耦合泵型便捷式梯度混合器的制造方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種耦合泵型便捷式梯度混合器，包括容器A、容器B以及耦合蠕動泵，容器B內設有磁力攪拌子；耦合蠕動泵包括電機、主動蠕動頭、從動蠕動頭以及相互嚙合的從動齒輪和主動齒輪；主動蠕動頭與主動齒輪相連，從動蠕動頭與從動齒輪相連；主動蠕動頭由電機帶動；在容器A、容器B的底部分別對應的設置容器A出口閥、容器B出口閥，在容器B的側壁上設有容器B進口閥；與容器A出口閥相連的連接管Ⅰ通過從動蠕動頭后與容器B進口閥相連；與容器B出口閥相連的連接管Ⅱ與主動蠕動頭相連。采用本實用新型的梯度混合器可以準確控制梯度的線性，避免了傳統梯度混合器的線性控制不完善、有效線性區段短等問題。
【專利說明】
耦合泵型便捷式梯度混合器
技術領域
[0001] 本實用新型屬于分離純化領域，尤其涉及分離純化設備中用于產生梯度溶液的梯 度混合器。
【背景技術】
[0002] 梯度混合器是一種使輸出溶液的組份按設定的方式逐步變化的裝置，一般指利用 連通器原理的渦旋梯度混合器，其成本較低，操作方便，在分離純化各種有機物和天然物方 面具有廣泛的用途。
[0003] 舉例來說，在普遍使用的柱色譜分離中，需要用到洗脫強度逐步變強的梯度洗脫 液，逐步洗脫被吸附在填料上的樣品，實現樣品組成的分離。其中，為獲得洗脫強度梯度變 化的液體，往往使用兩種不同洗脫強度的溶液按一定比例進行混合，比例動態連續變化，通 過逐步提高高強度洗脫溶液在混合溶液中的比例，以此逐步提高混合液的洗脫能力，而該 規律性的混合過程就需要梯度混合器來實現。當然這里只是舉個梯度混合器在柱色譜中應 用的例子，其可用在任何需要獲得梯度溶液的其他場合。
[0004] 目前市面上能買到的、普遍使用的渦旋梯度混合器，其特征如下：一個由兩個杯體 (左杯、右杯)組成的一個整體式梯度杯系統，兩個杯體底部有管路相連構成連通器，管路中 間裝有閥門可控制連通與否，右杯配有磁力攪拌系統和攪拌子，右杯裝有出口閥輸出梯度 液。以產生梯度洗脫液為例說明，使用時，左杯放置高強度洗脫液，右杯放置低強度洗脫液， 保證初始時刻加入左右杯的液體液面具有一樣的高度，再打開中間連通管的閥，打開磁力 攪拌系統以使右杯的溶液始終保持均勻，蠕動栗從右杯出口閥栗取總輸出液，隨著右杯輸 出液的流出，右杯液面下降，因為連通器原理，左杯會立馬向右杯補充液體以重新使兩個容 器液高一致，從左杯向右杯補充的一點點高強度洗脫液在右杯中被混合均勻并稀釋，使右 杯的輸出液的洗脫強度提高一點點，如此下去，直至兩杯液體流干，流干瞬間輸出的梯度液 達到最高洗脫強度，其值即為左杯裝入的初始溶液的洗脫強度。這樣就基本實現了輸出液 洗脫能力梯度變化的過程，其洗脫能力起始值和終值分別為右杯初始溶液洗脫強度和左杯 初始溶液的洗脫強度。
