Hứng 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
.png)
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
.png)
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
.png)
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
.png)
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
.png)
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
.jpg)
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
Mỗi năm, Việt Nam thải ra hơn 100.000 tấn ắc quy axit chì, phần lớn được tái chế thủ công tại các làng nghề, gây ô nhiễm chì và axit nghiêm trọng cho đất, nước và không khí. Trong khi đó, có tới 84% ắc quy bị hỏng chỉ vì hiện tượng sunfat hóa, một quá trình có thể đảo ngược nếu được xử lý đúng kỹ thuật. Nắm bắt thực trạng này, Viện Nghiên cứu Thiên tai và Môi trường (RIDES) đã phát triển công nghệ tái tạo ắc quy bằng xung điện cao tần không hóa chất, giúp “hồi sinh” ắc quy cũ, khôi phục 70-95% dung lượng, giảm đáng kể lượng chất thải nguy hại ra môi trường. Tuy nhiên, để công nghệ xanh này được áp dụng rộng rãi, Việt Nam cần khẩn trương hoàn thiện khung pháp lý, tiêu chuẩn kỹ thuật và cơ chế hỗ trợ doanh nghiệp, hướng tới mục tiêu “1 triệu ắc quy xanh” - bước đi cụ thể trong lộ trình kinh tế tuần hoàn và phát thải ròng bằng 0 (Net Zero).
Tóm tắt: Bài báo nghiên cứu giải pháp xử lý chất thải rắn sinh hoạt (CTRSH) bền vững cho Việt Nam thông qua tích hợp công nghệ vi sinh (phân hủy sinh học) và nhiệt phân. Trước áp lực gia tăng rác đô thị và yêu cầu phát triển kinh tế tuần hoàn, phương pháp này được đề xuất nhằm tận dụng tài nguyên từ rác, giảm chôn lấp và phát thải.
Nếu ở Kỳ 1, độc giả đã thấy những định hướng chiến lược và công nghệ xanh mở ra lối đi mới cho nông nghiệp Việt, thì đến Kỳ 2, điểm nhấn lại nằm ở những giải pháp cụ thể. Từ phòng thí nghiệm, nhiều nghiên cứu khoa học đã bước ra thực tiễn, đồng hành cùng doanh nghiệp, tạo nên các mô hình thành công: từ công nghệ bảo quản mới, chế biến cà phê hiện đại, đến kinh tế tuần hoàn phụ phẩm tôm và nâng tầm sản phẩm truyền thống như nước mắm. Đây chính là những hạt nhân giúp nông sản Việt gia tăng giá trị và chinh phục thị trường quốc tế.
Cao chloroform của Bí kỳ nam (Hydnophytum formicarum Jack.) được sắc ký cột với các hệ dung môi có độ phân cực khác nhau và kết hợp với kỹ thuật sắc ký lớp mỏng để thực hiện quá trình phân lập và tinh sạch các hợp chất. Cấu trúc của các hợp chất được xác định bằng phương pháp phổ cộng hưởng từ hạt nhân và kết hợp so sánh với tài liệu tham khảo. Ba hợp chất được tinh sạch và xác định cấu trúc bao gồm luteolin (1), quercetin (2) và quercitrin (3).
Hoạt tính xua đuổi hiệu quả của p-menthan-3,8-diol (PMD) đã được chứng minh là hiệu quả an toàn cho sức khỏe, tuy nhiên, hợp chất này vẫn chưa được sử dụng phổ biến ở Việt Nam. Đã có một số công trình nghiên cứu khảo sát tổng hợp PMD chủ yếu sử dụng xúc tác acid H2SO4 loãng với các điều kiện phản ứng khác nhau về thời gian và nhiệt độ.
Cháy nổ trong sinh hoạt dân dụng vẫn là một vấn đề nhức nhối tại Việt Nam, gây ra những thiệt hại nặng nề về người và tài sản do sự bất cẩn hoặc lỗi thiết bị điện. Các hệ thống cảnh báo cháy truyền thống thường có độ trễ cao, chỉ phản ứng khi cháy đã xảy ra rõ ràng, dễ gây báo động giả và thiếu khả năng cảnh báo từ xa.
