CN207114423U - 一种中药材提取在线紫外光谱分析装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于药材识别装置领域，具体涉及一种中药材提取在线紫外光谱分析装置。本结构包括预处理系统、自动取样系统、光谱测量系统、PLC控制系统、数据传输与远程监控系统和供电系统，所述的预处理系统是将中药材药液提取罐内的药液进行过滤去药渣装置；所述的自动取样系统是对过滤去药渣的药液进行稀释并按容量取样的装置；所述的光谱测量系统是对稀释的药液进行紫外光谱采集和分析的装置。本实用新型提供了一种中药材提取在线紫外光谱分析装置，自主设计了预处理系统、自动取样系统、光谱测量系统，实现了自动化的紫外线中药材光谱分析，同时设计了各种零部件，提高了系统的整体性能。

Description

一种中药材提取在线紫外光谱分析装置

技术领域

本实用新型属于药材识别装置领域，具体涉及一种中药材提取在线紫外光谱分析装置。

背景技术

中药(包括中药材、中药饮片、中药提取物、中成药等)是我国的民族魂宝，它不仅是一项重要产业，更承载着一种文化，在我国五千年的历史长河中，中药发挥了非常重要的作用。中药因其有毒副作用小、资源丰富、疗效独特等特点受到世界的瞩目随着现代科学技术的快速发展和各学科的相互渗透，尤其是计算机技术、检测技术、控制技术、分析化学等在中药领域的应用，为中药的生产和研发提供新的方法和思路以上这些都表明了，中药这一传统产业迎来了新的发展机遇。

中药在许多亚洲国家都有上千年的应用历史，除了中国还有韩国、日本等，虽然我国的中药产业已取得较大成就，但是在全球中药市场上，我国只占10％，根据大和总研数据统计，在海外中药市场上，中国拥有的专利权仅占0.3％。而日本和韩国却占据了中药专利的70％以上。日本从我国古代《伤寒论》等古方中挑选多个品种进行开发应用，创造出了巨大经济效益。美国在抗艾滋中药、抗癌中药上也取得很大进展。究其原因还是我国中药制造业的技术水平与国外相比有不小差距，主要体现在生产工艺、装备技术以及自动化程度等方面，特别是在制药过程的状态检测和质量控制上缺乏有效的技术手段，无法保证中成药产品质量的稳定性和均一性。

世界卫生组织，上世纪年代开始组织制定药品生产质量管理规范GMP。GMP是指药品生产过程中，用科学、合理、规范化的条件和方法来保证生产出优药品的一整套科学管理方法，可以最大限度地避免药品生产过程中的污染和交叉污染，降低各种差错的发生，提高药品质量。不仅仅只对最终的产品有要求，而是在药品的整个生产过程中实施严格的质量控制，以生产出符合预期质量要求的产品。

现代中药的生产过程由一系列的单元操作组成，一般包括原料的评价、粉碎、提取、浓缩、纯化、制粒、包衣等。其中提取过程是中药生产的关键环节之一，是后续操作的基础，其目的是最大程度上获取药材中的有效成分，降低或消除药物的毒性或副作用，先进的提取工艺和质量控制手段对提高中药产品质量、增强中药的疗效和稳定性非常重要。

目前对于中药提取过程常用的控制参数主要有压力、温度、提取时间等。然而，仅依靠这些工艺参数的控制并不能完全保证产品的质量，当药材批次间的品质与投料时的物理属性存在差异时会导致产品质量差异较大、稳定性差等问题。

目前中药提取过程中常用的有效成分检测方法主要有两种，一种是离线分析方法，代表 方法有高效液相色谱法、薄层色谱法、气相色谱法、质谱法，等；另一种是在线检测方法，代表方法有紫外光谱法、中红外光谱法、近红外光谱法等。

其中紫外光谱法中，紫外区通常划分为两段：波长10-200nm的远紫外区和波长200-400nm的近紫外区。紫外光谱分辨率高，检出限低。适合物质间差异的检测或低微浓度的测量。谱图简单。紫外光谱只包含电子能级的跃迁，谱图较其他光谱简单，容易分析。不受水、空气等影响。水和空气在紫外波段几乎无吸收，相比于红外光谱，紫外光谱更适合水溶液的测定。然而远紫外区的电磁波会被空气中的水汽、氮气、氧气及二氧化碳等吸收，所以当样品进行远紫外区测量时，仪器的光路系统必须抽成真空，以排除上述气体的干扰，故又称为真空紫外区。由于在技术上要求苛刻，迫切需要一种近紫外区的中药材提取在线紫外光谱分析装置。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种近紫外区的中药材提取在线紫外光谱分析装置。

