Устройство для анализа жидкостей Советский патент 1975 года по МПК G01J3/46 

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ АНАЛИЗА ЖИДКОСТЕЙ

Жидкие пробы подаются в трубопровод порциями, разделенными промежутками воздуха и жпдкостью для промывки. Приопособление 1 для -подачи проб содержит чашки 3, расположенные в поворотном столике 4, который может поворачиваться, проходя млмо узла отводящей трубКи 5, служащей для последовательного отвода содержимого каждой из чашек в трубопровод. Когда одна из чашек подходят .к отводной трубке, входной «оиец 6 этой трубки опускается в чашки на определенный промежуток времени и забирает отмеренный объем жидкого образца. Между заборами образцов отводной конец 6 трубки находится в контейнере 7, наполненмом жидкостью, используемой для промывки СИСтемы трубопроводов.

Выходной копец трубопровода 2 соединен с упруго сжимаемой насооной трубкой 8 проиорционирующего «асоса 9. Насосные трубки о, 10 и 11 сжимаются множеством роллков, движение которых вызывает течение жидкости по трубопроводам, причем соответствуюш,ие скорости течения проб определяются диаметром трубок и относительной скоростью роликов.

Средства 12 прокачки под давлением содержат резервуар 13 с инертным газом, например азотом, находящимся под давлением, и соединены через средства 14 регулирования давления с тройником 15 для поддержания в последнем постоянного давления 668 мм рт. ст.

Внутренние объемы колб 16 п 17, каждая, из которых содержит соответствующий жидкий разбавитель образца, например воду клинической чистоты, соединены короткими впускными трубопроводами 18 и 19 с тройником 15. Выпускной трубопровод 20 соединяет внутреннюю область колбы 16 со змеевиком 21, а выпускной трубопровод 22 - внутреннюю область колбы 17 со змеевиком 23, причем оба змеевика имеют высокое сопротивление тече)шю жидкости.

Внутренние диаметры змеевиков 21 и 23 малы (0,25 MiM) и поэтому обладают высоким сопротивлением течению, в то время как они большой длины. Такие размеры выбраны для того чтобы обеспечить требуемое высокое сопротивление течению жидкости при относительпо низкой скорости потока в трубопроводах. Змеевики 21 п 23 расположены в ванне 24 с контролируемой температурой (), что необходимо для сохранения постоянного давления и вязкости проходящих через змеевики текучих сред. В случае необходимости колбы 16 и 17 и соединяющие их трубопроводы 20 и 22 могут также быть расположенны в указанной ванне с контролируемой температурой. Выходы змеевиков 21, 23 соединены трубопроводами 25 и 26 с трубопроводом 28.

В выпускных трубопроводах 21 и 27 расположены клапанные узлы 29, 30 для управления проходящими через них потоками текучих сред. Каждый из этих узлов работает автоматически благодаря использованию средств управления клапанами, которые выполнены в виде соленоидов. Выпускные концы упруго сжимаемых насосных трубок 8 и 10 соединены с трубопроводами 31 и 32, которые, в свою очередь, соединены с выходом трубопровода 28, образуя тройник 33, от которого отходит основной трубапровод 34. По этому трубопроводу смесь жидкостей подается в смесительный змеевик 35. Трубопровод 36 соединяет выпускной конец горизонтального смесительного змеевика 35 с трубопроводным соединением 37. Трубопровод 38 соединяет один выпускной конец трубопроводного соединения 37 с одним выпускным концом трубопроводного соединения 39. Другой выпускной конец трубопроводного соединения 37 соединен с трубо:проводом 40, .ин1кубирующи М змеевиком 41 « трубопроводом 42 с друтим впускным концом трубо1проводного соединения 39. Инкубпрующий змеевик 41 ра-оположен в ванне 43 с контролируемой температурой, в которой поддерживают постоянную температуру 37°С. Клапанные узлы 44-46, каждый из которых имеет форму, подобную клапанным узлам 29 и 30, расположены в трубопроводах 38 и 42. Трубопровод 47 соединяет выпуск трубопроводного соединения 39 с впуском трубопроводного соединения 48. При таком расположении элементов создаются параллельные траектории потоков те кучей среды от трубопровода 36 к трубопроводу 47 (продолжение основного трубопровода 34). Когда клапанные узлы 44 и 46 открыты, а клапанные узлы 45 - закрыты, текучая среда будет проходит через трубопроводы 40 ,и 42 « инкубирующий змеевик 41 при ее течении от трубопровода 36 к трубопрО|Воду 47. Когда клапанные узлы 44 и 46 закрыты, а клапанные узлы 45 открыты, текучая среда будет проходить через трубопровод 38 (часть основного трубопровода) от трубопровода 36 к трубопроводу 47.

