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JP7738315B2 - How to control a rotary evaporator - Google Patents
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JP7738315B2 - How to control a rotary evaporator - Google Patents

How to control a rotary evaporator

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JP7738315B2
JP7738315B2 JP2021147696A JP2021147696A JP7738315B2 JP 7738315 B2 JP7738315 B2 JP 7738315B2 JP 2021147696 A JP2021147696 A JP 2021147696A JP 2021147696 A JP2021147696 A JP 2021147696A JP 7738315 B2 JP7738315 B2 JP 7738315B2
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Description

本発明は、ロータリーエバポレーターの制御方法に関する。 The present invention relates to a method for controlling a rotary evaporator.

従来、ロータリーエバポレーターなどの減圧濃縮装置において、装置の制御を行う上で、圧力センサを備えた真空コントローラー(真空ポンプなど)が設けられている。真空コントローラーは、冷却水の流通量の調整や恒温水槽の上下位置調節などを行うことで、装置内の真空度の制御を行うものである。 Conventionally, vacuum concentration devices such as rotary evaporators are equipped with a vacuum controller (such as a vacuum pump) equipped with a pressure sensor to control the device. The vacuum controller controls the degree of vacuum within the device by adjusting the amount of cooling water flowing through it and the vertical position of the constant temperature water bath.

また、従来のロータリーエバポレーターで真空度の制御をしながら試料を濃縮する際に、試料中に溶存していた気体(空気等)が突然発泡する、いわゆる突沸を生じることがある。このような突沸を生じると、試料が激しく沸騰した状態となり、飛沫となって回収用フラスコ側に蒸気と共に流れ込んでしまったりするため、制御にあたっては、極力突沸が発生しないように注意する必要があった。試料の突沸を防止するために、減圧運転開始から所定真空度に達するまでの真空度を、溶媒の種類に応じた所定の減圧勾配で減圧する特許文献1のような制御方法も提案されている。 Furthermore, when concentrating a sample while controlling the degree of vacuum in a conventional rotary evaporator, gases (such as air) dissolved in the sample can suddenly foam, a phenomenon known as bumping. When this type of bumping occurs, the sample boils violently, forming droplets that flow into the collection flask along with the vapor. Therefore, care must be taken to prevent bumping as much as possible. To prevent sample bumping, a control method has been proposed, as shown in Patent Document 1, in which the vacuum is reduced at a predetermined reduction gradient depending on the type of solvent from the start of vacuum operation until a predetermined degree of vacuum is reached.

特開平8-89705号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 8-89705

しかしながら、従来の真空コントローラーは、装置設計の都合上、圧力センサが当該真空コントローラーの内部に存在するため、蒸留フラスコ内の液体の蒸発直後の蒸気圧を測定しておらず、蒸気が冷却器で冷却された後の値、つまり蒸発直後の実測値よりも緩やかな値の蒸気圧を表示する。そのため、蒸留フラスコ内の蒸気の正確な飽和蒸気圧が測定できていない。また、突沸を起こしやすい液体や発泡性を有する液体に関しては、突沸や発泡による気泡発生のために、沸点検知に誤作動が生じる可能性があり、正確な蒸発プロセスをたどれない可能性が危惧されている。 However, due to the design of the device, conventional vacuum controllers have a pressure sensor located inside the vacuum controller, so they do not measure the vapor pressure immediately after the liquid in the distillation flask evaporates. Instead, they display the value after the vapor has been cooled in the cooler, i.e., a value that is slower than the actual value measured immediately after evaporation. As a result, it is not possible to accurately measure the saturated vapor pressure of the vapor in the distillation flask. Furthermore, with liquids that are prone to bumping or foaming, the boiling point detection may malfunction due to the generation of bubbles caused by bumping or foaming, raising concerns that the evaporation process may not be accurately tracked.

また、特許文献1のような勾配制御については、勾配時間が長いため実用的でない場面もあり、試料よって、勾配制御のカスタマイズ化が必要な場合があった。 Furthermore, gradient control such as that described in Patent Document 1 is sometimes impractical due to the long gradient time, and customization of gradient control may be necessary depending on the sample.

そこで、本発明は、ロータリーエバポレーターの蒸発部(蒸発フラスコ)から発生する蒸気の飽和蒸気圧温度(減圧下での沸点)を、蒸発部分のすぐ近くで測定し、より正確に飽和蒸気圧温度を測定、制御することができる、ロータリーエバポレーターの制御方法を提供することを目的としている。 The present invention aims to provide a method for controlling a rotary evaporator that measures the saturated vapor pressure temperature (boiling point under reduced pressure) of vapor generated from the evaporation section (evaporation flask) of the rotary evaporator in close proximity to the evaporation section, enabling more accurate measurement and control of the saturated vapor pressure temperature.