[0005] 但經實踐，此傳統梯度混合器具有以下不可避免的缺點，阻礙其用于需精確梯度 輸出的場合：1.右杯加入攪拌子后，攪拌引起漩渦，使右杯外圈液面變高，且變高的量隨攪 拌速度、杯內液體量隨時變化，不能定量。如保證不開啟磁力攪拌時兩杯液面等高，則開啟 后右杯液體因連通器作用反而會部分反流至左杯，導致開始階段梯度線出現一段平臺區而 不是線性遞增，而且左杯高強度洗脫液被右杯反流過來的低強度洗脫液稀釋，使梯度液終 濃度達不到預設值。如保證磁力攪拌開啟后的兩杯液面等高，而隨時間變化漩渦會變小或 變大，也同樣會出現左右杯液體的不規則竄動，影響輸出的梯度狀況。2.根據液體壓強公式 P = Pgh，一般的連通器兩邊應是一樣的液體(密度P相同），從而實現連通器兩邊液體平衡的 唯一條件就是液高h相同。而這里梯度混合器的左右杯必然盛放不同的液體(密度不同），靠 調節兩杯的液高(不是等高）以使兩杯液體平衡非常困難。3.兩杯溶液會因不同滲透壓而通 過連通管自動擴散，而梯度混合器往往工作十多小時，其擴散不可忽略，因此使用中除了左 杯向右杯因液差宏觀流動外，兩杯溶液還進行著不可定量的擴散，不完全按連通器的原理 控制梯度。4.主要由于以上幾點缺陷，可觀察到梯度液在最后階段，梯度混和效果不明顯， 因為兩杯溶液在最后階段已基本平衡為一樣的洗脫強度，導致最后輸出梯度液有一段洗脫 強度不變的平臺期，且最終洗脫強度低于預設值(左杯液體的初始洗脫強度）。
[0006] 但目前這種傳統梯度混合器依然普遍使用，其缺陷也未得到重視和挖掘。發明專 利"一種二維液相色譜裝置"（申請公布號:CN 102590396 A)依然采用這種傳統梯度混合器 作為其配件，目前多糖蛋白等分離純化也基本是使用傳統的梯度混合器實現，現有市售的、 用于自搭裝置制備純化物的梯度混合器也幾乎只有這一種工作形式。當然也有報道專用于 制備聚合物梯度功能材料的梯度混合器（申請公布號:CN 103496149 A)，但其是利用聚合 物流動性差不會進行上下混合，在水平攪拌下只進行水平混合的特點來實現，如用于溶液 的梯度混合無可行性。另外，高效液相色譜中的梯度混合效果精確，但其需利用電腦控制系 統、高壓栗、單向閥、混合器或電腦控制系統、高壓栗、單向閥、低壓梯度混合器，其中智能的 電腦控制系統起關鍵作用，同時其他的電腦可控性配件也是整個系統能有效工作的關鍵組 成。這些配件均結構精密、成本高昂，用于純化物的制備在成本上沒有優勢。 【實用新型內容】
[0007] 本實用新型要解決的技術問題是提供一種結構簡單的耦合栗型便捷式梯度混合 器，采用本實用新型的梯度混合器可以準確控制梯度的線性，避免了傳統梯度混合器的線 性控制不完善、有效線性區段短等問題。
[0008] 為了解決上述技術問題，本實用新型提供一種耦合栗型便捷式梯度混合器，包括 容器A、容器B以及耦合蠕動栗，容器B內設有磁力攪拌子；
[0009] 親合懦動栗包括電機、主動i需動頭、從動懦動頭以及相互嗤合的從動齒輪和主動 齒輪;主動懦動頭與主動齒輪相連，從動纟需動頭與從動齒輪相連;主動纟需動頭由電機帶動；
[0010] 在容器A、容器B的底部分別對應的設置容器A出口閥、容器B出口閥，在容器B的側 壁上設有容器B進口閥；
[0011] 與容器A出口閥相連的連接管I通過從動蠕動頭后與容器B進口閥相連；
[0012] 與容器B出口閥相連的連接管Π 與主動蠕動頭相連。
[0013] 作為本實用新型的耦合栗型便捷式梯度混合器的改進:主動蠕動頭、從動蠕動頭 為相同型號的蠕動頭;所述連接管I、連接管Π 為同型號的連接管。
[0014] 作為本實用新型的耦合栗型便捷式梯度混合器的進一步改進:主動齒輪與從動齒 輪的齒
[0015] 數比為1:2。
[0016] 作為本實用新型的耦合栗型便捷式梯度混合器的進一步改進:容器B被擱置于磁 力攪拌器上，由磁力攪拌器帶動磁力攪拌子進行攪拌；
