CN114700122B - 用于电化学容器的封闭机构、电化学容器和实验室设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于实验室设备的电化学反应容器以及实验室设备。反应容器包括：延伸入反应容器的内部空间的多个电极；以及布置在反应容器外侧的多个触头，用于提供与反应容器外侧的电极的电接触。

Description

用于电化学容器的封闭机构、电化学容器和实验室设备

本申请是申请日为2018年02月01日、申请号为201880008600.9、发明创造名称为“用于电化学容器的封闭机构、电化学容器和实验室设备”的发明专利申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及用于电化学容器的封闭机构、电化学容器和实验室设备。

背景技术

现有技术中已公知使用电化学反应装置进行化学分析。这类装置必须能够精确地进行测量，使它们变得复杂又昂贵。

此外，还已公知使用电化学反应装置进行化学反应。在常规装置中，通过使用诸如催化剂、反应起始剂和反应终止剂等添加剂来控制化学反应。这类常规装置会产生需要处置的废物。

这些常规装置时常操作繁琐。特定而言，常规装置通常连接到外部PC并由外部PC控制。无法自动操作这些装置。控制软件的操作通常很复杂。

另外，设立常规装置来进行操作也可能不便或甚至费力。例如，连接常规电化学反应容器的电极可能需要鳄鱼夹或类似机构。

发明内容

本发明旨在促进实验室环境中化学反应的性能。

根据本发明的一方面，提供一种用于电化学反应容器、特别是稳压器(potentiostat)的封闭机构，该封闭机构包括：保持件，用于保持布置在封闭机构内侧的电极，以便封闭机构附接到反应容器时，由该保持件保持的电极伸入反应容器的内部空间并伸入反应容器中所含的电解质中；以及布置在封闭机构外侧的多个触头，用于提供与电极的电接触。

所述封闭机构可用于封闭实验室反应容器并使电极***反应容器的内部。电极可用于控制反应容器内的电化学过程。换言之，所述封闭机构能够使用实验室反应容器进行电化学反应。反应容器被封闭机构封闭并填充有电解质时形成电化学反应容器，以便应用于实验室环境。在一种实施方案中，存在三个电极，即参比电极、工作电极和对电极。

在一种实施方案中，所述封闭机构包括紧固件，用于使封闭机构紧固到反应容器，特别是用于以液密和/或气密方式密封反应容器。能够操作紧固件，以打开和关闭反应容器。紧固件和/或封闭机构能够布置成使得容器内的反应室以液密和/或气密方式相对环境密封，从而避免或减少对电化学反应的环境影响。通过密封容器，能够在预定的大气压力下进行反应，例如在惰性气氛下进行反应。

在一种实施方案中，所述封闭机构包括连接件，特别是具有内螺纹的连接件，用于与反应容器处的对应螺纹连接件、特别是外螺纹接合。在本实施方案中，所述封闭机构实施为螺旋封闭机构，它能轻松打开和关闭，从而提供用户友好的操作。

在一种实施方案中，所述封闭机构包括分开的第一部分和第二部分，特别是径向靠内部分和径向靠外部分，其中，第一部分包括保持件和多个触头，并且第二部分包括紧固件，其中，第二部分在紧固到反应容器时引起第一部分相对于反应容器的位置居中。在本实施方案中，第一部分能够形成圆柱形靠内部分，当封闭机构固定至反应容器时，该靠内部分的轴线与反应容器的纵向轴线平齐。第二部分能够形成环形靠外部分，该靠外部分围绕靠内部分的圆周延伸。例如，第二部分是联管螺母。通过将第二部分(例如联管螺母)紧固(例如拧紧)到反应容器，使封闭机构固定到反应容器。由此，第一部分固定于其相对于反应容器的位置。特定而言，第一部分相对于反应容器居中，从而确保电极位于预定位置内，由容器形成反应室。

在另一种实施方案中，所述封闭机构制成一体。

在一种实施方案中，所述保持件包括多个保持元件，特别是螺纹连接件或***式触头，用于使电极以能拆开的方式附接到封闭机构。在本实施方案中，通过将电极拧入或简单地******式触头，可以轻松又牢固地将电极安装到保持件。这有助于更换电极。