上記目的を達成するため、本発明のロータリーエバポレーターの制御方法は、溶液の入った蒸発フラスコをモータ駆動で回転するとともに該蒸発フラスコ内の試料溶液を真空吸引する一方で恒温加熱することにより、該試料溶液を濃縮するロータリーエバポレーターの制御方法であって、恒温水槽で恒温加熱されている蒸発フラスコ内の試料溶液の蒸気温度を、当該蒸発フラスコ内に設けられたセンサによって検出して、前記センサによって検出される検出温度が、恒温水槽の温度と冷却水の温度の間で設定される蒸気設定温度よりも一定温度高い状態になった場合、電磁弁が開き、真空ポンプによる真空吸引を行うことで、蒸気温度を低下させ、前記検出温度が前記蒸気設定温度よりも一定温度低い状態になった場合、電磁弁が閉じ、真空ポンプによる真空吸引を停止することで、蒸気温度を上昇させ、これらを繰り返す繰返制御によって濃縮プロセスを継続させることを特徴とするものである。 To achieve the above-mentioned objective, the present invention provides a method for controlling a rotary evaporator that concentrates a sample solution by rotating an evaporating flask containing a solution using a motor and vacuum-suctioning the sample solution in the evaporating flask while constantly heating the evaporating flask. The method detects the vapor temperature of the sample solution in the evaporating flask, which is heated at a constant temperature in a constant-temperature water bath, using a sensor installed in the evaporating flask. When the detected temperature detected by the sensor reaches a certain temperature higher than a set vapor temperature, which is set between the temperature of the constant-temperature water bath and the temperature of the cooling water, a solenoid valve opens and a vacuum pump performs vacuum suction, thereby lowering the vapor temperature. When the detected temperature reaches a certain temperature lower than the set vapor temperature, the solenoid valve closes and the vacuum pump stops vacuum suction, thereby raising the vapor temperature. This repeated control continues the concentration process.

また、前記繰返制御の前処理工程として、前記検出温度と前記蒸気設定温度よりも高い場合には、前記恒温水槽に前記蒸発フラスコを浸すのを中止し、前記真空ポンプによる真空吸引のみを行い、初期沸騰を開始させてから、前記恒温水槽に前記蒸発フラスコを浸し、前記検出温度が前記蒸気設定温度よりも低い場合には、前記恒温水槽に前記蒸発フラスコを浸したまま、前記真空ポンプによる真空吸引を停止し、前記検出温度が前記蒸気設定温度よりも高くして、前記真空ポンプによる真空吸引を再開し、初期沸騰を開始させることを特徴とするものである。 Furthermore, as a pre-processing step of the repetitive control, if the detected temperature is higher than the steam set temperature, the evaporation flask is no longer immersed in the thermostatic water bath, and only vacuum suction by the vacuum pump is performed, initial boiling is initiated, and then the evaporation flask is immersed in the thermostatic water bath; if the detected temperature is lower than the steam set temperature, vacuum suction by the vacuum pump is stopped while the evaporation flask is immersed in the thermostatic water bath, the detected temperature is raised to a temperature higher than the steam set temperature, vacuum suction by the vacuum pump is resumed, and initial boiling is initiated.

本発明のロータリーエバポレーターの制御方法によれば、蒸発フラスコ内の液面近くに温度センサを設けているので、発生する蒸気の飽和蒸気圧温度をより正確に測定し、装置全体を適切に操作することができる。突沸性や発泡性を有する液体を対象とする場合にも、突沸が起こるのを防止することができる。 The rotary evaporator control method of the present invention installs a temperature sensor near the liquid surface in the evaporating flask, allowing for more accurate measurement of the saturated vapor pressure temperature of the generated vapor and appropriate operation of the entire device. Even when using liquids that tend to bump or foam, bumping can be prevented.