[0017] 所述磁力攪拌器上設置帶有水平泡的水平調節器。
[0018] 作為本實用新型的耦合栗型便捷式梯度混合器的進一步改進:容器B進口閥靠近 容器B的頂部。
[0019] 作為本實用新型的耦合栗型便捷式梯度混合器的進一步改進:容器B進口閥的中 心軸線距離容器B的頂部為2~3cm〇
[0020]作為本實用新型的耦合栗型便捷式梯度混合器的進一步改進:容器B進口閥的端 部向容器B內伸入1~2cm。
[0021 ]在本實用新型中，電機直接驅動主動蠕動頭工作;而對于從動蠕動頭的工作，可描 述為由電機驅動主動蠕動頭的同時也驅動與其相連的主動齒輪，主動齒輪再嚙合從動齒輪 傳遞動力，最后從動齒輪帶動與其相連的從動蠕動頭，其是由電機間接驅動的過程。
[0022] 本實用新型的梯度混合器，不屬于復雜的智能化控制，原理上完全不同于高效液 相色譜儀，其梯度混合過程利用新型耦合栗設計，在一種溶劑母液的容器中進行，不需要復 雜昂貴的電腦控制系統和額外的混合器或低壓梯度混合器等配件，在成本上與傳統梯度混 合器類似，但摒棄了傳統的連通器原理，從而避免了傳統梯度混合器的缺陷。
[0023] 在本實用新型中，設置耦合蠕動栗的流速為V(即，主動蠕動頭的流速為V)，由于主 動齒輪與從動齒輪的齒數比為1:2,因此容器A中溶液在從動蠕動頭作用下以V/2的流速滴 入容器B中，在容器B中，2種液體經過磁力攪拌混合，再以流速V在主動蠕動頭的作用下通過 皮管輸出線性梯度液。線性梯度液初始狀態的瞬間值就是容器B中的初始溶液的狀態，梯度 液最終狀態瞬間值就是容器A中溶液的狀態。
[0024] 本實用新型使用同型號的蠕動頭和同型號連接管，使兩蠕動頭的流速關系只受主 動齒輪和從動齒輪的齒數比控制。容器A和容器B的出口閥均設置于容器的最底端，低于液 面的最低水平，保證所有液體能順利輸出，以控制梯度液的狀態符合預先計算。
[0025] 在本實用新型中，由于磁力攪拌器上設置了帶有水平泡的水平調節器，可以方便 調節磁力攪拌器使容器B處于水平或向容器B出口閥端稍傾斜的狀態，保證容器B內的溶液 可以徹底輸出，以保證梯度液終狀態為容器A中溶液的初始狀態，方便梯度液最終狀態的精 確控制。
[0026] 在本實用新型中，設定容器B進口閥靠近容器B的頂部（例如，容器B進口閥的中心 軸線距離容器B的頂部2~3cm)，可以避免容器B內的液體浸沒容器B進口閥而產生一定的滲 透作用。
[0027] 在本實用新型中，設定容器B進口閥的端部向容器B內伸入1~2cm;這有利于容器A 內的液體(簡稱A液)滴入容器B時不會沿壁滴入，更好地避免可能發生的A液流入滯后或A液 粘壁損失的問題。
[0028]本實用新型具有以下優點：
[0029] 1、本實用新型的梯度混合器避免了兩種溶液的不理想化流動和互相滲透問題，可 精確控制梯度線性，避免初始狀態平臺區和終狀態平臺區過長，以及梯度終狀態未達到A液 初始狀態等現象，使梯度斜率遵循預先計算與設置值。
[0030] 2、本實用新型的梯度混合器不需要電腦控制系統、高壓栗、單向閥、混合器等昂貴 復雜的配件;結構簡單，成本低。
[0031] 3、本實用新型的梯度混合器因為不使用連通器原理，不需要關注、控制容器A中加 入的液體液面與容器B中液體液面的高度關系，避免了容器B液面因磁力攪拌產生渦旋而改 變液面高度，或兩溶液密度不同所帶來的尷尬。只需做到A液比B液晚流干即可，就可使梯度 最終值達到A液的初始狀態。