Диализатор 49 содержит донорскую 50 и приемную 51 камеры. Трубоправод 52 соединяет один выпуск трубопроводного соединения 48 с впуском донорской камеры 50, трубопровод 53 - второй выпуск трубопроводного соединения 48 с одним из впусков трубопроводного соединения 54, а трубопровод 55 - выпуск донорской камеры 50 с вторым впуском трубопроводного соединения 54. Клапанные узлы 56-58 расположены в трубопроводах 51-55. Трубопровод 59 соединяет выпуск трубопроводного соединения 54 с одним ,из впуском камеры 50. При таком монтаже трубопроводов и соответствующем управлении клапанными узлами создаются параллельные траектории течения между трубопроводами 47 и 59, причем одна из траекторий образуется трубопроводом 53, а другая -трубопроводами 52 и 55 и донорской камерой 50 диализатора.

Трубопровод 61 соединяет выпуск трубопроводного соединения 54 с впуском трубопроводного Соединения 62. Трубопровод 63 соединяется со вторым впуском трубопроводного соединения 60, в то время как трубопровод 64 Соединен со вторым вттус/ком трубопровода 61. Клапанные узлы 65, 66 расположены в трубопроводах 63 и 64 для управления потоком текучей среды через них. С помощью узлов 65, 66 достигается селектив-ное слияние соответствующих текучих сред, протекающих в трубопроводах 63 и 64 с текучей средой, тт.потекающей в трубопроводе 59.

Трубопровод 67 соединяет выпуск трубопроводного соединения 62 С впуском горизонтального смесительного змеевика 68, Который по конструкции аиалогичен смесительному змеевику 35. Трубопровод 69 соединяет выпуск смесительного змеевика 68 с трубопроводным соедине-нпем 70. Трубопровод 71 соединяет один выпуск трубопроводного соединения 70 с коллектором сбрасывания текучей среды (на фиг. 1-3 не показан), а клапа.нные узлы 72 расположены аналогично трубОПповоду 71.

Тоубопровод 73 Соединяет второй выпуск тоубопроводного соединения 70 с впуском трубопроводного соединения 74. Клапанные сретства 75 расположены аналогично трубопполоду 73, непосредственно (перед тоубопроводнылг соединением 74. Выход упруго сжпмасмо - насосной трубки 11 пропорционируюп его T-icoса 9 соединен через трубопровпл 76 с ВПУГКОМ тпубпттрово.дного соединения 77; трубопроводы 78 и 79 соединены со вторыми впусками соединения 77. Клапанные соепства 80 и 81 расположены в трубопроводах 78 И 79 п служат для управле-ния потоком жидкости, текущей в трубопрово.ц 82. Последний Соединяет выпуск трубопооводного соединения 77 с впуском приемной камеры 51 диализатора 49, а трубопровОд 83 - выпуск приемной камеры 51 с впуском тп бопровол1пг- гое1 |НР1тття 84. ТрубопрОВод 85 соединен со втооым впуском трубопроводного соединения 84, выхт тоубопповода 86 - с о.тним из ВПУСКНЫХ коннов трубоПрово.ного соединения 87,. а трубоПровод 88 - со втопылт ВПУСКОМ трубопроводного соединения 87. В трубопроводах 85 и 88 для управ.дения потоком текучей гледы ерез яих в трубопроводные соединения 84 и 87 расположены клапанные УЗЛЫ 89 и 90, Трубопровод. 91 соединяет выпуск трубопроводного сое.ди1нения 87 С впуском горизонтального смесите.льного змеевика 92, КОТОРЫЙ аналогичен смесительным змеевикам 35 и 68. Трубопровод 93 соединяет ВЬТНУСК горизонтального смесителыного змеевика 92 с впуоком трубопроводного соединения 94. Трубопровод 95 соединяет один из выпусков трубопроводного соединения 94 с о7Тн м из ВПУСКОВ трубопроводного соединения 96. ВТОРОЙ выпуск труборп водного соедиНения. 94 соединен через --i -f; провод 97, нагреваюший и реакпионный змееВИК 98 и трубопровод 99 со вторым впуском трубопроводного соединения 96. Нагревающт и реакционный змеевик 98 расположен в вяпне 100 контроля температуры, температуру которой поддерживают 90°С.

