智能磁力搅拌棒问世,取代TLC实时监控化学反应!

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在传统形式中,磁力搅拌棒是由封装在塑料外壳中的胶囊形磁铁组成。将该磁力搅拌棒放在液体烧杯中,该烧杯又放置在磁力搅拌器上,磁力搅拌棒就能连续旋转,搅拌液体。



近日,美国化学会旗下ACS Sensors杂志发表了英国华威大学(University of Warwick)尼古拉·切尔卡索夫(Nikolay Cherkasov)等人发明的一种价格低廉的新化学设备——智能搅拌子“ Smart Stirrer”。其功能类似于常规的磁力搅拌棒,但可以自动监控化学反应的物理性质,例如温度,电导率,可见光谱,不透明性,搅拌速度和粘度,这些数据通过无线连接实时传输给智能设备,比如手机或计算机,方便化学家随时掌握反应情况。一系列实验证明,智能搅拌子能够连续数小时进行遥测,且具备高数据传输速率和高精度的特点,不仅可用于常规实验室研究,还可用于工业生产线,流动反应器。


Smart Stirrer照片

来源:ACS


Smart Stirrer的长度约为5厘米,比常规的磁力搅拌子稍大,它易于操作和配置,生产成本不到20美元,并且可以连续收集数据超过100小时。而类似的商用系统成本约为2,000美元。


Smart Stirrer的外壳是3D打印的螺旋式聚(甲基丙烯酸甲酯)半透明胶囊,可以打开以接触电子设备,也可以是密封的氟化乙烯丙烯(FEP)袋,具有出色的耐化学性。收集的数据将传输到带有蓝牙接收器的计算机或智能手机。


来源:ACS


该团队基于不同的集成电路制作了两种版本的Smart Stirrer,一种是带有蓝牙模块微控制器,另一种是芯片上的多合一系统。传感器包括一个惯性模块(三轴加速度计,陀螺仪和磁力计),环境光传感器,热敏电阻和电导率记录仪。


(a)Smart Stirrer硬件平台。(b)Smart Stirrer ATmega的电路板照片,以及(c)具有Smart Stirrer nRF52的3D打印胶囊。来源:ACS


该团队使用搅拌器来监测例如酸碱滴定,从而确定终点。他们还在振荡反应中对其进行了测试,发现搅拌器系统具有快速的响应时间,可用于实时监控。仔细校准后,也可以使用惯性传感器进行定性粘度测量。


Smart Stirrer监测酸碱滴定的颜色、电导率、温度

来源:ACS


总体而言,Smart Stirrer系统价格合理,硬件和软件平台可在线免费获得,并且可以通过从传感器类型到采样率的各种参数来定制设备。然而,由于所涉及的电子设备,其操作被限制在相当窄的温度范围内(约-40至85°C)。


论文链接:

https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acssensors.0c00720


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