Chế tạo máy hứng tự động phục vụ thực nghiệm hóa học các hợp chất thiên nhiên

03/01/2024

TN&MTHứng hóa chất từ cột sắc ký là một công việc chiếm phần lớn thời gian cho người làm thực nghiệm hóa học các hợp chất thiên nhiên. Ở các quốc gia phát triển như: Mỹ, Nhật, Czech,... công việc này được thực hiện bởi các thiết bị hứng tự động. Một số dòng máy hứng tự động đang được thương mại hóa trên thị trường hiện nay như máy hứng phân đoạn Lambda Omnicoll (cộng hòa Czech), Spectra/Chrom® CF-2 (Mĩ), Eyela Fraction Collector DC-1500C (Nhật),... Trong khi đó ở nước ta, người làm thực nghiệm vẫn còn thao tác thủ công; việc mua thiết bị máy móc của nước ngoài gặp phải những vướng mắc khó tháo gỡ như gia thành cao, khó bảo trì, sửa chữa, không phù hợp với điều kiện thực nghiệm của quy mô các phòng thí nghiệm trong nước. Từ đó cho thấy, nhu cầu về một thiết bị hứng tự động có khả năng thay thế người làm thực nghiệm trong các thao tác hứng hóa chất thực sự rất cấp thiết trong việc nghiên cứu hóa học các hợp chất thiên nhiên. Trong bài báo này, chúng tôi công bố công trình nghiên cứu về việc c

Chế tạo máy hứng tự động

Linh kiện - Thiết bị: Adapter AC to DC 12v, 2A; module hạ áp DC to DC hạ từ 12V xuống 5V; động cơ bước sử dụng điện áp 12V; mạch DRV 8825 điều khiển động cơ bước; board Arduino pro mini; bảng đèn led; trụ đồng 25cm; đĩa hứng mica.

Hình 1: Sơ đồ kết nối giữa mạch điều khiển và động cơ bước
Chế tạo máy hứng tự động phục vụ thực nghiệm hóa học các hợp chất thiên nhiên

Bộ điều khiển và khối hiển thị: Sử dụng board Arduino pro mini để lập trình cho máy; arduino pro mini là board mạch lập trình bằng ngôn ngữ C dễ dàng tiếp cận với người mới bắt đầu và có nhiều tài liệu kham khảo trên internet. 

Thiết kế mạch cho các linh kiện

Hình 2: Mạch kết nối giữa mạch arduino và động cơ bước điều khiển bằng mạch DRV8825
Chế tạo máy hứng tự động phục vụ thực nghiệm hóa học các hợp chất thiên nhiên

Núm vặn có 5 chân: 5, 6, 9-GND, 8-Direction, 7-Step trong đó:

5 và 6 được kết nối với chân Arduino 5V.

GND được kết nối với chân Arduino GND.

8 - Direction được kết nối với chân tương tự Arduino 4 (A4).

7 - step được kết nối với chân tương tự Arduino 5 (A5).

Hình 3: Mạch kết nối giữa mạch arduino và led 7 đoạn được điều khiển bằng núm vặn 
Chế tạo máy hứng tự động phục vụ thực nghiệm hóa học các hợp chất thiên nhiên

Núm vặn có 5 chân: GND, +, SW, DT (chân B hoặc chân dữ liệu) và CLK (chân A hoặc chân đồng hồ) trong đó:

GND được kết nối với chân Arduino GND.

được kết nối với chân Arduino 5V.

SW là pin của nút nhấn, không được sử dụng.

DT được kết nối với chân tương tự Arduino 5 (A5).

CLK được kết nối với chân tương tự Arduino 4 (A4).

Viết code và nạp chương trình cho mạch

Máy được lập trình bằng ngôn ngữ lập trình C và được nạp vào board Arduino pro mini qua mạch chuyển USB To UART CH340.

Hình 4: Mạch chuyển USB To UART CH340 

Chế tạo máy hứng tự động phục vụ thực nghiệm hóa học các hợp chất thiên nhiên

Chế tạo vỏ hộp và bộ phận hứng - Lắp ráp [3,4]

Chế tạo vỏ hộp và bộ phận hứng

Vỏ hộp và bộ phận hứng được thiết kế đơn giản, gọn nhẹ bằng vật liệu mica dưới sự hỗ trợ của phần mềm Autocad và công nghệ cắt laser CO2 qua các bước sau: Thiết kế đĩa hứng trên phần mềm Autocad; nạp bản vẽ vào máy cắt; đặt cố định tấm mica lên bàn thao tác; điều chỉnh các thông số của máy theo bản vẽ thiết kế, căn cứ vào yêu cầu sản phẩm tạo ra mà người vận hành máy có sự điều chỉnh tốc độ, công suất máy, độ cắt nông sâu cho phù hợp với chiều dày và kích thước tấm mica; vận hành máy và theo dõi quá trình cắt của máy. 

Lắp ráp bộ phận hứng: Bộ phận hứng gồm 2 đĩa tròn được nối với nhau bằng các trục đồng 25 cm; đĩa phía trên có 10 lỗ tròn đường kính 32 cm để cố định vừa khít các hũ bi hứng hóa chất. 

