一种智能加热回流消解仪的设计分析
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摘 要：为了解决传统消解仪使用中存在的安全性问题，完善消解仪功能，该文集成应用智能化、自动化控制技术，对智能化加热回流消极仪的设计展开分析，同时对智能加热回流消解仪优势、常用消解方法展开论述。借此在智能加热回流消解仪中控制、冷凝回流和加热等功能结构的创新设计中，强化消解仪安全性能，使消解仪在智能化设计中，可广泛应用在各领域实验、生产作业中。
关键词：智能加热;回流;消解仪
中图分类号： TB99 文献标志码：A
消解仪属于常用样品处理设备，根据消解仪的自动化程度，可将其划分为自动化、半自动消解仪，而基于消解仪技术原理，可将其分为微波、电热消解仪2种。在我国的经济体系中，消解仪多用于样品制备、材料萃取中，对我国各行业的创新发展意义重大。为了突出消解仪的使用价值，该文对一种智能加热回流消解仪设计展开研究，旨在优化消解仪结构设计，提高消解仪应用中的智能化水平。
1 智能加热回流消解仪优势分析
首先，智能加热回流消解仪多采用具有耐高温、耐腐蚀的石墨作为消解孔主材料，加热过程更为均衡、安全，其消解程序内设有PID控温程序，能够将实际消毒温度、设定温度误差控制在2 ℃。并且智能加热回流消解仪加热模式为“一体化环绕”，可在样品消解时，保障样品内外受热的均匀性，进而使样品彻底消解。
其次，在智能加热回流消解仪结构设计中，设计的消解孔会增设独立性加热回流装置，使各消解孔温度可以单独调整，同时在正式消解样品时，消解仪显示屏可以清晰地显示各消解孔内部温度、回流时间，便于相关人员的实时监控[1]。最后，智能加热回流消解仪会在装置冷却时，应用空气冷却手段，以突出消解仪的节能、环保特点。另外，智能加热回流消解仪设计的大容量消解瓶，可以有效应对传统样品消解时面临的移液问题，直接由消解瓶滴定，有利于提高智能加热回流消解仪使用时的便捷性。再者，智能加热回流消解仪，可用于批量样品处理，有助于减少人为操作时产生的数据、信息误差，能够在保障样品消解质量的基础上，提高样品消解速率。
2 智能加热回流消解仪常用消解方法
智能加热回流消解仪具体指“酸消解样品”的预处理装置，加热模式多为一体环绕式，石墨、铝合金是消解仪的材料主体。但是具体消解样品种类不同，智能加热回流消解仪所用消解方法会产生一定差异性。例如，在消解样品为土壤时，消解仪所用试剂为优级纯的盐酸、高氯酸、硝酸，试剂含量分别为1.19 g/mL、1.42 g/ mL、1.68 g/ mL，相关人员会称量0.2 g～0.5 g土壤样品，将其放置在消解管内部，然后添加10 mL盐酸，并将消解管插入消解孔内。然后，将智能加热回流消解仪内部温度控制在100 ℃，在样品余量减少时将其取出、冷却。再将硫酸、高氯酸等消解试剂增加到样品中后，将消解仪问题调整到170 ℃，持续加热1 h，冷却后开盖、持续加热、温度为200 ℃、直到样品产生白色浓烟，且样品数量变少[2]。而在科研领域中消解血样时，消解管需选用玻璃管，消解试剂为硫酸与高氯酸。相关人员可在试剂、设备就位后，选择2 mL血液样品，将其放置在37 ℃水中，持续时间为10 min，然后将其制作为血清样品，放置在消解管内，加入硫酸与高氯酸制作的消解混酸，摇匀后放置10 min，插入消解孔，温度为120 ℃。样品分解后，将温度升高至180 ℃～190 ℃，待白烟冒尽、样品蒸发变干后将其取出，同时加入1 mL蒸馏水，重复进行2次加热、赶酸处理，在样品冷却后可将样品摇匀，等待检测。
3 一种智能加热回流消解仪的设计
3.1 设计背景
传统消解仪在具体应用中，加热装置中的三角消解瓶，会产生安全隐患，影响人员的操作安全，且消解仪内冷凝回流装置内自来水无法循环利用，容易导致水资源损耗增大，不利于水资源的保护。因此，相关人员需要在传统消解设备的基础上，设计智能化的加热回流消解仪，使消解仪能够在自动消解中，利用空气自动冷却装置、样品，并且在消解过程中，可自动停止加热、清洗装置内部。
3.2 设计图分析
