[发明专利]一种非接触式液体超声悬浮反应装置及液体非接触式反应方法

说明书

本发明提出了一种非接触式液体超声悬浮反应装置及液体非接触式反应方法，属于液体非接触超声悬浮反应技术领域，其具体包括封装有惰性气体的反应器，在反应器内设置有至少1个超声驻波悬浮单元以及超声反射单元、样品注射单元、调节支架、样品调节架；方法为惰性气体条件下，样品注射单元工作向超声驻波悬浮单元的驻波悬浮点上注射反应液，使多种反应液在驻波悬浮点上混合并在声场作用下加快反应速度，实现非接触式反应。本发明可以避免了常见的化学反应由于容器壁的清洗以及力学影响而对反应结构造成较大误差的问题，而且反应结果、反应时间以及反应速率可精准控制，无污染、少投资、低成本、安全、清洁、环保。

技术领域

本发明属于液体非接触超声悬浮反应技术领域，特别涉及一种非接触式液体超声悬浮反应装置及液体非接触式反应方法。

背景技术

随着电子技术、凝聚态物理、化学材料分析和生物技术的迅速发展，在精密加工、农业、化工、生物医学工程等领域的实验过程中，样品因为与容器壁接触而带来不确定吸附、记忆效应、样品损失、样品污染等研究性误差对结果造成不利的影响。

超声悬浮技术是利用声辐射力将物体悬浮在超声驻波场声压结点处的无容器处理技术，该技术能够以非接触的方式处理体积为几微升甚至几十皮升的样品，避免因容器壁的接触而造成的误差或不利影响，排除了由于容器壁与样品间的相互作用对反应的干扰以及容器壁引起的光学干扰。

但是，目前的超声与化学的结构仍然停留在超声空化或超声降解或超声搅拌或超声分解等技术层面，对于利用超声悬浮来实现不同药剂反应的技术暂未发现。

发明内容

为了克服现有技术中的超声化学反应技术所存在的问题以及技术需求，本发明提供了一种非接触式液体超声悬浮反应装置，其将阶梯型变幅杆结构与类弹簧等截面变幅杆结构耦合使指数型振动模态与螺旋型类弹簧纵振动模态叠加，在小功率条件下实现液滴的精准控制，而且环保、污染小。

同时本发明还提供了利用上述非接触式液体超声悬浮反应装置实现的液体非接触式反应方法。

本发明所采用的技术方案是：

一种非接触式液体超声悬浮反应装置，包括封装有惰性气体的反应器，在反应器内设置有至少1个超声驻波悬浮单元以及超声反射单元、样品注射单元、调节支架、样品调节架；所述超声驻波悬浮单元设置在调节支架上，并通过调节支架调整超声驻波悬浮单元与超声反射单元之间的驻波悬浮点位置，所述超声驻波悬浮单元的超声发射端与超声反射单元一一对应且相对设置；所述样品注射单元设置在样品调节架上并通过样品调节架调整样品注射单元的位置和角度，使样品注射单元的注射口与超声驻波悬浮单元的驻波悬浮点正对。

进一步限定，所述超声驻波悬浮单元是多个，且多个超声驻波悬浮单元的驻波悬浮点在同一条直线上等距分布或非定距分布，进而形成超声混合场。

进一步限定，所述超声驻波悬浮单元包括依次设置的压电陶瓷堆、振动输出杆以及变截面变幅杆，所述变截面变幅杆包括至少2级子变幅杆，且一级子变幅杆的直径小于等于相邻上一级自变幅杆的直径，使子变幅杆之间连接成阶梯型变幅杆结构，最末一级子变幅杆的发射端截面呈球冠状，使纵振动放大的同时指向性更好。

进一步限定，所述振动输出杆包括至少1节侧壁上开设有多条螺旋通槽的等截面直管构成的类弹簧管；多条螺旋通槽的起点在同一圆周线上均匀分布，利用类弹簧管结构使压电陶瓷堆的应变和应力叠加，进而使输出纵向更进一步振幅放大。

进一步限定，所述最末一级子变幅杆的球冠状发射端的圆心角为120～150°；高度h不超过对应子变幅杆直径的1/3。

进一步限定，所述样品注射单元包括至少2个反应液注射器，反应液注射器距离超声驻波悬浮单元的驻波悬浮点的距离不小于2mm。

进一步限定，所述所述超声驻波悬浮单元的驻波悬浮点之间的距离为0.95～2.85cm之间，每个驻波悬浮点都在半波长的整数倍节点上。