微波/超聲波復合智能化系統及其應用
項目簡介: 本項目是通過跨學科合作,開展在化學領域應用電子學新技術的 研究。 大多數化學實驗室采用傳統的加熱方法,即利用傳導的方式加熱。 微波/超聲波相結合的技術與傳統加熱方法相比具有很多優點,可以大大降低加熱時間,省溶劑(可較常規方法少 50%~90%)、節約能源、 減少廢物的產生,同時可以提高回收率和提取物的純度。另一方面利 于環境保護,無污染,屬于綠色工程,它是一種具有廣闊發展前途的 新技術。 微波/超聲波復合智能化系統可應用于合成化學、藥物有效成分 的提取及分析樣品預處理領域,設計并研制出新型微波和超聲波相結 合的復合多功能智能化儀器裝置,研究其對化學反應、藥物提取及環 境污染物萃取的促進作用,為合成化學、藥物有效成分的提取及分析 樣品預處理提供了新的實驗手段和方法。 本項目成果可為加大環境污染物的監測的力度,使其樣品分析擺 脫耗費大量的有毒的有機試劑,程序繁瑣,工作量大的現況,為其分 析樣品預處理,拓展一種高效的實驗手段和方法。如對加標土壤樣品 (土壤樣品中的多溴代聯苯醚)進行復合萃取,分別采用微波輔助萃 取、超聲波輔助萃取、微波-超聲波復合萃取方法,得到的實驗數據 是:在相同萃取 20 分鐘時間內,使用微波輔助萃取和超聲波輔助萃 取,其萃取效率分別為 42-75%、45-86%而采用微波-超聲波復合 萃取體系時萃取效率則可提高到 92-114%。和常規的索氏提取相比, 微波-超聲波復合萃取使用的溶劑量降至原來的 10%左右,萃取時 間降低至原來的 5%左右。可見復合萃取對萃取效率有較大的增強效 果。這一實驗結果預示著:本項目成果推廣應用,進一步完善,可為 分析樣品預處理提供一種新的高效的實驗手段和方法。另外,對兔疫 球蛋白 lgG 生物制品等的滅菌也開始進行有益的應用探討,受到相關 企業的關注。 技術指標及特色: 1. 樣機技術性能:◆微波功率從 0~1000W 連續可調,微波頻率 f=2450MHz; ◆溫度范圍:室溫~300 度; ◆研制出 38KHz 超聲波發射系統,功率從 0 至滿負荷連續可調, 在控溫系統中超聲波功率也隨之改變; ◆消解/萃取瓶體積:50~1000 毫升。 2.專利申請七項。 3. 三項技術創新為產業化與拓展應用領城打下基礎: (1)將微波場與超聲波場兩種不同性質的場施加于同一反應物 體,充分發揮各自的長處、協同作用,為在化學、生物以及醫學領域 的應用研究提供了新的實驗手段和方法,在課題中解決了超聲波高效 耦合問題; (2)實現了微波/超聲波協同作用下反應物的控溫算法,采用可 擴展標記語言 XML 來存儲和表示模糊控制算法,并用面向對象的設 計思想結合 C++對該算法進行了實現,利用 Labview(圖形化編程語 言)可視化技術建立良好的人機界面; (3)具有在線實時檢測和顯示微波泄漏量,當超過國家標準時, 自動切斷系統的電源,保證操作人員的安全。 微波/超聲波復合智能化管道流動式反應裝置已完成小試,正在 進行中試研究。
南開大學
2021-04-11