在一种实施方案中，所述封闭机构进一步包括用于向反应容器的内部空间供入流体和/或取回反应容器的内部空间中所含的流体样品的通道。通过打开/关闭封闭机构，不依赖于打开/关闭反应容器，能够打开和关闭通道。在本实施方案中，在操作期间，即当反应室内发生电化学反应时，能够向反应室、即容器内部供送反应物。而且，不必中断操作，就能取回容器内容物的样本以供检查。

在一种实施方案中，所述封闭机构包括附接机构，用于与实验室设备的对应保持机构接合，借此由封闭机构封闭的反应容器能附接到实验室设备。据此，用于使反应容器附接到实验室设备的机构整合到封闭机构中。凭此，封闭机构可用于使现有的(常规)反应容器转变成电化学反应容器并使它们附接到对应的实验室设备。

在一种实施方案中，所述封闭机构包括至少一个突起，用于调节或定中封闭机构相对于实验室设备的保持件的位置，该保持件用于保持包括封闭机构的反应容器，其中，该至少一个突起优选从封闭机构的外侧轴向延伸。实验室设备的对应保持件能够容置突起。该突起有助于将带有封闭机构的反应容器安装到实验室设备。同时，该突起确保反应容器相对于实验室设备布置在预定位置。

在一种实施方案中，所述封闭机构进一步包括用于容置电极的通道，该通道从封闭机构的内侧延伸到外侧，并且特别是包括延伸穿过该通道并在内侧和外侧从封闭机构突出的电极。在操作中，即当封闭机构附接到反应容器时，电极从反应室内延伸到反应容器外。从封闭机构的外侧突出的电极部分可用于使封闭机构(与反应容器)附接到实验室设备。该部分也能用作定中突起，因此不再需要单独的定中突起。从封闭机构的内侧突出的电极部分与反应容器中所含的电解质接触。

在一种实施方案中，所述触头侧向布置，特别是布置在封闭机构的圆周外表面上。在本实施方案中，实验室设备与反应容器之间的电连接能够通过封闭机构和实验室设备的相应侧表面来建立，当封闭机构与反应容器安装到实验室设备的保持件时，这些侧表面相互接合。

根据本发明的另一方面，提供一种用于实验室设备的电化学反应容器，特别是稳压器，该反应容器包括根据上述任一实施方案所述的封闭机构。

根据本发明的另一方面，提供一种用于实验室设备的电化学反应容器，特别是稳压器，该反应容器包括：延伸到反应容器的内部空间内的多个电极；以及布置在反应容器外侧的多个触头，用于提供与反应容器外侧的电极的电接触。

据此，电化学反应容器包括集成电极，其能够控制由容器形成的电化学反应室内的电化学过程。在本实施方案中，不必将电极和触头布置在容器的封闭机构处。

本实施方案能够提供一次性或单次使用的反应容器。所有必要的电气元件皆可集成到容器中。

在一种实施方案中，所述电极布置在反应容器的底部，并且所述触头布置在反应容器的底部外侧。在本实施方案中，反应容器适配成放置在实验室设备的支撑面上，该实验室设备具有集成到支撑面中的对应的对触头。因此，反应容器可以轻松***相应适配的电化学实验室设备并从中拆开。

根据本发明的另一方面，提供一种实验室设备，包括：至少一个根据上述任一实施方案所述的电化学反应容器；以及用于容置该反应容器的保持件或支撑件。在本发明的实施方案中，可以提供多个这样的电化学反应容器，以便能够在相同或不同的电化学条件下在实验室环境中同时进行多个电化学反应。

在一种实施方案中，所述保持件或支撑件可调节以保持不同尺寸的反应容器。该保持件或支撑件可以实施为自动调节到封闭机构尺寸的紧固件或夹具。该保持件或支撑件可以实施为自上而下的保持件。

在一种实施方案中，所述保持件或支撑件包括多个保持元件，每个保持元件可调节以保持不同尺寸的反应容器。据此，实验室设备可以同时容纳不同的反应容器并进行不同的电化学过程。

