一种自动核素萃取分离平台的制作方法

1.本发明涉及核燃料后处理分析技术领域，尤其是涉及一种自动核素萃取分离平台。


背景技术：

2.我国后处理工艺分析实验室中铀氧化物粉末中α放射性比活度的分析方法需要进行样品预处理，即对α放射性核素进行分离萃取，降低样品中其他元素的干扰，才可以将样品使用仪器测量继而得到分析数据。在后处理中试厂工艺运行时，α放射性岗位分离任务重，且每个样品的分离时间较长，分离预处理的速度无法达到工艺要求的数据报出时间要求，目前的手动分离操作模式已经无法满足现有要求。对于今后更大规模的后处理工厂内，分析任务会更加的繁重，如果要完成分析任务，势必需要增加大量的分析工作人员与分析岗位，这无疑是对未来的分析实验室的发展是不利的。
3.目前市面上存在的自动化样品预处理设备，适用对象是多为环境、农产品、生物医药等行业的样品，核工业乏燃料后处理工艺具有其特殊性，并不适用：
4.(1)样品基体是硝酸，具有挥发性与强腐蚀性，市面仪器设备基本不具备耐腐蚀性能力，部分仪器部件在很短的时间内就会腐蚀损坏，造成仪器寿命短；
5.(2)样品具有一定放射性，对岗位人员具有一定辐射危害；
6.(3)在样品较多时需要多人同时分析，以满足工艺数据报出要求。


技术实现要素：

7.本发明的目的在于提供一种自动核素萃取分离平台，能够低危害、高寿命和高效率的进行核素萃取分离；
8.本发明提供一种自动核素萃取分离平台，包括：样品架，安装于柜体内上部，用于放置样品管；萃取柱架，安装于样品架上部，用于放置萃取柱；xz移动台，安装于所述萃取柱架上部，用于携带其上的取样针在xz方向运动，将样品注入所述萃取柱和/或所述样品管中；动力泵，安装于柜体内下部，用于将储液容器中的物料送至所述取样针。
9.进一步的，所述xz移动台上沿y方向排设有若干所述取样针。
10.进一步的，所述储液容器的数量有若干个，所述动力泵通过输入多通阀分别与若干所述储液容器连接，且所述动力泵通过输出多通阀分别与若干所述取样针连接。
11.进一步的，所述样品架上沿x方向排设有若干样品管组，所述样品管组包括在y方向排设的与所述取样针数位对应的若干所述样品管。
12.进一步的，所述萃取柱架上沿y方向排设有与所述取样针数位对应的若干所述萃取柱。
13.进一步的，所述xz移动台上设有可插接所述萃取柱架的连接柱，所述萃取柱架通过所述连接柱拨动可沿x方向移动。
14.进一步的，还包括废液回收系统，所述废液回收系统包括：废液槽，安装于柜体内
上部，且位于所述取样针的行程下方；蠕动泵，通过管路与所述废液槽连通，用于提供废液回收动力。
15.进一步的，还包括清洗系统，所述清洗系统包括位于所述柜体内上部的多级清洗槽，且所述多级清洗槽位于所述取样针的行程下方。
16.进一步的，所述取样针为不锈钢针体，并在内外侧面均涂有ptfe特氟龙涂层。
17.进一步的，还包括控制系统，所述控制系统用于协调各部分运行工作。
18.本发明的技术方案通过采用xz移动台，可以实现核物料自动取样萃取分离等，无需人工实施，避免辐射危害；配合y方向多个排设的取样针结构，相比常用的xyz三维运动方式更为简洁，省去y方向运动，且可以一次行程内做多次取样萃取分离等，工作效率更高，且整个z轴方向是机械臂采用快插快换设计，如需升级或维修，可实现整体更换；取样针采用防腐蚀结构，且设计清洗系统和废液回收系统，使用寿命更高。
附图说明
19.为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
20.图1为本发明的整体结构示意图；
21.图2为本发明的取样针多通道示意图；
22.附图标记说明：
23.1-xz移动台、101-连接柱、2-取样针、3-样品架、301-样品管、4-萃取柱架、401-萃取柱、402-插孔、403-柱架支撑、5-注射泵、6-多通阀、7-废液槽、701-废液槽支架、702-蠕动泵、8-清洗槽；