本発明の方法を適用可能なロータリーエバポレーターの一形態例を示す図である。FIG. 1 is a diagram showing an example of a rotary evaporator to which the method of the present invention can be applied. エタノールを試料溶液として、真空ポンプ(ダイアフラムポンプ)でロータリーエバポレーター装置内の吸引を行った場合の各種状態を示す図である。FIG. 1 is a diagram showing various states when ethanol is used as a sample solution and suction is performed inside a rotary evaporator device using a vacuum pump (diaphragm pump). 図2の一部を詳細に示した図である。FIG. 3 is a detailed view of a portion of FIG. 2; エタノールを試料溶液として、本発明の制御方法を適用した場合の真空度と上記温度の状態を示す図である。FIG. 10 is a diagram showing the state of the degree of vacuum and the temperature when the control method of the present invention is applied using ethanol as a sample solution.

以下、本発明の方法を適用可能なロータリーエバポレーターの一形態例を図面に基づいて説明する。図1は、上記ロータリーエバポレーターの概略を示すものであり、試料溶液の入った蒸発フラスコ1が、昇降可能なスタンド2に設けられた駆動部3により回転可能に保持されており、蒸発フラスコ1がヒータ内蔵の恒温水槽4中に浸漬されている。 An example of a rotary evaporator to which the method of the present invention can be applied is described below with reference to the drawings. Figure 1 shows an outline of the rotary evaporator. An evaporating flask 1 containing a sample solution is rotatably held by a drive unit 3 attached to a stand 2 that can be raised and lowered, and the evaporating flask 1 is immersed in a thermostatic water bath 4 with a built-in heater.

この蒸発フラスコ1には、駆動部3を介して凝縮管5が接続されており、当該凝縮管5の内部には、冷却管7が配設され、その下部には、凝縮した溶媒等を回収する回収用フラスコ6と、真空ポンプ8に接続された排気口9とが設けられている。 A condenser tube 5 is connected to this evaporating flask 1 via a drive unit 3. A cooling tube 7 is disposed inside the condenser tube 5, and at its bottom is a recovery flask 6 for recovering condensed solvent, etc., and an exhaust port 9 connected to a vacuum pump 8.

上記排気口9と真空ポンプ8との間には、真空度表示モニター10及び電磁弁11が設けられており、蒸気温度に応じて電磁弁11が開閉制御され、真空ポンプ8によってエバポレーター内部が真空吸引されるようになっている。なお、電磁弁11と真空ポンプ8との間には通気用ニードルバルブ12が備えられており、必要に応じて真空状態を調整するための通気がなされるようになっている。 A vacuum level display monitor 10 and a solenoid valve 11 are provided between the exhaust port 9 and the vacuum pump 8. The solenoid valve 11 is controlled to open and close depending on the steam temperature, allowing the vacuum pump 8 to suction the inside of the evaporator. A vent needle valve 12 is also provided between the solenoid valve 11 and the vacuum pump 8, allowing ventilation to adjust the vacuum state as needed.

また、蒸発フラスコ1内には、当該フラスコ内の蒸気温度を検出する蒸気温度検出用センサ13が設けられている。また、電磁弁11と温度コントローラー14及び継電器15が接続されており、電磁弁11の開閉や継電器15の起動によって、真空度が制御され、蒸気温度が調整されるようになっている。 The evaporating flask 1 is also equipped with a steam temperature sensor 13 that detects the steam temperature inside the flask. The solenoid valve 11 is connected to a temperature controller 14 and a relay 15, and the degree of vacuum is controlled and the steam temperature is adjusted by opening and closing the solenoid valve 11 and activating the relay 15.

以上のように構成されたロータリーエバポレーターを用いて、本発明の制御方法は、以下のようにして行われる。 Using a rotary evaporator configured as described above, the control method of the present invention is carried out as follows.

試料溶液の入った蒸発フラスコ1を駆動部3でモータ駆動により回転するとともに該蒸発フラスコ1内の試料溶液を本発明の制御装置である蒸気温度制御による真空コントローラーによる真空下で恒温加熱することにより上記試料溶液を濃縮する上で、恒温水槽4を加熱するヒータと、蒸発フラスコ1を回転駆動させる駆動部3である回転駆動用モータと、該蒸発フラスコ1内を真空に保つための電磁弁11とを制御する上記制御装置を設け、恒温水槽4で恒温加熱されている蒸発フラスコ1内の試料溶液の蒸気温度を、当該蒸発フラスコ1内に設けられた蒸気温度検出用センサ13によって検知し、該蒸気温度を上記制御装置によって電磁弁11の開閉等で、自動的に蒸気温度と真空度と制御しながら、試料溶液の濃縮プロセスを、試料溶液が濃縮乾固されるまで継続する。 The evaporating flask 1 containing the sample solution is rotated by a motor using a drive unit 3, and the sample solution in the evaporating flask 1 is heated at a constant temperature under vacuum using a vapor temperature-controlled vacuum controller, which is the control device of the present invention, thereby concentrating the sample solution. The control device controls the heater that heats the constant temperature water bath 4, the rotation drive motor that is the drive unit 3 that rotates the evaporating flask 1, and the solenoid valve 11 that maintains a vacuum inside the evaporating flask 1. The vapor temperature of the sample solution in the evaporating flask 1, which is heated at a constant temperature in the constant temperature water bath 4, is detected by a vapor temperature detection sensor 13 installed in the evaporating flask 1, and the control device automatically controls the vapor temperature and vacuum by opening and closing the solenoid valve 11, etc., while the sample solution concentration process continues until the sample solution is concentrated to dryness.

