TWI573625B - 蒸餾晶片 - Google Patents

Description

蒸餾晶片

本發明係關於一種蒸餾晶片，尤其是一種體積小而可減少樣品溶液需求量及提升蒸餾效率的蒸餾晶片。

甲醛(HCHO，methanol)為無色易溶之氣體，可經由呼吸道被人體吸收；甲醛溶解於水中則成為俗稱之福馬林(濃度約為30~40%)，更可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，是過去曾發生數起不肖業者為使食品賣相較佳，而惡意將甲醛添加於食品中之案例。惟，甲醛被人體吸收後，將對人體健康帶來相當大的不良影響，例如造成消化道不適與灼傷，並可能發生呼吸道癌症，故食品法規已禁止食品添加甲醛；國際癌症研究中心(IARC)也將甲醛分類為致癌物類別第一級。因此，檢測食品中的甲醛含量，確實是維護食品安全而不可避免的課題之一。

蒸氣蒸餾法為自固體中分離出所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，因而目前食品中的甲醛含量檢測，多採該蒸氣蒸餾法來提取甲醛，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，其係一種習知的蒸氣蒸餾裝置9，該習知的蒸氣蒸餾裝置9包含一蒸氣鍋爐91、一樣品瓶92、一冷凝管93、一蒸氣 導管94及一樣品導管95，該蒸氣導管94連接該蒸氣鍋爐91及該樣品瓶92，且該樣品導管95連接該樣品瓶92及該冷凝管93。該蒸氣鍋爐91用以產生高溫蒸氣，該高溫蒸氣經由該蒸氣導管94進入裝盛一樣品溶液S的該樣品瓶92，使樣品溶液S所含揮發物質(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，冷凝成為液態待測物，以自該樣品溶液S萃取獲得其中含有的揮發物質(即上述之液態待測物)，並測得其含量。

惟，該習知的蒸氣蒸餾裝置9所使用的樣品瓶92多為250mL的錐形瓶，每次約需使用至少50g之樣品溶液S，故不適用於較難取得的樣品溶液S。

此外，該樣品瓶92還需組裝連接大體積的蒸氣鍋爐91及冷凝管93，致使整體蒸氣蒸餾裝置9的體積龐大(約佔數坪大小)，具有不易收納之缺失。再且，該習知的蒸氣蒸餾裝置9包含多項需組裝連接的構件，因而在使用前需費時整備，且蒸餾各階段操作及等待時間冗長(總共約需1小時以上)，致蒸餾效率不佳；使用後則還需拆卸及仔細清洗，否則將易衍生前次殘留物質影響後續檢驗準確度的問題。

有鑑於此，習知的蒸氣蒸餾裝置確實仍有加以改善之必要。

為解決上述問題，本發明提供一種蒸餾晶片，只需要相當微量的樣品溶液即可進行蒸餾，可適用於檢測較難取得的樣品溶液。

本發明提供一種蒸餾晶片，其體積小，方便攜帶與收納，且製造成本低，使用後可直接拋棄不需清洗。

本發明以下所提到的方向性用語，例如「左」、「右」、「上(頂)」、「下(底)」、「內」、「外」、「側面」等，主要係參考附加圖式的方向，各方向性用語僅用以輔助說明及理解本發明的各實施例，非用以限制 本發明。

本發明的蒸餾晶片，包含：一晶片體，該晶片體設有一蒸餾室、一產物容室及二個微流道，該蒸餾室具有連通外界的一待測物入口，一蒸氣通道連通該蒸餾室與外界，一氣體通道連通該蒸餾室與一冷凝通道，該冷凝通道連通該產物容室，該產物容室具有連通外界的一產物取出口，該蒸氣通道與該蒸餾室由該二個微流道間接連通，該二個微流道的一端分別連接該蒸氣通道，該二個微流道的另一端分別連接該蒸餾室，該微流道的內徑小於該蒸氣通道的內徑，該微流道在其二端之間呈反覆蜿蜒的型態；及一冷凝件，該冷凝件具有一冷卻流道，該冷凝件設有連通該冷卻流道與外界的一冷凝液入口及一冷凝液出口，該冷凝件以具有該冷卻流道的部位鄰接該晶片體的冷凝通道。