具体实施方式
24.下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
25.在本发明的描述中，需要理解的是，术语"中心"、"纵向"、"横向"、"长度"、"宽度"、"厚度"、"上"、"下"、"前"、"后"、"左"、"右"、"竖直"、"水平"、"顶"、"底"、"内"、"外"、"顺时针"、"逆时针"等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
26.此外，术语"第一"、"第二"仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有"第一"、"第二"的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。在本发明的描述中，"多个"的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。此外，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以
是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
27.实施例1
28.如图1所示，本发明提供一种自动核素萃取分离平台，包括：样品架3，安装于柜体内上部，用于放置样品管301；萃取柱架4，安装于样品架3上部，用于放置萃取柱401；xz移动台1，安装于萃取柱架4上部，用于携带其上的取样针2在xz方向运动，将样品注入萃取柱401和/或样品管301中；动力泵，安装于柜体内下部，用于将储液容器中的物料送至取样针2。
29.具体的，柜体内上部为上柜体，柜体内下部为下柜体，且上柜体前侧设有前侧板，前侧板上通过金属铰链铰接有柜门，实现可开闭；上柜体上侧设有可打开的上侧板，并其上设有锌合金把手用于握持，且具有耐腐蚀性，打开后可检修xz移动台1；上柜体左侧设有左侧板；下柜体前侧设有控制柜前板，底部设有福马轮；上柜体与下柜体之间设有加强筋板，用于下柜体更好的承重上柜体。
30.xz移动台1设于上柜体顶部，具体可以选择机械臂，通过控制系统控制机械臂在xz平面内动作，进而控制其上布设的取样针2在xz平面内运动。当然机械臂是一种示例性的xz移动台1结构，也可以采用其他方式，例如x方向线性轨道和x向滑鞍，并通过在滑鞍上设置z方向线性轨道，并将移动台设置在z方向线性轨道上，同样可以作为一种xz移动台1。
31.动力泵安装于柜体内下部，通过内管路(未示出)与xz移动台1上的取样针2连接。在柜体外设有储液容器(未示出)，例如试剂瓶等，动力泵通过外管路(未示出)与该储液容器连通，从而利用动力泵，将储液容器中含辐射的物料送至取样针2。动力泵具体采用高精度注射泵5，注射泵5需要结合电磁阀使用，耐压高、流量精度高，可结合流路单向设计，可结合缓冲环避免使溶剂流入注射器，结构简洁、流速可控，防腐性能好。核素自动萃取分离实验要求低流速下能精确控制流速，且样品不能进入管路以避免交叉污染，注射泵5由步进电机带动，可实现低流速下保证流速及体积精确，流速精度及体积精度在小流速下均可满足实验要求，且结合移液针使用时更容易校正体积，非常符合实验要求。
32.样品架3位于上柜体下部，用于固定样品管301；取样针2通过xz移动台1沿x方向移动到样品管301正上方后，再沿z方向下降插入样品管301中上样，完毕后再以相反路径离开样品管301。
33.萃取柱架4位于上柜体内，xz移动台1与样品架3之间的位置，用于固定萃取柱401。取样针2通过xz移动台1沿x方向移动到萃取柱401正上方后，再沿z方向下降插入萃取柱401中，将溶液过柱，过柱后的溶液直接滴落在废液槽7或样品管301内。