智能加热回流消解仪具体设计如图1所示。具体来说，消解仪支撑架可以连接加热装置中的加热管道，在消解仪架體将加热管道包裹后，可在加热装置内部增加置杯区，用于放置锥形样品加热瓶，消解仪壳体所设计的显示屏6可以作为操作面板，控制消解仪内冷凝回流、加热和清洗设备等核心设备，并由显示器内储存卡，记录消解过程中的样品参数变化，以确保样品消解结果数据的准确性。另外，在该智能加热回流消解仪设计中，冷却水可通过设置回流杯，减缓消解仪内气流回流速度，使消解仪内气流可在重力影响下凝结回流。而在消解仪加热装置壳体外设计的散热风扇，可在智能加热过程中，对消解仪加热器进行散热处理，有利于提高消解仪操作的安全性[3]。
3.3 结构设计
智能加热回流消解仪属于一体化装置，由加热、冷凝回流、自动清洗、显示和温度控制等装置组成，各装置的结构设计主要体现在以下内容中。
3.3.1 加热装置
消解仪内的加热装置中包括大量独立的加热单元，消解瓶、加热控制终端、加热指示灯、电路板、电热器的加热单元的重要组分。在该消解仪加热装置中，电热器会固定在消解仪壳体前方，且电热器上方区域会设有“灶架”，便于将消解瓶铺设在电热器上方。而加热电源中的指示灯、加热控制终端均固定在消解仪控制台中，按压加热控制终端的控制键后，指示灯颜色会发生改变，代表电热器已经进入加热消解环节。
3.3.2 冷凝回流装置
该装置的结构设计可以分为回流、冷凝装置2个版块，水箱、风冷设备、冷凝瓶是冷凝装置的重要组分，其中水箱材质为不锈钢，箱体内设置液位计、液位窗口，使技术人员能够从窗口获取液位计指数，掌握水箱内液位情况。冷凝装置中，冷凝瓶由出气口、进水口、冷凝管组成，瓶体固定方法为“万用夹”，相关人员可使用万用夹、螺丝将冷凝瓶固定在冷静装置壳体上。而在风冷设备结构中，轴流风机、冷凝器可将消解仪回流中的水热量及时排解，降低消解仪内的水循环温度，使其在冷却后可在流经冷凝瓶、风冷装置后再次回流到水箱内[3]。 3.3.3 温度控制装置
该装置是由功能按键、显示器、电路板和温度传感器构成的，在电路板作用下，信號线可将电热器、温度传感器相连接，使电热器温度信息可以及时传递到电路板中，然后，显示器可以直观展示电路板将所获取的温度信息，并根据控制台中的功能按键，调整各消解孔内温度，确保消解仪内加热状态的稳定性。
3.3.4 显示装置
在智能加热回流消解仪设计中，显示装置可以帮助技术人员了解样品消解状态，控制消解仪内部核心装置，而电路板、液晶显示器是显示装置的重要组分，其中，电路板可以在连接液晶显示器后，实时呈现消解仪加热时间、温度和当前流量等数据，使相关人员能够在样品消解中，结合样品消解程度灵活调整消解参数。
3.3.5 自动清洗设备
自动清洗设备是由独立性清洗装置组成的，且装置数量与消解孔、加热单元数量相同，各清洗装置中包括清洗管、真空泵、电路板、冷凝瓶、管路、电磁阀和指示灯等部件。在智能加热回流消解仪设计中，真空泵需要在连接电磁阀、管路的同时，将泵体固定在自动清洗设备壳体内部，而电磁阀的另一端会直接衔接清洗管道，从而在消解瓶使用结束后，借助清洗管道端口与消解瓶瓶口建立连接通道，同时连接吸收瓶、密封塞等装置的清洗管路。而在利用功能键给真空泵下达指示命令后，指示灯颜色会变为绿色，代表着智能加热回流消解仪自动清洗设备中的电磁阀、真空泵处于工作状态，会对消解瓶产生负压，并且在负压影响下将吸收瓶内的蒸馏水注入管路、冷凝管、消解瓶中，完成清洗作业后，功能键弹起。
4 结语
综上所述，该文介绍的智能加热回流消解仪是在传统消解仪功能、结构设计需求的基础上，对消解仪内部装置、主体材料进行创新设计，并且在冷凝回流、加热、散热和自动清洗等装置的完善过程中，该智能加热回流消解仪可在实际应用中，保证样品消解质量，强化消解仪的使用价值。在加工制造该智能加热回流消解仪时，相关人员还需要通过正式试验测定结果，进一步优化消解仪设计方案，确保消解仪的加工制造质量。
参考文献
[1]李朝英，郑路.2种消解仪不同消解条件对凯氏定氮法测定结果的影响[J].西北农业学报， 2019（9）：66-67.
[2]杨孝容，江滔，成英，等.国标法测定化学需氧量消解试剂用于快速消解的可行性研究[J].环境与健康杂志，2018（6）：551-552.
[3]郭冬梅，许蕊.微波消解仪温度校准系统的研究[J].现代工业经济和信息化，2018（9）：98-99.
作者地址：广州市海珠区荣庆坊33号。
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