Химический анализатор Советский патент 1983 года по МПК G01N7/00 

Изобретение относится к химическ анализаторам, предназначенным для биологических и химических исследований различных веществ, например посредством хи1 ических реакций, иду щих с выделением газов, т.е. способом гаэометрического химического анализа. Известен химический анализатор, содержащий вращанвдуюся панель с про бирками и устройства для подачи и слива жидкости. Панель с пробирками находится в сосуде. Сосуд закрывает ся крышкой с входными отверстиями, в которые вмонтированы устройства для подачи и слива жидкости. Кроме того , имеется отверстие, через которое осуществляется регулировка давления внутри сосуда Недостатками химического анализатора являются его громоздкость некомпактность,отсутствие прямого отсчета результатов измерений. Наиболее близким решением по тех нической сущности и достигаемому результату к изобретению является прибор для химического анализа, вкл чающий размещенную на корпусе магнитного перемешивающего устройства, реакционную камеру с металкой и с. укрепленным в ее корпусе затвором, установленный над ней ма Ностат, сообщающийся с камерой посредством отверстия и снабженный и-образной калиброванной капиллярной трубкой, укрепленной в его .корпусе, и абсорбер,соединенный с запорным клапаном и измерительным средством 2. Недостатками известного прибора для химического анализа являютс погрешности из мерения от колебаний температуры окружакщей среды и гид ростатического давления столба жид кости в измерительном средстве бюретке, а также большой объем руч го труда при проведении массовых биологических и химических анализо различных веществ, большая материа лоемкость прибора в расчете на оди анализ и некомпактность прибора по вертикали. Цель изобретения - уменьшение погрешности измерения и увеличение производительности при эксплуатации.. Поставленная цель достигается т что в химическом анализаторе, вклю чаю1;1ем размещенную на корпусе магнитного перемешивающего устройст ва реакционную камеру с мешалкой и с у репленным в ее корпусе затвором, установленный над ней майостат, со общающийся с камерой посредством о верстия и снабженный и-образной ка либрованной капиллярной трубкой, укрепленной в его корпусе, и абсор бер,. соединенный с запорным клапаном и измерительньам средством, корпуса магнитного перемешивающего устройства, . реакционной камеры, маностата и абсорбера выполнены в виде скрепленных в блок посредством стоек с головками-фиксаторами пластин, три последние из которых снабжены вдоль больших сторон периферийными ячейками и центральными отверстиями, выполненными в пластинах реакцион- . ных камер и в маностатов, образующих при наложении камеру термостатирования с подводящим и отводящим каналами, при этом измерительное средство выполнено в виде горизонтальных каналов в верхней части пластины абсорбера, а на противоположной . поверхности этой пластины выполнен глухой центральный вырез, соответствунвдий центральному отверстию нижележащих пластин. Кроме того, анализатор снабжен установленными между пластин герметизирукхцими уплотнениями, выполненными, например, из африкцирнного эластомера. При этом камера термостатирования снабжена электротерморегулятором. На фиг,. 1 изображен химический анализатор, общий вид; на фиг.2 общий вид анализатора в аксонометрии с разрезом по линии симметрии, на фиг.3-6 - пластины соответственно, абсорберов, вид сверху и снизу, маностатов и реакционных камер; на фиг.7вид пластины абсорберов, глухой центральный вырез; на фиг.8 вид пластины абсорберов сбоку, с разрезами; на фиг.9 - вид «пластины абсорберов на измерительное средство; на фиг.10 - узел I на фиг.8 в увеличенном масштабе; на фиг. 11 - плас.тина маностатов, вид сверху; на фиг. 12 - то же, q большей- ее стороны; на фиг.13 - узел И на фиг.12 в увеличенном масштабе; на фиг.14 пластина реакционных камер, вид сверху на фиг.15 - то же, с большей ее стороны; на фиг.16 изображен разрез А-А на фиг.14; на фиг.17 узел III на фиг. 16 в увеличенном масштабе.. I Химический анализатор выполнен в виде блока, составленного пластиной 1 абсорберов, пластиной 2 маностатов, пластиной 3 реакционных камер, установленнБос на пластине 4 магнитного перемешивакадего устройства и скрепленных при помощи стоек 5 с Головками-фиксаторами 6. В верхней части пластины 1 абсорберов выполнены горизонтальные измерительные каналы 7, параллельно изаходящие друг в друга с входными 8 и. выходными 9 отверстиями. Абсорберы 10 выполнены в виде периферийных ячеек.