中药材提取在线紫外光谱分析装置，包括预处理系统1、自动取样系统2、光谱测量系统3、PLC控制系统4、数据传输与远程监控系统5和供电系统6，所述的预处理系统是将中药材药液提取罐7内的药液进行过滤去药渣装置；所述的自动取样系统是对过滤去药渣的药液进行稀释并按容量取样的装置；所述的光谱测量系统是对稀释的药液进行紫外光谱采集和分析的装置；所述的PLC控制系统是调节紫外光强度并控制其他各系统的电子装置；所述的数据传输与远程监控系统选用工控机；所述的供电系统为交直流供电系统；所述的预处理系统通过分别通过进样阀和回样阀与中药材药液提取罐连接，预处理系统通过管道与自动取样系统连接，自动取样系统顶端设置有进水阀，低端设置有排污阀；光谱测量系统的紫外光源15正对自动取样系统的混合池，混合池为透明材质制成，混合池内壁连接有光谱测量系统的紫外线光谱探头，紫外线光谱探头通过光纤连接在光谱测量系统的光谱仪16上；PLC控制系统的脉冲输出模块与紫外灯连接，向紫外灯输出脉冲控制信号；PLC控制系统的继电器输出模块分别与自动取样系统的电机和进水阀、排污阀连接，向自动取样系统提供控制电信号；PLC控制系统的热电阻模块连接预处理系统内的冷却器，采集冷却器中溶液温度信号；数据传输与远程监控系统通过远程通信模块与光谱测量系统的光谱仪连接；数据传输与远程监控系统通过通信电缆与PLC控制系统连接，供电系统通过电缆与其他系统连接为各系统供电。

所述的预处理系统还包括与中药材药液提取罐通过循环泵连接的过滤器8，过滤器的出水管通过第一温度变送器与水冷却器9连接；水冷却器的出水管通过第二温度变送器分别与去污管和转子流量计10的进水管连接，转子流量计出水管与自动取样系统的进水管连接；第一温度变送器和第二温度变送器与信号传输模块与热电阻模块电信号连接。

所述的过滤器为直通式过滤器，过滤器本体为水平放置的管道，管道中间以一定间隔设 置有两个竖直放置的滤网，两个滤网之间设置有容纳药渣的过滤腔体，过滤腔体末端有螺纹连接的盖体。

所述的自动取样系统包括混合池11，混合池顶端分别通过电磁阀与样品定量杯12和清水定量杯13连接，样品定量杯分别通过电磁阀与排污管和自动取样系统的进水管连接，清水定量杯分别通过电磁阀与排污管和纯净水的进水管连接，混合池为由全透明玻璃钢制成的，混合池连接有电机14。

所述的光谱测量系统由紫外光源、紫外光纤、准直透镜、紫外线光谱探头和光谱仪组成，紫外光源发射的紫外线经过光纤和安装在混合池壁上的准直透镜进入混合池，紫外线光谱探头探测到的混合池内的光信号通过光纤传递给光谱仪。

所述的混合池包括有机架，机架的上端装设有混合箱体，混合箱体的上端开口处螺装有混合箱盖，混合箱盖的上端部装设有电机安装架，电机安装架装设有电机，电机的动力输出轴连设有呈竖向布置的驱动主轴，驱动主轴的下端部穿过混合箱盖并延伸至混合箱内，驱动主轴的下端部套卡有混合搅拌桨。

所述的滤网包括设置在过滤器中进料腔一侧的第一滤网、设置在所述过滤器中出料腔一侧的第二滤网，所述的第一滤网与所述过滤器的管道固接，所述的第二滤网(402)与所述过滤器的管道以相对所述第一滤网的设置方向滑动的方式连接，所述第二滤网朝向所述第一滤网一侧设置有用于穿过设置在所述第一滤网上的所述滤网孔，将附着在所示第一滤网上的污物剥离的凸刺。

所述的第二滤网的滤网孔的面积为所述的第一滤网的滤网孔的面积的二分之一以下；所述的第二滤网上，四个所述的滤网孔的连接处设置有所述凸刺；所述凸刺为四面锥体，所述的凸刺的侧面与所述的滤网孔相连接；所述的第二滤网的上端与下端均设置有用于滑动的滑动轮；管道的内壁顶部与底部设置有与所述滑动轮配合的滑轨。

