МИКРОВОЛНОВАЯ СИСТЕМА ПОДГОТОВКИ ПРОБ ДЛЯ ПРОВЕДЕНИЯ ХИМИЧЕСКОГО АНАЛИЗА Российский патент 2008 года по МПК G01N35/00 

Заявляемое изобретение относится к микроволновым системам подготовки проб различных органических и неорганических веществ, например пищевых продуктов, природных и сточных вод, лекарственных препаратов, почв и донных отложений, объектов, загрязненных нефтепродуктами, с целью дальнейшего проведения их химического анализа на содержание тяжелых металлов традиционными физико-химическими методами атомной абсорбции, полярографии, фотометрии.

Тяжелые металлы в большинстве перечисленных объектов находятся в связанном состоянии и образуют достаточно прочные органические комплексы, мешающие точному и воспроизводимому определению их содержания в исследуемых пробах. Поэтому перед любым физико-химическими анализом необходимо предварительно разрушить органическую составляющую пробы различными известными методами, например сухим озолением - сжиганием пробы в муфельных печах, и мокрым озолением - нагреванием с кислотами-окислителями на плитке.

В мире за последние 15 лет наибольшее развитие получило мокрое озоление проб различными кислотами в открытых и закрытых контейнерах с использованием СВЧ-энергии.

В настоящее время по данным сети Интернет известно два мировых лидера в производстве микроволновых систем пробоподготовки открытого и закрытого типа (www.ropnet.ru).

Одним из таких производителей является американская компания СЕМ Corporation, выпускающая различные микроволновые системы пробоподготовки открытого типа (модель STARplus) и закрытого типа (модель MARS Xpress) (www.zhdanov.ru/classified-catalogue/c-companies/cem_corporation.htm;

www.analyt.ru/center.php?newwin=1&chp=showgood&num=233; www.analyt.ru/center.php?newwin=1&chp=showgood&num=232).

Модель открытого типа STARplus идеально подходит для подготовки проб из пищевых продуктов и других веществ с высоким содержанием органических соединений. Модель STARplus дает возможность одновременно разлагать разные образцы по разным методикам (программам). Система управления этой моделью не содержит внешнего компьютера, а имеет встроенную память для хранения 20 различных программ разложения пробы, что позволяет воспроизводить условия разложения простым нажатием кнопки на панели управления прибора.

Модель закрытого типа MARS Xpress позволяет производить разложение до 40 одинаковых образцов одновременно при температуре до 260°С и давлении 34 атмосферы, а также контролировать температуру и давление в каждом контейнере с пробой посредством управления мощностью магнетрона. Система управления и система разложения пробы в приборе MARS Xpress выполнена конструктивно как единое целое, и позволяет в режиме реального времени передавать на стационарный компьютер данные о протекании реакции разложения проб, имеется также возможность распечатывать эти данные на принтере.

Проведение процесса разложение пробы в герметичных контейнерах в закрытой системе MARS Xpress при высокой температуре и высоком давлении увеличивает сложность контроля за процессом пробоподготовки, что уменьшает безопасность системы в результате возможного выхода из-под контроля процесса протекания реакции.

Известна также система пробоподготовки закрытого типа (модель MARS5) (www.analyt.ru/center.php?newwin=1&chp=showgood&num=231) производства американской компании СЕМ Corporation, в которой контроль температуры и давления в реакционном контейнере осуществляется с помощью специальных датчиков. Обратная связь датчиков с магнетроном позволяет регулировать подаваемую мощность и обеспечивает максимально точное воспроизведение задаваемых условий разложения проб. Устройство снабжено аварийной системой отключения магнетрона.

Управление системой пробоподготовки MARS 5 включает в себя встроенный дисплей и клавиатуру, выполненные конструктивно как единое целое с корпусом СВЧ-печи. Дисплей отображает как текстовую информацию о заданных и текущих параметрах процесса, так и графики зависимости температуры и давления от времени в реакционном контейнере. В памяти устройства управления хранится до 100 программ, что позволяет задавать условия подготовки проб и осуществлять полный контроль ее параметров (времени, мощности излучения, температуры, давления) без использования внешнего компьютера.