без днищ, размещенных вдоль больших сторон пластины, каждый из.которых снабжен стандартным обратным клапаном 11.

Плас ина 1 абсорберов снабженацентральным глухим вырезом 12, являкядимся составной частью камеры термостатирования, а также двумя .овальными сквозньоми крепежными отверстиями 13- по своим меньшим сторонам. Такими же соосными отверстиями снабжены пластины 2 маностатов и реакционньк камер 3.

Пластина 1 абсорберов герметично установлена на пластине 2 маностатов .

В верхней части пластины 2 маностатов по периметру 14, содержащей герметизирующее уплотнение 15, выполненное, например, из африкционного эластомера, вдоль больших сторон выполнены периферийные ячeJйки 1 (маностаты) с входными 17 и вьгпЕодными 18 отверстиями, в последних укреплены U-образные капилляры 19 с калиброванным выходным отверстием 20 ивходным отверстием 21,

Входное отверстие 21 капилляра 19 направлено в сторону, противоположную входному отверстию 17 маностата 16, при этом диаметр отверстия 17 много больше диаметра отверстия 20, а плоскость поперечного сечения входного отверстия 21 капилляра 19 перпендикулярна вертикал ной оси маностата. Диаметр калиброванного выходного отверстия 20 капилляра 19 выбирается в зависимости от верхнего предела диапазона измерения химического анализатора так, чтобы обеспечить максимум абсорбирования побочных продуктов, реакции. В нашем случае диапазон измерения объема газа от О до 2,0 м и диаметр калиброванного выходного отверстия 20 равен 0,5.

Пластина 2 маностатов снабжена центральным отверстием 21, являющимся, вместе со своими стенками, составной частью камеры термостатирования.

Пластина 2 маностатов герметично установлена на пластине 3 реакционных камер (фиг.14-16).

I

Пластина 3 реакционных камер в . верхней части снабжена, герметизи-

.руквдими-уплотнениями 22 и 23, выполненными, например, из африкционного эластомера, а также снабжена реакционными камерами в виде периферийных ячеек 24, расположенных вдоль ее больших сторон соосно маностатам 16 и абсорберам10.

Пластина 3 реакционных камер снабжена центральным отверстием 25 (или, при необходимости, глухим центральньву вырезом) , являющимся.

вместе со своими стенками, состав,ной частью камеры термостатирования, а также снабжена подводя, щим 26 и отводящим 27 каналами,

предназначенными для прокачивания 5 термостабилизирутацего агента, например воды, через камеру термостатирования (или термостат, который может быть снабжен электротерморегулятором на элементах Пельтьб

0 и нагревательных электроэлементах и т.п. например, на основе полупроводников- или напыленных электропленок и т.д.) составленную центральными глухим вырезом 12 и.отверстиями 21, 25 химического анализатора.

Объем камеры термостатирования может быть больше или равен сумме объемов измерительных каналов 7, а также ячеек абсорберов 10 маностаQ тов 16, реакционных камер 24. Это

обеспечит надежное термостатирование рабочих камер химического анализато,ра. В математической форме это будет (Выражено следующим образом:

5 I V, -(1)

где V - объем камеры термостатирован вания химического анализатора,

V - общий объем ячеек абсорбе0ров , маностатов, реакционных камер, . V - объем измерительных каналов ,. см .

