TWI522174B - 微流體蒸氣蒸餾晶片 - Google Patents

微流體蒸氣蒸餾晶片 Download PDF

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張簡慶賓
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    • B01D3/00Distillation or related exchange processes in which liquids are contacted with gaseous media, e.g. stripping
    • B01D3/34Distillation or related exchange processes in which liquids are contacted with gaseous media, e.g. stripping with one or more auxiliary substances
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Description

微流體蒸氣蒸餾晶片
本發明係關於一種微流體蒸氣蒸餾晶片,特別關於一種利於分析微量樣品溶液之微流體蒸氣蒸餾晶片。
甲醛(HCHO,methanol)係為無色易溶之氣體,可以經由呼吸道被人體吸收,而其溶解於水中,則成為俗稱之福馬林(濃度約為30~40%),更可以經由消化道為人體吸收。
甲醛具有漂白、促進蛋白質凝固及保鮮防腐等功能,是以過去曾發生數起不肖業者為了使食品賣相較佳,而將甲醛惡意添加於食品中之案例;惟,甲醛被人體吸收後,將會與蛋白質胺基端結合,造成蛋白質之變性,會破壞人體細胞之正常作用,因而食品中所含甲醛之檢測,確實係維護食品安全之一不可避免之課題。
蒸氣蒸餾法係為自固體中分離出吸附之液體的方法之一,其適合用以進行不受高溫蒸氣破壞、不與水產生反應、且難溶或不溶於水的揮發性成分之提取,因而目前食品中所含甲醛之檢測,多以該蒸氣蒸餾法提取甲醛後,續以硫代硫酸鈉溶液滴定以計算獲得其含量。
請參照第1圖所示,係為習用蒸氣蒸餾裝置9之示意圖,其包含:一蒸氣發生瓶91、一樣品瓶92及一冷凝管93,該習用蒸氣蒸餾裝置9另包含一蒸氣導管94及一樣品導管95,該蒸氣導管94係連接該蒸氣發生瓶91及該樣品瓶92,且該樣品導管95係連接該樣品瓶92及該冷凝 管93;該蒸氣發生瓶91係用以產生高溫蒸氣,該高溫蒸氣係經由該蒸氣導管94進入裝盛一樣品溶液S之該樣品瓶92,使樣品溶液S所含有之揮發物質(如,甲醛)揮發成為氣態待測物,並沿該樣品導管95進入該冷凝管93,並且冷凝成為液態待測物,因而可以自該樣品溶液S萃取獲得其中含有之揮發物質(即,上述液態待測物),並且測得其含量。
惟,習用蒸氣蒸餾裝置9所使用之樣品瓶92多為一250mL錐形瓶,是以單次使用約需0.2~0.5g之該樣品溶液S,不適用於較為難以取得之該樣品溶液S,並且,其需另外組裝該冷凝管93,體積亦較為龐大,是以該習用蒸氣裝置9更具有體積龐大,不易收納之缺失。
本發明之主要目的係提供一種微流體蒸氣蒸餾晶片,可以減少欲檢測之樣品溶液用量,以適用於難以取得之樣品溶液者。
本發明之再一目的係提供一種微流體蒸氣蒸餾晶片,具有較小體積,進而便利收納者。