在一种实施方案中，所述保持件或支撑件包括触头，特别是弹簧加载式触头，用于电接触反应容器的触头。该保持件或支撑件中的触头用于在反应容器与可包容在实验室设备中的控制装置之间建立电连接。通过设置弹簧加载式触头，提供可靠的电连接。

在一种实施方案中，所述电触头布置在保持件或支撑件的侧表面，以与封闭机构的所述侧向布置的触头接合。在本实施方案中，封闭机构与反应容器能够侧向安装到保持件或支撑件，其中，通过封闭机构与保持件或支撑件的接合能够建立实验室设备与反应容器之间的电连接。

在一种实施方案中，所述保持件或支撑件包括可折叠构件，该可折叠构件包括的触头布置在可折叠构件中以通过将可折叠构件折叠到操作位置而电接触反应容器的触头。该可折叠构件能够在反应容器与实验室设备之间建立电连接，而不依赖于将反应容器紧固到实验室设备。

在一种实施方案中，所述保持件或支撑件包括用于容置反应容器的支撑面，其中，该支撑面包括触头，用于电接触反应容器的触头，特别是反应容器下侧的触头，和/或包括用于使反应容器附接到支撑面的机构，特别是反应容器下侧的第一附接机构，以与支撑面上对应或互补的第二附接机构接合。在本实施方案中，能够简单地通过将反应容器放置在支撑面上来建立电连接。

在一种实施方案中，所述保持件或支撑件和/或所述封闭机构包括用于使反应容器附接到保持件或支撑件的一个或多个磁体。据此，反应容器能够轻松安装到实验室设备的保持件并从中拆开。

在一种实施方案中，所述实验室设备包括磁力搅拌器，用于混合反应容器中所含的电解质，其中，该磁力搅拌器可以包容在保持件或支撑件中。本实施方案能够在操作期间混合反应室的内容物。

在一种实施方案中，所述实验室设备包括经由触头连接或能连接到电极的控制装置，该控制装置在实验室设备的操作期间控制反应容器内的电化学过程或反应。该控制装置能够通过控制施加到电极的电位来控制电化学室内的电化学反应。无需化学添加剂。例如，能够控制馈送给电极的电压和/或电流，借此控制馈送给反应容器中反应物的电荷。此外，该控制装置能够控制其他参数，例如转速，特别是磁力搅拌器的转速。该控制装置可以包括显示器，用于指示关于电化学反应的参数值。

所述实验室设备也可用于进行电化学分析以获得分析数据。例如，所述实验室设备可用于执行循环伏安法。

通过设置集成到实验室设备中的控制装置，能够自主地操作实验室设备，而不必使其连接到外部PC(但可以额外启用该外部PC)。

所述控制装置可以包括控制软件并由控制软件控制。该控制装置可以包括数个接口中用于更新控制软件的一个或多个接口。特定而言，该接口可以包括USB端口、蓝牙连接和/或WIFI连接。该接口可用于更新现有的控制软件和/或上载新软件以控制并执行不同的电化学过程或分析。

在一种实施方案中，所述实验室设备包括多个支撑面，每个支撑面用于容置相应的反应容器或多瓶适配器。在本实施方案中，能够同时操作若干反应容器，例如多达50个以上的反应容器。

附图说明

图1示出根据本发明一种实施方案的电化学反应容器。

图2a至图2d示出根据本发明多种实施方案的不同电化学反应容器。

图3a、图3b和图4示出根据本发明一种实施方案的实验室设备的不同视图。

图5、图6a和图6b示出根据本发明另一种实施方案的实验室设备的不同视图。

图7、图8a和图8b示出根据本发明另一种实施方案的实验室设备的不同视图。

图9a至图9c示出根据本发明另一种实施方案的电化学反应容器1。

图10a和图10b示出根据本发明另一种实施方案的实验室设备的不同视图。

图11a至图11d示出根据本发明一种实施方案的反应容器具有侧向电触头的不同视图。

图12a和图12b示出根据本发明两种替选实施方案的实验室设备的俯视图。

图13示意性示出根据本发明一种实施方案的实验室设备的一部分。

图14示出根据本发明另一种实施方案的电化学反应容器。

具体实施方式

图1示出根据本发明一种实施方案的电化学反应容器1包括封闭机构2。容器1呈圆柱形。封闭机构2借助螺纹连接附接到容器1。特定而言，螺纹连接包括位于封闭机构2内侧的内螺纹3和位于容器1处的对应外螺纹。