この際に、まず、蒸発フラスコ1内の試料溶液を濃縮する際に生じる蒸気の温度を、なるべく蒸気の発生部分(試料容器の液面)の近くで、蒸気温度検出用センサ13によって検出する。濃縮プロセスが進行して、蒸発フラスコ1内の液量がわずかになってくると、蒸気温度は上昇し始めるので、濃縮プロセスの終点を予測できるようになる。例えば、設定温度から任意の温度(例えば、5℃)上昇した点を上限点として、電磁弁11を制御して濃縮プロセスの運転を停止することで、試料溶液が完全に濃縮乾固されたものとみなすことができる。 First, the temperature of the vapor generated when concentrating the sample solution in the evaporating flask 1 is detected by the vapor temperature detection sensor 13, as close as possible to the point where the vapor is generated (the liquid surface in the sample container). As the concentration process progresses and the amount of liquid in the evaporating flask 1 decreases, the vapor temperature begins to rise, making it possible to predict the end point of the concentration process. For example, by controlling the solenoid valve 11 to stop the concentration process at a point where the temperature has risen by any desired temperature (e.g., 5°C) above the set temperature, the sample solution can be considered to have been completely concentrated and dried.

ここで、試料溶液が完全に濃縮乾固されるまでの具体的な制御方法を詳述する前に、突沸という現象について詳述する。エタノールを試料溶液として、真空制御を行わずに、真空ポンプ(ダイアフラムポンプ)で装置内の吸引を行いながらロータリーエバポレーターを使用した場合の圧力等の各種状態を図2に示す。図3は、図2の一部を詳細に示した図である。従来のロータリーエバポレーターの使用においては、恒温水槽4、凝縮管5の冷却水循環装置の温度を設定し、それぞれの設定温度に到達すると、ロータリーエバポレーターを所定の回転数に調整して、蒸発フラスコ1を恒温水槽4に浸さない状態で真空ポンプを作動させ、蒸発フラスコ1内の真空度がある程度下がった時点で、蒸発フラスコ1を恒温水槽4に浸して蒸発操作を開始させるのが一般的である。このとき、蒸発フラスコ1内の試料溶液をエタノールとして、装置の運転を進行させると、蒸発フラスコ内の飽和蒸気圧、すなわち系内の真空度は、図2の「操作圧力」に示される様な挙動を示す。 Before describing the specific control method for completely concentrating and drying the sample solution, we will first discuss the phenomenon of bumping. Figure 2 shows various conditions, such as pressure, when a rotary evaporator is used with ethanol as the sample solution and without vacuum control, while suctioning the inside of the apparatus using a vacuum pump (diaphragm pump). Figure 3 is a detailed diagram of a portion of Figure 2. In conventional rotary evaporators, the temperatures of the constant-temperature water bath 4 and the cooling water circulator for the condenser tube 5 are set. Once the respective set temperatures are reached, the rotary evaporator is adjusted to the specified rotation speed, and the vacuum pump is activated without immersing the evaporating flask 1 in the constant-temperature water bath 4. Once the vacuum level in the evaporating flask 1 has dropped to a certain level, the evaporating flask 1 is immersed in the constant-temperature water bath 4, and the evaporation operation begins. When the sample solution in the evaporating flask 1 is ethanol and the apparatus is operated, the saturated vapor pressure in the evaporating flask, i.e., the vacuum level in the system, behaves as shown in the "Operating Pressure" column of Figure 2.

