多功能具塞刻度试管固定装置的设计与研发

郝宇 魏丽红 翟秋喜 孟凡丽

摘要：本研究目的是設计与研发集固定、辅助水浴锅加热及沥干功能于一体的具塞刻度试管固定装置，适用多种场合、多种人员、具备多种使用功能。找到现有具塞刻度试管固定装置的技术缺陷，本研究采用对比实验法，绘制产品设计3D图形，开发出产品模型，在大学实验室、检测机构、企业、质检、工商部门、研究所，对其使用方法及使用效果进行评价，不断进行阶段性总结与提高，明确多功能具塞刻度试管固定装置的最佳设计方案。开发出的产品对于提升教学科研质量，改善实验效果具有重要的意义，具备广阔的发展前景及较高的市场需求量。

关键词：多功能具塞刻度试管固定装置；技术保障；发展前景

Design and Development of A Multifunctional Fixture for Calibration Test Tube with Stopper

Hao Yu  Wei Lihong*  Zhai Qiuxi  Meng FanLi

Food and Drug Department  Liaoning Agricultural College  LiaoningYingkou  115009

Abstract： The purpose of this study is to design and develop a fixed device with stopper scale test tube， which integrates the functions of fixing， auxiliary water bath heating and draining，suitable for a variety of occasions， a variety of personnel， and has a variety of functions. Find out the technical defects of the existing stopper scale test tube fixing device， the comparative experiment method is used to draw the 3D graphics of product design， develop the product model， evaluate the use method and effect of the product in university laboratories， testing institutions， enterprises， quality inspection， industrial and commercial departments and research institutes， and constantly summarize and improve stage by stage， so as to determine the best design scheme of the multi-functional stopper scale test tube fixture.The developed products are of great significance for improving the quality of teaching and scientific research and improving the experimental results and has broad development prospects and high market demand.

Keywords：multifunctional calibration test tube fixing device with stopper;technical support;development prospect

在化学分析实验室，具塞刻度试管一般需要定容操作。如果没有专门的固定装置，操作起来会比较困难费时，定容操作的准确性也难于把握。目前具塞刻度试管的固定装置主要是试管架。用试管架固定具塞刻度试管存在一些问题，试管架孔数有限，当处理大批样品时，无法满足实验需要，试管架一般都是三层结构，不便于试管中溶液颜色的观察，给操作带来不便。

在化学分析实验室，有很多实验需要用水槽式水浴锅水浴加热样品溶液的具塞刻度试管，在加热时通常遇到三个问题[1]。一个问题是，当具塞刻度试管直接放置在水浴锅的孔隙中时，因具塞刻度试管的直径和尺寸较多，水浴锅的孔隙难以满足不同规格的具塞刻度试管，具塞刻度试管容易出现滑倒、打碎、溶液外溢等情况，造成实验结果不准确或实验的失败。另一个问题是，当把具塞刻度试管放置在大烧杯或其他承载容器中时，因实验需要，当放置较多具塞刻度试管时，会导致具塞刻度试管之间的摩擦、挤压以及具塞刻度试管倾倒，同样会造成实验结果不准确或实验的失败。而且将具塞刻度试管放置在烧杯等容器中时，容器内壁对于具塞刻度试管有封闭作用，阻碍蒸汽进入烧杯内部，具塞刻度试管在烧杯内分布不均，导致具塞刻度试管内的溶液不能充分均匀受热。第三个问题是，如果将具塞刻度试管放置在试管架中，将试管架放置在水浴锅中进行加热，对于大批样品，需分批次进行加热，由于加热时间不同步，会给实验带来很大的误差。

具塞刻度试管在使用完毕后，需要进行干燥。现有的具塞刻度试管固定装置，一般只具有固定和辅助水浴加热功能，没有考虑具塞刻度试管使用后的干燥功能。

现有具塞刻度试管固定装置缺少比较颜色深度的白色背景板[2]，实验中需要另找白色背景进行对比。

1 材料与方法

1.1 设备

手持式超声波切割刀、激光切割刀、电热切刀、焊枪、电钻套装。

1.2 試验材料

耐高温塑料板、PP板、聚酰亚胺（PI）、聚偏二氟乙烯（PVDF）、亚克力板、铝板、铝合金板、不锈钢板、不锈钢管、不锈钢弹簧、塑料弹簧。

1.3 试验方法

采用不同材料进行对比试验，设计与研发要点包括如下：

确定具塞刻度试管架本体框架材料材质及直径。

确定具塞刻度试管架本体上端的第一层孔板容置孔的形状，以及构成容置孔的材料材质。材料要具有一定的弹性，可以改变容置孔的工作直径。需要确定容置孔的工作直径的变化范围[3]。

确定具塞刻度试管架本体中端的第二层孔板的材料材质及厚度。

确定具塞刻度试管架本体中端的第二层孔板上阵列排布的通孔形状及直径。

确定具塞刻度试管架本体下端的沥水板的具体结构，开口设计，沥水盒的具体构造。

确定所述沥水盒材料材质及厚度。

设计并确定所述沥水盒上的把手。

设计并确定具塞刻度试管架本体的背景板的材料材质、厚度、颜色。

确定第一层孔板、第二层孔板和沥水板之间的间距。

设计架本体两侧靠近第一层孔板两端的提手及其材质。

明确第二层孔板上的通孔和第一层孔板上的容置孔如何一一对应。

对比不同材质的应用效果，确定最佳的材质。

2 结果与分析

2.1 最佳技术方案的确定

在对比试验的基础上，坚持节约成本的原则，确定最佳技术方案如下所述：

架本体矩形体结构，适用于大多数水槽式恒温水浴锅。

具塞刻度试管的底部为圆形结构。本产品上层容置孔发挥夹持固定作用，下层圆形通孔发挥支持承接作用，上层容置孔和下层圆形通孔一一对应，互相配合，实现对具塞刻度试管的良好固定作用[3]。便于操作者进行实验操作，节省时间提高结果准确度。

作为具塞刻度试管的固定装置，可将具塞刻度试管置于水槽式水浴锅进行水浴加热。水均匀分布于具塞刻度试管周围，保证具塞刻度试管加热效果的一致性，安全可靠。

实验完毕后，可作为具塞刻度试管的干燥装置，有利于具塞刻度试管的快速沥干。第二层孔板上的通孔，可作为透水孔，具塞刻度试管内残留的水顺着通孔流入底部沥水板进行收集，避免水滴流出打湿实验台面。

设计有背景板，便于随时观察具塞刻度试管中溶液颜色的变化。

具塞刻度试管架本体的前后为不锈钢框架，提供宽阔的观察视野，结合背景板，实现对溶液颜色的实时掌控。

常用具塞刻度试管的定容体积有5mL、10mL、15mL、20mL和25mL，对应口径为1.2cm、1.5cm、1.6cm、1.8cm和1.8cm，容置孔由不锈钢弹簧组成，在一定范围内具有很好的弹性，其孔度大小可根据具塞刻度试管规格进行调整变化，具有很广的适应性。

2.2 技术实现原理

进行操作时，将具塞刻度试管正立放置于容置孔中，具塞刻度试管下端与通孔紧密贴合。利用背景板观察具塞刻度试管中溶液的颜色变化。实验完毕后，将具塞刻度试管清洗干净，倒立放置于容置孔中，具塞刻度试管内残留的水通过第二层孔板上的圆形通孔滴入沥水盒中。当水分充分沥干，将沥水盒抽拉出来，将里面的水倒掉[4]。

2.3 结构

备注：架本体下端的沥水盒，其规格尺寸与架本体规格尺寸相同（即沥水盒的长度和宽度与架本体的长度和宽度相同）。图1中，为了更加清楚地说明沥水盒的内部结构，特意将其长度增加，这样可以清楚展示沥水盒的整个结构特点[5]。

如图1所示，一种化验室常用多功能具塞刻度试管固定装置，包括架本體、固定于架本体上端的第一层孔板、固定于架本体中端的第二层孔板、架本体下端的沥水盒以及背景板。架本体由不锈钢丝组成框架1，左右两侧设计有竖板2；架本体上端的第一层孔板3，开设有若干正方形的容置孔4；架本体中端的第二层孔板5，设有多个阵列排布的圆形的通孔6；架本体下端的沥水板7，为一盒体结构，盒体内设计有开口，开口内设计有沥水盒，为一抽拉盒8，沥水盒上设计有把手9；架本体的背景板10，固定于具塞刻度试管架本体的后侧，上端略高于架本体，颜色为白色。

3结论

（1）本固定装置为矩形体结构，大多数水槽式恒温水浴锅加热面积较大，可容纳本固定装置。

（2）本固定装置所设计的容置孔对刻度试管进行夹持固定作用，所设计的圆形通孔对刻度试管起承接作用。每个容置孔都和其正下方的一个圆形通孔对应，实现对具塞刻度试管的良好固定作用。具塞刻度试管固定后，方面进行一些加液和定容等操作，提高操作者工作效率和实验的准确度。

（3）定容等操作结束后，如果需要进行加热处理，可将固定装置置于水槽式水浴锅内进行水浴加热。因本装置为开放式，而非封闭式结构，水均匀分布于具塞刻度试管周围，保证具塞刻度试管加热效果的一致性。

（4）本固定装置同时作为具塞刻度试管的干燥装置。实验完毕，将具塞刻度试管倒立放置在容置孔中，试管内残留的水顺着通孔流入底部沥水板进行收集，有利于具塞刻度试管的快速干燥。

（5）本固定装置带有白色背景板，用于对比观察具塞刻度试管中溶液颜色的变化。

（6）本固定装置为不锈钢框架，观察视野开阔，便于操作者随时对溶液进行观察。

（7）本固定装置容置孔由不锈钢弹簧组成，在一定范围内具有很好的弹性。针对目前市场上不同具塞刻度试管的孔径大小，容置孔的工作直径可进行调整变化，适用范围广。

本产品同时具备具塞刻度试管固定、辅助具塞刻度试管水浴锅加热及具塞刻度试管沥干功能。具塞刻度试管固定功能：上层容置孔发挥夹持固定作用，下层圆形通孔发挥支持承接作用。辅助水浴锅水浴加热功能：将具塞刻度试管置于固定装置中，固定装置置于水槽式水浴锅进行水浴加热。水均匀分布于具塞刻度试管周围，保证加热效果一致安全。沥干功能：实验完毕，将具塞刻度试管倒立放置在上层容置孔上，有利于其快速沥干。背景板的独特效用：便于随时观察具塞刻度试管中溶液颜色的变化[6]。

本产品弥补现有技术的不足，满足化验室工作需要。本产品具有功能齐全、操作简单、教学科研效果良好等特点，必将成为化学实验室具塞刻度试管固定、辅助水浴锅加热及沥干操作的主流产品。

参考文献：

[1]陈淑娟.一种多功能比色管架：201720434836.1[P].2017-11-24

[2]王璇.一种多功能比色管架：201721683775.9[P].2018-08-07

[3]穆晓贺.比色管固定器：201821417366.9[P].2019-05-10

[4]陈芳玲.一种多功能比色管架：201821744528.X[P].2020-12-04

[5]侯士锋.一种多功能比色管架：201821906838.7[P].2019-08-16

[6]黄灿梁.恒温水浴锅比色管固定装置：202021522084.2 [P].2021-06-22

作者简介：郝宇（2002—  ），男，汉族，辽宁大连人，辽宁农业职业技术学院学生，研究方向：食品质量与安全专业。

*通讯作者：魏丽红（1976—  ），女，汉族，吉林长春人，硕士，辽宁农业职业技术学院讲师，主要从事农产品质量检测工作。