Американская компания СЕМ Corporation владеет несколькими патентами на микроволновые системы подготовки проб, например, патент USA №6521876 опубл. 18.02.2003, патент USA №6566637 опубл. 20.05.2003, патент USA №4565669 опубл. 21.01.1986, патент USA №6917023 опубл. 12.07.2005, патент заявка USA №2004/0260059 опубл. 23.12.2004, в которых система управления выполнена в виде единого конструктива с СВЧ-печью или в виде отдельного стационарного компьютерного блока, вынесенного из микроволновой системы пробоподготовки.

Вторым известным производителем микроволновых систем пробоподготовки открытого и закрытого типа является итальянская фирма Milestone, которая владеет многочисленными патентами на ключевые технические решения. Например, известен патент USA №6455317, опубл. 24.09.2002, в котором описана микроволновая система пробоподготовки, содержащая СВЧ-печь, внутри которой устанавливается несколько герметичных контейнеров с пробами, имеется встроенная система управления с пользовательским интерфейсом, выбранная за прототип.

Известны различные системы пробоподготовки производства итальянской фирмы Milestone, которые продаются на территории России, например микроволновая система кислотного разложения проб, в которой система управления выполнена в виде выносного отдельного блока с проводным интерфейсом, соединенным с микроволновой системой (www.ropnet.ru/zhdanov/microwave-digestion-equipment2.htm; www.linolab.ru/Katalog_tovarov/Laboratornoe_oborudovanie_i_pribory/Oboryu...; www.ccsservices.ru/Milestone/Milestone3.html).

В описанных выше аналогах микроволновых систем подготовки проб для химического анализа системы управления пробоподготовкой выполнены в стандартном исполнении: или в виде системы управления, выполненной конструктивно как единое целое с микроволновой системой разложения пробы, или в виде выносного отдельного блока с проводным интерфейсом, соединенным с микроволновой системой.

Недостатком таких систем управления является необходимость постоянного присутствия оператора в опасной зоне проведения технологического процесса пробоподготовки, а также неудобство пользования для оператора, связанное с тем, что ему одновременно необходимо запоминать функциональное назначение большого количества клавиш в системе управления.

Кроме того, для полного отображения информации о протекании химической реакции разложения пробы в микроволновой системе в системах-аналогах необходимо дополнительно подключать стационарный компьютер.

Кроме того, системы-аналоги не позволяют производить разложение таких видов проб, которые не входят в стандартный программный пакет системы управления микроволновой системы пробоподготовки и не дают возможности оператору перенастраивать стандартный программный пакет системы пробоподготовки, если требуется провести разложение пробы, не предусмотренной стандартным программным пакетом системы управления пробоподготовкой.

Процесс микроволновой подготовки различных проб представляет собой сложный и опасный физико-химический процесс, происходящий при нагревании герметичных контейнеров с пробами с добавлением ядовитых кислот до высоких температурах порядка 300°С, при этом при нагревании пробы в контейнере создается давление около 35 атм.

В связи с этим возникает потребность в создании дистанционных систем управления микроволновыми системами пробоподготовки, которые позволяют оператору управлять процессом пробоподготовки, находясь на безопасном расстоянии от микроволновой системы, а также снабжать дистанционные пульты управления удобным графическим интерфейсом, имеющим возможность отображать протекающий процесс разложения пробы в динамическом режиме, а также с помощью дистанционного пульта управления обеспечить ручной режим управления процессом протекания реакции разложения пробы.

Для создания систем дистанционного управления микроволновыми системами пробоподготовки целесообразно использовать карманные компьютеры класса Pocket PC, позволяющие разработчику программного обеспечения создать удобный пользовательский интерфейс для надежного управления сложным химическим оборудованием даже оператором, имеющим средний уровень квалификации.

Известны системы дистанционного управления устройствами бытовой техники и компьютерными системами, так называемый «умный дом», в состав дистанционно-управляемой бытовой техники которой входит в том числе и бытовая СВЧ-печь, например, патент России №2127019, дата приоритета 01.08.1997 и патент США №6924469, опубл. 02.08.2005, патент США №6892545, опубл. 17.05.2005, патент США №6936802, опубл. 30.08.2005, патент США №6985779, опубл. 10.01.2006.

