Камера с регулируемым микроклиматом для отбора проб парниковых газов, полученных в результате жизнедеятельности насекомых Российский патент 2024 года по МПК G01N1/22 

Использование насекомых в пищевых и биотехнологиях в качестве альтернативного источника белков, жиров и хитозана приобретает большую популярность в мире в связи с увеличением населения планеты и растущим негативным воздействием отраслей сельского хозяйства, производства и переработки продуктов питания на окружающую среду. По различным оценкам, 26% мировых выбросов парниковых газов создается во время производства продуктов питания. Из них 31% парниковых газов выбрасывают животноводческие и рыболовные фермы. В этой связи особую актуальность приобретают научные исследования по оценке жизненного цикла и углеродного следа производства единицы белка в технологиях разведения и переработки съедобных насекомых в сравнении с традиционным животноводством.

Анализ известных решений показал, что технической проблемой в данной области является необходимость расширения арсенала средств для отбора проб парниковых газов, выделяемых в результате метаболизма насекомых.

Известны установки для выращивания насекомых (инкубаторы, садки, молярии, шкафы-инсектарии) с целью их применения в системах биологической защиты сельскохозяйственных культур, опыления растений и переработки органических отходов, однако данные установки не предусматривают исследование баланса парниковых газов в результате жизнедеятельности насекомых (Установка для выращивания насекомых, патент RU №131572 U1; Молярий, патент RU №164529 U1; Садок для разведения насекомых, патент RU №103442 U1; Шкаф-инсектарий для выращивания шмелей, а также насекомых и клещей для защиты растений от вредителей, патент RU №136683 U1).

Имеются устройства для определения эмиссии парниковых газов, однако они предназначены для исследования параметров дыхания почвы и растений и не подходят для изучения насекомых (Устройство для измерения эмиссии парниковых газов из почвы и растений, патент RU №2518979 С1 от 2012.10.17; Автоматическая камера для измерения потоков парниковых газов на поверхности раздела почва - атмосфера, патент RU №169373 U1 от 2016.06.27).

Данные устройства не подразумевают отбор проб парниковых газов в результате жизнедеятельности насекомых, кроме того, многие из известных установок для выращивания насекомых созданы для конкретного вида насекомых с невозможностью регулирования оптимального диапазона температуры и влажности применительно к другим видам и контроля стабильности микроклимата.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению по совокупности существенных признаков является устройство для отбора проб парниковых газов, полученных в результате жизнедеятельности насекомых (см. патент RU №2798297). Данное устройство включает основную дыхательную камеру для тестируемых насекомых с регулируемым притоком и отводом воздуха и датчиками контроля микроклимата, снабженную входной и выходной трубками, на внешней части которых выполнены отверстия для отбора проб воздуха, и предкамеру, герметично установленную на основной камере с возможностью периодического открывания.

Основной недостаток известного решения - нестабильность оптимального диапазона влажности внутри основной камеры для нормального развития и жизнедеятельности насекомых.

Техническим результатом заявляемого технического решения является получение репрезентативных образцов парниковых газов, выделяемых исследуемыми популяциями насекомых, находящихся в устойчиво оптимальных по уровню влажности условиях окружающей среды для последующего анализа эмиссий.

Для решения указанной проблемы и получения заявленного технического результата, предлагается устройство для отбора проб парниковых газов, полученных в результате жизнедеятельности насекомых, включающее дыхательную камеру с регулируемым притоком и отводом воздуха и датчиками контроля микроклимата, при этом устройство выполнено в виде основной камеры для тестируемых насекомых, снабженной впускной и выпускной трубками, на внешней части которых выполнены прорезиненные отверстия для отбора проб воздуха, и предкамеры, герметично установленной на основной камере с возможностью периодического открывания, кроме того на конце впускной трубки смонтирован автоматический клапан, регулирующий объем воздуха, подаваемого в предкамеру к вентилятору с потенциометром и равномерно рассеиваемого диффузором, прикрепленным ко дну предкамеры под углом 45°, кроме того, под днищем основной камеры размещен нагреватель, а внутри смонтирован туманообразующий распылитель воды, подаваемой насосом из емкости, прикрепленной снаружи к стенке основной камеры, действие которых регулируется блоком управления со встроенным термостатом в зависимости от показаний термометра-гигрометра, обеспечивая стабильные, оптимальные условия микроклимата в камерах и предотвращая стресс микропопуляции насекомых.