【附圖說明】
[0032] 下面結合附圖對本實用新型的【具體實施方式】作進一步詳細說明。
[0033] 圖1是實施例1的梯度混合器的結構示意圖；
[0034] 圖2是實施例2的梯度混合器的結構示意圖。
[0035] 圖中：
[0036] 1、容器A; 2、從動蠕動頭;3、連接管I; 4、容器A出口閥；5、耦合蠕動栗;6、從動齒輪； 7、主動齒輪;8、容器B進口閥；9、容器B;10、磁力攪拌子；11、容器B出口閥；12、磁力攪拌器； 13、連接管Π ; 14、主動蠕動頭;15、水平泡。
【具體實施方式】
[0037] 下面結合具體實施例對本實用新型進行進一步描述，但本實用新型的保護范圍并 不僅限于此。
[0038] 實施例1、一種耦合栗型便捷式梯度混合器，如圖1所示，包括容器A1、容器B9以及 耦合蠕動栗5。容器A1、容器B9內分別裝不同濃度的洗脫液。
[0039] 備注說明：容器A1內裝的洗脫液必須保證足量，即，容器A1中洗脫液體積大于容器 B9中的洗脫液體積，使在設定的洗脫時間（容器B9洗脫液從初始到流盡的時間段）內能確保 提供容器A1的洗脫液。
[0040] 容器B9被放在磁力攪拌器12上，位于容器B9內的磁力攪拌子10與磁力攪拌器12配 套，即，由磁力攪拌器12控制磁力攪拌子10進行攪拌工作。
[0041] 耦合蠕動栗5包括電機、主動蠕動頭14、從動蠕動頭2以及相互嚙合的從動齒輪6和 主動齒輪7;主動蠕動頭14與主動齒輪7相連，從動蠕動頭2與從動齒輪6相連;電機直接驅動 主動蠕動頭14工作。而對于從動蠕動頭2的工作，可描述為由電機驅動主動蠕動頭14的同時 也驅動與其相連的主動齒輪7,主動齒輪7再嚙合從動齒輪6傳遞動力，最后從動齒輪6帶動 與其相連的從動蠕動頭2，其是由電機間接驅動的過程。
[0042] 在容器A1的底部設置容器A出口閥4,在容器B9的底部設置容器B出口閥11，在容器 B9的靠近頂部的側壁上設有容器B進口閥8。與容器A出口閥4相連的連接管13通過從動蠕動 頭2后與容器B進口閥8相連;與容器B出口閥11相連的連接管Π 13經過主動蠕動頭14后作為 梯度液的輸出管。
[0043] 主動齒輪7與從動齒輪6的齒數比為1:2。
[0044] 主動蠕動頭14、從動蠕動頭2為相同型號的蠕動頭；
[0045] 連接管13、連接管Π 13為同型號的連接管。
[0046] 實際使用時，耦合蠕動栗5根據實際需要設置合理的流速。
[0047]本實用新型的工作過程如下：
[0048] 開啟磁力攪拌器12、使容器B進口閥8、容器A出口閥4和容器B出口閥11均處于打開 狀態，在從動蠕動頭2的作用下，容器A1內的液體通過連接管13被輸送至容器B進口閥8,最 終逐滴流入容器B9內；在磁力攪拌器12控制下，磁力攪拌子10對容器B9內的混合液體進行 均勻攪拌混合，在主動蠕動頭14的作用下，上述均勻混合后的混合液通過連接管Π 13被輸 出，形成梯度液。
[0049] 實施例2、一種梯度混合器，如圖2所示，其為在實施例1的基礎上作了如下改進：
[0050] 在磁力攪拌器12上設置有水平泡15,通過調節磁力攪拌器12的底部腳(作為水平 調節器）的高低，同時觀察水平泡12的情況，可對容器B9調平或調節至使容器B進口閥8端稍 低的狀態。容器B進口閥8靠近容器B9的頂部，具體為:容器B進口閥8的中心軸線距離容器B9 的頂部2cm。容器B進口閥8的端部向容器B9內伸入lcm〇