Известен беспроводный пульт дистанционного управления фирмы "Dactron", реализованный на карманном компьютере стандарта Pocket PC, предназначенный для управления физическим процессом, а именно, для дистанционного управления контроллерами вибростенда (www.lds.novatest.ru/pages/26/html).

Задачей заявляемого изобретения является создание беспроводного дистанционного устройства управления микроволновой системой пробоподготовки для проведения химического анализа, реализованного на базе карманного компьютера стандарта Pocket PC, имеющего удобный графический интерфейс, отображающий протекающий процесс разложения пробы в динамическом режиме. Заявляемое устройство дистанционного управления позволит оператору управлять процессом пробоподготовки, находясь на безопасном расстоянии от микроволновой системы, а также с помощью дистанционного пульта управления обеспечить ручной режим управления процессом разложения пробы.

Поставленная задача решается тем, что в микроволновой системе подготовки проб для проведения химического анализа, содержащей магнетрон, соединенный с рабочей камерой, имеющей защитную дверь, внутри рабочей камеры на подвижном штативе, соединенным с шаговым двигателем, установлены герметичные контейнеры с пробами, подсоединенные к датчику давления, и микроконтроллерную систему управления, соединенную через шину управления с блоками управления: магнетрона, шагового двигателя, датчиком блокировки двери, блоком индикации работы системы пробоподготовки, датчиком давления, при этом микроконтроллерная система управления, блок управления магнетроном, блок управления шаговым двигателем, шаговый двигатель, датчик давления, датчик блокировки двери и блок индикации работы системы пробоподготовки соединены с первым источником питания. Новым в заявляемой микроволновой системе подготовки проб является то, что микроконтроллерная система управления дополнительно содержит первый последовательный интерфейс приема-передачи данных, а микроволновая система подготовки проб дополнительно снабжена первым блоком приема-передачи данных по радиоканалу, включающим первый радиоприемник-передатчик, первый микроконтроллер, второй последовательный интерфейс приема-передачи данных, соединенный с первым источником питания и через первую шину передачи данных соединенный с первым последовательным интерфейсом приема-передачи данных микроконтроллерной системы управления, а также пульт дистанционного управления, реализованный на базе карманного компьютера класса Pocket PC, со вторым источником питания, пульт дистанционного управления снабжен вторым блоком приема-передачи данных по радиоканалу, включающим второй радиоприемник-передатчик, второй микроконтроллер и третий последовательный интерфейс приема-передачи данных, при этом второй блок приема-передачи данных по радиоканалу соединен через радиоканал с первым блоком приема-передачи данных по радиоканалу, а третий последовательный интерфейс приема-передачи данных соединен с четвертым последовательным интерфейсом приема-передачи данных через вторую шину передачи данных, при этом четвертый последовательный интерфейс приема-передачи данных соединен с блоком обработки данных, принятых по радиоканалу, который соединен с блоком контроля давления, блоком контроля мощности магнетрона и счетчиком времени, которые соединены с системой дистанционного управления, при этом пульт дистанционного управления снабжен клавиатурой, соединенной с блоком выбора программы проведения реакции, который соединен с блоком ручного режима проведения реакции и блоком стандартного режима проведения реакции, причем блок стандартного режима проведения реакции соединен с библиотекой программ стандартных режимов, при этом блок выбора программы проведения реакции соединен с системой дистанционного управления, которая соединена также с блоком команд управления, а блок команд управления соединен с четвертым последовательным интерфейсом приема-передачи данных, при этом система дистанционного управления соединена также с интерфейсом вывода данных на экран, который в свою очередь соединен с экраном оператора.

Заявленное изобретение поясняется чертежами.

Фиг.1 - представлен общий вид микроволновой системы подготовки проб для проведения химического анализа с дистанционным пультом управления;

Фиг.2 - представлен общий вид микроволнового устройства для подготовки проб с открытой защитной дверью и герметичными контейнерами с пробами в аксонометрии со снятыми боковой и верхней стенками рабочей камеры;

Фиг.3 - представлена функциональная схема микроволновой системы подготовки проб для проведения химического анализа с дистанционным пультом управления.