34.实施例2
35.本实施例2具体叙述多通道萃取分离结构；
36.如图2所示，xz移动台1上沿y方向排设有若干取样针2。储液容器的数量有若干个，动力泵通过输入多通阀6分别与若干储液容器连接，且动力泵通过输出多通阀6分别与若干取样针2连接。样品架3上沿x方向排设有若干样品管301组，样品管301组包括在y方向排设的与取样针2数位对应的若干样品管301。萃取柱架4上沿y方向排设有与取样针2数位对应的若干萃取柱401。xz移动台1上设有可插接萃取柱架4的连接柱101，萃取柱架4通过连接柱101拨动可沿x方向移动。
37.具体的，取样针2、一组样品管301和萃取柱401均在y方向上均匀排列为若干个，且
三者之间的数量和位置均一一对应。则xz移动台1控制一列取样针2在x方向移动至对应某一样品管301组的位置，然后各取样针2下降插入该样品管301组的各样品管301中上样；或者，xz移动台1控制一列取样针2在x方向移动至对应萃取柱401的位置，然后各取样针2下降插入各萃取柱401中过柱，并携带着萃取柱401一起移动到某一样品管301组上方，使过柱溶液滴入各样品管301中，或者，携带着萃取柱401一起移动到废液槽7上方，使过柱溶液滴入废液槽7中。
38.上述技术方案中，可以在一个x方向的步进行程内，完成多个(沿y方向的排设数量)萃取分离工作，极大的提高了工作效率。且省去y方向运动，相比常用的xyz三维运动方式更为简洁。
39.其中，为避免交叉污染，用于输入试剂的注射泵5一端连接多通电磁阀，每通路各独立工作，例如八连阀，则八连阀一路连接取样针2，其余7路连接7种不同试剂，用于清洗管路、淋洗萃取柱401、洗脱萃取柱401等不同作用，下柜体可同时容纳八个注射泵5，两个一组，每个注射泵都连接着一路取样针2，形成八通道设计。样品溶液由取样针从样品管301进行取样，然后注射在萃取柱401内，完成上样操作，然后可从储液瓶调用相应的试剂清洗样品管，将清洗液由取样针2转移至萃取柱401内，实现样品的完全上柱。
40.xz移动台1主要负责移动取样针2、萃取柱401到设定位置、密封萃取柱401、开启萃取柱401密封口等工作。采用xz轴机械臂平台移动方式，x方向移动可进行收集液位置、废液位置、上样位置和清洗取样针2的切换，将不同液体分别流入不同的位置，实现柱子的活化、样品的上样、清洗样品瓶、柱子的淋洗、洗脱等工序的完成；全程实验过程中，需无空气进入萃取柱401，萃取柱401液面需保持湿润状态，保证与取样针2之间的密封，而z方向移动可以将取样针2插入萃取柱401上端的密封头，实现与萃取柱401的机械密封连接。
41.萃取柱架4的移动主要通过柱架支撑403实现，柱架支撑403包括左右两块聚四氟乙烯塑料板，分别固定在废液槽7的外侧和样品架3的外侧，由两根杆固定在左右两块塑料板上，将萃取柱架4搭接在两根杆上，使萃取柱架4可以杆上沿x方向来回滑动。
42.萃取柱架4与样品架3采用耐高温、耐硝酸腐蚀材料制成，在萃取过程中采用萃取柱架4移动，而样品架3和废液槽7固定的设计。萃取柱架4的移动方式主要依靠连接柱101，在萃取柱架4的顶面两侧分别设有插孔402，在xz移动台1底面两侧设有两个金属连接柱101，当取样针2移动到萃取柱401上方时，连接柱101也正好移动到插孔402上方，当取样针2下降插入萃取柱401，连接柱101也插入插孔402，从而xz移动台1的x向移动通过连接柱101带着萃取柱架4也在x向移动。这种控制方式的优点在于，x轴同用一个电机，减少了电机的使用，靠纯机械式移动，来实现废液位置与收集液位置的切换。
43.实施例3
44.本实施例3具体叙述废液回收系统；
