Устройство для хемилюминесцентногоАНАлизА Советский патент 1981 года по МПК G01N21/76 

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ХЕМИЛЮМИНЕСиЕНТНОГО АНАЛИЗА

Изобретение относится к технике анализа жидкостей и газов, в особенности к конструкции аналитических оптических приборов измерения интенсивности светового иапучения Ич прежае всего апя измерения слабого хемилюминесцентного свечения системы; исследуемая жидкость - хэмилю- минесцентный реагент, в которой развивается хемилюминесцентная реакция. Известно устройство, которое содержит реакционную камеру, имеющую оптический контакт с фотодетектором. В реакционную камеру по .соответствующим трубкам поступают пробы исспедуемой жидкости и порции хемилюминесцентного реагента. Результирующее свечение, обесповленное хе- милюминесцентной реакцией, возникающей в рабочем объеме реакционной камеры, ,преобразуется фотодетектором в соответствующий по величине электрический сигнал. Этот сигнал содержит в себе информацию о концентрации исследуемого вещества в анализируемой жидкости. Исследуемые пробы и реагент подаются в реакционную камеру из соответствующих контейнеров за счет разряжения, создаваемого вакуум-насосом, а отработанная смесь выводится через фильтр-ловушку в сборник отработанных проб. Автоматизацию анализа серии проб обеспечивает электромотчэр, кинематически соединенный с эксцентрическими переключателями, которые управляют работой вентилей считывающего устройства и интегрирующей схемы l. К недостаткам данного устройства относится трудность поддержания заданных соотношений объемов испытуемой жидкости реагента, невозможность полного удаления отработанной смеси и последующие промывки реакционной камеры от остатков отработанной смеси, что в целом снижает чувствительность устройства и искажает конечные результаты анализа. Устройство обеспечивает только дискретный режим измерений. Конструктивно устройство сложное, громоздкое, имеет много вспомогательнъ1х узлов и блоков, до3,8 полнитепьных у стройств, потребпякяцих электроэнергию (электронасос, вакуум-на сое, вентили, эксцентрические переключатели и т.п.). Устройство 1ФИГОДНО для использования лишь в стационарнЫ|, условиях и не приспособлено для автономного режима эксплуатации. В целом устройство непригодно для анализа потока жидкости. Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является устройст.во, представляющее собой хемияюминесцентный дозиметр газов непрерывного дей ствия, содержащее дозатор, соединетгый гидролинией с емкостью для реагента, проточную реакиионную камеру, непосредствен но связанную с дозатором и имекжую оптический контакт с фотодетектором, электромагнит, кинематически соединенный с дозатором, электронный блок улравиения, электрически соединенный с электромагнитом, фотодетектором и регистрирующей аппаратурой. Исследуемый воздух через удлине1шое сопло входит в реакцио1шую камеру. Через кольцеобразный в сечении цилиндрический патрубок, окружакший воздушное сопло, вводится хемилюми есцентный газообразный реагент (например этилен) д/к обнару5Кения озона или же озон для определения окислов азота. Поступающие в реакционную камеру га зы за счет турбулентности потоков смеши ваются в смесительном объеме в конце сопел цилиндрических патрубков. При смещении развивается хемилюминесцентная реакция, интенсивность свечения которой преобразуется фотодетектором, роль которого выполняет ФЭУ, электрический выходной сигнал ФЭУ, Соответствующий по величине интенсивности хемилюминесценции усиливания, и поступает для регистра измерительную аппаратуру, регистрация результатов измерений производится в цифровом коде. Расход реагента и исследуемото газа регулируется эпектро- и вакуум-насосами соответственно. Насос вакуумный имеет диафрагму с электронным управлением 2) Недостатком данного устройства являются низкая эффективность, отсутствие автоматизации непрерывного действия, ограниченная область применения. Цель изобретения - повышение эффективности, автоматизация непрерывного де ствия и расширение области применения. Указанная цель достигается тем, что устройство размещено в герметичном кон тейнере и дополнительно снабжено гвдродина мическим напорником.водоструйным насосом жестко связанным с наперником исоединеины 45 гидролиниями с дозатором и реакционной камерой, а также тем, что он дополнитеяь но снабжен сигнальным кабель-тросом с герметическим разъемом. Автоматизация процесса анализа достигается за счёт электронного управле- Ш1Я срабатыванием запорной иглы-нклапана автоматического дозатора, непосредственно связанного с проточной реакщсон ной камерой устройства и водоструйным насосом с гидродинамическим наперником. Водоструйный насос с гидродинамическим напорником обеспечивает подачу части исследуемого потока через автоматический дозатор в реакционную камеру и вывод из реакционной камеры отработанной реакционной смеси опять в исследуемый поток и далее в окружающую анализатор среду. Высокая эффективность и чувствительность производимых устройством измерений достигается за счет автоматического поддержания заданных соотношений реагента и исследуемой жидкости, в широком диапазоне давлений и скорости истечения жидкости.через реакционную камеру обеспечиваемого конструктивными особенностями автоматического дозатора, основанных на использовании принципа эжектирования, а также за счет конструкции легкорааъемной проточной реакционной камеры, рабочий объем которой представляет многослойный (в данном случае 2-х слойный) зигзагообразный сквозной канал, образованный светопроэрачными дисками с параллельными прорезями, между которыми закреплены сплошные светопрозрачные промежуточные диски такого же диаметра. Реагент через дозатор поступает в рабочий обьем проточной рёакцшпиой камеры из элвоткчной емкости, размещегвойвиегерметЕЧном кожухе и потому испытуюшей на себе давление окружающее устройства среды. На фиг. 1 изображено буксируемое тело, соединенное сигнальным буксировочным кабель-троссом с движущимся суд- ном-косйтелем регистрирующей аппаратуры, общий вид (a)i устройство, размещецное блоком в буксируемом теле, вид сбоку и вид спереди (б, в); на фиг. 2ycTpoiteTBO с разрезом основных его уз- . лов; на фиг. 3 - схема, поясняющая принцип автоматизации прсяхесса анализа при движении устройства в исследуемой среде. Устройство содержит герметичный контейнер 1, автоматический дозатор 2, проточную реакционную камеру 3, соединенн ю непосредственно с дозатором и через патрубок 4 с водоструйным насосом 5, фотоэпектронный умножитепь 6, оптический контакт с рабочим объемом реакционной камеры, емкость 7 для реагента из anajcTHHHoro материаяа| сс единенную патрубком 8 с внутренней по постью дозатора, гидродинамический напориик .9, закрепленный в попасти контейнера и соединенный с водоструйным насосом, электромагнит 1О, соединенный своим штоком шарнир но с рычагом 11. игольчатого клапана дозатора, электронный блок 12 управления электромагнитом, лреобразователем постоянного низковопьтного напряжения в высокое стабипизированное напряжение питания ФЭУ, преобразователем сигнала} герметичный разъем 13 апя ввода сигнального кабепь-тросса 14, блок 15 питания, регистрирующую аппаратуру 16, размещенную в борту судна 17, входной штуцер 18, соппо 19 дозатора, выходной (цтуцер 20, пересчетный прибор 21, цифройечатающее устройство 22, интенсиметр 23, регистратор 24, светопроэрачный герметический ксрпус 25, буксирующее тело 26.