Фиг.4 - представлена функциональная схема микроволнового устройства для подготовки проб;

Фиг.5 - представлена функциональная схема пульта дистанционного управления;

Фиг.6 - представлен алгоритм работы микроволновой системы подготовки проб для проведения химического анализа;

Фиг.7 - представлен стандартный вид экрана оператора в стандартном режиме проведения химической реакции пробоподготовки;

Фиг.8 - представлен вид экрана оператора при ручном режиме проведения химической реакции пробоподготовки;

Фиг.9 - представлен вид экрана оператора в режиме просмотра архива проведенных химических реакций пробоподготовки.

Заявляемая микроволновая система подготовки проб для проведения химического анализа состоит из дистанционного пульта управление 1 и собственно микроволнового устройства для подготовки проб 2, связанных друг с другом по радиоканалу передачи данных 3 посредством беспроводной связи, которая может быть организована по технологии Bluetooth (www.bluetooth.org) или технологии Wi-Fi (www.wi-fi.org). Микроволновое устройство для подготовки проб содержит магнетрон 4, соединенный с рабочей камерой 5, имеющей защитную дверь 6. Внутри рабочей камеры 5 на подвижном штативе 7, соединенном с шаговым двигателем 8, установлены герметичные контейнеры с пробами 9, снабженные датчиком давления 10 (Фиг.1, 2, 3, 4).

Датчик давления 10 производит измерения давления в герметичных контейнерах с пробами 9 и выдает измеренные значения давления в аналоговом виде в микроконтроллерную систему управления 11.

Микроконтроллерная система управления 11 соединена через шину управления 12 с блоком управления магнетроном 13, блоком управления шаговым двигателем 14, датчиком блокировки двери 15, блоком индикации работы системы пробоподготовки 16 и датчиком давления 10.

Микроконтроллерная система управления 11 по шине управления 12 связана со всеми управляемыми блоками в микроволновом устройстве для подготовки проб 2 и осуществляет контроль и мониторинг блока управления магнетроном 13, блоком индикации работы системы пробоподготовки 16, блоком управления шаговым двигателем 14, датчиком блокировки двери 15 и датчиком давления 10.

Блок управления магнетроном 13 осуществляет регулировку мощности излучаемой СВЧ-энергии и позволяет в широких пределах регулировать скорость нагрева проб, находящихся в герметичных контейнерах 9, и ускорять процесс их разложения.

Блок индикации работы системы пробоподготовки 16 позволяет визуально отображать текущее состояние процесса проведения химической реакции пробоподготовки, процесс обмена данными между пультом дистанционного управления 1 и микроволновым устройством для подготовки проб 2, а также текущее значение излучаемой мощности магнетрона 4. Блок индикации работы системы пробоподготовки 16 позволяет также отображать ошибки по проведению химической реакции разложения пробы, такие, например, как разгерметизация контейнеров с пробами 9 или превышение допустимого давления в герметичных контейнерах с пробами 9. Датчик блокировки двери 15, срабатывая при открывании защитной двери 6, отключает магнетрон 4 от первого источника питания 17.

Микроконтроллерная система управления 11 может быть реализована, например, на базе микроконтроллеров ATmega8 производства фирмы "Atmel", США. Микроконтроллерная система управления 11, блок управления магнетроном 13, блок управления шаговым двигателем 14, шаговый двигатель 8, датчик давления 10, датчик блокировки двери 15 и блок индикации работы системы пробоподготовки 16 соединены с первым источником питания 17.

Блок управления шаговым двигателем 14 осуществляет управление работой шагового двигателя 8, регулируя вращение штатива 7 и соответственно положение герметичных контейнеров с пробами 9 внутри рабочей камеры 5, изменяя при этом положение герметичных контейнеров с пробами 9 в СВЧ-поле. Блок управления шаговым двигателем 14 может быть реализован на микросхемах L297 и L298 производства фирмы SGS Thomson.

Микроконтроллерная система управления 11 дополнительно содержит первый последовательный интерфейс 18. Микроволновое устройство для подготовки проб дополнительно снабжено первым блоком приема-передачи данных по радиоканалу 19.