Реакционные камеры 24 снабжены 5 герметичными затворами 28, состоящими из собственно втулки 29, в виде монолитного цилиндра и цилиндрической головки 30, имеющихосевое отверстие 31 под иглу шприца-доза0 тора, частично не доходящее до спускного конца втулки 29. Торец 32 втулки 29, обращенный в полость реакционной камеры, содержит трапециидальную прорезь 33, выполненную без

уноса материала. Для достижения надежной посадки втулки 29 в цилиндри- . ческом канале ее сонец, выходящий в полость реакционной камеры,скошен под углом 60 к осевой линии втулки и снабжен Двумя приливами (не показано) в виде полуконусов, геометрически равных и большими основаниями расположенными так, что трапециидальная прорезь 33 параллельна им, этим достигается нормальное смыкание прорези, т.е. требуемая герметичность затвора 28. Данный затвор 28 позволяет дозировать требуемые реагенты в реакционную камеру с помощью иглы шприца-дозатора через герметизируквдий

ввод затвора, при этом не требуется каких-либо дополнительных ручных операций.

В реакционных камерах 24 размещены мешалки 34 магнитного перемешиваю-

щего устройства 35 (фиг.1 и 2), который в верхней части может быть снабжен при необходимости пазами с герметизирукяцими уплотнениями (не показано) .

Пластина реакционных камер 3 герметично установлена на пластине 4 магнитных перемешиваквдих устройств, снабженной двумя овальными стойками с головками-фиксаторами б, а также электрошнуром с вилкой 36 и содержащей шестерни 37 с постоянными магнитами 38, приводимые в движение одним электродвигателем (не показано).

Химический анализатор работает следующим образом.

В реакционные камеры 24 вносятся рабочие органы 34 магнитных перемешивающих устройств и микронавески анализируемого вещества. В реакционные камеры 24 дозируется реагент, требуемый по уравнению химической реакции. На пластину 4 магнитных перемешивающих устройств последовательно устанавливаются посредством отверстий 13 по станкам 5 пластина 3 реакционных камер, пластина 2 маностатов, пластина 1 абсорберов. Скрепленные головками-фиксаторами б в блоке, герметизация абсорберов, маностатов и реакционных камер осуществляется уплотнениями 15 и 23. Подводящий 26 и отводящий 27 каналы камеры термостатирования гибкими шлангами соединяются с генератором термостатирукадего агента, например с городским водопроводом. Включается генератор термостатирующего агента (или электротерморегулятор, содержащий элементы Пельтье и нагревательные элект оэлементы, например) в герметизирующийся ввод затвора 25 первой реакционной камеры 24 вводится игла шприца-дозатора и в реакционную камеру 24 дозируется следующий необходимый реагент так, чтобы маностат 16 через отверстие 17 .на 1/2 своего объема заполнился смесью реагентов.

После начала реакции в реакционную камеру 24 другим шприцом-дозатором через обратный клапан 11 дозируется абсорбент в абсорбер 10 так, чтобы зафиксировалась отметка О измерительного канала 7, включается магнитное перемешиваквдее устройство, перечисленные операции последовательно производятся пО всем осталь ным аналитическим ячейкам. Выделяю-: щиеся из маностата 16 газовые пузырОки накапливаются в сегментированной части абсорбера 10 и вытесняют абсорбент в измерительный канал 7, при этом маностат 16 выполняет следующие функции газожидкостной демпферной мембраны, или фильтра-успокоителя : исключает возможность выброса анализируемого вещества в абсорбер 10, сглаживает пульсации газа, позволяет анализируемому веществу полностью вступить в ход химической реакции, тенерирует через калиброванное капиллярное выходное отверстие 20 последовательность газовых пузырьков фиксированного объем что значительно улучшает поглотительную способность абсорбера 10, так как увеличивается суммарная площадь поверхности пузырьков газа, контактирунвдего с абсорбером, и устраняет разброс поглотительной способности абсорберов 10 от анализатора к анализатору. Через определенные промежутки времени снимаются отсчеты с измерительных каналов 7. После снятия последнего отсчета выключаются Мс1гнитное перемешивакядее устройство и генератор термостатирующего агента (или электротерморегулятор), производится слив термостатирующего агента, например воды, сни 1ается фиксация герметичности химического анализатора головками-фиксаторами стоек 5 и Химический анализатор перемещается в промывочнук) кювету, производится промывка пластины 1 абсорберов, пластины 2 маностатов, пластины 3 реакционных камер.