[00511其余同實施例1。
[0052]實驗 1、
[0053] 使用實施例2中的裝置，在容器A1中盛放1250ml的3mol/L NaCl水溶液，在容器B9 中盛放蒸餾水600ml，設置耦合蠕動栗5的流速為lml/min(即，主動蠕動頭14的流速為lml/ min)，從而使梯度混合器運行，輸出線性梯度NaCl水溶液，NaCl濃度從Omo 1/L到3mo 1/L。 [0054]經檢測，其梯度液濃度隨時間變化的結果見下表1:
[0055] 表 1
[0056]
[0057] 可見，其梯度液濃度變化的線性較好，不存在開始和結束階段的平臺區，終濃度符 合預設值。
[0058] 實驗2、在容器A1中盛放700ml的體積分數80%甲醇水溶液，在容器B9中盛放600ml 體積分數30%甲醇水溶液;設置耦合蠕動栗5的流速為0.8ml/min( 即，主動蠕動頭14的流速 為0.8ml/min)，其余等同于實驗1。從而使梯度混合器運行，輸出線性梯度甲醇水溶液，甲醇 的體積分數從30%到80%。
[0059] 經檢測，其梯度液濃度隨時間變化的結果見下表2:
[0060] 表 2
[0061]
[0062]可見，其梯度液濃度變化的線性較好，不存在開始和結束階段的平臺區，終濃度符 合預設值。
[0063] 實驗3、在容器A1中盛放1100ml蒸餾水，在容器B 9中盛放1000ml的2mol/L葡萄糖 水溶液;設置耦合蠕動栗5的流速為2ml/min(即，主動蠕動頭14的流速為2ml/min)，其余等 同于實驗1。從而使梯度混合器運行，輸出線性梯度葡萄糖水溶液，葡萄糖濃度從2mol/L到 0mol/L〇
[0064] 經檢測，其梯度液濃度隨時間變化的結果見下表3:
[0065] 表 3
[0067] ^可見，其梯度液濃度變化的線性較好，不存在開始和結束階段的平臺區，終濃度符 合預設值。
[0068] 對比例1-1、將實施例2中的主動齒輪7與從動齒輪6的齒數比由1: 2改成1: 3;其余 等同于實施例2。
[0069] 對比例1-2、將實施例2中的主動齒輪7與從動齒輪6的齒數比由1:2改成1:1.5;其 余等同于實施例2。
[0070] 對比例2-1、將實施例2中的主動蠕動頭14、從動蠕動頭2改成為不同型號的蠕動 頭，主動蠕動頭14比從動蠕動頭2尺寸大，而相對應的連接管Π 13與連接管13仍為相同型 號;其余等同于實施例2。
[0071] 對比例2-2、將實施例2中的主動蠕動頭14、從動蠕動頭2改成為不同型號的蠕動 頭，主動蠕動頭14比從動蠕動頭2尺寸小，而相對應的連接管Π 13與連接管13仍為相同型 號;其余等同于實施例2。
[0072] 對比例2-3、將實施例2中的連接管Π 13和連接管13改成為不同型號的連接管，連 接管Π 13比連接管13內徑大，而相對應主動蠕動頭14與從動蠕動頭2仍為相同型號;其余等 同于實施例2。
[0073] 對比例2-4、將實施例2中的連接管Π 13和連接管13改成為不同型號的連接管，連 接管Π 13比連接管13內徑小，而相對應主動蠕動頭14與從動蠕動頭2仍為相同型號;其余等 同于實施例2。