據此，本發明的蒸餾晶片，只需要相當微量的樣品溶液即可進行蒸餾，可適用於檢測較難取得的樣品溶液。此外，本發明的蒸餾晶片體積小，便於攜帶與收納，且該蒸餾晶片集結蒸餾所需的功能部位於一體，可隨插即用，從而大幅減少整備時間，提升操作效率；另，該蒸餾晶片的製造成本低，使用後可直接拋棄不需清洗，沒有殘留物質影響檢驗結果之虞。

其中，該蒸餾室的下半部呈半圓形，該二個微流道連接至該蒸餾室的端部分別對位在該蒸餾室下半部的中心線二側，且鄰近於該蒸餾室的底部。據此，可由通入該蒸餾室中的高溫蒸氣攪拌待測物，具有提升待測物受熱均勻性等功效。

其中，該冷凝件設有一熱能傳導層，該熱能傳導層的一表面貼接該冷卻流道，該熱能傳導層的另一表面貼接該晶片體的冷凝通道；具有提升冷凝液與該冷凝通道中的氣態物質的熱交換效率等功效。

其中，該氣體通道設於該蒸餾室的上方，該氣體通道連接該 冷凝通道的相對高處，且該冷凝通道由相對低處連通該產物容室。據此，來自該蒸餾室的氣態物質可被順暢導入該冷凝通道，具有提升冷凝效率等功效。

其中，該冷凝通道設為反覆蜿蜒的型態；具有使氣態物質能在該冷凝通道中被充分冷凝成液態等功效。

其中，該冷凝通道從相對高處呈左右蜿蜒地逐漸向相對低處延伸；具有提升冷凝成液態的物質流向該冷凝通道末端的順暢性等功效。

其中，該冷凝件的冷卻流道由該冷凝液入口呈上下蜿蜒地向該冷凝液出口延伸。據此，可使該冷凝通道與該冷卻流道導引流體流動的方向呈交錯，具有提升二流體的熱交換效率及均勻性等功效。

〔本發明〕

1‧‧‧晶片體

11‧‧‧蒸餾室

111‧‧‧待測物入口

12‧‧‧蒸氣通道

13‧‧‧微流道

13a‧‧‧第一微流道

13b‧‧‧第二微流道

14‧‧‧氣體通道

15‧‧‧冷凝通道

16‧‧‧產物容室

161‧‧‧產物取出口

2‧‧‧冷凝件

21‧‧‧冷卻流道

22‧‧‧冷凝液入口

23‧‧‧冷凝液出口

24‧‧‧熱能傳導層

〔習用〕

9‧‧‧蒸氣蒸餾裝置

91‧‧‧蒸氣鍋爐

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：一種習知蒸氣蒸餾裝置的結構示意圖。

第2圖：本發明一實施例的立體結構示意圖。

第3圖：本發明一實施例另一視角的立體結構示意圖。

第4圖：本發明一實施例的立體分解結構示意圖。

第5圖：本發明一實施例下半部的立體結構示意圖。

第6圖：本發明一實施例進行蒸餾時的實施示意圖。

第7圖：本發明一實施例上半部的立體結構示意圖。

第8圖：本發明一實施例進行冷凝時的實施示意圖。

第9圖：本發明一實施例將冷凝所得液態物質蓄積於產物容室中的示意圖。

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、3圖，其係本發明蒸餾晶片的一實施例，該蒸餾晶片大致上包含相連接的一晶片體1及一冷凝件2，該晶片體1可供通入高溫蒸氣，該冷凝件2則可供通入冷凝液以對該晶片體1的局部降溫。其中，該晶片體1及該冷凝件2可以如第4圖所示，由數片聚甲基丙烯酸甲酯(俗稱壓克力；簡稱PMMA)堆疊結合而成，或是透過三維列印等方式一體成型製造，本發明均不加以限制。