При условии применения стандартных дёсятиканальных матриц шприцов-дозаторов, позволяющих дозировать несколько реагентов, а также светочувствительных листовых материалов для одномоментной регистрации результатов измерений- по всем ячейкам химического анализатора путем наложения такого листа на пластину 1 абсорберов с последующей световой экспозицией данного листа в назначенное время, что позволит, например, исключить погрешность отсчета, вносимую оператором, производительность труда оператора при проведении массовых биологических и химических анализов может быть увеличена в десятки раз за смену.

и f

Химический анализатор обладает следующими преимуществами:

уменьшена погрешность измерения, что достигнуто исключением погрешности измерения от гидростатического давления столба абсорбена в измерительном канале 7, а также резким уменьшением погрешности измерения от колебания температуры окружающей среды;

увеличена производительность труда оператора при проведении массовЕЛх биологических и химических анализов различньвс веществ, что достигнуто уменьшением примерно в двадцать раз объема ручного труда при подготовке химического анализатора к работе в процессе проведения массового анализа;

уменьшена материалоемкость химического анализатора в расчете на один анализ, получена компактная по вертикали кЬнструкция химического анализатора с минимальными габаритами и весом;

существенно облегчено снятие оператором отсчетов результатов измерений, существенно облегчена промывка химического анализатора, в частности и.маиостатов;.

увеличена технологичность изготовления химического ана.1изатора;

существенно увеличена эргономичность химического анализатора в целом

получена возможность полной автоматизации химического анализатора.

Таким образом, предлагаемый химический анализатор позволяет уменьшить погрешность измерений,увеличить производительность при эксплуатации химического анализатора, получить простую в целом конструкцию, что несомненно, даст экономический .эффект при проведений массовых биолог ических и химических анализов.

ХИМИЧЕСКИЙ АНАЛИЗАТОР,включакщий установленную на кориусе магнитногоперемешивающего устройства реакционную камеру с мешалкой И с укрепленньш в - ее корпусе затвором, установленный над ней маностат, сообх ающийся с посредством отверстия и снабженный U-обраэной калиброванной капиллярной трубкой, укрепленной в его корпусе, и абсорбер, соединенный с клапаном и иэмеритёльнш средством, отличающийся тем, TITO, с целью уменьliieHH погрешности измерения и увеличения производительности при эксплуатаЦии корпуса магйитного перемешивагацего устройства, реакционной камеры, маностата и абсорбера выполнены в видескреплённых в бЛЬк посредством стоек с головкё1ми-фиксаторами пластин, три последние кз которых снабжены вдоль больших стороп периферийными ячейкгши и цантральньал отверстием, выполненным в пластинах реакционных кгшер и маностатов, образующих при нгшожемии камеру термостатировайия с подводящим и отводящим каналами, при этом измерительное средство выполнено в виде горизонтальных каналов в верхней части пластины абсорберов, а на противоположной поверхности этой пластины выполнен глухой центральный вырез, соответств оций центральному отверстию нижележащих пластин. 2.Анализатор поп.1, отличающийся тем, что он снабжен установленнь и мёжду пластин ге1жетизирукх1ш«1и уплотнения «и( выполненншли например, из африкционного эластомера. 3.Анализатор по пп.1 и 2, о Фличающийся Фем, что камера термостатирования снабжена злектротерморегулятором.. м/

/ /У /

; i / L 1 . ч ./ %.

л.... ... .„ .vj f

3S л да к- 37

/5 И tf / / /

т

......,,,

УЛЛЛЛЛЛЛЛЛ

zs

Фиг.5

ff

и /J

22L

/

Фиг.Ю

15

/

/

-Л

-0 ir

-а

Фиг./

-ri

Фиг./5

31

У

Y: