一種智能加熱回流消解儀的設計分析

吳宇豪

摘? 要：為了解決傳統消解儀使用中存在的安全性問題，完善消解儀功能，該文集成應用智能化、自動化控制技術，對智能化加熱回流消極儀的設計展開分析，同時對智能加熱回流消解儀優勢、常用消解方法展開論述。借此在智能加熱回流消解儀中控制、冷凝回流和加熱等功能結構的創新設計中，強化消解儀安全性能，使消解儀在智能化設計中，可廣泛應用在各領域實驗、生產作業中。

關鍵詞：智能加熱;回流;消解儀

中圖分類號： TB99? ? 文獻標志碼：A

消解儀屬于常用樣品處理設備，根據消解儀的自動化程度，可將其劃分為自動化、半自動消解儀，而基于消解儀技術原理，可將其分為微波、電熱消解儀2種。在我國的經濟體系中，消解儀多用于樣品制備、材料萃取中，對我國各行業的創新發展意義重大。為了突出消解儀的使用價值，該文對一種智能加熱回流消解儀設計展開研究，旨在優化消解儀結構設計，提高消解儀應用中的智能化水平。

1 智能加熱回流消解儀優勢分析

首先，智能加熱回流消解儀多采用具有耐高溫、耐腐蝕的石墨作為消解孔主材料，加熱過程更為均衡、安全，其消解程序內設有PID控溫程序，能夠將實際消毒溫度、設定溫度誤差控制在2 ℃。并且智能加熱回流消解儀加熱模式為“一體化環繞”，可在樣品消解時，保障樣品內外受熱的均勻性，進而使樣品徹底消解。

其次，在智能加熱回流消解儀結構設計中，設計的消解孔會增設獨立性加熱回流裝置，使各消解孔溫度可以單獨調整，同時在正式消解樣品時，消解儀顯示屏可以清晰地顯示各消解孔內部溫度、回流時間，便于相關人員的實時監控[1]。最后，智能加熱回流消解儀會在裝置冷卻時，應用空氣冷卻手段，以突出消解儀的節能、環保特點。另外，智能加熱回流消解儀設計的大容量消解瓶，可以有效應對傳統樣品消解時面臨的移液問題，直接由消解瓶滴定，有利于提高智能加熱回流消解儀使用時的便捷性。再者，智能加熱回流消解儀，可用于批量樣品處理，有助于減少人為操作時產生的數據、信息誤差，能夠在保障樣品消解質量的基礎上，提高樣品消解速率。

2 智能加熱回流消解儀常用消解方法

智能加熱回流消解儀具體指“酸消解樣品”的預處理裝置，加熱模式多為一體環繞式，石墨、鋁合金是消解儀的材料主體。但是具體消解樣品種類不同，智能加熱回流消解儀所用消解方法會產生一定差異性。例如，在消解樣品為土壤時，消解儀所用試劑為優級純的鹽酸、高氯酸、硝酸，試劑含量分別為1.19 g/mL、1.42 g/ mL、1.68 g/ mL，相關人員會稱量0.2 g～0.5 g土壤樣品，將其放置在消解管內部，然后添加10 mL鹽酸，并將消解管插入消解孔內。然后，將智能加熱回流消解儀內部溫度控制在100 ℃，在樣品余量減少時將其取出、冷卻。再將硫酸、高氯酸等消解試劑增加到樣品中后，將消解儀問題調整到170 ℃，持續加熱1 h，冷卻后開蓋、持續加熱、溫度為200 ℃、直到樣品產生白色濃煙，且樣品數量變少[2]。而在科研領域中消解血樣時，消解管需選用玻璃管，消解試劑為硫酸與高氯酸。相關人員可在試劑、設備就位后，選擇2 mL血液樣品，將其放置在37 ℃水中，持續時間為10 min，然后將其制作為血清樣品，放置在消解管內，加入硫酸與高氯酸制作的消解混酸，搖勻后放置10 min，插入消解孔，溫度為120 ℃。樣品分解后，將溫度升高至180 ℃～190 ℃，待白煙冒盡、樣品蒸發變干后將其取出，同時加入1 mL蒸餾水，重復進行2次加熱、趕酸處理，在樣品冷卻后可將樣品搖勻，等待檢測。

3 一種智能加熱回流消解儀的設計

3.1 設計背景

傳統消解儀在具體應用中，加熱裝置中的三角消解瓶，會產生安全隱患，影響人員的操作安全，且消解儀內冷凝回流裝置內自來水無法循環利用，容易導致水資源損耗增大，不利于水資源的保護。因此，相關人員需要在傳統消解設備的基礎上，設計智能化的加熱回流消解儀，使消解儀能夠在自動消解中，利用空氣自動冷卻裝置、樣品，并且在消解過程中，可自動停止加熱、清洗裝置內部。