前述したように、系内の真空度が低下した状態で、蒸発フラスコ1を恒温水槽4に浸すことにより、蒸発フラスコ内1の蒸気温度は恒温水槽4からの加熱によって上昇し、その後、系内の真空度(操作圧力)が飽和蒸気圧に到達すると、内部に蓄積された熱エネルギーが一気に放出されて蒸発が起こり、液中から泡が生じる。この状態が突沸である。特に、試料溶液が発泡性である場合は、真空度が飽和蒸気圧に到達する時点で発泡が生じ、その発泡に付随して突沸が生じやすい(図2の「突沸が生じやすい」領域)。 As mentioned above, when the degree of vacuum in the system is reduced, immersing the evaporating flask 1 in the thermostatic water bath 4 causes the vapor temperature in the evaporating flask 1 to rise due to the heat from the thermostatic water bath 4. Then, when the degree of vacuum (operating pressure) in the system reaches saturated vapor pressure, the thermal energy accumulated inside is suddenly released, causing evaporation and the formation of bubbles in the liquid. This condition is called bumping. In particular, if the sample solution is foaming, foaming will occur when the degree of vacuum reaches saturated vapor pressure, and bumping is likely to occur along with the foaming (the "bumping prone" region in Figure 2).

図3により更に説明すると、上記の様に、真空ポンプ8による真空吸引により、装置内は、「操作圧力」に示されているように減圧される。その減圧に伴って、試料溶液の沸点(操作圧力下での沸点)も降下する。当該降下した沸点と試料温度(センサが検知する蒸気温度)が同一となる時、試料溶液は沸騰する。この時点でそれまでに蓄積されていた熱エネルギーが放出されるので、蒸気温度が上がり、蒸発量が多くなり、想定外の突沸(沸騰)が起こりやすくなる(図3の●部分付近)。ここで、一般的な真空ポンプを用いた場合、一定速度での吸引を継続するので、装置内の真空度は増し、沸点も降下するが、試料温度に対応する飽和蒸気圧に到達するまで、試料温度は下降しない故に、試料の飽和蒸気圧の真空度に到達しても、沸騰に僅かな遅れが生じるため、真空ポンプによって、真空度は下がり過ぎてしまう故に、試料液は、設定温度の飽和蒸気圧に戻そうと激しく沸騰を始める。しかし、この沸騰は激しすぎて、蒸発1より大きく膨らみ過ぎて、未沸騰状態の試料液も含めて、激しく受けフラスコ6側に排出され、蒸発フラスコ1側の液はほとんど移動してしまう試料が存在する。この過熱・過真空状態を避けることができれば、試料溶液の突沸を生じずに濃縮プロセスを最後まで行うことができるようになる。 Explaining further with reference to Figure 3, as described above, the vacuum pump 8 reduces the pressure inside the device as shown in the "Operating Pressure" column. This reduction in pressure also lowers the boiling point of the sample solution (the boiling point under the operating pressure). When the reduced boiling point and the sample temperature (the vapor temperature detected by the sensor) become equal, the sample solution begins to boil. At this point, the accumulated heat energy is released, raising the vapor temperature and increasing the amount of evaporation, making unexpected bumping (boiling) more likely (near the black dot in Figure 3). When a typical vacuum pump is used, the device continues to draw air at a constant speed, increasing the vacuum inside the device and lowering the boiling point. However, the sample temperature does not decrease until the saturated vapor pressure corresponding to the sample temperature is reached. Therefore, even when the vacuum corresponding to the saturated vapor pressure of the sample is reached, there is a slight delay in boiling. As a result, the vacuum is reduced too much by the vacuum pump, and the sample solution begins to boil vigorously in an attempt to return to the saturated vapor pressure at the set temperature. However, this boiling is so intense that it swells more than evaporation 1, and the unboiled sample liquid is violently ejected into receiving flask 6, with most of the liquid in evaporation flask 1 moving. If this overheating and excessive vacuum can be avoided, the concentration process can be completed without bumping of the sample solution.

本発明におけるロータリーエバポレーターの制御方法は、特に発泡性・突沸性の強い試料の場合には、突沸を生じさせずに初期沸騰を開始させる前処理工程を実施し、その後、蒸気温度検出用センサ13によって検出された温度(検出温度)と設定温度とを比較しながら電磁弁11の開閉制御をすることで、安定的に制御するものである。 The rotary evaporator control method of the present invention involves a pretreatment process to initiate initial boiling without causing bumping, particularly in the case of samples with strong foaming and bumping tendencies, and then controls the opening and closing of the solenoid valve 11 while comparing the temperature detected by the vapor temperature detection sensor 13 (detected temperature) with the set temperature, thereby achieving stable control.

