微波/超声波复合智能化系统及其应用
项目简介: 本项目是通过跨学科合作,开展在化学领域应用电子学新技术的 研究。 大多数化学实验室采用传统的加热方法,即利用传导的方式加热。 微波/超声波相结合的技术与传统加热方法相比具有很多优点,可以大大降低加热时间,省溶剂(可较常规方法少 50%~90%)、节约能源、 减少废物的产生,同时可以提高回收率和提取物的纯度。另一方面利 于环境保护,无污染,属于绿色工程,它是一种具有广阔发展前途的 新技术。 微波/超声波复合智能化系统可应用于合成化学、药物有效成分 的提取及分析样品预处理领域,设计并研制出新型微波和超声波相结 合的复合多功能智能化仪器装置,研究其对化学反应、药物提取及环 境污染物萃取的促进作用,为合成化学、药物有效成分的提取及分析 样品预处理提供了新的实验手段和方法。 本项目成果可为加大环境污染物的监测的力度,使其样品分析摆 脱耗费大量的有毒的有机试剂,程序繁琐,工作量大的现况,为其分 析样品预处理,拓展一种高效的实验手段和方法。如对加标土壤样品 (土壤样品中的多溴代联苯醚)进行复合萃取,分别采用微波辅助萃 取、超声波辅助萃取、微波-超声波复合萃取方法,得到的实验数据 是:在相同萃取 20 分钟时间内,使用微波辅助萃取和超声波辅助萃 取,其萃取效率分别为 42-75%、45-86%而采用微波-超声波复合 萃取体系时萃取效率则可提高到 92-114%。和常规的索氏提取相比, 微波-超声波复合萃取使用的溶剂量降至原来的 10%左右,萃取时 间降低至原来的 5%左右。可见复合萃取对萃取效率有较大的增强效 果。这一实验结果预示着:本项目成果推广应用,进一步完善,可为 分析样品预处理提供一种新的高效的实验手段和方法。另外,对兔疫 球蛋白 lgG 生物制品等的灭菌也开始进行有益的应用探讨,受到相关 企业的关注。 技术指标及特色: 1. 样机技术性能:◆微波功率从 0~1000W 连续可调,微波频率 f=2450MHz; ◆温度范围:室温~300 度; ◆研制出 38KHz 超声波发射系统,功率从 0 至满负荷连续可调, 在控温系统中超声波功率也随之改变; ◆消解/萃取瓶体积:50~1000 毫升。 2.专利申请七项。 3. 三项技术创新为产业化与拓展应用领城打下基础: (1)将微波场与超声波场两种不同性质的场施加于同一反应物 体,充分发挥各自的长处、协同作用,为在化学、生物以及医学领域 的应用研究提供了新的实验手段和方法,在课题中解决了超声波高效 耦合问题; (2)实现了微波/超声波协同作用下反应物的控温算法,采用可 扩展标记语言 XML 来存储和表示模糊控制算法,并用面向对象的设 计思想结合 C++对该算法进行了实现,利用 Labview(图形化编程语 言)可视化技术建立良好的人机界面; (3)具有在线实时检测和显示微波泄漏量,当超过国家标准时, 自动切断系统的电源,保证操作人员的安全。 微波/超声波复合智能化管道流动式反应装置已完成小试,正在 进行中试研究。
南开大学
2021-04-11