Трубопровод 101 соединен с выпуском трубопроводного соединения 96 и коллекторо г отходов (на фиг. 1-3 не показан), снабженНОМ клапанами 102. Трубопровод 103 соединяет второй выпуск трубопроводного соединения 96 с впуском трубопроводного соединения 74 через клапанные узлы 104.

Клапанные узлы 105-107 расположены в трубопроводах 95, 97 и 99 соответственно. При таком расположении элементов трубопровода и управ.лении соответственными клапаннымтт узлами 105-107 получаются параллельные траекторпп течения иссле.дуемых образцов трубопроводом 93 п выходом тройНпка 96, причем одна из траекторий образуется трубопроводом 95, а другая - трубопроводом 97, нагревающим и реакционным змеевиком 98 и трубопроводом 99.

Впускные концы трубопроводов 63. 64, 78, 79, 85 и 88 расположены в колбах 108-113. При этом колбы 108, 109 связаны трубопроводаМИ 63, 64 с основным трубопроводом, а колбы 110, 111 - с трубопроводным соединением 77. Колбы 112 и 113 трубопроводами 85 т 88 связаНЫ с трубопроводом 86. Средства 12 обеспечивают прокачку под давлением ж.чдких сред из указанных колб в соответствующие точки устройства. Колориметрические средства 114 содержат проточную ячейку, через котор ю протекают отработанные пори.ии образца текучей спеды. Через этп попции пропускают свет, измеряемый фотоэлектрическим устройством. Кроме того, колориметрические средства содержат набор светосЬильтрпв дл выде.яения определенной волны. ФИЛЬТРЫ 115 и средства 116 дл их установки содержат зубчатое колесо 117 (см. фиг. 2). в которое вмонтиповано большое количество ФИЛЬТРОТ 118-121. каждый из которых прозрачен для опре.пеленной длины волны. Двигатель привода 122 ПРИВОДИТ во вращение 3v64aToe колесо 123 фильтров. Ведомое зубчатое колесо 124 расположено вокруг КОлеса 117 Фильтров и находится в запеплении с приводным зубчатым колесом 123.

РегистрПруюптие средства выполнены в виде самоПИщуптего прибора 125 п содержат измерительную и рабочую электрические цепи 126, которые соединены с выходом ко.лорил етра 114 с помощью электрической цепи 127. В цепь 127 регистрирующих устройгтр 126 включены потенциометры базовой линии (на чиг. 1-3 не показаны), которые служат для ПОДГОНКИ 100%-ной линии пропускания или базовой линии, осуществляемой ПРИ переходе от количественного анализа одной составляющей к количественному анализу ДРУГОЙ составляющей для создания общей базовой линии на регистрационной диаграмме и упроП1ения анализа диаграммы. Сле.товятедьно, р этом случае при количественном анализе пячличных составляющих с помощью копопиметрических средств включаются потени.иометры базовой литии в указанную измерительную и рабочую цепь, причем каждый из потенциометров используется для надлежащей установки базовой линии по отношению к выбранной исследуемой составляющей. Есл.и устройство .используется для испытания последовательных образцов текучей среды с четырьмя различными ее составляющими, то необходимо иметь четыре таких потенциометров базовой лввии в измерительной « рабочей цени 126 самописца.

Четыре оозиционных ступенчатых переключателя 128 соединены в измерительной и рабочей цепи 126 самописца с помощью электрической цепи 129. Так как работа указанных ступенчатых .переключательных средств синхронизирована с работой фильтров 115, то очевидно, что ступенчатые переключательные средства 129 приводятся в движение приводом фильтров 115. Потенциометры базовой линии и оперативно связанные с ним.и ступенчатые переключатели 128 используются для подгонки базовой линии. Эта же операция может быть проведена регулированием количества света диафрагмами от колориметрического источника света, который ороходит через проточную ячейку и попадает на приемник.