[0074]對比試驗1、以上述所有對比例所得的梯度混合器、實施例1所得的梯度混合器，分 別替代實驗1中所用的實施例2所得的梯度混合器，其余等同于實驗1。
[0075] 所得結果對比如表4所述。
[0076] 表4、不同對比例中的梯度混合液濃度變化結果
[0077]
[0078] 無:表示容器B9中已經無梯度液輸出，即該次梯度混合運行已經結束。
[0079] 根據上表數據可知，實施例1的梯度線性和梯度終值不如實施例2中的實驗1，對比 例1系列因為更換了齒數比而產生曲線梯度，其不如線性梯度常用，內部齒輪作為固定配件 一般不易更換，所以對于對比例1系列的裝置，其只能提供特定的一種不常用的梯度類型， 不如實驗1中的有優勢;而對比例2系列因為蠕動栗頭和連接管用的型號不一致等原因，也 產生曲線梯度，且該曲線梯度受蠕動栗和連接管型號控制，不可人為定量地設定。因此相比 于實驗1，表4的結果均不如實驗1。
[0080] 最后，還需要注意的是，以上列舉的僅是本實用新型的若干個具體實施例。顯然， 本實用新型不限于以上實施例，還可以有許多變形。本領域的普通技術人員能從本實用新 型公開的內容直接導出或聯想到的所有變形，均應認為是本實用新型的保護范圍。
【主權項】
1. 耦合栗型便捷式梯度混合器，其特征是：包括容器A( 1)、容器B(9)以及耦合蠕動栗 (5) ，容器B(9)內設有磁力攪拌子(10); 親合懦動栗（5)包括電機、主動懦動頭（14)、從動懦動頭(2)以及相互嚙合的從動齒輪 (6) 和主動齒輪(7);主動蠕動頭（14)與主動齒輪(7)相連，從動蠕動頭(2)與從動齒輪(6)相 連;主動蠕動頭(14)由電機帶動； 在容器A (1 )、容器B (9)的底部分別對應的設置容器A出口閥（4 )、容器B出口閥（11 )，在 容器B(9)的側壁上設有容器B進口閥（8); 與容器A出口閥(4)相連的連接管1(3)通過從動蠕動頭(2)后與容器B進口閥(8)相連； 與容器B出口閥（11)相連的連接管Π (13)與主動蠕動頭（14)相連。2. 根據權利要求1所述的耦合栗型便捷式梯度混合器，其特征是： 所述主動蠕動頭（14 )、從動蠕動頭(2)為相同型號的蠕動頭； 所述連接管1(3)、連接管Π (13)為同型號的連接管。3. 根據權利要求2所述的耦合栗型便捷式梯度混合器，其特征是：主動齒輪(7)與從動 齒輪(6)的齒數比為1: 2。4. 根據權利要求1~3任一所述的耦合栗型便捷式梯度混合器，其特征是：容器B(9)被 擱置于磁力攪拌器(12)上，磁力攪拌器(12)帶動磁力攪拌子(10)進行攪拌； 所述磁力攪拌器（12)上設置帶有水平泡（15)的水平調節器。5. 根據權利要求1~3任一所述的耦合栗型便捷式梯度混合器，其特征是:容器B進口閥 (8)靠近容器B(9)的頂部。6. 根據權利要求5所述的耦合栗型便捷式梯度混合器，其特征是:所述容器B進口閥（8) 的中心軸線距離容器B(9)的頂部為2~3cm。7. 根據權利要求1~3任一所述的耦合栗型便捷式梯度混合器，其特征是:容器B進口閥 (8)的端部向容器B(9)內伸入1~2cm〇
【文檔編號】G01N30/34GK205700372SQ201620552415
【公開日】2016年11月23日
【申請日】2016年6月8日
【發明人】陳健樂, 程煥, 葉興乾, 陳士國, 胡亞芹, 劉東紅, 丁甜, 陳健初
【申請人】浙江大學