Устройство поясняется представленным чертежом. На фиг.1 представлена общая схема основной камеры и предкамеры.

Устройство дыхательной камеры для отбора проб парниковых газов, выделяемых насекомыми, состоит из двух основных частей (Фиг. 1): основной камеры 1 для размещения насекомых и предкамеры 2, соединенных системой трубопроводов 6. Основная камера 1 и предкамера 2 установлены таким образом, чтобы идеально прилегать друг к другу, между ними находится герметичное уплотнение, выполненное силиконовым уплотнителем. Крепление основной камеры 1 и предкамеры 2 по периметру осуществляется с помощью металлических зажимов 3, которые обеспечивают герметичность системы. Основная камера 1 и предкамера 2 имеют впускную 4 и выпускную 5 трубки, которые используются соответственно для забора свежего воздуха и отвода воздуха, насыщенного продуктами метаболизма животных. Существует также трубчатое соединение 6 между основной камерой 1 и предкамерой 2 для перемешивания воздуха. На трубках 4 и 5 выполнены прорезиненные мембраны 7 и 8, где размещены иглы для отбора проб воздуха. На конце впускной трубки 4 смонтирован автоматический клапан 9 для регуляции количества подаваемого в основную камеру 1 воздуха. В предкамере 2 смонтирован вентилятор 10 с потенциометром для регуляции частоты вращения, под днище основной камеры 1 помещен нагреватель 11, внутрь основной камеры 1 - термометр-гигрометр 12.

Для предотвращения непосредственного контакта насекомых с направленным потоком воздуха от вентилятора 10 ко дну предкамеры 2 под вентилятором 10 прикреплен пластиковый диффузор 13, равномерно рассеивающий поток воздуха по всему пространству основной камеры 1. Один край диффузора 13 прикреплен ко дну предкамеры 2 короткими винтами, другой край диффузора 13 - длинными винтами или подвесами, так что диффузор 13 по отношению ко дну предкамеры 2 образует угол 45°. Снаружи к стенке основной камеры 1 прикреплена емкость 14 для воды объемом 6 л, в которой находится силиконовая трубка 15. Один конец трубки 15, опущенный в емкость 14, снабжен насосом 16, к которому подается напряжение 12 В от аккумулятора для принудительной подачи воды, второй конец трубки 15 проходит через отверстие в стенке основной камеры 1 и подводится к туманообразующему распылителю 17.

Устройство снабжено блоком управления со встроенным в него термостатом (на чертеже не показан), которое регулирует работу автоматического клапана 9, вентилятора 10, туманообразующего распылителя 17 и нагревателя в зависимости от показаний термометра-гигрометра 12.

Устройство работает следующим образом. В основную камеру 1 помещается лоток с кормом для исследуемых насекомых. Предкамеру 2 устанавливают сверху на основную камеру 1 и закрепляют металлическими зажимами 3. К полученной конструкции подсоединяют впускную 4, выпускную 5 трубки и трубчатое соединение 6. В емкость 14 наливают воду. Включают блок управления, который запрограммирован на поддержание оптимальных температуры и влажности воздуха для конкретного вида насекомых внутри основной камеры 1. Температура и уровень влажности в основной камере 1 контролируется термометром-гигрометром 12. В случае, если уровень влажности в основной камере 1 окажется ниже оптимального диапазона, блок управления в автоматическом режиме уменьшает зазор для подачи воздуха в клапане 9, снижает частоту вращения вентилятора 10, подает воду из емкости 14 по силиконовой трубке 15 насосом 16 к распылителю 17, который разбрызгивает воду в виде тумана в основную камеру 1 до момента, пока уровень влажности в основной камере 1 не достигнет оптимального значения. В случае, если уровень влажности окажется выше оптимального диапазона, блок управления в автоматическом режиме увеличивает зазор для подачи воздуха в клапане 9, повышает частоту вращения вентилятора 10, включает нагреватель 11 до момента, пока уровень влажности в основной камере 1 не достигнет оптимального значения.