45.还包括废液回收系统，废液回收系统包括：废液槽7，安装于柜体内上部，且位于取样针2的行程下方；蠕动泵702，通过管路与废液槽7连通，用于提供废液回收动力。
46.具体的，在上柜体底部设有废液槽支架701，废液槽7设置在废液槽支架701上，同样位于取样针2、萃取柱架4的行程下方，且位于样品架3一侧。仪器运行时，取样针2插入萃取柱401密封头，将溶液过柱，过柱后的溶液直接滴落在废液槽7或样品管301内，进入废液槽7内的溶液经由蠕动泵702被排出装置外。采用密闭式蠕动泵702排液系统，确保废液不进
入实验室内，保护使用者。废液收集用瓶口密封的10l聚丙烯废液桶，并配备废液体积报警提示，废液回收系统采用全密闭的形式，各个部件形成一条完整的密闭通路，酸蒸汽会通过管路重新回到废液槽7。
47.实施例4
48.本实施例4具体叙述清洗系统；
49.还包括清洗系统，清洗系统包括位于柜体内上部的多级清洗槽8和喷淋装置，且多级清洗槽8位于取样针2的行程下方；喷淋装置用于将进样后的样品管301进行喷淋清洗。
50.具体的，清洗系统包括对取样针2清洗的多级清洗槽8，和对取样管清洗的喷淋装置。多级清洗槽8可降低取样针2造成的交叉污染，提高分离过程的精密度，其主要包括与取样针2数量、位置对应的清洗槽8结构，用于每个取样针2到达清洗槽8上方后下降插入，且清洗槽8为多级清洗槽8，采用二级/三级清洗槽8，逐级变浅，若在最浅的清洗槽8进行清洗，则溶液依次流过剩余两级清洗槽8，最终收集在废液桶，确保样品针内外壁清洗效果，将交叉污染降低到5-6个数量级以下。喷淋装置主要通过管路连接外界清洗液喷淋清洗取样管，并可设置抽吸设备对清洗后的清洗液吸出。清洗槽8用于接收清洗取样针2的废液以及清洗取样针2外侧，有管路将这清洗槽8和废液槽7连接到废液桶，并经由蠕动泵702将废液泵入废液桶。
51.实施例5
52.本实施例5具体叙述取样针2；
53.取样针2为不锈钢针体，并在内外侧面均涂有ptfe特氟龙涂层。
54.具体的，取样针2采用带不锈钢强度支撑的惰性材质包埋针。ptfe管有很好的耐腐蚀性，但是刚度不够。本实施例采用薄壁不锈钢管作为支撑件，并在外层喷涂ptfe特氟龙涂层。收口处机械收口做密封处理。该取样针2即具有不锈钢强度，又具有惰性材料的抗腐蚀性。取样针2内外都有ptfe等离子涂层，彻底防腐。有利于清洗，可以避免样品交叉污染。
55.实施例6
56.还包括控制系统，控制系统用于协调各部分运行工作。
57.具体的，控制器及软件负责协调各部分运行，如控制xy机械臂的电机动作，注射泵5的电磁阀动作等等，实现实验过程。该控制器采用通用性更高的pc机作为控制器。软件采用图像化设计，信息完整、界面简洁，方法编辑给与最大自由度方便摸索实验条件。
58.本装置使用时：
59.xz移动台1下端沿y方向安装若干取样针2，取样针2通过管路与动力泵连接从储液容器取样。在取样针2的行程下方设有可协动取样针2沿x方向来回滑动的萃取柱架4，和固定设置的清洗槽8；在萃取柱架4的行程下方设有固定的废液槽7和样品架3。
60.取样针2有以下四种动作方式：
61.①
沿x方向移动至取样管上方，并沿z向下降插入取样管内上样；
62.②
沿x方向移动至萃取柱401上方，并沿z向下降插入萃取柱401内，携带萃取柱401移动至废液槽7上方，溶液过柱后滴入废液槽7；
63.③
沿x方向移动至萃取柱401上方，并沿z向下降插入萃取柱401内，携带萃取柱401移动至取样管上方，溶液过柱后滴入取样管；
64.④
沿x方向移动至清洗槽8上方，并沿z向下降插入清洗槽8内，清洗取样针2。
65.且取样针2、萃取柱401、取样管和清洗槽8均为沿y方向排设多个组成的多通道结构，可以在取样针2的一次行程内做多次取样萃取分离。
66.最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。