Способ разбавления жидких веществ в требуемом соотношении Советский патент 1990 года по МПК B01F15/04 G01N1/14 

Изобретение оносится к способам разбавления жидких веществ в требуемом соотношении, а более конкретно к способам разбавления жидких веществ разбавителем или получения смеси из двух и более компонентов для дальнейшего использования или анализа.

Цель изобретения - повышение точности разбавления при расширении диапазона соотношения жидкого вещества и разбавителя.

На фиг.1 схематически изображено устройство, в котором реализуется способ; на фиг.2 - схема взятия жидкого вещества из пробирки в жесткую трубку; на фиг.З - схема

слива жидкого вещества и разбавителя из жесткой трубки в емкость для смешивания; на фиг.4 - окончание процесса слива жидкого вещества и разбавителя в емкость для смешивания; на фиг.5 - начальный момент слива жидкого вещества и разбавителя в емкость для смешивания (показано положение параллелограммного устройства, жесткой трубки капилляра); на фиг.6 - схема для расчета зависимости между углом поворота ротора насоса и объемом забираемого жидкого вещества.

Устройство содержит вертикальную стойку 1, емкость с разбавителем 2, перистальтический насос 3, реверсивный шагоОч

со

ел о

вый электродвигатель 4 перистальтического насоса, ротор 5 перистальтического насоса 3, ролики 6 ротора насоса, эластичную трубку 7 насоса 3, канал 8 для эластичной трубки 7, сепаратор 9, жесткую трубку 10, пробир- ку 11, жидкое вещество 12, механизм 13 переброса жесткой трубки, реверсивный шаговый электродвигатель 14, параллелог- раммное устройство 15, зубчатые колеса 16, зубчатую рейку 17, капилляр 18, емкость 19 для смешивания.

Данный способ реализован в пламенном автоматическом фотометре.

К стойке 1 прикрепляют перистальтический насос 3, состоящий из реверсивного электродвигателя 4, ротора 5, на котором закреплены ролики 6 (шарикоподшипники 1000096), эластичной трубки 7 (трубка силиконовая медицинская, внутренний диаметр

2X 0,75), сепаратора 9 (лента Л63ГО,1) для уменьшения касательных усилий, передающихся от роликрв 6 на эластичную трубку 7

и для уменьшения ее износа. Жесткую трубку 10 (трубка 1,6x0,32 12X18Н1 ОТ) опускают в пробирку 11, где находится жидкое seaie- ство 12 (стандартные образцы состава водяных растворов ионов лития ГСО 3533 - 86 3534 - 86 (комплект № 11), ионов натрия ГСО 3535-86 - 3536-86 (комплект N; 12), ионов калия ГСО 3537-86-3538-86 (комплект N; 13), ионов кальция ГСО 3539-86 - 3540-86 (комплект N: 14), ионов натрия и кальция ГСО 3541-86 - 3542 - 86 (комплект № 15), сыворотка крови, моча.

Механизм 13 переброса состоит из ре- версивного шагового электродвигателя 14 параллелограммного устройства 15, зубчатых колес 16 и зубчатой рейки 17. Жидкое вещество 12 и разбавитель 2 (дистиллированная вода) перемешивают в емкости 19. Приготовленный раствор подается в зону исследования через капилляр 18 (трубка 1,6x0,3212X18Н1 ОТ). Один конец эластичной трубки 7 опускают в емкость с разбавителем 2 (фиг.1), При помощи реверсивного шагового электродвигателя 4 вращают ротор 5 насоса 3 по часовой стрелке и заполняют магистраль разбавителем 2 до нижнего торца жесткой трубки 10. Выключают электродвигатель 4. Конструкция насо- са исключает попадание пузырьков воздуха и разрывы между разбавителем, кроме тех мест, где ролики 6 пережимают эластичную трубку 7. Включают реверсивный шаговый электродвигатель 14 и при помощи паралле- лограммного устройства опускают жесткую трубку 10 в пробирку 11 с жидким веществом 12. Включают перистальтический насос

3и вращают ротор 5 против часовой стрелки, при этом производится забор жидкого

вещества 12 в жесткую трубку 10 (фиг.2). Объем жидкого вещества, забираемого насосом, определяют по формуле

V::.2л2Rr - -nV 360°

р

(1)

V-объем жидкости, забираемой перистальтическим насосом при повороте ротора на угол р;

R - радиус окружности, совпадающей с осью эластичной трубки (см. фиг.6);

г - внутренний радиус эластичной трубки;

(р - угол поворота ротора насоса:

п - число контактов роликов ротора с эластичной трубкой при повороте ротора на угол, которое определяется из выражения

, (2)

360°

причем берется целая часть от выражения 1

Z- число роликов в роторе перистальтического насоса;

VP - объем, вытесненный роликом из эластичной трубки, определяемый по формуле

Vp -----Х -(3)

где УЭ - фактический объем жидкости, который заберет перистальтический насос при повороте ротора на 360°, замеряемый при испытании.