Нулевые пробы воздуха отбирают на входе и выходе из камер с помощью шприцев через прорезиненные мембраны 7 и 8.

После взятия нулевых проб предкамеру 2 разбирают и помещают в основную камеру 1 насекомых, затем собирают устройство по схеме, приведенной выше. По истечении определенного времени (специфичного для каждого вида насекомых) отбор проб воздуха производят аналогично отбору нулевых проб. Далее отобранные пробы воздуха вводят либо непосредственно в газовый хроматограф, либо во флаконы (виалы) для последующего анализа. Количество взятых проб и частота отбора проб различаются в зависимости от цели исследования и вида насекомых.

Результаты проведенных исследований показали, что по сравнению с прототипом, предложенное устройство обеспечивает возможность отбора парниковых газов, поддержание оптимальных условий окружающей среды, в особенности, влажности для опытных насекомых, что позволяет получить репрезентативные данные для изучения углеродного следа насекомых, выращиваемых с целью восполнения дефицита в животном белке и одновременного сокращения выбросов парниковых газов в атмосферу.

Изобретение относится к устройствам для отбора парниковых газов. Раскрыто устройство с регулируемым микроклиматом для отбора проб парниковых газов, полученных в результате жизнедеятельности насекомых, включающее основную камеру для тестируемых насекомых, снабженную впускной и выпускной трубками с прорезиненными мембранами для отбора эмиссий и трубчатым соединением для смешивания воздуха, и предкамеру, герметично установленную на основной камере с возможностью периодического открывания, при этом на конце впускной трубки смонтирован автоматический клапан, регулирующий объем воздуха, подаваемого в предкамеру к вентилятору с потенциометром и равномерно рассеиваемого диффузором, прикрепленным ко дну предкамеры под углом 45°, кроме того, под днищем основной камеры размещен нагреватель, а внутри смонтирован туманообразующий распылитель воды, подаваемой насосом из емкости, прикрепленной снаружи к стенке основной камеры, действие которых регулируется блоком управления со встроенным термостатом в зависимости от показаний термометра-гигрометра, обеспечивая стабильные, оптимальные условия микроклимата. Изобретение обеспечивает получение репрезентативных образцов парниковых газов, выделяемых исследуемыми популяциями насекомых, находящихся в оптимальных по температуре и влажности, стабильных условиях окружающей среды для последующего анализа эмиссий. 1 ил.

Устройство с регулируемым микроклиматом для отбора проб парниковых газов, полученных в результате жизнедеятельности насекомых, включающее основную камеру для тестируемых насекомых, снабженную впускной и выпускной трубками с прорезиненными мембранами для отбора эмиссий и трубчатым соединением для смешивания воздуха, и предкамеру, герметично установленную на основной камере с возможностью периодического открывания, отличающееся тем, что на конце впускной трубки смонтирован автоматический клапан, регулирующий объем воздуха, подаваемого в предкамеру к вентилятору с потенциометром и равномерно рассеиваемого диффузором, прикрепленным ко дну предкамеры под углом 45°, кроме того, под днищем основной камеры размещен нагреватель, а внутри смонтирован туманообразующий распылитель воды, подаваемой насосом из емкости, прикрепленной снаружи к стенке основной камеры, действие которых регулируется блоком управления со встроенным термостатом в зависимости от показаний термометра-гигрометра, обеспечивая стабильные, оптимальные условия микроклимата.