本实用新型的有益效果在于：本实用新型提供了一种中药材提取在线紫外光谱分析装置，自主设计了预处理系统、自动取样系统、光谱测量系统，实现了自动化的紫外线中药材光谱分析，同时设计了各种零部件，提高了系统的整体性能。

附图说明

图1为本实用新型结构连接关系图。

图2为预处理系统结构连接关系图。

图3为自动取样系统连接关系图。

图4为光谱测量系统连接关系图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型做进一步描述。

中药材提取在线紫外光谱分析装置，包括预处理系统1、自动取样系统2、光谱测量系统3、PLC控制系统4、数据传输与远程监控系统5和供电系统6，所述的预处理系统是将中药材药液提取罐7内的药液进行过滤去药渣装置；所述的自动取样系统是对过滤去药渣的药液进行稀释并按容量取样的装置；所述的光谱测量系统是对稀释的药液进行紫外光谱采集和分析的装置；所述的PLC控制系统是调节紫外光强度并控制其他各系统的电子装置；所述的数据传输与远程监控系统选用工控机；所述的供电系统为交直流供电系统；所述的预处理系统通过分别通过进样阀和回样阀与中药材药液提取罐连接，预处理系统通过管道与自动取样系统连接，自动取样系统顶端设置有进水阀，低端设置有排污阀；光谱测量系统的紫外光源正对自动取样系统的混合池，混合池为透明材质制成，混合池内壁连接有光谱测量系统的紫外线光谱探头，紫外线光谱探头通过光纤连接在光谱测量系统的光谱仪上；PLC控制系统的脉冲输出模块与紫外灯连接，向紫外灯输出脉冲控制信号；PLC控制系统的继电器输出模块分别与自动取样系统的电机和进水阀、排污阀连接，向自动取样系统提供控制电信号；PLC控制系统的热电阻模块连接预处理系统内的冷却器，采集冷却器中溶液温度信号；数据传输与远程监控系统通过远程通信模块与光谱测量系统的光谱仪连接；数据传输与远程监控系统通过通信电缆与PLC控制系统连接，供电系统通过电缆与其他系统连接为各系统供电。可编程逻辑控制器PLC是一种专门在工业环境下应用而设计的、进行数字运算操作的电子装置。它采用可以编写程序的存储器，用来存储执行逻辑运算、顺序控制、计时、计数以及算术运算等操作的指令，并且能够通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各类型的机械或生产过程。具有控制能力强、可靠性高、操作灵活方便、成本较低等特点，它不但可以取代简单的传统继电器控制系统，还能方便的构成复杂的工业过程控制网络，是一种能够适应现代工业发展需求的新型控制器。本系统选择工控机为远程监控设备，因为工控机具有运行稳定、抗千扰能力强、能长时间连续工作等优点，可以保证控制中心和数据处理的可靠性。工控机的功能包括对仪器的控制、从仪器读取数据、数据的处理分析以及结果的显示。工控机对仪器的控制主要包括：控制光谱仪的参数与测量动作，如扫描次数、积分时间等；控制系统的动作，如何时开关电磁阀，何时发出脉冲光源等。工控机从仪器读取的数据包括：紫外光谱数据、当前光谱仪的状态和参数、热电阻模块所测量的温度等。

所述的预处理系统还包括与中药材药液提取罐通过循环泵连接的过滤器，过滤器的出水管通过第一温度变送器与水冷却器连接；水冷却器的出水管通过第二温度变送器分别与去污管和转子流量计的进水管连接，转子流量计出水管与自动取样系统的进水管连接；第一温度变送器和第二温度变送器与信号传输模块与热电阻模块电信号连接。

由于中药材的特性，在中药提取液中经常有药渣存在，而这些药渣在进入在线检测系统中会堵塞管路、电磁阀等设备；并且中药提取液的温度较高也会影响电磁阀的性能与测量的效果。故在中药提取设备与在线分析系统之间需要一套预处理装置。该装置采用旁路取样形式，并以工艺管线本身的差压驱动取样回路。为确保取样回路正常流动，要求当手动阀、全开时，进样与回样处的压力相当于水柱压力。若与取样阀连接的工艺管线差压不足，则需要加装手阀，或者在安装法兰时加入限流孔板。一路回流至提取罐，另一路进入水冷却器，冷却后的提取液进入自动配比装置。其中压力表与可以测量采样系统的压差，若压差过小则需清理管路。

所述的过滤器为直通式过滤器，过滤器本体为水平放置的管道，管道中间以一定间隔设置有两个竖直放置的滤网，两个滤网之间设置有容纳药渣的过滤腔体，过滤腔体末端有螺纹连接的盖体。为了减少过滤器的换洗频率并且保证过滤的性能。