詳言之，該晶片體1的內部設有一蒸餾室11，該蒸餾室11具有連通外界的一待測物入口111。該晶片體1另設有一蒸氣通道12，該蒸氣通道12連通該蒸餾室11與外界。據此，可將待測物(固體或液體均可)通過該待測物入口111置入或注入該蒸餾室11中，再將該待測物入口111予以封閉；另通過該蒸氣通道12將高溫蒸氣通入該蒸餾室11中，以由高溫蒸氣加熱該蒸餾室11中的待測物。

此外，請參照第3、4圖，該晶片體1的內部還可設有至少一微流道13，並以該微流道13使該蒸氣通道12與該蒸餾室11呈間接地相連通；其中，該微流道13的內徑小於該蒸氣通道12的內徑，且該微流道13在其二端之間呈反覆蜿蜒的型態，以由該微流道13防止通入該蒸餾室11中的蒸氣逆向回送。

請參照第5、6圖，在本實施例中，該微流道13的數量可選擇設為二個，且以下分別以「第一微流道13a」及「第二微流道13b」稱之。該第一微流道13a及該第二微流道13b的第一端分別連接該蒸氣通道12，該第一微流道13a及該第二微流道13b的第二端則分別連接該蒸餾室11，令高溫蒸氣能透過分流而更加均勻地通入該蒸餾室11中。

又，該蒸餾室11的下半部可設為呈半圓形的型態，該第一微流道13a及該第二微流道13b的第二端分別對位在該蒸餾室11下半部的中心線二側，且較佳鄰近於該蒸餾室11的底部。據此，在高溫蒸氣持續通 入該蒸餾室11中的過程中，高溫蒸氣可順著該蒸餾室11下半部的內壁形狀導引，而形成二個向兩側捲動的氣流，從而對該蒸餾室11中的待測物產生攪拌效果；故，即使不額外施力搖晃該晶片體1，也能使其中的待測物受翻攪以均勻受熱，令待測物中沸點較低的物質能轉變為氣態並向上流動。

請參照第2、4、7圖，該晶片體1的內部另設有一氣體通道14、一冷凝通道15及一產物容室16。該氣體通道14連通該蒸餾室11與該冷凝通道15，該氣體通道14設於該蒸餾室11的上方，用以將來自該蒸餾室11的氣態物質導引送入該冷凝通道15的相對高處，且該冷凝通道15由相對低處連通該產物容室16，該產物容室16設有連通外界的一產物取出口161。

請參照第3、4圖，該冷凝件2具有一冷卻流道21，該冷凝件2設有連通該冷卻流道21與外界的一冷凝液入口22及一冷凝液出口23，該冷凝件2以具有該冷卻流道21的部位鄰接該晶片體1的冷凝通道15。據此，冷凝液可以從該冷凝液入口22注入該冷卻流道21中，與該冷凝通道15中的氣態物質進行熱交換而升溫後，再從該冷凝液出口23導出。

其中，該冷凝件2可另設一熱能傳導層24，該熱能傳導層24可例如是一鋁板或鋁箔等高導熱係數材質製成物，由該熱能傳導層24的一表面貼接該冷卻流道21，及另一表面貼接該晶片體1的冷凝通道15，以進一步地提升該冷卻流道21中的冷凝液與該冷凝通道15中的氣態物質的熱交換效率。

據由前述結構，請參照第8圖，由於該冷凝件2的冷卻流道21與該晶片體1的冷凝通道15相對位，故該氣體通道14將來自該蒸餾室11的氣態物質導引送入該冷凝通道15的高處後，該氣態物質即可在通過該冷凝通道15的過程中，與流通在該冷凝件2的冷卻流道21的相對低溫的冷凝液作熱交換，使該氣態物質冷凝成液態，並順著該冷凝通道15自然 向下流動，從而如第9圖所示，流入該產物容室16中蓄積，供操作者可以通過該產物取出口161取出該產物容室16中的液體做後續檢驗之用。

其中，該冷凝通道15可設為反覆蜿蜒的型態，以加長氣態物質在該冷凝通道15中流動的時間，確保該氣態物質能被充分冷凝成液態。特別是，該冷凝通道15可選擇設為從相對高處呈左右蜿蜒地逐漸向相對低處延伸，使冷凝成液態的物質能順暢地流向該冷凝通道15的末端。此外，該冷凝件2的冷卻流道21則較佳由該冷凝液入口22呈上下蜿蜒地向該冷凝液出口23延伸，使該冷凝通道15與該冷卻流道21導引流體流動的方向呈交錯，因而能夠更進一步地提升二流體的熱交換效率及均勻性。