Первый блок приема-передачи данных по радиоканалу 19 включает первый радиоприемник-передатчик 20, первый микроконтроллер 21, второй последовательный интерфейс приема-передачи данных 22, соединенный с первым источником питания 17 и через первую шину передачи данных 23 с первым последовательным интерфейсом приема-передачи данных 18 микроконтроллерной системы управления 11.

На Фиг.5 представлена функциональная схема пульта дистанционного управления 1, реализованного на базе карманного компьютера Pocket PC со вторым источником питания 24. Для реализации настоящего изобретения можно использовать карманный компьютер Pocket PC производства Hewlet-Packard или Fujitsu-Siemens.

Пульт дистанционного управления 1 снабжен вторым блоком приема-передачи данных по радиоканалу 25. Второй блок приема-передачи данных по радиоканалу 25 содержит второй радиоприемник-передатчик 26, второй микроконтроллер 27, третий последовательный интерфейс приема-передачи данных 28. Второй блок приема-передачи данных по радиоканалу 25 соединен через радиоканал передачи данных 3 с первым блоком приема-передачи данных по радиоканалу 19. Третий последовательный интерфейс приема-передачи данных 28 соединен с четвертым последовательным интерфейсом приема-передачи данных 29 через вторую шину передачи данных 30.

Четвертый последовательный интерфейс приема-передачи данных 29 соединен с блоком обработки данных, принятых по радиоканалу 31. Блок обработки данных, принятых по радиоканалу 31, соединен с блоком контроля давления 32, с блоком контроля мощности магнетрона 33 и счетчиком времени 34, которые соединены с системой дистанционного управления 35.

Пульт дистанционного управления 1 снабжен клавиатурой 36, соединенной с блоком выбора программы проведения реакции 37. Блок выбора программы проведения реакции 37 соединен с блоком ручного режима проведения реакции 38 и блоком стандартного режима проведения реакции 39. Блок стандартного режима проведения реакции 39 соединен с библиотекой программ стандартных режимов 40 проведения реакций. Блок выбора программы проведения реакции 37 соединен с системой дистанционного управления 35, которая в свою очередь соединена с блоком команд управления 41. Блок команд управления 41 соединен с четвертым последовательным интерфейсом приема-передачи данных 29. Система дистанционного управления 35 соединена также с интерфейсом вывода данных на экран 4, который в свою очередь соединен с экраном оператора 43.

Управление работой микроволновой системы подготовки проб для проведения химического анализа осуществляется в режиме реального времени посредством связи через радиоканал передачи данных 3 системы дистанционного управления 35 пульта дистанционного управления 1, реализованного на базе карманного компьютера Pocket PC, с микроконтроллерной системой управления 11 микроволнового устройства для подготовки проб 2. Заявитель разработал специальное программное обеспечение для функционирования пульта дистанционного управления 1 совместно с микроволновым устройством для подготовки проб 2 для проведения химического анализа проб в стандартных и нестандартных режимах.

Работа микроволновой системы подготовки проб для проведения химического анализа поясняется алгоритмом, приведенным на Фиг.6.

Схема алгоритма разделена на две части: часть I и часть II. Часть I алгоритма выполняется на пульте дистанционного управления 1, а часть II выполняется в микроволновой системе подготовки проб 2.

Перед началом работы устройства оператор производит следующие подготовительные действия: включает первый источник питания 17 в микроволновом устройстве для подготовки проб 2, осуществляет предварительную подготовку пробы (добавляет соответствующий для данной пробы окислитель, например азотную кислоту), помещает пробы в герметичные контейнеры 9, устанавливает их на подвижном штативе 7 внутри рабочей камеры 5, подсоединяет герметичные контейнеры 9 к датчику давления 10. Как правило, одновременно в рабочей камере 5 может находиться до двенадцати герметичных контейнеров с пробами 9. После чего оператор включает пульт дистанционного управления 1, нажав на клавиатуре 36 соответствующую кнопку. При включении пульта дистанционного управления 1 происходит установление радиосвязи по радиоканалу передачи данных 3 между пультом дистанционного управления 1 и микроволновым устройством для подготовки проб 2, а также осуществляется запуск программы («старт» блок 44) управления микроволновой системой подготовки проб для проведения химического анализа. Программа предлагает оператору произвести настойку интерфейса вывода данных на экран 42 пользователя и осуществить настройку параметров проведения химической реакции разложения пробы (блок алгоритма 45), при этом оператор задает предельно допустимые значения давления в герметичных контейнерах с пробой 9, выбирает форму отображения данных на экране оператора 43, устанавливает время остывания пробы.