所述的自动取样系统包括混合池，混合池顶端分别通过电磁阀与样品定量杯和清水定量杯连接，样品定量杯分别通过电磁阀与排污管和自动取样系统的进水管连接，清水定量杯分别通过电磁阀与排污管和纯净水的进水管连接，混合池为由全透明玻璃钢制成的，混合池连接有电机。由于紫外光谱的高灵敏性，具体测量时要根据提取液的性质对按一定比例进行稀释，否则可能因样品浓度过大使紫外波段的光全部被吸收而测量不到信号。其工作原理是通过样品定量杯和清水定量杯对提取液和清水分别进行定量取样，通过电磁阀的开关来控制提取液和清水加入到混合池的比例，通过电机将混合液揽拌均匀。为了能够对中药提取液按一定比例稀释，并在一个测量周期完成后自动进行清洗。

所述的光谱测量系统由紫外光源、紫外光纤、准直透镜、紫外线光谱探头和光谱仪组成，紫外光源发射的紫外线经过光纤和安装在混合池壁上的准直透镜进入混合池，紫外线光谱探头探测到的混合池内的光信号通过光纤传递给光谱仪。光学系统主要完成紫外光谱的测量工作，是在线分析系统的核心部分，主要由光源、紫外光纤、准直透镜、探头和光谱仪组成。紫外光谱的采集过程为：待自动取样装置将待测样品放入潘合池后，光源发出紫外可见光，通过紫外光纤将光传导至准直透镜后将光变为平行光，然后光通过探头穿过待测样品进入另一侧准直透镜，随后通过紫外光纤传回光谱仪，光谱仪经过测量光分光、并转变为电信号并传输至工控机。光学系统的设计要根据待测样品的性质进行综合考量。常见的紫外光源有连续紫外光源和脉冲紫外光源，连续紫外光源结构简单、成本低，但是输出紫外光强度低、功率不稳定，需预热到较高温度并且对环境温度依赖较大，不适合在线测量。脉冲紫外光源可以较好的解决上述问题，并且可以通过调节脉冲的输出。频率改变紫外光的强度，故本装置采用美国海洋光学公司的px-2氙灯脉冲光源；光谱仪是光学系统的核心部件，其工作原理是 光进入光谱仪之后，先由分光系统进行分光，被分解的单色光再由检测器转化成电信号，最后将模拟电信号转化成数字电信号并输出至工控机。

所述的混合池包括有机架，机架的上端装设有混合箱体，混合箱体的上端开口处螺装有混合箱盖，混合箱盖的上端部装设有电机安装架，电机安装架装设有电机，电机的动力输出轴连设有呈竖向布置的驱动主轴，驱动主轴的下端部穿过混合箱盖并延伸至混合箱内，驱动主轴的下端部套卡有混合搅拌桨。通过上述结构设计，本实用新型能够有效地保证药液充分混合，进而可有效地提高混合效率以及药液的利用率。

所述的滤网包括设置在过滤器中进料腔一侧的第一滤网、设置在所述过滤器中出料腔一侧的第二滤网，所述的第一滤网与所述过滤器的管道固接，所述的第二滤网(402)与所述过滤器的管道以相对所述第一滤网的设置方向滑动的方式连接，所述第二滤网朝向所述第一滤网一侧设置有用于穿过设置在所述第一滤网上的所述滤网孔，将附着在所示第一滤网上的污物剥离的凸刺。

所述的第二滤网的滤网孔的面积为所述的第一滤网的滤网孔的面积的二分之一以下；所述的第二滤网上，四个所述的滤网孔的连接处设置有所述凸刺；所述凸刺为四面锥体，所述的凸刺的侧面与所述的滤网孔相连接；所述的第二滤网的上端与下端均设置有用于滑动的滑动轮；管道的内壁顶部与底部设置有与所述滑动轮配合的滑轨。上述结构有无需拆卸滤网即可以简单清除滤网孔内污物的优点。

Claims (8)

