Трехэлектродный емкостной датчик Советский патент 1981 года по МПК G01N27/22 

Изобретение относится к измеритвл ной технике, а именно к датчикам для контроля электро-физических пара метров, в частности диэлектрической проницаемости и электропроводности белковых веществ. Известны трехэлектродные емкостны датчики для измерения диэлектрической проницаемости и электропроводности веществ р1, содержащие три металлических электрода, фиксированных один относительно другого изоляторами. Между электродами образуются две рабочие электрические емкости. Известные датчики не обладают селективностью, так как реагируют на все компоненты среды, помещаемой в рабочие электрические емкости. Из-за отсутствия строго определен ных отношений расстояния между элект родами к их площади, обуславливающих значительный уровень паразитных полей, и отсутствия накопительной системы в ра бочих электрических емкостях, точность определения электрофизических параметров веществ низка, и что не позволяет контролировать изменения в составе таких сильно-полярных и сложных веществ, как например, растворы белков в процессе их промьшшенного производства и переработки. Наиболее близким техническим рещением к изобретению является трехэлектродный коаксиальный датчик 21, содержащий коаксиально расположенные электроды, образуювц е две жестко фиксированные рабочие электрическиеемкости. Датчик не имеет подвижных электродов и выполнен с оптимальными конструктивными характеристиками, заключакици(«{ся в том, что одна рабочая электрическая емкость превьппает другую в 2-3 раза, а отнощение расстояния между электродами к их площади составляет не менее 0,005. Это позволило повысить точность измерений3электро-физических характеристик жидкостей. Однако этот датчик так же не обладает селективйостью, так как рабочие электрические емкости реагируют одновременно на все компоненты измеряемого вещества. Вследствие чего, оказывается невозможным определить диэлектрическую проницаемость или проводимость только одной какой-то компоненты исследуемого вещества, особенно сложного, например раствора белковых веществ. Отсутствие в этом датчике накопительной системы не позволяет достичь высокой точности измерений электро-физических характеристик растворов белковых веществ в процессе их промьшшен пого производства или переработки. Это значительно сужает область применени датчика, особенно в обла биологической технологии и микробно биосинтеза. Целью изобретения является обесп чение селективности и повышение точ ности определений диэлектрической проницаемости и электропроводности растворов белковых веществ и их сое тавляющих фракций. Эта цель достигается тем, что в трехэлектродном датчике с двумя жес ко фиксированными рабочими электрич кими емкостями, ьричем одна больще другой в 2-3 раза, а отношение расстояния между электродами к их площади составляет не менее 0,005, сре ний цилиндрический электрод выполне из 2-10 одинаковых металлических цилиндров-электродов, расположенных друг над другом вдоль общей оси и стыкованных по торцам посредством изолирующих колец тол1циной от 1 до 3 мм, причем, каждьп цилиндр-элект род имеет собственный вывод: внещни электрод датчика, служащий сдноврем но корпусом, снабжен в нижнем торце шайбой-изолятором, являющийся дном корпуса датчика, а рабочая электрич кая емкость между внещним и средним электродами -разделена по числу цилиидров-электродов, составляющих злсктрические емкости, и заполнена молекулярньм ситами-сефадексами, отличающимися друг от друга убывающим к дну корпуса датчика объемом удержания. 4 На чертеже показан предлагаемый датчик. Внешний. электрод 1 служит одновременно корпусом датчика, средний электрод 2 и внутренний электрод 3 прикреплены к крьпике-изрлятору 4, на которой выполнены входное 5 и выходное 6 отверстия. Средний электрод 2 состоит из нескольких, в частности 5 одинаковых металлических цилинд ров-электродов (7-11). Число этих цилиндров-электродов может быть взято от 2 до 10. Менее 2 брать нецелесообразно, так как нельзя будет достичь эффекта селективности, более 10 брать нецелесообразно, так как дальнейшее усложнение конструкции не приводит к улучшению селективных свойств датчика, из-за сближения различий с объемах удержания близлежащих (соседних) молекулярных сит-сефадексов. Цилиндры-электроды расположены друг над другом вдоль общей оси и сослыкованы по торцам посредством колец из изоляторов (12-15). цилиндр-электрод имеет свой вывод (16-20). Внешний 1 и внутренний 3 электроды снабжены выводами 21,22. Рабочая электрическая емкость между электродами 1 и 2 заполнена молекулярным ситом-сефадексом в следующей последовательности и следующих видов. Составляющая электрическая емкость, обр аз ов анная цилиндром-элек тродом (11)и внешним электродом I, полностью заполнена молекулярным ситом-сефадексом 23Ъ -10 с объемом удержания, соответствующим удержанию белковых фракций до 700 дапьтон, объемом набухшего геля 2 см™/г, с поглощением воды 1,О/г/г. Составляющая электрическая емкость,, образованная цилиндром-электродом , 1 О и внешним электродом 1, полностью заполнена молекулярным ситом сефадексом с объемом удержания, соответствующим удержанию белковых фракций до 5000 дальтон, объемом набухшего геля 5 см /г, с поглощением воды 2,5 г/г. Составляющая электрическая емкость, образованная цилиндром-электродом 9 и внешним электродом 1, полностью заполнена молекулярным ситом-сефадексом с объемом удержания, соответствуюсцим удержанию белковых фракций до 80000 .