Lắp ráp bộ phận hứng vào trục động cơ bước: Trục động cơ bước hình trụ được gắn vào bộ phận chuyển đổi lục giác; sử dụng công nghệ CNC cắt tâm đĩa mica phía dưới theo hình lục giác vừa khít với bộ phận chuyển đổi; cố định bộ phận hứng lên bộ phận chuyển đổi hình lục giác sao cho khít hoàn toàn.

Hình 5: a) Bộ phận hứng b) Máy hứng sau lắp ráp
Chế tạo máy hứng tự động phục vụ thực nghiệm hóa học các hợp chất thiên nhiênChế tạo máy hứng tự động phục vụ thực nghiệm hóa học các hợp chất thiên nhiên

Vận hành máy

Đặc điểm cấu tạo: Chui cấp nguồn và công tắc ON/OFF được đặt phía sau của máy. Máy được cấp nguồn từ adapter 12V, 2A; màn hình cảm ứng HMI nằm phía trước máy, là nơi thực hiện mọi tác vụ (khởi động, tắt nguồn, điều chỉnh thời gian bước). 

Bộ phận đĩa hứng có thể chứa được tối đa 10 hũ bi hứng hóa chất từ cột sắc ký; động cơ bước đảm bảo độ chính xác tuyệt đối khi chuyển bước; thời gian bước được lập trình tùy chỉnh từ 1-9999 giây; kích thước nhỏ gọn phù hợp quy mô phòng thí nghiệm

Các bước vận hành: Kết nối máy với nguồn điện; bật công tắc phía sau máy - đèn tín hiệu sáng báo hiệu máy ở trạng thái sẵn sàng hoạt động; điều chỉnh thời gian bước bằng cách xoay núm vặn; nhấn nút START (màu đỏ) - máy bắt đầu bước theo theo thời đã thiết lập; khi muốn máy ngừng hoạt động, nhấn lại nút START, máy ngừng hoạt động.

Chú ý: Trong lúc máy đang hoạt động thì không thể điều chỉnh thời gian bước. Trong trường hợp muốn điều chỉnh lại thời gian bước: nhấn START để máy ngưng hoạt động, sau đó điều chỉnh lại thời gian bước và nhấn lại nút START.

Kết luận

Máy hứng tự động là sản phẩm công nghệ có sự kết hợp kiến thức của nhiều lĩnh vực khoa học bao gồm hóa học, điện tử và cơ khí với mục tiêu hỗ trợ cho người làm thực nghiệm hóa học trong các thao tác hứng hóa chất, rất phổ biến trong chuyên ngành Hóa học các hợp chất thiên nhiên. Với những ứng dụng thiết thực, đề tài “Chế tạo máy hứng tự động phục vụ thí nghiệm Hóa học” đã được trường Đại học Sài Gòn chọn tham dự cuộc thi Thiết kế - Chế tạo - Ứng dụng lần IX năm 2021 do Thành Đoàn TP. Hồ Chí Minh tổ chức và vinh dự đạt huy chương đồng vào tháng 11/2021.

Bên cạnh đó, máy cũng được cho vận hành thử nghiệm tại các phòng thí nghiệm chuyên ngành Hóa Học Các Hợp Chất Thiên Nhiên của Trung Tâm Sâm và Dược Liệu (Quận 1, TP. Hồ Chí Minh) và phòng thí nghiệm Hóa học trường Đại học Sài Gòn. Kết quả đã thu được một số đánh giá tích cực về tính hiệu quả, chính xác, sự phù hợp về kích thước và giá cả, có thể triển khai trên diện rộng. 

Hình 6: Vận hành máy hứng

Chế tạo máy hứng tự động phục vụ thực nghiệm hóa học các hợp chất thiên nhiên

Danh mục các chữ viết tắt

AC: Alternating Current (dòng điện xoay chiều)

DC: Direct Current (dòng điện một chiều)

CNC: Computer Numerical Control

HMI: Human Machine Interface (giao diện thực hiện tác vụ)

Tài liệu tham khảo 

1. Nguyễn Kim Phi Phụng (2007), Phương Pháp Cô Lập Hợp Chất Hữu Cơ, NXB Đại Học Quốc Gia TP. HCM;

2. Trần Thế San, Nguyễn Ngọc Sương (2009). Thiết kế mạch và lập trình PLC, NXB Khoa học và Kỹ thuật;

3. Phạm Quang Huy, Trương Đình Nhơn. “Vi điều khiển và ứng dụng - hướng dẫn sử dụng Arduino”, NXB Thanh Niên, 2018;

4. Phạm Quang Huy, Trương Đình Nhơn (2018). Vi điều khiển và ứng dụng - hướng dẫn sử dụng Arduino, NXB Thanh Niên;

5. Mai Hoàng Long (2015). Giáo Trình Auto Cad 2015, NXB Xây dựng.

6. Parag Vichare, Xianzhi Zhang, Vimal Dhokia, Wai M Cheung, Computer numerical control machine tool information reusability within virtual machining systems, Engineering, 232(4), 593-604.