1.一种中药材提取在线紫外光谱分析装置，包括预处理系统、自动取样系统、光谱测量系统、PLC控制系统、数据传输与远程监控系统和供电系统，所述的预处理系统是将中药材药液提取罐内的药液进行过滤去药渣装置；所述的自动取样系统是对过滤去药渣的药液进行稀释并按容量取样的装置；所述的光谱测量系统是对稀释的药液进行紫外光谱采集和分析的装置；所述的PLC控制系统是调节紫外光强度并控制其他各系统的电子装置；所述的数据传输与远程监控系统选用工控机；所述的供电系统为交直流供电系统；其特征在于：所述的预处理系统通过分别通过进样阀和回样阀与中药材药液提取罐连接，预处理系统通过管道与自动取样系统连接，自动取样系统顶端设置有进水阀，低端设置有排污阀；光谱测量系统的紫外光源正对自动取样系统的混合池，混合池为透明材质制成，混合池内壁连接有光谱测量系统的紫外线光谱探头，紫外线光谱探头通过光纤连接在光谱测量系统的光谱仪上；PLC控制系统的脉冲输出模块与紫外灯连接，向紫外灯输出脉冲控制信号；PLC控制系统的继电器输出模块分别与自动取样系统的电机和进水阀、排污阀连接，向自动取样系统提供控制电信号；PLC控制系统的热电阻模块连接预处理系统内的冷却器，采集冷却器中溶液温度信号；数据传输与远程监控系统通过远程通信模块与光谱测量系统的光谱仪连接；数据传输与远程监控系统通过通信电缆与PLC控制系统连接，供电系统通过电缆与其他系统连接为各系统供电。

2.根据权利要求1所述的一种中药材提取在线紫外光谱分析装置，其特征在于：所述的预处理系统还包括与中药材药液提取罐通过循环泵连接的过滤器，过滤器的出水管通过第一温度变送器与水冷却器连接；水冷却器的出水管通过第二温度变送器分别与去污管和转子流量计的进水管连接，转子流量计出水管与自动取样系统的进水管连接；第一温度变送器和第二温度变送器与信号传输模块与热电阻模块电信号连接。

3.根据权利要求2所述的一种中药材提取在线紫外光谱分析装置，其特征在于：所述的过滤器为直通式过滤器，过滤器本体为水平放置的管道，管道中间以一定间隔设置有两个竖直放置的滤网，两个滤网之间设置有容纳药渣的过滤腔体，过滤腔体末端有螺纹连接的盖体。

4.根据权利要求3所述的一种中药材提取在线紫外光谱分析装置，其特征在于：所述的自动取样系统包括混合池，混合池顶端分别通过电磁阀与样品定量杯和清水定量杯连接，样品定量杯分别通过电磁阀与排污管和自动取样系统的进水管连接，清水定量杯分别通过电磁阀与排污管和纯净水的进水管连接，混合池为由全透明玻璃钢制成的，混合池连接有电机。

5.根据权利要求4所述的一种中药材提取在线紫外光谱分析装置，其特征在于：所述的光谱测量系统由紫外光源、紫外光纤、准直透镜、紫外线光谱探头和光谱仪组成，紫外光源发射的紫外线经过光纤和安装在混合池壁上的准直透镜进入混合池，紫外线光谱探头探测到的混合池内的光信号通过光纤传递给光谱仪。

6.根据权利要求5所述的一种中药材提取在线紫外光谱分析装置，其特征在于：所述的混合池包括有机架，机架的上端装设有混合箱体，混合箱体的上端开口处螺装有混合箱盖，混合箱盖的上端部装设有电机安装架，电机安装架装设有电机，电机的动力输出轴连设有呈竖向布置的驱动主轴，驱动主轴的下端部穿过混合箱盖并延伸至混合箱内，驱动主轴的下端部套卡有混合搅拌桨。

7.根据权利要求6所述的一种中药材提取在线紫外光谱分析装置，其特征在于：所述的滤网包括设置在过滤器中进料腔一侧的第一滤网、设置在所述过滤器中出料腔一侧的第二滤网，所述的第一滤网与所述过滤器的管道固接，所述的第二滤网（402）与所述过滤器的管道以相对所述第一滤网的设置方向滑动的方式连接，所述第二滤网朝向所述第一滤网一侧设置有用于穿过设置在所述第一滤网上的滤网孔，将附着在所示第一滤网上的污物剥离的凸刺。

8.根据权利要求7所述的一种中药材提取在线紫外光谱分析装置，其特征在于：所述的第二滤网的滤网孔的面积为所述的第一滤网的滤网孔的面积的二分之一以下；所述的第二滤网上，四个所述的滤网孔的连接处设置有所述凸刺；所述凸刺为四面锥体，所述的凸刺的侧面与所述的滤网孔相连接；所述的第二滤网的上端与下端均设置有用于滑动的滑动轮；管道的内壁顶部与底部设置有与所述滑动轮配合的滑轨。