為達到前述發明目的,本發明所運用之技術手段及藉由該技術手段所能達到之功效包含有:一種微流體蒸氣蒸餾晶片,係包含:一晶片體,具有一蒸氣入口及一蒸氣出口,該蒸氣入口及該蒸氣出口之間係以一微流道連接,該微流道係包含一第一流道、一第二流道及擴徑之一容置空間,該第一流道係連接該蒸氣入口及該容置空間,且該第二流道係彎曲地連接該蒸氣出口及該容置空間;及一冷凝件,具有一冷凝道入口及一冷凝道出口,該冷凝件另具有一冷凝道,該冷凝道係彎曲地連接該冷凝道入口及該冷凝道出口;其中,該蒸氣出口係連通該冷凝道入口。
本發明之微流體蒸氣蒸餾晶片,其中,該蒸氣入口及該蒸氣出口較佳係皆鄰近該晶片體之上緣,且該容置空間較佳係鄰近該晶片體之 下緣。
本發明之微流體蒸氣蒸餾晶片,其中,該微流道較佳係具有一凸部,該凸部係位於該第二流道,且該凸部係自該晶片體之上緣朝向下緣方向沿伸形成。
本發明之微流體蒸氣蒸餾晶片,其中,該冷凝件較佳另具有一傳導體,該傳導體係對位該冷凝道,且該傳導體係由高熱傳係數之材質製成。
本發明之微流體蒸氣蒸餾晶片,其中,該微流體蒸氣蒸餾晶片較佳另設有一致冷件,該致冷件係間隔該傳導體與該冷凝件相結合。
本發明之微流體蒸氣蒸餾晶片,其中,該致冷件較佳具有一冷卻道,該冷卻道相對兩端係分別形成一冷卻道入口及一冷卻道出口,且該冷卻道係彎曲地連接該冷卻道入口及該冷卻道出口。
本發明之微流體蒸氣蒸餾晶片係藉由微型化之晶片體及冷凝件,僅需使用少量樣品溶液,即可以有效率地完成自該少量樣品溶液中純化吸附之揮發性成分,是以達到提升蒸氣蒸餾過程之便利性及節省後續檢測所需消耗之時間等功效。
本發明之微流體蒸氣蒸餾晶片係藉由微型化之晶片體及冷凝件,避免習知大型裝置組裝及存放不易之困擾,以達成降低構件成本及提升實用性等功效。
〔本發明〕
1‧‧‧晶片體
1a、1b、1c‧‧‧晶片體
11‧‧‧微流道
11a‧‧‧蒸氣入口
11b‧‧‧蒸氣出口
111‧‧‧第一流道
112‧‧‧容置空間
113‧‧‧第二流道
114‧‧‧凸部
2‧‧‧冷凝件
2a、2b‧‧‧表面
21‧‧‧冷凝道
21a‧‧‧冷凝道入口
21b‧‧‧冷凝道出口
22‧‧‧傳導體
3‧‧‧致冷件
31‧‧‧冷卻道
31a‧‧‧冷卻道入口
31b‧‧‧冷卻道出口
L‧‧‧鎖固元件
S‧‧‧樣品溶液
〔習知〕
9‧‧‧習用蒸氣蒸餾裝置
91‧‧‧蒸氣發生瓶
92‧‧‧樣品瓶
93‧‧‧冷凝管
94‧‧‧蒸氣導管
95‧‧‧樣品導管
S‧‧‧樣品溶液
第1圖係習用蒸氣蒸餾裝置之示意圖。
第2圖係本發明微流體蒸氣蒸餾晶片第一較佳實施例之立體分解圖。
第3圖係本發明微流體蒸氣蒸餾晶片第一較佳實施例之蒸氣流向示意 圖。
第4圖係本發明微流體蒸氣蒸餾晶片第二較佳實施例之晶片體之立體分解圖。
第5圖係本發明微流體蒸氣蒸餾晶片第二較佳實施例之蒸氣流向示意圖。
為讓本發明之上述及其他目的、特徵及優點能更明顯易懂,下文特舉本發明之較佳實施例,並配合所附圖式,作詳細說明如下:請參照第2及3圖所示,係為本發明第一較佳實施例之微流體蒸氣蒸餾晶片,該微流體蒸氣蒸餾晶片係包含一晶片體1及一冷凝件2,該晶片體1及該冷凝件2係可以相互結合,或是以管路連通,使自該晶片體1流出之氣態待測物可以流入該冷凝件2,該氣態待測物之溫度降低至低於凝結點,以冷卻凝結成為液態待測物,在此不加以設限。
