Емкостной трехэлектродный датчик Советский патент 1981 года по МПК G01N27/22 

(54) ЕМКОСТНОЙ ТРЕХЭЛЕКТРОДНЫЙ ДАТЧИК

1

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к датчикам, служащим для анализа состава вещества.

Известны емкостные трехэлектродные датчики для анализа состава вещества по измерению его диэлектрической проницаемости,содержащие три металлических электрода,фиксированные друг относительно друга изоляторами. Между электродами образуются две рабочие электрические емкости i

Эти датчики не обладают возможностью селективного безреагентного анализа того или иного соединения, находящегося в сложной смеси в у;1ьтрамалом количестве, например М/л, так как реагируют одновременно на все компоненты сложной смеси помещаемой в рабочие электрические емкости. К тому же точность определений диэлектрических параметров оказывается невысокой, ввиду отсутствия строго определенных соотношений расстояния между электродами к их площади, обуславливающих значительный уровень паразитных полей.

Наиболее близким к предлагаемому является трехэлектродный датчик,содержащий корпус с вводным штуцером и

коаксиально расположенными электродами, образующими рабочие электрические емкости, причем одна рабочая .электрическая емкость превышает другую в 2-3 раза, а отношение расстояния, между электродами к их площади, составляет не менее 0,005 Это позволило повысить точность измерения диэлектрических параметров вешеств 2 .

Однако этот датчик также не обладает возможностью селективного безреагентного анализа того или иного соединения, находящегося в сложной жидкойсмеси в ультрамалом количестве, например Ю - М/л, так как реагирует на все компоненты смеси, помещаемой в рабочие электрические емкости. При этом если какой-то компонент в смеси находится в ультрамалом количестве, то его вклад в общую поляризацию будет настолько мал, что надежно зарегистрировать ее невозможно.

Отсутствие возможности селективного безреагентного анализа у известного трехолектродного, датчика значительно сужает круг его применения, особенно в области аналитической химии.

биологической технологии и промьашленного микробного биосинтеза.

Цель изобретения - расширение функциональных возможностей,

Цель достигается тем, что в емкостном тртхэлектродном датчике q двумя жестко фиксированными рабочими электрическими емкостями, причем одна больше другой в 2-3 раза, а отношение расстояния между электродами к их площади составляет не менее 0,005 внутренний, цилиндрический электрод выполнен полым, закрытым с нижнего торца шайбой, полностью заполненным иммобилизованным на твердом носителе/ например пористом стекле, активным биокатализатором - ферментом, а вводный штуцер датчика выполнен/с разветвлением на две- трубки, одна из которых введена в среднюю часть внутренней полости внутреннего электрода, а вторая - в рабочую электрическую емкость между внешним и средним цилиндрическими электродами.

На чертеже изображено предлагаемое устройство.

Три цилиндрических электрода: внешний 1, средний 2 и внутренний 3 расположены коаксиально и жестко фиксированы изолятором-крышкой 4. Внутренний электрод 3 закрыт с нижнего торца плоской шайбой 5 и полностью заполнен иммобилизованным на твердом носителе, например пористом стекле, активным диокатализатором-ферментом б. Ввод 7 исследуемой жидкой среды в датчик выполнен из трубки, разветвляющейся на два рукава 8 и 9 одинакового сечения, причем рукав 8 бведен в среднюю часть внутренней полости внутреннего электрода 3, а второй рукав 9 - в рабочую электрическую емкость между внешним 1 и средним 2 цилиндрическими электродами. Все три электрода снабжены выводами 10, 11 и 12 для подключения вторичного измерительного прибора. Предлагаемый датчик снабжен корпусом 13 в виде стакана, содержащего в своей донной части отверстие 14 для вывода из датчика исследуемой жидкой среды.

Емкостной трехэлектродный датчик работает следующим образом.

Анализируемая жидкая среда через ввод 7 и рукава 8 и 9 поступает в рабочую электрическую емкость между внешним 1 и средним 2 электродами, изменяя значение .этой емкости до величины с и одновременно в среднюю часть внутренней полости электрода 3. Оттуда жидкость поступает через верхний торец электрода 3 в рабочую электрическую емкость между средним 2 и внутренним .3 электродами, изменяя значение этой емкости до величины с. Определяя значения с. и с с помощью вторичного измерительного прибора и их. отношение , получаем постоянную величину К.

Если нужно определить в анализируемой жидкости какое-то соединение, количество которого настолько мало, что не влияет на величину емкости с, вводим иммобилизованный биокатализатор-фермент Ь во внутреннюю полость электрода 3 такого типа,который является субстратом к анализируемому соединению, а в результате фермент-субстратн.ой реакции образуются полярные, газообразные или ионные продукты.

Поместив таким образом фермент в датчик,пропускаем через него анализируемую жидкость; Если в ней не оказывается анализируемого соединения, то отношение постоянно, если имеет место анализируемое соединение в концентрациях вплоть до 10° М/л, то во внутренней полости электрода 3 это соединение взаимодействует с молекулами иммобилизованного фермента, а продукты реакции выносятся потоками исследуемой жидкости в рабочую емкость между средним 2 и внутренним 3 электродами, изменяя значение емкости С2. Определив отношение получаем новую величину К, численное изменение которой пропорционально количеству продуктов, реакции, изменивших емкость с и соответственно пропорционально концентрации анализируемого соединения в исследуемом растворе, поступившей в датчик. Через отверстие 14 исследуемый раствор выводится из датчика и датчик может анализировать другой раствор.

Если нужно обнаружить соединение другого вида, то необходимо заменить тип иммобилизованного фермента.

Если же нужно обнаружить несколько соединений разного вида одновременно, то необходимо иммобилизовать несколько соответствующих видов ферментов .

Ввиду того, что продукты реакции в значительной степени больше изменяют емкость датчика, чем само анализируемое соединение, то представляется возможным с помощью предлагаемого датчика обнаружить соединения в сложной смеси, находящиеся там в ультрамалых количествах, например lO- -lO-Ом/л.

Пример . Емкостный трехэлектродный датчик изготовлен их трех соосных платиновых цилиндров с отношенем расстояния между электродами к их площади 0,005, емкостью между внешним электродом и средним 8 пФ, а между внутренним и средним электродами 24 пФ. Электроды крепятся на полистироловом изоляторе-крышке. Диаметр ввода равен 1 мм Внутренняя полость внутреннего электрода объемом 1 см заполнена модифицированным макропористым стеклом (с-80) с диаметром пор около 800 А и удельной поверхностью 60 . в порах стекла посредством реакции азосочетания и