电极保持件5布置在封闭机构2的内侧8。保持件5包括多个保持元件6。其中每个保持元件6均包括外螺纹，该外螺纹允许电极7螺接到相应的保持元件6上。

保持元件6布置在封闭机构2的内侧8，使得电极7在螺接到保持元件6上时延伸到容器1的内部9中。在容器填充有电解质并且封闭机构2附接到容器1的操作状态下，电极7延伸到电解质内。

容器1与封闭机构2、电极7和电解质形成电化学电池。在所示的具有三个电极7的实施方案中，容器1、封闭机构2、电极7和电解质一起形成稳压器。

电极7与封闭机构2的外侧12的触头11电连接。此外，封闭机构2包括软管连接件13，用于向容器1内供送流体、特别是液体和/或从容器1中提取内容物。这一过程可以在反应之前、期间或之后完成。软管连接件能够通过封闭机构封闭，例如封盖14。

在操作位置中，电极的端部与容器1的底部之间存在间隙，该间隙的大小足以容纳搅拌元件(图中未示出)，特别是磁力搅拌器的搅拌棒。

图2a至图2d示出电化学反应容器1与封闭机构2的不同实施方案。在每种实施方案中，存在三个电极，即参考电极R和两个彼此相邻布置的工作电极A。而且，封闭机构2包括定中突起16。这些实施方案的区别在于，容器1具有不同的容积，例如50ml(图2a)、20ml(图2b)、10ml(图2c)和5ml(图2d)。

图3a、图3b和图4示出根据本发明实施方案的实验室设备17。图3a示出实验室设备17的俯视图，而图3b示出实验室设备17沿线C-C的剖视面。在实验室设备17的顶面上设置控制元件18，以使用户能够控制实验室设备17的操作。此外，存在能够放置容器1的支撑面19。支撑面19包括用于固定容器1的保持或闩锁元件20或者与容器1相关联的保持件或适配件以及用于三个电极(参考电极R和工作电极A)的触头。

实验室设备17包括用于驱动搅拌磁体22的驱动引擎21。搅拌磁体22又驱动设置在容器1内的搅拌棒(图中未示出)。

图4示出实验室设备的侧视图。如该图所示，保持与闩锁元件20呈环形并从支撑面19垂直延伸。

图5示出实验室设备17的另一种实施方案，包括由封闭机构2封闭的反应容器1。在本实施方案中，反应容器1通过保持件23保持在支撑面19上方。特定而言，保持反应容器1，使其纵向轴线与搅拌磁体22的旋转轴线平齐。保持件23安装到支撑面19。

保持件23包括用于使封闭机构2和容器1中的电极7与实验室设备17连接的触头。

图6a和图6b分别示出图5中的实验室设备17的侧视图和俯视图。图6a表示由保持件23支撑和保持反应容器1。保持件23包括紧固件，例如夹具，用于接合到封闭机构2，借此使反应容器1附接到实验室设备17。紧固件可调节，以接纳不同尺寸的封闭机构2。

保持件23具有凹口25，其中可容置定中突起，借此使反应容器1相对于实验室设备17居中。在一种实施方案中，保持件23将反应容器1保持在支撑面19的略上方，使得反应容器1的底部与支撑面之间存在间距。但在替选实施方案中，容器1搁置在支撑面上。

保持件包括可折叠的顶部24，该顶部24包括的触头(图中未示出)用于电接触封闭机构2的外侧12的触头11。在操作中，当定中突起嵌入凹口25时，顶部24向上折叠。此后，顶部24向下折回，以使顶部24的触头与封闭机构的触头11形成接触。顶部24的触头可以呈弹簧加载式，以确保与触头11形成可靠的电连接。