本発明においては、まず、要求されている蒸気温度を設定する(蒸気設定温度)。それに合わせて、恒温水槽4の温度と冷却水の温度を設定する(例えば、恒温水槽4の温度が40℃、冷却水の温度が5℃のとき、設定温度は20℃。)。 In the present invention, the required steam temperature is first set (steam set temperature). The temperature of the constant temperature water bath 4 and the cooling water temperature are then set accordingly (for example, if the temperature of the constant temperature water bath 4 is 40°C and the temperature of the cooling water is 5°C, the set temperature is 20°C).

次に、前処理工程について説明する。例えば図3の●部分付近のような突沸が生じやすい領域では、非加熱状態に近い空中で、この状態の温度よりも沸点がゆっくり下がるように制御していれば、突沸・発泡を防止できるのである。 Next, we will explain the pre-treatment process. For example, in areas where bumping is likely to occur, such as near the ● part in Figure 3, bumping and foaming can be prevented by controlling the boiling point so that it drops slowly below the temperature in air that is close to unheated.

検出温度が蒸気設定温度よりも高い場合には、試料溶液の突沸が生じやすい状態であるものと解して、恒温水槽4に蒸発フラスコ1を浸すのを中止し、真空ポンプ8による真空吸引のみを行うようにする。発泡性・突沸性の強い試料の場合には、試料溶液の温度と蒸気設定温度が1℃以上あるときは、蒸気設定温度を試料溶液温度に近づけて、(0~0.5℃高くして)、その後、試料溶液の沸騰が確認できたら(初期沸騰が開始したら)、蒸気設定温度を所定の温度に再設定し、恒温水槽4に蒸発フラスコ1を浸して濃縮プロセスを継続する。 If the detected temperature is higher than the set steam temperature, it is assumed that the sample solution is in a state where bumping is likely to occur, so immersion of the evaporating flask 1 in the constant temperature water bath 4 is discontinued and only vacuum suction by the vacuum pump 8 is performed. For samples with strong foaming or bumping tendencies, if the difference between the sample solution temperature and the set steam temperature is 1°C or more, the set steam temperature is brought closer to the sample solution temperature (0-0.5°C higher), and then, once boiling of the sample solution is confirmed (initial boiling has begun), the set steam temperature is reset to the specified temperature, and the evaporating flask 1 is immersed in the constant temperature water bath 4 to continue the concentration process.

また、検出温度が蒸気設定温度よりも低い場合には、一度、恒温水槽4に蒸発フラスコを浸して、真空ポンプ8による真空吸引を停止して、試料溶液の液温を設定温度よりも0~0.5℃高くして、真空ポンプ8による真空吸引を行う。その後、試料溶液の沸騰が確認できたら、恒温水槽4に蒸発フラスコ1をゆっくり浸して濃縮プロセスを継続するようにする。この様にすることで、突沸や発泡を起こすことなく、試料溶液の濃縮プロセスを継続できる。 Also, if the detected temperature is lower than the set steam temperature, the evaporation flask is temporarily immersed in the thermostatic water bath 4, the vacuum suction by the vacuum pump 8 is stopped, the liquid temperature of the sample solution is raised by 0 to 0.5°C above the set temperature, and vacuum suction by the vacuum pump 8 is resumed. After that, once boiling of the sample solution is confirmed, the evaporation flask 1 is slowly immersed in the thermostatic water bath 4 to continue the concentration process. In this way, the concentration process of the sample solution can be continued without bumping or foaming.

なお、排気量の大きな真空ポンプ8を用いた場合、通気用ニードルバルブ12を調整して空気を少し入れることによって、試料の飽和蒸気圧に到達するまでの時間が調整できるので、初期沸騰開示時における突沸の発生を避けることができる。 When using a vacuum pump 8 with a large displacement, the time it takes for the sample to reach its saturated vapor pressure can be adjusted by adjusting the vent needle valve 12 to let in a small amount of air, thereby preventing bumping during the initial boiling process.

次に、上述のように初期沸騰を開始した後の濃縮プロセスを継続している際の制御方法について説明する。試料の沸騰が始まると、真空ポンプ8による減圧に伴って、試料溶液の温度(飽和蒸気圧での温度)も沸騰しながら降下する。検出温度と蒸気設定温度とが同一となる時、安定した制御が可能となる。すなわち、それまでに蓄積されていた熱エネルギーが放出されている状態なので、真空度は安定した蒸気温度に従属し、制御は継続できるのである。 Next, we will explain the control method used when continuing the concentration process after the initial boiling has begun as described above. When the sample begins to boil, the temperature of the sample solution (temperature at saturated vapor pressure) also drops as it boils due to the pressure reduction caused by the vacuum pump 8. When the detected temperature and the set vapor temperature become the same, stable control becomes possible. In other words, since the thermal energy that had been accumulated up to that point is being released, the degree of vacuum is dependent on the stable vapor temperature, and control can continue.

ここで、試料溶液の濃縮プロセスを行うための真空ポンプ8と電磁弁11の制御に関して、より詳細に説明する。真空ポンプ8は、検出温度が蒸気設定温度よりも一定温度(例えば0.1℃)高い状態になると電磁弁11が開き、真空吸引を行う。そうすると、ロータリーエバポレーターの系内の真空度は増すので、試料温度は下降することになる、ここで、検出温度が蒸気設定温度よりも一定温度(例えば0.1℃)低い状態になると、電磁弁11は閉じ、真空吸引は停止される。すると、蒸発フラスコ内の真空度は悪くなり、試料温度は上昇に転じる。これが繰り返し行って安定的に制御するものである。 Here, we will explain in more detail the control of the vacuum pump 8 and solenoid valve 11 used to concentrate the sample solution. When the detected temperature of the vacuum pump 8 reaches a certain temperature (e.g., 0.1°C) higher than the set vapor temperature, solenoid valve 11 opens and performs vacuum suction. This increases the degree of vacuum within the rotary evaporator system, causing the sample temperature to drop. When the detected temperature reaches a certain temperature (e.g., 0.1°C) lower than the set vapor temperature, solenoid valve 11 closes and vacuum suction is stopped. This causes the degree of vacuum within the evaporating flask to deteriorate, and the sample temperature begins to rise. This process is repeated to ensure stable control.

例えば、試料溶液をエタノールとし、恒温水槽4の温度を40℃±2℃、冷却水の温度を2~4℃、駆動部3の回転数120rpmとして、蒸気温度の設定温度を20℃、前記一定温度を0.1℃と設定し前処理工程をして蒸発開始をさせ、上記のように電磁弁11の開閉制御(繰返制御)を行った場合の結果を図4に示す。濃縮時間25分04秒において、エタノール試料400.58gに対して回収量399.05gとなり、99.6%の回収率となった。前記一定温度0.1℃の制御ではあるが、電磁弁の開閉等に応答遅れが生じ、蒸気温度が17.8.3℃~20.6℃の間で制御されている。また、この制御を行っている間、上記電磁弁11の開閉制御を一定時間行うことで、蒸発フラスコ1内部の真空吸引を断続的に行うことができ、この範囲の状態変化では、試料溶液の急激な状態変化を避けられるようになるので、安定的に濃縮プロセスを継続し、さらなる突沸を防止することが確認できた。 For example, the sample solution was ethanol, the temperature of the thermostatic water bath 4 was 40°C ± 2°C, the cooling water temperature was 2-4°C, the rotation speed of the drive unit 3 was 120 rpm, the vapor temperature was set to 20°C, the constant temperature was set to 0.1°C, and evaporation was initiated after the pretreatment process. The results are shown in Figure 4, where the solenoid valve 11 was opened and closed (repeated control) as described above. At a concentration time of 25 minutes and 4 seconds, 399.05 g of ethanol sample was recovered from 400.58 g, representing a recovery rate of 99.6%. Although the constant temperature was controlled at 0.1°C, there was a response delay in the solenoid valve opening and closing, resulting in the vapor temperature being controlled between 17.8.3°C and 20.6°C. Furthermore, by controlling the opening and closing of the solenoid valve 11 for a certain period of time while this control is being performed, it is possible to perform intermittent vacuum suction inside the evaporation flask 1. This range of state changes makes it possible to avoid sudden changes in the state of the sample solution, allowing the concentration process to continue stably and preventing further bumping.

また、蒸発が進行し、濃縮された残渣物が少なくなってくると、上述のような繰り返しの制御は不能となる検出温度は上昇するが、この状態は、濃縮の終了が近い現象であるため問題ない。図4においては、6℃程度上昇した段階で終了としているが、蒸気設定温度から例えば5℃上昇した場合、電磁弁11を自動的に閉じて濃縮プロセスの運転を停止することで、試料溶液が完全に濃縮乾固されたものとみなすこともできる。 Furthermore, as evaporation progresses and the amount of concentrated residue decreases, the detection temperature rises, making repeated control as described above impossible. However, this state is not a problem as it indicates that concentration is nearing completion. In Figure 4, the process is considered complete when the temperature has risen by approximately 6°C, but if the temperature rises by, for example, 5°C from the steam set temperature, the solenoid valve 11 automatically closes to stop the concentration process, and the sample solution can be considered to have been completely concentrated and dried.

なお、上記試料溶液としてエタノールを用いているが、その他の溶媒を用いても構わない。 Note that although ethanol is used as the sample solution above, other solvents may also be used.

1・・・蒸発フラスコ、2・・・スタンド、3・・・駆動部、4・・・恒温水槽、5・・・凝縮管、6・・・回収用フラスコ、7・・・冷却管、8・・・真空ポンプ、9・・・排気口、10・・・真空度表示モニター、11・・・電磁弁、12・・・通気用ニードルバルブ、13・・・蒸気温度検出用センサ、14・・・温度コントローラー、15・・・継電器 1. Evaporation flask, 2. Stand, 3. Drive unit, 4. Thermostatic water bath, 5. Condenser tube, 6. Recovery flask, 7. Cooling tube, 8. Vacuum pump, 9. Exhaust port, 10. Vacuum level display monitor, 11. Solenoid valve, 12. Vent needle valve, 13. Steam temperature sensor, 14. Temperature controller, 15. Relay

Claims (2)

試料溶液の入った蒸発フラスコをモータ駆動で回転するとともに該蒸発フラスコ内の試料溶液を真空吸引する一方で恒温加熱することにより、該試料溶液を濃縮するロータリーエバポレーターの制御方法であって、
恒温水槽で恒温加熱されている蒸発フラスコ内の試料溶液の蒸気温度を、当該蒸発フラスコ内に設けられたセンサによって検出して、
前記センサによって検出される検出温度が、恒温水槽の温度と冷却水の温度の間で設定される蒸気設定温度よりも一定温度高い状態になった場合、電磁弁が開き、真空ポンプによる真空吸引を行うことで、蒸気温度を低下させ、
前記検出温度が前記蒸気設定温度よりも一定温度低い状態になった場合、電磁弁が閉じ、真空ポンプによる真空吸引を停止することで、蒸気温度を上昇させ、
これらを繰り返す繰返制御によって濃縮プロセスを継続させるロータリーエバポレーターの制御方法。
A method for controlling a rotary evaporator that concentrates a sample solution by rotating an evaporating flask containing the sample solution by motor drive and vacuum-suctioning the sample solution in the evaporating flask while heating the sample solution at a constant temperature, comprising:
The vapor temperature of the sample solution in an evaporation flask, which is heated to a constant temperature in a constant temperature water bath, is detected by a sensor provided in the evaporation flask;
When the temperature detected by the sensor becomes higher by a certain temperature than the steam set temperature, which is set between the temperature of the constant temperature water bath and the temperature of the cooling water, the solenoid valve opens and the vacuum pump performs vacuum suction to lower the steam temperature.
When the detected temperature becomes lower than the steam set temperature by a certain temperature, the solenoid valve closes and the vacuum pump stops vacuum suction, thereby raising the steam temperature.
This is a method for controlling a rotary evaporator that continues the concentration process by repeating these steps.
前記繰返制御の前処理工程として、
前記検出温度と前記蒸気設定温度よりも高い場合には、前記恒温水槽に前記蒸発フラスコを浸すのを中止し、前記真空ポンプによる真空吸引のみを行い、初期沸騰を開始させてから、前記恒温水槽に前記蒸発フラスコを浸し、
前記検出温度が前記蒸気設定温度よりも低い場合には、前記恒温水槽に前記蒸発フラスコを浸したまま、前記真空ポンプによる真空吸引を停止し、前記検出温度が前記蒸気設定温度よりも高くして、前記真空ポンプによる真空吸引を再開し、初期沸騰を開始させることを特徴とする請求項1記載のロータリーエバポレーターの制御方法。
As a pre-processing step of the repetitive control,
If the detected temperature is higher than the steam set temperature, the evaporation flask is no longer immersed in the constant temperature water bath, and only vacuum suction by the vacuum pump is performed, and after initial boiling has started, the evaporation flask is immersed in the constant temperature water bath;
2. The method for controlling a rotary evaporator according to claim 1, wherein, when the detected temperature is lower than the set steam temperature, the vacuum suction by the vacuum pump is stopped while the evaporating flask is immersed in the thermostatic water bath, the detected temperature is raised to a level higher than the set steam temperature, and the vacuum suction by the vacuum pump is resumed to start initial boiling.
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