該晶片體1係具有一微流道11,該微流道11之相對二端係分別形成一蒸氣入口11a及一蒸氣出口11b,該微流道11係包含一第一流道111、擴徑之一容置空間112及一第二流道113;其中,該第一流道111係連接該蒸氣入口11a及該容置空間112,且該第二流道113係彎曲地連接該蒸氣出口11b及該容置空間112;是以,樣品溶液S係可以置於該容置空間112,並使高溫蒸氣自該蒸氣入口11a進入該微流道11,經該第一流道111,並進入該容置空間112,位於該容置空間112之樣品溶液S係為該高溫蒸氣加熱後,轉變為氣態待測物,並受該高溫蒸氣之推擠,沿該第二流道113流向該蒸氣出口11b。
微流道11較佳係可以具有一凸部114,該凸部114較佳係可以成形於第二流道113,以阻擋氣態待測物直接流向蒸氣出口11b;又,請 參照第3圖所示,該凸部114較佳係自晶片體1之上緣朝向下緣方向沿伸形成,使尚未自該蒸氣出口11b流出之氣態待測物遇冷凝結為樣品溶液S時,可以沿該凸部114流入容置空間112,以再次為高溫蒸氣所加熱。
較佳地,蒸氣入口11a及蒸氣出口11b均係鄰近晶片體1之上緣,且容置空間112係鄰近該晶片體1之下緣,以防止置於該容置空間112之樣品溶液S自該蒸氣入口11a或該蒸氣出口11b流出,亦可以確保僅有為高溫蒸氣所加熱之氣態待測物才會經由該蒸氣出口11b流出。
本較佳實施例中,晶片體1較佳係可以選擇由聚甲基丙烯酸甲酯(俗稱壓克力,簡稱PMMA)之材質製成,以方便藉由雷射加工方式於該晶片體1內成形微流道11;並且,該晶片體1之尺寸大小則可以依據使用者之需求而呈現不同之實施態樣,本較佳實施例則係選用寬為6cm、長為1.5cm且厚度為0.6cm之壓克力板件,以雷射加工方式成形微流道11後,再與一片長寬相同,且厚度為0.15cm之壓克力薄片,以熱壓方式接合,而形成本較佳實施例之晶片體1。
續參照第2及3圖所示,冷凝件2係具有相對之二表面2a及2b,該冷凝件2係另具有一冷凝道21,該冷凝道21較佳係鄰近該冷凝件2之表面2a,該冷凝道21之相對二端係分別形成一冷凝道入口21a及一冷凝道出口21b,且該冷凝道21係呈彎曲地連接該冷凝道入口21a及該冷凝道出口21b;其中,該冷凝道入口21a係連通晶片體1之蒸氣出口11b,使自該蒸氣出口11b流出之氣態待測物,可以經由該冷凝道入口21a進入該冷凝道21,並且於該冷凝道21降溫,且凝結形成液態待測物,而於該冷凝道出口21b排出;較佳地,該冷凝道入口21a係鄰近該冷凝件2之上緣,且該冷凝道出口21b係鄰近該冷凝件2之下緣,使於該冷凝道21凝結形成之液態待測物可以順利地排出。
冷凝件2較佳另可以設有一傳導體22,該傳導體22係貼接 於該冷凝件2之表面2b,且該傳導體22係對位於該冷凝件2之冷凝道21,該傳導體22特別係由具有高熱傳係數之材質(如:鋁、銅、銀、…等)所製成。
本較佳實施例中,冷凝件2亦選擇由聚甲基丙烯酸甲酯之材質製成,並以雷射加工方式於該冷凝件2內成形冷凝道21;並且,該冷凝件2之尺寸大小較佳係配合上述晶片體尺寸而定,本較佳實施例則係選用寬為6cm、長為1.5cm且厚度為0.15cm之壓克力板件,以雷射加工方式於表面2a成形冷凝道21後,再於該表面2a覆蓋一片長寬、厚度均相同之壓克力薄片,以熱壓方式接合,而形成本較佳實施例之冷凝件2。
此外,本較佳實施例之微流體蒸氣蒸餾晶片較佳更可以設有一致冷件3,該致冷件3係位於冷凝件2之表面2b,且係間隔傳導體22與該冷凝件2相結合,以快速帶走流經冷凝道21之氣態待測物的熱氣,使該氣態待測物得以快速降溫至凝結點以下,該氣態待測物即可以凝結為液滴(即成為前述之液態待測物)。該致冷件3可以連接一散熱風扇(圖未示),以利用該散熱風扇快速帶走該氣態待測物之熱氣。
或者,於本較佳實施例中,致冷件3係具有一冷卻道31,該冷卻道31相對兩端係分別形成一冷卻道入口31a及一冷卻道出口31b,且該冷卻道31係彎曲地連接該冷卻道入口31a及該冷卻道出口31b,該冷卻道31較佳係對位冷凝件2之傳導體22,是以,冷卻水係可以經由該冷卻道入口31a進入該冷卻道31,以帶走流經冷凝道21之氣態待測物的熱氣,且帶有熱氣之冷卻水則可以自該冷卻道出口31b排除。
本較佳實施例中,致冷件3亦為由聚甲基丙烯酸甲酯之材質製成,並以雷射加工方式於該致冷件3內成形冷卻道31;並且,該致冷件3之尺寸大小較佳係配合上述晶片體尺寸而定,本較佳實施例則係選用寬為6cm、長為1.2cm且厚度為0.15cm之壓克力板件,以雷射加工方式成 形該冷卻道31後,另以熱壓方式使該致冷件3接合於冷凝件2。
此外,為使本較佳實施例之微流體蒸氣蒸餾晶片可以穩固結合,較佳可以於晶片體1之壓克力板件及壓克力薄片之對應位置,及冷凝件2及致冷件3之壓克力板件及壓克力薄片之對應位置分別設有數個結合孔,並且於該晶片體1之壓克力板件及壓克力薄片、冷凝件2及致冷件3之壓克力板件及壓克力薄片相互接合後,分別以鎖固元件L固定。
又,請參照第4及5圖所示,係為本發明第二較佳實施例之微流體蒸氣蒸餾晶片,該微流體蒸氣蒸餾晶片中,晶片體1係可以由三組成形有微流道11,且厚度各為0.6cm之壓克力板件共同組成(以下將該三組壓克力板件分別命名為晶片體1a、1b及1c),且該些壓克力板件之間另分別設有厚度為0.15cm之壓克力薄片,使該些微流道11僅由蒸氣入口11a及蒸氣出口11b相互連通;據此,可以大幅拉長微流道11之長度,而提升該晶片體1之蒸氣蒸餾的效率。
請參照第5圖所示,本發明第二較佳實施例之微流體蒸氣蒸餾晶片於實際操作時,係可以將樣品溶液S置於晶片體1a之容置空間112,並使高溫蒸氣自該晶片體1a之蒸氣入口11a進入,並加熱位於該容置空間112之樣品溶液S,該樣品溶液S係轉變為氣態待測物,並受該高溫蒸氣之推擠而流向該晶片體1a之蒸氣出口11b,並且流入晶片體1b,該氣態待測物另可以受該高溫蒸氣之推擠,自該晶片體1b流向晶片體1c,最終自該晶片體1c之蒸氣出口11b流出,並進入冷凝件2之冷凝道21,該氣態待測物之熱氣係為致冷件3所攜出,因而可以於該冷凝道21之冷凝道出口21b凝結形成液態待測物,而利於進行後續該液態待測物之檢測作業。
為證實本較佳實施例之微流體蒸氣蒸餾晶片係可以有效分離樣品溶液S中所含有之甲醛,遂進行以下試驗:
(A)甲醛回收率測試
本試驗係取濃度為2、4、6、8及10ppm之甲醛溶液作為標準品,量測425nm波長之吸光值後,將甲醛溶液濃度對吸光值繪製標準曲線,其趨勢線公式為Y=0.10108×X+0.00484,R2值為0.9991。
另取2克之樣品溶液S(其中含100ppm之甲醛),以本發明第二較佳實施例之微流體蒸氣蒸餾晶片進行蒸氣蒸餾,並且自冷凝道出口21b收集20mL之液態待測物,並量測該液態待測物於425nm波長之吸光值,本試驗共重複五次,其平均吸光值為0.929。
續將上述吸光值帶入趨勢線公式,經計算所得之X係為9.143ppm,液態待測物之體積係為樣品溶液S重量之10倍,是以,樣品溶液S之甲醛濃度應為91.43ppm,表示本較佳實施例之微流體蒸氣蒸餾晶片可以回收之甲醛之回收率為91.43%。
(B)市售食品之甲醛含量檢測
