权利要求5所述的磁性固相萃取吸附装置，其特征在于，回收单元包括铝合金盘、支撑柱和把手，铝合金盘上设置有支撑柱，支撑柱上喷涂有聚四氟，支撑柱顶端设置有把手。

7.如权利要求6所述的磁性固相萃取吸附装置，其特征在于，铝合金盘上设置有氟橡胶垫，氟橡胶垫厚度为0.5mm，铝合金盘为圆形，玻璃反应池为中空圆柱形，氟橡胶垫直径比玻璃反应池内径大4mm。

8.一种如权利要求6所述的磁性固相萃取吸附装置的使用方法，其特征在于，步骤如下：

（1）初始状态，排液球阀关闭，曝气运动单元在上限位开关处，电磁铁失电，加热棒失电，气泵失电，将回收单元放入反应池中，加入废水，投入已知质量的吸附材料，设定曝气时间、电磁吸附时间、烘干时间、烘干温度，然后启动装置；

（2）气泵启动后，三通电磁阀得电，将气泵的排气管路从向环境大气排气切换为向储气罐充气，同时曝气运动单元携带曝气单元由上限位开关处运动到下限位开关处，曝气单元进入反应池内，当储气罐压力达到设定高压值时，气泵停止工作，两通电磁阀得电，开始曝气，在曝气的过程中如果储气罐压力低于设定的低压值时，气泵启动开始向储气罐充气，同时两通电磁阀一直是得电状态，整机处于曝气状态；

（3）曝气结束后，两通电磁阀失电关闭，气泵失电关闭，三通电磁阀失电关闭，曝气运动单元携带曝气单元由下限位开关处运动到上限位开关处，然后电磁铁得电开始吸附吸附材料，吸附时间结束后，排液球阀打开将废水排出，然后排液球阀关闭；

（4）玻璃反应池上固定上压板，加热棒得电，开始烘干吸附材料，烘干时间结束后，人工取出回收单元，实验结束。