NGUYỄN HỮU DUY KHANG

Khoa Sư phạm Khoa học tự nhiên - Trường Đại học Sài Gòn

Nguồn: Tạp chí Tài nguyên và Môi trường số 21 (Kỳ 1 tháng 10) năm 2023

Where you can buy Louis Vuitton Replica :

hermes pas cher louis vuitton neverfull replica louis vuitton scarf replica gucci backpack replica louis vuitton outlet nederland dior tasche replica replica chanel wallet louis vuitton duffle bag replica Replica chanel replica chanel wallet louis vuitton messenger bag replica dior tasche replica fake Louis Vuitton shoes replica gucci shoes van cleef replica chanel imitazioni replica celine Louis Vuitton Taschen replica hermes pas cher louis vuitton messenger bag replica LOUIS VUITTON sunglasses replica replica cartier love bracelet replica louis vuitton m40780 louis vuitton imitate kaufen fake louis vuitton tas kopen fake louis vuitton wallet louis vuitton scarf replica chanel imitazioni perfette replica louboutin replica celine replica Louis Vuitton shoes goyard replica cartier love imitazione fake Louis Vuitton shoes gucci scarf replica borse louis vuitton replica replica Louis Vuitton supreme Backpack Louis Vuitton replica replique Sac Louis Vuitton chanel replica louis vuitton keepall replica zaino louis vuitton falso replica Jordan 1 cartier love ring replica dior replica chanel replica fake louis vuitton shoes louis vuitton shoes replica replica louis vuitton wallet imitazioni louis vuitton

Tin tức

Thủ tướng: Không bao giờ quên những người làm nên 'cột mốc vàng' lịch sử Điện Biên Phủ

Tăng cường hợp tác với Úc về khí hậu - năng lượng - môi trường

Sớm hoàn thiện quy định về giá đất

Lãnh đạo Đảng, Nhà nước dâng hương tưởng niệm Tổng Bí thư Trần Phú

Tài nguyên

Cát biển - Vật liệu xây dựng trong tương lai

Ủy ban Khoa học, Công nghệ và Môi trường của Quốc hội thẩm tra Dự án Luật Địa chất và Khoáng sản

Xử phạt vi phạm hành chính trong lĩnh vực đất đai góp phần đưa công tác quản lý, sử dụng đất đi vào nền nếp

Hoàn thiện, đồng bộ chính sách, pháp luật về đất đai

Môi trường

Long An công bố khẩn cấp thiên tai xâm nhập mặn

Quảng Nam: Giải cứu thành công sơn dương quý hiếm bị mắc bẫy

Tận dụng rác thải nhựa: Tại sao không?

Hoàn thiện hành lang pháp lý về các công cụ kinh tế trong quản lý môi trường 

Video

Kỷ niệm 20 năm Tạp chí Tài nguyên và Môi trường và ra mắt kỷ ra mắt chuyên trang tiếng Anh

Tình yêu Môi trường

Thế giới lo sợ vì biến đổi khí hậu đã “Ngoài tầm kiểm soát” và kêu gọi hành động toàn cầu

Dự án Luật địa chất và khoáng sản sửa đổi khắc phục hạn chế để phát huy nguồn lực khoáng sản

Khoa học

Đánh giá tổng lượng nước trên mặt của khu vực vành đai kinh tế ven biển vịnh Bắc Bộ

Giải pháp phục hồi sông đô thị ở nước ta nhìn từ kinh nghiệm quốc tế

Đánh giá tổng lượng nước trên mặt lưu vực sông Lô Chảy

Ứng dụng mô hình mạng nơ-ron nhân tạo dự báo mực nước dưới đất trong các tầng chứa nước khe nứt lưu vực sông Nhuệ - Đáy

Chính sách

Bắc Giang: Một doanh nghiệp bị xử phạt về tài nguyên nước và khoáng sản

Hà Nội yêu cầu xe vận chuyển chất thải phải có camera hành trình, GPS

Thanh Hóa: Cao ốc đa chức năng 50 tầng sau hơn 2 năm tìm được chủ vẫn là bãi đất trống

Chính sách vượt trội “đẩy lui” ô nhiễm

Phát triển

Cần chính sách cho doanh nghiệp phát triển kinh tế tuần hoàn

Chợ đêm tại Phú Quốc có gì khiến phóng viên Hàn Quốc “phải lòng”?

Hội Văn nghệ sĩ - Nhà báo xứ Thanh tại Hà Nội: Gặp mặt đầu Xuân và khởi động chương trình 60 năm “ký ức Hàm Rồng”

Thúc đẩy thực hành giảm nhựa trong các siêu thị và nhà bán lẻ

Diễn dàn

Nâng cao năng lực dự báo, cảnh báo thiên tai trước tác động của biến đổi khí hậu

Thời tiết ngày 18/4: Miền Bắc sáng mưa dông, trưa chiều trời nắng

Thời tiết ngày 17/4: Nhiều tỉnh, thành phố nắng nóng đổ lửa

Thời tiết ngày 16/4: Miền Bắc gia tăng nắng nóng