本試驗則係選用如第1表所示之市售食品,以本發明第二較佳實施例之微流體蒸氣蒸餾晶片進行蒸氣蒸餾後,所計算獲得之甲醛濃度係紀錄如下表;其中,屏科大農水產品檢驗中心係採用習用蒸氣蒸餾裝置9純化各組市售食品所含之甲醛,續依循衛署食字第0900025822及0900018531號規範進行。
根據第1表所示結果,本較佳實施例之微流體蒸氣蒸餾晶片確實能自市售食品中萃取獲得其中所含甲醛,且與屏科大農水產品檢驗中心檢測結果之濃度誤差值係介於5ppm以內。
綜合上述,本發明之微流體蒸氣蒸餾晶片係藉由微型化之晶片體及冷凝件,僅需使用少量樣品溶液,即可以有效率地完成自該少量樣品溶液中純化吸附之揮發性成分,是以達到提升蒸氣蒸餾過程之便利性及節省後續檢測所需消耗之時間等功效。
再者,由於本發明之微流體蒸氣蒸餾晶片係藉由微型化之晶片體及冷凝件,避免習知大型裝置組裝及存放不易之困擾,以達成降低構件成本及提升實用性等功效。
雖然本發明已利用上述較佳實施例揭示,然其並非用以限定本發明,任何熟習此技藝者在不脫離本發明之精神和範圍之內,相對上述實施例進行各種更動與修改仍屬本發明所保護之技術範疇,因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
1‧‧‧晶片體
11‧‧‧微流道
11a‧‧‧蒸氣入口
11b‧‧‧蒸氣出口
111‧‧‧第一流道
112‧‧‧容置空間
113‧‧‧第二流道
114‧‧‧凸部
2‧‧‧冷凝件
2a、2b‧‧‧表面
21‧‧‧冷凝道
21a‧‧‧冷凝道入口
21b‧‧‧冷凝道出口
22‧‧‧傳導體
3‧‧‧致冷件
31‧‧‧冷卻道
31a‧‧‧冷卻道入口
31b‧‧‧冷卻道出口
L‧‧‧鎖固元件

Claims (6)

  1. 一種微流體蒸氣蒸餾晶片,係包含:一晶片體,具有一蒸氣入口及一蒸氣出口,該蒸氣入口及該蒸氣出口之間係以一微流道連接,該微流道係包含一第一流道、一第二流道及擴徑之一容置空間,該第一流道係連接該蒸氣入口及該容置空間,且該第二流道係彎曲地連接該蒸氣出口及該容置空間;及一冷凝件,具有一冷凝道入口及一冷凝道出口,該冷凝件另具有一冷凝道,該冷凝道係彎曲地連接該冷凝道入口及該冷凝道出口;其中,該蒸氣出口係連通該冷凝道入口。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之微流體蒸氣蒸餾晶片,其中,該蒸氣入口及該蒸氣出口皆鄰近該晶片體之上緣,且該容置空間係鄰近該晶片體之下緣。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之微流體蒸氣蒸餾晶片,其中,該微流道係具有一凸部,該凸部係位於該第二流道,且該凸部係自該晶片體之上緣朝向下緣方向沿伸形成。
  4. 如申請專利範圍第1~3項中任一項所述之微流體蒸氣蒸餾晶片,其中,該冷凝件另具有一傳導體,該傳導體係對位該冷凝道,且該傳導體係由高熱傳係數之材質製成。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之微流體蒸氣蒸餾晶片,其中,該微流體蒸氣蒸餾晶片另設有一致冷件,該致冷件係間隔該傳導體與該冷凝件相結合。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之微流體蒸氣蒸餾晶片,其中,該致冷件具有一冷卻道,該冷卻道相對兩端係分別形成一冷卻道入口及一冷卻道出口,且該冷卻道係彎曲地連接該冷卻道入口及該冷 卻道出口。
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