綜上所述，本發明的蒸餾晶片集結蒸餾所需的功能部位於一體，其體積小(寬度約4.5公分，高度約11.5公分，厚度約2公分，係由一手掌可輕易握持的大小)，故只需要相當微量的樣品溶液(約0.5g)即可進行蒸餾，以便檢測食品中甲醛、二氧化硫或甲醇等添加物的含量，可適用於檢測較難取得的樣品溶液。

此外，小體積的蒸餾晶片不僅便於收納，更相當便於攜帶；使用時只要將該蒸餾晶片插入桌上型的蒸餾裝置以對該蒸餾晶片注入蒸氣與冷凝液即可操作，故檢驗作業並不只限於帶回實驗室進行，而可在實驗室外的任一現場進行蒸餾，便於隨時隨地進行抽查檢驗之作業，實用性極佳。

又，本發明的蒸餾晶片使用時係隨插即用，可大幅減少整備時間，提升操作效率，將操作時間從超過1小時縮短至20分鐘以內，且該蒸餾晶片的製造成本低，使用後可直接拋棄不需清洗，沒有殘留物質影響檢驗結果之虞。

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‧‧‧蒸餾室

111‧‧‧待測物入口

12‧‧‧蒸氣通道

13‧‧‧微流道

13a‧‧‧第一微流道

13b‧‧‧第二微流道

14‧‧‧氣體通道

16‧‧‧產物容室

161‧‧‧產物取出口

2‧‧‧冷凝件

22‧‧‧冷凝液入口

23‧‧‧冷凝液出口

24‧‧‧熱能傳導層

Claims (7)

1. 一種蒸餾晶片，包含：一晶片體，該晶片體設有一蒸餾室、一產物容室及二個微流道，該蒸餾室具有連通外界的一待測物入口，一蒸氣通道連通該蒸餾室與外界，一氣體通道連通該蒸餾室與一冷凝通道，該冷凝通道連通該產物容室，該產物容室具有連通外界的一產物取出口，該蒸氣通道與該蒸餾室由該二個微流道間接連通，該二個微流道的一端分別連接該蒸氣通道，該二個微流道的另一端分別連接該蒸餾室，該微流道的內徑小於該蒸氣通道的內徑，該微流道在其二端之間呈反覆蜿蜒的型態；及一冷凝件，該冷凝件具有一冷卻流道，該冷凝件設有連通該冷卻流道與外界的一冷凝液入口及一冷凝液出口，該冷凝件以具有該冷卻流道的部位鄰接該晶片體的冷凝通道。
2. 如申請專利範圍第1項所述之蒸餾晶片，其中，該蒸餾室的下半部呈半圓形，該二個微流道連接至該蒸餾室的端部分別對位在該蒸餾室下半部的中心線二側，且鄰近於該蒸餾室的底部。
3. 如申請專利範圍第1或2項中任一項所述之蒸餾晶片，其中，該冷凝件設有一熱能傳導層，該熱能傳導層的一表面貼接該冷卻流道，該熱能傳導層的另一表面貼接該晶片體的冷凝通道。
4. 如申請專利範圍第1或2項中任一項所述之蒸餾晶片，其中，該氣體通道設於該蒸餾室的上方，該氣體通道連接該冷凝通道的相對高處，且該冷凝通道由相對低處連通該產物容室。
5. 如申請專利範圍第4項所述之蒸餾晶片，其中，該冷凝通道設為反覆蜿蜒的型態。
6. 如申請專利範圍第5項所述之蒸餾晶片，其中，該冷凝通道從相對高處呈左右蜿蜒地逐漸向相對低處延伸。
7. 如申請專利範圍第6項所述之蒸餾晶片，其中，該冷凝件的冷卻流道由該冷凝液入口呈上下蜿蜒地向該冷凝液出口延伸。