На фиг. 3 показаны четыре диафрагмы 130-133, которые закреплены на колесе 117, причем каждая из них связана с одним из фильтров 118-121. Дебарботер 134 содержпт впускной трубопровод 135, газовый выпускнол трубопровод 136 И выпускной трубопровод 137 и удаляет газы из потока жидкости, протекающей по нему из трубопровода 135, с помощью вызываемой силами тяжести газожидкостной сепарации, с удалением указанных газов в атмосферу по газовому выпускному трубопроводу 136, дегазированная жидкость вытекает из него по выпускному трубопроводу 137.

Выпуск разветвленного трубопровода 74 соединен с выпускным трубопроводом 135 дебарботера 134, выпускной трубопровод 137 соединяется с проточной ячейкой (на фиг. 1 - 3 не показана) колориметра 114. Использование в колориметре проточной ячейки, содержащей образованные заодно с нею дебарботажные средства, позволяет устранить отдельные дебарботажные средства с сопровождающим ее прямым соединением выпускного трубопровода разветвленного трубопровода 74 с впускным трубопроводом проточной ячейки.

Программирующее синхронизирующее устройство 138 предназначено для селективного управления приспособление/м 1 подачи образца, множеством клапанных средств, расположенных в трубопроводах, и средствами привода колеса фильтров 116 в определенной последовательности. Каждое из приспособлений: для подачи образца, кланаиные, а также средства привода колеса фильтра,- срабатывают от электрического сигнала, поступающего по цепям 139-142 от программирующего устройства 138.

Рабочая скорость приспособления 1 подачи образца, время нахождения отводящей трубки в чащках 3 и контейнере 7 с промывочной жидкостью, соответствующие открытия и закрытия клапанных узлов и их время нахождения в состоянии покоя, скорость привода фильтра 116 и ступенчатых переключателей

10 128 легко управляются программирующим синхронизирующим устройством 138.

Для правильной работы устройства необходимо выбрать определенную длину трубопроводов, их внутренние диаметры и скорости движения жидких образцов для того чтобы обеспечить идентичное время течения жидких сред от соответствующих впусков текучих сред в устройство до разветвленного трубопровода 74, т. е. время, требуемое для

0 течения дискретного количества образца от контейнера 7, смещанного с одной или несколыкими жидкостями из соответственных колб 16, 17 108, 109 до трубопроводного соединения 74, должно быть тем же самым, что

5 и время для течения дискретного количества любой смеси жидкостей из колб ПО-113, включая любое дискретное количество образца, которое может быть смещано с ними в канале приемной камеры 51 диализатора 49, до

0 указанного трубопроводного соединения. Для этого необходимо достигнуть параллельности тплекторпи течения с сохранением времени еч ен к я по сто я н ны м.

Например, параллельные траектории течения, создаваемые основным трубопроводом 38, с одной стороны, и трубопроводом 40, инкубирующим змеевиком 41 и трубопроводом 42, с другой, с соответственно равными длинами змеевика и трубопровода и внутренними

0 диаметрами, получим равное время течения дискретного количества текучей среды по указанным трубопроводам. Это же следует в отнощении того, что необходимо равенство времени обеспечить для прохождения образца

5 через трубопроводы 53 и 52, донорский канал 50 диализатора и трубопровод 55 с другой стороны. Это также применимо и к обеспечению равного времени протекания по трубопроводу 95, с одной стороны, и трубопроводу

0 97, нагрева1Юпл,ему и реакционному змеевт ку 98 и трубопроводу 99, с другой.

В качестзе примера рассмотрим работу устройства при анализе сыворотки крови на содержание кальция, протеина и альбумина.