图7、图8a和图8b示出实验室设备17的其他实施方案。在图7和图8a的实施方案中，由多瓶适配器26保持多个反应容器1。适配器26包括下部27和上部28。在上部，反应容器1通过作用方式基本上与保持件23相同的保持机构安装到实验室设备17。特定而言，其中每个反应容器1的封闭机构2安装到相应的保持元件。而且，适配器上部28包括用于接纳反应容器1的定中突起的凹口25。封闭机构2处的触头11与上部28中的相应对触头(图中未示出)接触。对触头与实验室设备17中的控制装置电连接。

适配器的保持机构可调节，以适应不同尺寸的封闭机构。据此，能够将不同尺寸的反应容器安装到实验室设备17。

图8b示出图7和图8a中的实验室设备17的俯视图。适配器26保持六个反应容器1。适配器上部28中的凹口25与封闭机构2的定中突起接合并固定反应容器1相对于实验室设备17的位置。

反应容器1由适于电化学反应的材料制成，例如玻璃或塑料。

图9a示出根据另一种实施方案的电化学反应容器1。图9b示出沿图9a中A-A的剖视图，而图9c示出沿图9a中B-B的剖视图。

在本实施方案中，封闭机构2包括用于接纳电极7的***式触头29。通过将电极7******式触头29，能够简单地将电极7安装到封闭机构2。而且，在本实施方案中，封闭机构2制成一体。

图10a和图10b示出根据本发明另一种实施方案的实验室设备17。在本实施方案中，反应容器1通过磁力安装到保持件23。为此，磁体30布置在保持件23的顶部31和/或封闭机构2的相对顶部32。磁体30用于保持反应容器1并使其位置在实验室设备17内居中。保持件23的顶部31以及封闭机构2的顶部32相应具有互补的形状并在相应的圆周接合面33和34相互接合。

电触头35、36分别布置在圆周接合面33和34。换言之，电触头布置为面向侧面(即相对于圆柱形反应容器1的旋转轴线径向向外)的侧向触头。当封闭机构2安装到保持件23时，电触头35与36相互接合，借此提供反应容器1的电极与实验室设备17的电源之间的电连接。

图11示出根据结合图10所述的具有侧向触头33的实施方案的反应容器。

图12a示出根据本发明一种实施方案的实验室设备17的俯视图。本实施方案基本上对应于图3中的实施方案，而包括用于容置单个反应容器1的单个支撑面19。作为替选方案，多个反应容器1可以借由如图7和图8所示的多瓶适配器26来支撑。在特定实施方案中，可以布置多达六个测试瓶。

图12b示出根据本发明另一种实施方案的实验室设备17的俯视图。在本实施方案中，存在多个支撑面19。其中每个支撑面能够容置反应容器1或如图7和图8所示的多瓶适配器26。在本示例中，实验室设备布置成使用多达30个瓶来进行操作(每个支撑面上五个瓶)。

图13示意性示出根据本发明一种实施方案的实验室设备17的局部图。在本实施方案中，支撑面19布置成容置并支撑反应容器1。支撑面包括电触头35，用于与反应容器1(图中未示出)下侧的对应电触头接合，借此建立实验室设备17的电源与反应容器1的电极之间的电连接。因此，与本发明某些其他实施方案相比，从反应容器1的底部而非顶部供应电力。

在本实施方案中，反应容器1包括用于使反应容器1的底部附接到实验室设备的机构。例如，如图13所示，反应容器1在底端包括一个或多个径向突起36，这些径向突起能够嵌入支撑面19的对应凹口37内。嵌入后，通过使反应容器1相对于支撑面1转动，突起36移动到支撑面19下方的径向延伸的空腔内，借此使反应容器1相对于支撑面19固定。为简明起见，图13仅示出一个突起36和一个对应的凹口37。但可设想，可能存在两个以上这样的突起和凹口和/或替选的附接机构。

图14示出根据本发明另一种实施方案的电化学反应容器1。在本实施方案中，电化学反应容器1包括瓶形贮器38，其具有瓶颈39和外螺纹40，封闭机构2能够螺接到该外螺纹40上。在替选实施方案中，未设螺纹40，而封盖以力配合方式接到贮器38。