Процесс непрерывного автоматическое го экспресс-анализа осуществляется следующим образом.

От блока 15. питания регистрирующей аппаратуры 16, размещенной на борту суна 17 (фиг. 1а), низковольтное напряжение постоянного тока по сигнальному буксировочному кабель-тросу 14 через герметичнь1й разьем 13 поступает в электронный блок 12 управления работой устройства хемипюминесцентного анализатора , В блоке управления формируются импупьсы заданной длительности и скважен- ности, обеспечивающие выбранный режим срабатывания электромагнита 1О, который через свой шток передает усилие на рычаг 11 игольчатого клапана и таким образом управляет работой дозатора 2 (открывая или закрывая клапан, чем обеспечивается ипи прекращается доступ реагента в реакционную камеру). В блоке управления преобразователь-конвертор обеспечивает получение стабилизированного высокого напряжения для питания анода ФЭУ, а преобразователь-предусилитель преобразует и усиливает по мощности медленно меняющийся во времени полезный выходной сигнал с нагрузки ФЭУ в соответствующий частотно-импупьсный, который через разделительный конденсатор по тому же сигнальному кабель-тросу 14 подается на вход пересчетного блока регистрирующей аппаратуры.

При движеивн судна часть обтекающего буксируемое теад 2б(капсупу) потока : через гидродинам1нческий напорник 9 (фиг. 2) попадает ар внутреннюю полость (фиг. 3) водоструйного насоса 5. За счет разности давлений жидкости 4 Р,обеспечиваемой как конструкцией водоструйного насоса, так и конструкцией гидродинамического напорника, нсспедуемый поток через входной штуцер (фиг. 2) поступает во внешнюю попость дозатора 2 н затем, истекая из соппа 19 дозатора, поступает в рабочий обьем, реакционной камеры 3, В момент истечения исследуемого потока из соппа 19 на кромке Е&ГХОДНСГО отверстия игольчатого клапана соэоается разряжение (фиг. 3), обеспечивающее свободный впрыск реагента в исСпедуемыЙ поток, тогда электромагнит 1О открывает клапан. Емкость 7 для реагента за счет своей эластичности и при воздействии на ее оболочку давления окружающей среоя обеспечивает практически полное удаление реагента в процессе анализа из своей полости через патрубок 8, соединяющий ее с дозатором 2.

Сразу после истечения исследуемого потока жидкости и реагента из сопла 19 они смешиваются за счет интенсивной тур бупентной Диффузии и далее реакционная смесь поступает в рабочий обьем реакивон-ной камеры 3. Рабочий обьем камерьт представляет собой зигзагообразный двух- слойкый (возможен трех-четырвхслсйный) 35 сквозной канал, образованный решеткой и светопрозрачными дисками - элементами констру1щии реакционной камеры. Зигзагообразная форма канала, различные yri&i поворота канапа (тупые, прямые, острые), а 40 также отверстия в светопрозрачном промежуточном диске создают интенсивный турбулентный режим протекания реакционной смеси, спосо&твуюший активному последующему перемешиванию исследуемого потока и реагента, чем достигается повышение интенсивности, а следовательно, и скорости хемия.юминесцентной реакции. Такая конструкция рабочего обьема хемилюминесцентной реакции в тонком слое (толщина 50 сквозного канапа не более 3-5 мм) при ойщей длине канапа в 2 и 5олее метров и создает оптимальное соответствие ми- нимальншо объема исследуемой реакционной смеси с чувствительным элементом J, фотодетектора.

Сквозной зигзагообразный канал длинной более 1,5-2 м вполне обаспечивает достижение максим ма развития интенсивности хемипюминесценции в рабочем объ« еме камеры прежде, чем реагирующая часть реакционной смеси будет уцапеив из нее. Интенсивность свечения реакоионной смеси тем больше, чем больше конпентрация исследуемых вещес.тв в анализируемом потоке. За счет той же разницы давлений, создаваемой водрструЯпмм насосом, отработанная реакционная смесь через выходной штуцер 2О и патрубок 4 вновь поступает в полость (в узкую ее часть) водоструйного насоса и таким образом удаляется из анапизатора. Интенсивность светгався о потока, как результат хемилюминесц нтиой реакшв, воздействует на светсяувствитепьный эле- мент фотодетектора (фотоэлектронный умножитель 6), Фотодетектор преобразует световой сигнал в соответствующий электрический сигнал в виде медленно меняющегося выходного напряжения. Это напряжение с нагрузки фотоэяектронйого умножителя поступает в электронный блок 12 где с помощью электронной схемы преобрааЬватель напряжения - частота преобразуется в соотаетствукадую частоту последовательности импульсов. Далее этот частотно-импульсный сигнал, усипвйкиЙ этой же схемой по мошности через сигнальный кабель-трос 14 поступает дня регистрации и обработки в бортоЕую регистрирующую аппаратуру 1в, имеет в сво.ем составе пересчетш Ш прибор 21, цифропечатакадее устройство 22, интенси- метр 23 и регистратор 24, электрически соединенные между собой. Текущая инфop мация, как конечный результат непрерывно автоматического хемилюминесцентного анализа, фиксируется на иенте самописца 24 для визуального контроля за процес-соу анализа и на ленте цифропечати 22 для дальнейшей машинной обработки на ЭЦВМ. Устройство может найти широкое применение в научно-исспедоватепьскЕХ уч реждениях, гидрометеослужбах флота, а также в химической промышленности, в узлах оптико-химической техники. Максимально зарегистрированная чувствительность хемилюминесцентного анализатора, в пересчете на эквивалентное количество перекиси водорода, соответствовало концентрации ее 5-9 «Ю моль на 1 литр морской воды. Ф о р мула изобретения 1.Устройство для хемилюминесцентного анализа, содержащее дозатор, соединенный гидролинией с емкостью для реагента, проточную реакционную камеру, непосредственно связанную с дозатором и имеющую оптический контакт с фотодетектсром, электромагнит, кинематически соединенный с дозатором, электронный блок управления, электрически соединенный с электромагнитом, фото детектором и регистрирующей аппаратурой, отличающееся тем, что, с целью повыщения эффективности, автоматизации непрерывного действия и расширения о&ласти применения, оно размещено в герметичном контейнере и дополнительно снабжено гидродинамическим напорником, водоструйным насосом, жестко связанным с напорником и соединенным гидролиниями с дозатором и реакционной камерой. 2.Устройство по п. 1, о т л и ч а - ю щ е е с а тем, что оно дополнительно снабжено сигнальным кабельнь1м тросом с герметическим разъемом. Источники информации, принятые во внимание, при экспертизе 1.Патент Великобритании М 1315467, кл. G O1.N 21/26, 197О. 2.Патент США Н. 3700896, кл. G 01 «1 21/52, 1975 (прототип).

«ч