5 Работа устройства начинается с погружения отводящей трубки 5 в чашку 3 с образном сыворотки крови. Сыворотка крови, смешанная с разбавителем из колбы 16 и разделе; ная сегментом воздуха из трубопровода 32,

0 будет подаваться в трубопровод 36, по трубопроводу 34 И смесительному змеевику 35 потрубопроводу 40 к инкубирующему змеевику 41 и из последнего-по трубопроводам 42, 47 и 52 к донорскому каналу 50 диализатора 49. Одновременно реципиентный поток из кол9

бы 110, разделенный сегментами воздуха из трубопровода 76, будет течь по трубопроводу 82 в приемный канал 51 диалпзатора 49. Поскольку течение потоков через диализатор синхронизировано, что через его мембрану переносится составляющая кальция из подходящим образом инкубированного донорского потОКа Б приемный поток, в то время как протеиновая составляющая будет оставаться в донорском потоке.

Донорский поток будет течь из диализатора 50по трубопроводам 55, 59 и 61 для комбинирования с потоками реагентов из трубопровода 64 в трубопроводном соединении 62 и будет вытекать из него по смесительному змеев ику 68; в результате происходит окрашивание потока. Поток реципиента будет течь из диализатора 49 по трубопроводам 83 и 86 в трубопроводное соединение, где он будет смешиваться с потоком реагента из трубопровода 88. После этого поток проходит по трубопроводу 91 в смесительный змеевик 92 для проведения соответствующей, создающей окраску, реакции определенной составляющей с реагентом. Так как протеин явлгтется первой иитересующей нас составляющей жидкости, то содержащий его доя-орокий поток будет протекать из смесительного змеевика 68 по трубопроводам 69 и 73, дебарботажпым средствам 134 и от них-/по колориметрической проточной ячейке. Поток, содержащий прореагировавшую с образованием окраски кальцевую составляющую, будет течь из смесительного змеевика 92 на удаление через трубопроводы 93, 95 и 101.

После того как донорский поток, содержащий соответствующим образом окращенную протеиновой составляющей жидкость, прощел через колориметрическую проточную ячейку в течение времени, достаточного для его колориметрического анализа с целью количественного определения протеиновой составляющей и записи результатов анализа самопвсцем 125, программирующее устройство 138 закрывает клапаны 75 и 102 и открывает клапаны 72 и 104, через которые протекает поток, прощедщий трубопровод 103, дебарботажные средства 234, проточную ячейку и содержащий окращенную кальциевую составляющую.

Проанализированные потоки жидких проб сбрасываются по трубопроводу 71. Одновременно при открытии клапанов 72 и 104 программирующее устройство подает сигнал по цепи 142 для перевода фильтра 119 в рабочее положение относительно колориметрического источника света и проточной ячейки, и если они используются, - для перевода ступенчатого переключателя 128 на одно положение для соединения потенциометра базовой линии, подходящего для колориметрического анализа в отнощении кальция в измерительную и рабочую цепь 126 самописца. Если используются подгоночные средства, то регулируемая диафрагма 132 будет автоматически перево10

диться в рабочее положение npin переводе колес. 117 фильтоа.

.Анализ сыпоротки коозл по отноктепию к альб Л;1йнезой (оставляющей проводят в той же последовательности, однако перед измерением базовую линию ставят соответственно исследуемой состав.ляющей. Программирующее устройство управляет потоком сыворотки из трубопровода 31, смешиванием его с разбавителем из колбы 17 и разделением его воздухом на сегменты, прохождением потока через тройник 33, трубопровод 34 через смесительный змеезик 35, трубопроводы 36, 38 и 52, соответстаенно, к идонорскому каналу 51 диализатора 49.

Поток реципиента из колбы 111 будет сегментироваться с помощью воздуха из трубопровода 76 в тройнике 77 и будет течь из него в приемную камеру диализатора 49. Прохождение донорского и реципиентного потоков по диализатору 49 будет вызывать прохождение АМК-составляющей через мембрану диализатора в приемный поток, в то время как альбуминовая составляющая остается в донорском

потоке.

Из донорской камеры 50 донорский поток будет проходить по трубопроводу 55 и 59 в трубопроводное соединение 60, где происходит соединение его с потоком реагента из трубопровода 63, после чего поток проход-ит к смесительному змеевику 68 по трубопроводам 61 и 67. Далее этот поток, содержащий теперь прореагировавшее с образованием окраски альбуминовую составляющую, будет течь, по

трубопроводам 69 и 73, дебарботажпым средствам, через колориметрическую проточную ячейку, где происходит колориметрический анализ образца по отношению к альбуминовой составляющей.