3.2 設計圖分析

智能加熱回流消解儀具體設計如圖1所示。具體來說，消解儀支撐架可以連接加熱裝置中的加熱管道，在消解儀架體將加熱管道包裹后，可在加熱裝置內部增加置杯區，用于放置錐形樣品加熱瓶，消解儀殼體所設計的顯示屏6可以作為操作面板，控制消解儀內冷凝回流、加熱和清洗設備等核心設備，并由顯示器內儲存卡，記錄消解過程中的樣品參數變化，以確保樣品消解結果數據的準確性。另外，在該智能加熱回流消解儀設計中，冷卻水可通過設置回流杯，減緩消解儀內氣流回流速度，使消解儀內氣流可在重力影響下凝結回流。而在消解儀加熱裝置殼體外設計的散熱風扇，可在智能加熱過程中，對消解儀加熱器進行散熱處理，有利于提高消解儀操作的安全性[3]。

3.3 結構設計

智能加熱回流消解儀屬于一體化裝置，由加熱、冷凝回流、自動清洗、顯示和溫度控制等裝置組成，各裝置的結構設計主要體現在以下內容中。

3.3.1 加熱裝置

消解儀內的加熱裝置中包括大量獨立的加熱單元，消解瓶、加熱控制終端、加熱指示燈、電路板、電熱器的加熱單元的重要組分。在該消解儀加熱裝置中，電熱器會固定在消解儀殼體前方，且電熱器上方區域會設有“灶架”，便于將消解瓶鋪設在電熱器上方。而加熱電源中的指示燈、加熱控制終端均固定在消解儀控制臺中，按壓加熱控制終端的控制鍵后，指示燈顏色會發生改變，代表電熱器已經進入加熱消解環節。

3.3.2 冷凝回流裝置

該裝置的結構設計可以分為回流、冷凝裝置2個版塊，水箱、風冷設備、冷凝瓶是冷凝裝置的重要組分，其中水箱材質為不銹鋼，箱體內設置液位計、液位窗口，使技術人員能夠從窗口獲取液位計指數，掌握水箱內液位情況。冷凝裝置中，冷凝瓶由出氣口、進水口、冷凝管組成，瓶體固定方法為“萬用夾”，相關人員可使用萬用夾、螺絲將冷凝瓶固定在冷靜裝置殼體上。而在風冷設備結構中，軸流風機、冷凝器可將消解儀回流中的水熱量及時排解，降低消解儀內的水循環溫度，使其在冷卻后可在流經冷凝瓶、風冷裝置后再次回流到水箱內[3]。

3.3.3 溫度控制裝置

該裝置是由功能按鍵、顯示器、電路板和溫度傳感器構成的，在電路板作用下，信號線可將電熱器、溫度傳感器相連接，使電熱器溫度信息可以及時傳遞到電路板中，然后，顯示器可以直觀展示電路板將所獲取的溫度信息，并根據控制臺中的功能按鍵，調整各消解孔內溫度，確保消解儀內加熱狀態的穩定性。

3.3.4 顯示裝置

在智能加熱回流消解儀設計中，顯示裝置可以幫助技術人員了解樣品消解狀態，控制消解儀內部核心裝置，而電路板、液晶顯示器是顯示裝置的重要組分，其中，電路板可以在連接液晶顯示器后，實時呈現消解儀加熱時間、溫度和當前流量等數據，使相關人員能夠在樣品消解中，結合樣品消解程度靈活調整消解參數。

3.3.5 自動清洗設備

自動清洗設備是由獨立性清洗裝置組成的，且裝置數量與消解孔、加熱單元數量相同，各清洗裝置中包括清洗管、真空泵、電路板、冷凝瓶、管路、電磁閥和指示燈等部件。在智能加熱回流消解儀設計中，真空泵需要在連接電磁閥、管路的同時，將泵體固定在自動清洗設備殼體內部，而電磁閥的另一端會直接銜接清洗管道，從而在消解瓶使用結束后，借助清洗管道端口與消解瓶瓶口建立連接通道，同時連接吸收瓶、密封塞等裝置的清洗管路。而在利用功能鍵給真空泵下達指示命令后，指示燈顏色會變為綠色，代表著智能加熱回流消解儀自動清洗設備中的電磁閥、真空泵處于工作狀態，會對消解瓶產生負壓，并且在負壓影響下將吸收瓶內的蒸餾水注入管路、冷凝管、消解瓶中，完成清洗作業后，功能鍵彈起。

4 結語

綜上所述，該文介紹的智能加熱回流消解儀是在傳統消解儀功能、結構設計需求的基礎上，對消解儀內部裝置、主體材料進行創新設計，并且在冷凝回流、加熱、散熱和自動清洗等裝置的完善過程中，該智能加熱回流消解儀可在實際應用中，保證樣品消解質量，強化消解儀的使用價值。在加工制造該智能加熱回流消解儀時，相關人員還需要通過正式試驗測定結果，進一步優化消解儀設計方案，確保消解儀的加工制造質量。

參考文獻

[1]李朝英，鄭路.2種消解儀不同消解條件對凱氏定氮法測定結果的影響[J].西北農業學報， 2019（9）：66-67.

[2]楊孝容，江滔，成英，等.國標法測定化學需氧量消解試劑用于快速消解的可行性研究[J].環境與健康雜志，2018（6）：551-552.

[3]郭冬梅，許蕊.微波消解儀溫度校準系統的研究[J].現代工業經濟和信息化，2018（9）：98-99.

作者地址：廣州市海珠區榮慶坊33號。