В том, случае , когда задан объем жидкости, которую необходимо забрать и затем разбавить, то определяют угол у, на который необходимо повернуть ротор 5 перистальтического насоса, по формуле

360° ( V -Ь п Ур )

2 л R г

определяют количество шагов электродвигателя 4, чтобы ротор 5 повернуть на угол f, по формуле

.(5)

где К - количество шагов электродвигателя, нужное для поворота ротора 5 на угол tp;

д - единичный шаг электродвигателя в градусах.

К должно быть целым числом, если К не целое число, то принимают V const, меняют величины R и г, и получают такое, что при делении на 5 К будет целым числом.

Объем разбавителя 2, необходимый для получения требуемого соотношения между жидким веществом и разбавителем, определяется аналогично по формулам (1) - (5).

р (4)

После забора требуемого количества жидкого вещества 12 выключают электродвигатель 4, включают электродвигатель 14 и вращают параллелограммное устройство Г° стрелке на 180°. При этом труька 10 перемещается в емкость 19.

Посредством зубчатых колес 16 зубчатая рейка 17 поднимается и поднимает капилляр 18 в верхнее положение (фиг.5)с целью исключения подачи раствора до перемешивания

Включают электродвигатель 4 и вращают ротор 5 по часовой стрелке. Выливают в емкость 19 (фиг.З) требуемое количество жидкого вещества 12 и разбавителя 2 Таким образом, разбавитель и жидкое вещество проходят по ОДНОЙ трубке что обеспечивает стабильность соотношения разбавления.

Выключают электродвигатель 4 {фиг 4) Включают электродвигатель 14. вращают параллелограммное устройство 15 против часовой стрелки, при этом трубка 10 выводится из емкости 19.

Жидкое вещество 12 и разбавитель 2 перемешивают в емкости 19.

Перемешивание можно осуществить различными способами, например, опуская в емкость 19 мешалку и вращая ее. Вращают параллелограммное устройство 15 против часовой стрелки. Посредством зубчатых колес 16 зубчатая рейка 17 опускается и капилляр 18 опускается в перемешанный раствор в емкости 19. Перемешанный раствор через капилляр 18 подают в рабочую зону прибора для анализа. На место про- Оирки 11 подается новая пробирка с новой порцией жидкого вещества 12.

Конец жесткой трубки 10 опускают в новую пробирку 11. Цикл повторяется.

Пример. Требовалось получить соотношение между жидким веществом и разба- вителем 1:200 и 1:25, что и было реализовано с помощью данного способа В качестве жидких веществ применялись стандартные образцы составов водных растворов ионов лития (комплект № 11) ионов натрия (комплект № 12), ионов калия (компект N5 13), ионов кальция (комплект № 14)- ионов натрия и кальция (комплект fxfe 15) ыворотка крови и моча. Коэффициент вязости жидких веществ 0,6 10 -1 5 10 лиматическое условие испытаний соответ п:Т5сГ1Т1;ГбТ у

При проведении испытаний по дозирове и разбавлению основная приведенная огрешность не превысила 1% (за норму риведения было принято 100 мкл.

Для получения соотношения между идким веществом и разбавителем 1:200

Jb 40 45 ьи 55

1

обьем забираемого жидкого вещества составлял 20 мкл. Для получения соотношения между жидким веществом и разбавителем Г.25 обьем забираемого жидкого вещества 5 составлял 160 мкл. Соотношение между жидким веществом и разбавителем теоретически неограничено, а практически ограничивается обьем емкости, где находится разбавитель. Для получения требуемых со- 10 отношений между жидким веществом и разбавителем достаточно поворачивать ротор 5 насоса на заранее рассчитанные углы при заборе жидкого вещества и сливе его и раз- бзвителя в емкость для смешивания. Ротор 15 5 поворачивается на заданные углы посред ством шагового электродвигателя 4. Для изменения соотношения между жидким веществом и разбавителем достаточно че- рез управляющее устройство подать на ша- и говыи электродвигатель соответствующее количество управляющих сигналов. Таким образом, не требуется никакой механической настройки и регулировки.