Далее оператор осуществляет выбор программы проведения химической реакции разложения пробы (блок алгоритма 46) в зависимости от качественного и количественного состава пробы.

При проведении химической реакции разложения стандартной пробы оператор выбирает стандартную программу из библиотеки программ стандартных режимов 40 проведения химической реакции. При выборе стандартной программы включается блок стандартного режима 39 (Фиг.5). Стандартная программа состоит из набора стадий протекания химической реакции разложения пробы. В каждой стадии протекания химической реакции разложения пробы изменяется длительность и мощность излучения магнетрона 4 в зависимости от фазы протекания реакции.

При запуске стандартной программы (любой стандартной программы от программы 1 до программы N из библиотеки программ стандартных режимов) система дистанционного управления 35 через блок команд управления 41, четвертый последовательный интерфейс приема-передачи данных 29, вторую шину передачи данных 30, второй блок приема-передачи данных по радиоканалу 25 (через блоки 28, 27, 26) посылает команды управления микроконтроллерной системе управления 11 микроволнового устройства для подготовки проб 2. Микроконтроллерная система управления 11 принимает эти команды управления по радиоканалу передачи данных 3 через первый блок приема-передачи данных по радиоканалу 19 (через блоки 20, 21, 22), первую шину приема-передачи данных 23 и первый последовательный интерфейс приема-передачи данных 18.

После получения команды управления с пульта дистанционного управления 1 микроконтроллерная система управления 11 запускает процесс химической реакции разложения проб (блок 47 алгоритма) в герметичных контейнерах 9 и через блок индикации работы системы пробоподготовки 16 отображает текущее состояние микроволновой системы пробоподготовки в целом. Далее управление устройства осуществляется по II части программы (алгоритма), которая выполняется на микроволновом устройстве для подготовки проб 2. В процессе проведения химической реакции разложения проб каждая проба проходит четыре стадии обработки: стадию инициализации химической реакции (блок 48 алгоритма), стадию поддержания реакции в фазе газовыделения (блок 49 алгоритма), стадию выдержки до полного разложения органических веществ в пробе (блок 50) и стадию остывания (блок 51).

В течение всего процесса протекания химической реакции разложения пробы осуществляется контроль физико-химических параметров ее проведения. Данные с датчика давления 10 через шину управления 12 поступают в микроконтроллерную систему управления 11. Кроме того, в микроконтроллерной системе управления 11 также осуществляется контроль времени протекания химической реакции и мощности излучения магнетрона. Данные о времени протекания реакции, текущих значениях мощности магнетрона 4 и давления в герметичных контейнерах с пробами 9 поступают через первый последовательный интерфейс приема-передачи данных 18, первую шину передачи данных 23, первый блок приема-передачи данных по радиоканалу 19 (через блоки 22, 21, 20) через радиоканал 3 на пульт дистанционного управления 1 (блок 52, 53 алгоритма) и через второй блок приема-передачи данных по радиоканалу 25 (блоки 26, 27, 28), вторую шину передачи данных 30, четвертый последовательный интерфейс приема-передачи данных 29 в блок обработки данных, принятых по радиоканалу 31. В блоке обработки данных 31 происходит разделение данных по блокам 32 (контроль давления), 33 (контроль мощности магнетрона), 34 (счетчик времени) и через систему дистанционного управления 35 происходит вывод данных через интерфейс вывода данных на экран (блок 42, фиг.5) на экран оператора 43. Таким образом, на экране оператора 43 (фиг.7) отражается текущее значение давления (поз.64), мощности магнетрона (поз.65) и времени до конца процесса химической реакции (поз.66), а также график изменения давления в процессе протекания реакции (поз.67). Программа и пользователь анализируют процесс протекания реакции по форме изменения графика давления. Если оператор увидит на экране 43 признаки отклонения протекания химической реакции от нормального режима (например, резкий подъем давления в герметичных контейнерах 9), то оператор может прекратить нагрев, нажав на экране кнопку 68 «стоп», перейдя к завершающей стадии реакции остывания (блок алгоритма 51). На экране оператора 43 имеются также клавиши работы с изображением (увеличить, уменьшить, сдвинуть изображение) поз.69. Поз.70 на экране оператора отображает информацию о том, что радиоканал 3 между пультом дистанционного управления 1 и микроволновой системой подготовки проб 2 работает нормально. На экране имеется также клавиша 71 «выход из режима разложения проб».