贮器38可以实施为标准的“现有贮器”。

电极穿过封闭机构2延伸到贮器38的内部体积中。柄部41附接到电极的顶端。当电极到达其在贮器38中的最终位置时，柄部41提供止动。而且，例如将要更换电极时，柄部41能够让用户抓住电极。另外，柄部均包括电连接部，例如插座，用于电极的电源能够连接到该插座。

附图标记

1 电化学反应容器

2 封闭机构

3 内螺纹

4 外螺纹

5 电极保持件

6 保持元件

7 电极

8 封闭机构的内侧

9 容器的内部

10 稳压器

11 触头

12 封闭机构的外侧

13 软管连接件

14 封闭机构

15 容器的底部

16 突起

17 实验室设备

18 操作元件

19 支撑面

20 保持与闩锁元件

21 驱动引擎

22 搅拌磁体

23 保持件

24 保持件的顶部

25 凹口

26 适配器

27 适配器的上部

28 适配器的下部

29 ***式触头

30 磁体

31 保持件的顶部

32 封闭机构的顶部

33 封闭机构的接合面

34 保持件的接合面

35 电触头

36 径向突起

37 凹口

38 贮器

39 瓶颈

40 外螺纹

41 柄部

A 工作电极

R 参比电极

Claims (11)

1.一种实验室设备，包括：

至少一个电化学反应容器，其包括延伸到所述反应容器的内部空间内的多个电极；

用于所述反应容器的封闭机构，其具有用于保持电极的保持件，布置在所述封闭机构的外表面的多个第一触头，用于从所述反应容器的外部提供与所述电极的电接触；以及

用于容置反应容器的反应容器保持件或支撑件，其包括第二触头，用于电接触所述封闭机构的第一触头；

其中，所述第二触头布置在所述反应容器保持件或支撑件的侧表面，以与所述封闭机构的第一触头接合。

2.根据权利要求1的实验室设备，其中，所述反应容器保持件或支撑件可调节，以保持不同尺寸的反应容器。

3.根据权利要求1的实验室设备，其中，所述反应容器保持件或支撑件包括多个保持元件，每个保持元件可调节，以保持不同尺寸的反应容器。

4.根据权利要求1的实验室设备，其中，所述第二触头是弹簧加载式触头。

5.根据权利要求1的实验室设备，其中，所述反应容器保持件或支撑件包括可折叠构件，所述可折叠构件包括的第二触头布置在所述可折叠构件中以通过将所述可折叠构件折叠到操作位置而电接触所述封闭机构的第一触头。

6.根据权利要求1的实验室设备，其中，所述反应容器保持件或支撑件包括用于容置所述反应容器的支撑面，其中，所述支撑面包括触头，用于电接触所述反应容器的触头，其中所述反应容器的触头包括所述反应容器下侧的触头，和/或包括用于使所述反应容器附接到支撑面的机构，其中所述反应容器附接到支撑面的机构包括所述反应容器下侧的第一附接机构，以与所述支撑面上的对应或互补的第二附接机构接合。

7.根据权利要求1的实验室设备，其中，所述反应容器保持件或支撑件包括用于使所述反应容器附接到所述反应容器保持件或支撑件的一个或多个磁体。

8.根据权利要求1所述的实验室设备，进一步包括磁力搅拌器，用于混合所述反应容器中所含的电解质，其中，所述磁力搅拌器可以包容在所述反应容器保持件或支撑件中。

9.根据权利要求1所述的实验室设备，进一步包括经由所述第一触头连接或能连接到电极的控制装置，所述控制装置在所述实验室设备的操作期间控制所述反应容器内的电化学过程或反应。

10.根据权利要求6的实验室设备，其中，所述反应容器保持件或支撑件包括多个支撑面，每个支撑面用于容置相应的反应容器或多瓶适配器。

11.根据权利要求1所述的实验室设备，进一步包括用于反应容器的封闭机构，所述封闭机构包括用于使所述反应容器附接到所述反应容器保持件或支撑件的一个或多个磁体。