Предлагаемый способ может быть реали- Ь зован в любых фотометрах, колориметрах анализаторах, где требуется разбавление проб в заданном соотношении, а также может быть использован в дозаторах жидких ве- ществ для дозирования биожидкостей вод- O ных растворов солей и т.д.

Использование предлагаемого способа разбавления жидких веществ обеспечивает по сравнению с существующими следую- щие преимущества: точность разбавления зависит только от одного фактора - угла поворота ротора насоса, точность отработки которого может быть достаточно высокой и постоянной во времени (основная приве- денная погрешность разбавления не превы- шает 1%); обеспечение стабильности соотношения разбавления между жидким веществом и разбавителем позволяет определить содержание веществ в растворах и пробах без снижения точности измерений во времени: концентрация и состав растворов и проб не влияют на результат в связи с исключением зависимости соотношения разбавления от вязкости жидких веществ- исключение регулировки соотношения раз- бавления в процессе эксплуатации снижает трудоемкость технического обслуживания- расширение получаемого диапазона соотношений разбавления дает возможность осуществлять разбавление жидких веществ любой концентрации, любого состава и в любом количестве.

Формула изобретения 1. Способ разбавления жидких веществ в требуемом соотношении, включающий за- °Р жидкого вещества и разбавителя в одну

магистраль, один конец которой постоянно опушен в емкость с разбавителем, посредством перистальтического насоса и слив требуемого количества жидкого вещества и разбавителя, отличающийся тем, что, с целью повышения точности разбавления при расширении диапазона соотношения жидкого вещества и разбавителя, магистраль пред- варительно полностью заполняют разбавителем, а затем производят забор од- ного или нескольких жидких веществ в количестве, определяемом по формуле

V 2 л Rr -52-- п VP ,

360°

где V - объем жидкости, забираемой перистальтическим насосом при повороте ротора на угол;

R - радиус окружности, совпадающей с осью эластичной трубки;

г - внутрен НИИ радиус зластичной трубки;

0

0

5

п - число контактов роликов ротора с эластичной трубкой при повороте ротора на

угол ( , которое определяется из выражения

- - - J 360°

причем берут целую часть выражения;

Z - число роликов в роторе перистальтического насоса;

VP - объем, вытесненный роликом из эластичной трубки, определяемый по формуле

2л Нг2-Уэ - f

где V3 - фактический объем жидкости, который заберет насос при повороте ротора на 360°, замеряемый при испытании.

2. Способ по п.1,отличающийся тем, что забор жидкого вещества и слив производятся путем реверсивного вращения ротора перистальтического насоса.

Изобретение относится к способам разбавления жидких веществ в требуемом соотношении и позволяет повысить точность разбавления при расширении диапазона соотношения жидкого вещества и разбавителя. Способ включает забор жидкого вещества и разбавителя в одну магистраль, один конец которой постоянно опущен в емкость с разбавителем, посредством перистальтического насоса и слив требуемого количества жидкого вещества и разбавителя. Магистраль предварительно полностью заполняют разбавителем, а затем производят забор жидкого вещества или нескольких веществ в количестве, определяемом по формуле V=2φ² RR²φ°/360°-NVp, где V - объем жидкости, забираемой перистальтическим насосом при повороте ротора на угол φ°

R - радиус окружности, совпадающей с осью эластичной трубки

R - внутренний радиус эластичной трубки

N - число контактов роликов ротора с эластичной трубкой при повороте ротора на угол φ°, которое определяется из выражения N=[Z^.φ°/360°], где Z - число роликов в роторе перистальтического насоса

V_р - объем, вытесненный роликом из эластичной трубки, определяемый по формуле V_р=(2φ²R*R²-V_э)/Z, где V_э - фактический объем жидкости, который заберет насос при повороте ротора на 360°, замеряемый при испытании. 1 з.п.ф-лы, 1 табл., 6 ил.

1 9

Фиг.1

Ю

12 12

11

Фи.2

75

Фиг. 5

Ю..J

Фи

Ю

Фиг 6