В обычном режиме проведения химической реакции при завершении стадии разложения органических веществ в пробе необходимо провести стадию остывания пробы для полной остановки реакции в герметичном контейнере 9. Стадия остывания пробы проводится также при экстренной остановки проведения реакции оператором при нажатии оператором на экране клавиши 68 «стоп».

При проведении стадии остывания система дистанционного управления 35 через блок команд управления 41 по радиоканалу 3 передает команду микроконтроллерной системе управления 11, а именно блоку управления магнетроном 13, выключить мощность магнетрона 4.

После завершения стадии остывания оператор производит просмотр графиков протекания процессов подготовки пробы, анализ проведения реакции и документирование процесса протекания реакции (блок 54, фиг.6), при этом вся информация отображается на экране оператора фиг.9. На фиг.9 отображается архив проведенных химических реакции (поз.73), с помощью клавиши поз.72 на экран оператора можно добавить график давления и архива проведения химических реакции. Оператору важно определить, насколько полно произошла реакция разложения, что может отразиться на дальнейших анализах пробы другими методами исследования.

По завершении процесса подготовки пробы (блок 62) в алгоритме предусмотрен переход к завершению работы с микроволновой системой подготовки проб (блок «выход» 63).

Если был выбран нестандартный режим проведения подготовки пробы, то оператор выбирает ручной режим управления процессом проведения реакции (блоки 37 и 38 на фиг.5) и (блоки 46 и 55 на фиг.6). Оператор самостоятельно задает параметры мощности магнетрона (блок 56 на фиг.6) и имеет возможность в процессе проведения химической реакции изменять мощность магнетрона вручную.

После чего блок выбора программ 37 посылает данные о заданной вручную мощности в систему дистанционного управления 35 и через блок команд управления 41 по радио каналу 3 передает данные микроконтроллерной системе управления 11. Микроконтроллерная система 11 устанавливает заданную мощность магнетрона 4 через блок управления 13, получает данные с датчика давления 10 и через шину управления 12 передает данные о мощности излучения магнетрона 4 в блок управления шаговым двигателем 14. Блок управления шаговым двигателем 14 посылает сигнал шаговому двигателю 8 для правильного позиционирования герметичных контейнеров 9 в рабочей камере 5, чтобы обеспечить равномерный нагрев проб в СВЧ-поле.

Микроконтроллерная система управления 11 передает полученные данные о текущем состоянии давления в герметичных контейнерах 9 в систему дистанционного управления 35 по радиоканалу 3 (блок 57 алгоритма на фиг.6). Данные о давлении в герметичных контейнерах 9 отображаются на экране оператора 43 (блок 58 алгоритма на фиг.6). Пример экрана оператора при работе в ручном режиме управления приведен на фиг.8.

На экране, приведенном на фиг.8, отображается состояние давления в герметичных контейнерах 9 в реальном режиме времени. Оператор анализирует текущее состояние химического процесса подготовки пробы (блок 59 алгоритма на фиг.6), и если он принимает решение о необходимости изменения фазы протекания химической реакции (блок 60 алгоритма на фиг.6), то с помощью сенсорной клавиатуры 74 (фиг.8) на экране 43 оператор может изменить мощность магнетрона, при этом система дистанционного управления 35 через блок управления команд 41 по радиоканалу передает данные об изменении мощности магнетрона в микроконтроллерную систему 11, которая через шину управления 12 предает команду на блок управления магнетрона 13.

Если оператору не требуется вносить изменения в фазу протекания реакции, то алгоритм переходит к процессу завершения химической реакции, а именно в стадию остывания в ручном режиме (блок 61 фиг.8). Остывание в ручном режиме осуществляется аналогичным образом, так как это было описано при проведении химической реакции в стандартном режиме.

Таким образом, заявляемая микроволновая система подготовки проб для проведения химического анализа позволяет находиться оператору на значительном расстоянии от места проведения химической реакции, что увеличивает безопасность процесса подготовки проб.

Реализация системы дистанционного управления на карманном компьютере Pocket PC и связь его по радиоканалу с микроволновой системой для подготовки проб позволяет осуществлять процесс управления и документирования проведения реакции в режиме реального времени, при этом оператор мобилен и может одновременно управлять процессом подготовки нескольких проб, что позволяет достаточно легко, просто и безопасно организовать конвейерный метод их проведения.

Дополнительно введение ручного режима управления процессом проведения химической реакции разложения пробы позволяет проводить разложение нестандартных проб на стандартизированном оборудовании.

Изобретение относится к микроволновым системам подготовки проб. Новым в изобретении является создание дистанционной устройства управления микроволновой системой пробоподготовки для проведения химического анализа на базе беспроводного дистанционного пульта управления, реализованного на базе карманного компьютера, имеющего удобный графический интерфейс, отображающий протекающий процесс разложения пробы в динамическом режиме. Технический результат - устройство обеспечивает возможность дистанционного управления процессом разложения пробы. 9 ил.

Микроволновая система подготовки проб для проведения химического анализа, содержащая магнетрон, соединенный с рабочей камерой, имеющей защитную дверь, внутри рабочей камеры на подвижном штативе, соединенным с шаговым двигателем, установлены герметичные контейнеры с пробами, подсоединенные к датчику давления, и микроконтроллерную систему управления, соединенную через шину управления с блоком управления магнетроном, блоком управления шаговым двигателем, датчиком блокировки двери, блоком индикации работы системы пробоподготовки, датчиком давления, при этом микроконтроллерная система управления, блок управления магнетроном, блок управления шаговым двигателем, шаговый двигатель, датчик давления, датчик блокировки двери и блок индикации работы системы пробоподготовки соединены с первым источником питания, отличающаяся тем, что микроконтроллерная система управления дополнительно содержит первый последовательный интерфейс приема-передачи данных, а микроволновая система подготовки проб дополнительно снабжена первым блоком приема-передачи данных по радиоканалу, включающим первый радиоприемник-передатчик, первый микроконтроллер, второй последовательный интерфейс приема-передачи данных, соединенный с первым источником питания и через первую шину передачи данных соединенный с первым последовательным интерфейсом приема-передачи данных микроконтроллерной системы управления, а также пульт дистанционного управления, реализованный на базе карманного компьютера класса Pocket PC со вторым источником питания, пульт дистанционного управления снабжен вторым блоком приема-передачи данных по радиоканалу, включающим второй радиоприемник-передатчик, второй микроконтроллер и третий последовательный интерфейс приема-передачи данных, при этом второй блок приема-передачи данных по радиоканалу соединен через радиоканал с первым блоком приема-передачи данных по радиоканалу, а третий последовательный интерфейс приема-передачи данных соединен с четвертым последовательным интерфейсом приема-передачи данных через вторую шину передачи данных, при этом четвертый последовательный интерфейс приема-передачи данных соединен с блоком обработки данных, принятых по радиоканалу, который соединен с блоком контроля давления, блоком контроля мощности магнетрона и счетчиком времени, которые соединены с системой дистанционного управления, при этом пульт дистанционного управления снабжен клавиатурой, соединенной с блоком выбора программы проведения реакции, который соединен с блоком ручного режима проведения реакции и блоком стандартного режима проведения реакции, причем блок стандартного режима проведения реакции соединен с библиотекой программ стандартных режимов, при этом блок выбора программы проведения реакции соединен с системой дистанционного управления, которая соединена также с блоком команд управления, а блок команд управления соединен с четвертым последовательным интерфейсом приема-передачи данных, при этом система дистанционного управления соединена также с интерфейсом вывода данных на экран, который в свою очередь соединен с экраном оператора.