Приемный (реципиентный) поток, который теперь содержит интересующую АМК-составляюп.1,ую, будет течь по трубопроводу 83 в трубопроводное соединение 84 для комбинирования с потокоМ .реагента пз трубопровода 85

и последующего течения по трубопроводу 91, смесительному змеевику 92. Окрашенный приемный поток течет по трубопроводам 93 и 97, нагревающему и реакционному змеевику 98 тт трубопроводу 99 для сброса по трубопроводу 101.

После того как донорский поток, содержащий окрашенную при реагировапии альбумиповую составляющую, прошел через колориметрическую проточную ячейку в течение

промежутка времени, достаточного для проведения его колори1метрического анализа количественного содержания альбуминовой составляющей и записи результатов анализа самописцем 125, программирующее устройство

открывает клапаны 104 и 72 и закрывает клапаны 75 и 102 для запуска течения рецппиентного потока, содержащее подходлпхим обоазом нагоетую и окрашенную при реагировании АМК-составляющую, по трубопроводу 103

и дебарботеру 134, по проточной ячейке ко11

лориметрических средств. Одновременно с открытием клапанов 72 и 104 .программирующее устройство подает сигнал по цепи 142 для перевода фильтра 121 в рабочее положение и, если они используются, обеспечпвает включение .потенциометра базовой линии при перемещении ступенчатого переключателя 128 в соответствующее положение.

После того как реципиентный поток, содержащий окрашенную при реагировании АМКсоставляющую, прошел проточную ячейку колориметра в течение промежутка времени, достаточного для анализа, отводная трубка 5 поднимается из чашки 3 образца сыворотки и погрузится ;в контейнер 7 помывочной жидкости. В этот момент .поток прерывается сегментом воздуха, за которым следует поток промывочной жидкости, который, в свою очередь, сопровождается относительно большим воздушяым сегментом. В это же время следует продвижение поворотного столика 4 и последующее движение отводящей трубки 5 из контейнера 7 промывочной жидкости в чашки 3. В этот момент программирующее устройство закрывает клапаны 29, 30, 65, 66, 72, 89, 90 и 102; все остальные клапаны в этот момент открываются. В результате только указанные воздушные сегменты и поток промывочной жидкости, воздушные сегменты из трубопроводов 32 и 76 и реципиенты из колб 110 и 111 будет протекать по устройству в течение промежутка времени, пока отводящая трубка 5 не погрузится в образец сыворотки. Это сопровождается очисткой проточной ячейки колориметрических -средств, .диализатора и всех трубок системы, трубопроводов и змеевиков для удаления всех следов анализировавшегося перед чтим образца сыворотки крови, что проводится .перед вводом следующего образца сыворотки. Синхронизатор (программи12

рующее устройство) должно устанавливаться на закрытие клапанов 45, 56, 105 и открытие клапанов 44, 46, 57, 58, 106 и 107, соответственно, в течение некоторой части времени очисткч устройства.

Как только отводящая трубка 5 погружается в следующую чашку .3 образца сыворотки крови, установленную в точку забора при продвижении поворотного столика 4, операционный цикл, описанный выше, будет повторяться, и так для каждого последующего образца сыворотки KpoBiH до тех пор, пока не будет .дроанализирова.н последний. Описанная последовательность колориметрического анализа донорских и реципиентных потоков представлена лишь для иллюстрации, однако возможна широкая вариация этой последовательности.

Число и род соответственных составляющих, показанных в примере, было выбрано с целью наглядного описания работы устройства.

Предмет изобретения

Устройство для анализа жидкостей, содержащее поворотный столик, дозатор, основной и вспомогательные трубопроводы, связанные между собой клапанами, колориметр с фильтрами и программирующее устройство, отличающееся тем, что,С целью автоматического последовательного количественного анализа ряда образцов жидких сред, основной трубопровод выполнен с параллельными отводами, в один из которых .вмонтирован диализатор, в другой - нагревающая ванна, причем отводы с указанным1И элементами связаны через клапаны с основным трубопроводом, в котором после ввода отводов устаповлены дополнительные клапаны.