дапьтон, объемом набухшего геля ll5 , поглощением воды 7,5 г/г. Составляющая электрическая емкость образованная цилиндром-электродом 8 и внешш м электродом 1 полностью заполнена молекулярным ситом-сефадексом с объемом удержания; соответствующим удержанию белковых фракций до 150000 дальтон, объемом набухшего геля 30 , поглощение воды 15,0 г/г. Составляющая электри ческая емкость, образованная цилинд ром-электродом 7 и внешним электродом I полностью заполнена молекуляр ным ситом-сефадексом 27Ъ -200 с объ емом удержания, соответствующим удержанию белковых фракций до 200000 дальтон, объемом набухшего геля 40 см /г, поглощением воды 20,0 г/г. Нижний торец внешнего электрода 1 закрыт шайбой-изолятором 28. Работает трехэлектродный датчик следующим образом. Исследуемый раствор белковых веществ различных фракций, например плазма крови, молоко, белок куриного яйца, гидролизаты ферментной технологии, противовирусные вакцины вирусы, ферментные препараты медицинского назначения (инсулин, РНКаз желатин), и другие, пропускается через входное отверстие 5 и фильтру ется сначала через молекулярные сита-сефадексы 27, а затем через 26,25,24,23. Затем исследуемый раствор попада в рабочую электрическую емкость меж электродами 2 и 3 и выходит из датч ка через отверстие 6. Так как молекулярные сита-сефаде сы в составляюпщх электрических емкостях расположены по убыванию проникающей способности, то белков вещества, диффундируя через молекулярные сита, задерживаются в тех, из них, объем удержания которых соответствует их молекулярным массам от 700 до 200000 дальтон. В результате этого белковые вещества распре деляются в рабочей электрической емкости между электродами 1 и 2 по следующим фракциям: фракции, соотве ствующей молекулярным массам 500700 дальтон в промежутке между элек родом 1 и цилиндром-элек родом / фракции с массами 1000-5000 дальтон в промежутке между электродом 1 и цилиндром-электродом В, фракции с массой 3000-80000 длльтон в проме06жутке медду электродом 1 и цили1щ ром-электродом 9 фракции с массой 5000-30000 дальтон в промежутке между электродом 1 и цилиндром-электродом 10 и наконец фракции с массой 10000-600000 дальтон в промежутке между электродом 1 и цилиндром электродом 11. Помимо распределения по массам, белковые вещества будут накапливаться в рабочей электрической емкости, причем каждая фракция в том молекулярном сите-сефадексе, удерживающий объем которого соответствует молекулярной массе фракции. Определяя значения составляющих электрических емкостей посредством подключения измерителя (или измерителей) емкости к выводам (16-22, находим диэлектрическую проницаемость и электропроводность отдельно любой фракции белка, накопившейся в любых сефадексах (23-27). Точность таких измерений возрастает пропорционально длительности накопления белковых фракций в молекулярных ситах-сефадексах и может в несколько раз превьщ1ать точность известных способов измерения диэлектрических параметров растворов белковых веществ. Возможность определять в белковом растворе диэлектрические параметры только кякой-то определенной фракции с той или иной молекулярной массой, посредством подключения измерителя емкости к выводам 21,22 и соответствующему для любого цилиндра-электрода выводу (16-20) обеспечивает селективность в электро-4изических измерениях белковых растворов. Возможность дифференциального принципа измерения посредством сравнения значений емкостей между электродами 1 и любым цилиндром электродом 7-11 с емкостью между электродом 3 и любым цилиндром-электродом 7-П способствует повьппению чувствительности предлагаемого датчика и увеличению точности измерений диэектрической проницаемости и электророводности растворов белковых вееств. Для регенерации датчика пропускатся в обратном направлении 10%-ный одный раствор NaCl, и датчик снова одготовлен к измерениям. Определив диэлектрические параметы селективно той или иной белковой 78535 фракции, можно вычислить концентрацию (с) белка в растворе этой фракции по формуле|е. - 6 диэлектрическая постоянная с белком в датчике, диэлектрическая постоянная при отсутствии белка в датчике;диэлектрический инкримент данной белковой фракции. Следовательно, предлагаемый трехэлектродный датчик позволяет селектив-15

но и с повышенной точностью за счет накопления определять диэлектрическую проницаемость и электропроводность фракций, иэ которых состоит то или иное белковое вещество или смесь белцрвых веществ.

Формула изобретения

Трехэлектродный емкостной датчик, содержащий коаксиально расположенные цилиндрические электрода, образующие две жестко фиксированныеэлектрические емкости, причем одна больше другой в 2-3 раза, а отношение расстоя510

дами разделена по числу цилиндров и заполнена соответственно молекулярными ситами-сефадексами с объемом удержания, убывающим сверху вниз к дну корпуса датчика.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Бухгольц В.И., Тисевич Э.Г. Емкостные преобразователи в системах

автоматического контроля и управления. М., Энергия, 1972, с.11.

2.Авторское свидетельство СССР № 518723, кл. G 01 N 27/22, 1976

(прототип). 0 ния между электродами к их площади составляет не менее 0,005, отличающийся тем, что, с целью повьшения точности измерения, средНИИ электрод выполнен из 2-10 одинаковых металлических цилиндров расположенш 1х друг над другом вдоль общей оси и состыкованнь х по торцам посредством изолирующих колец толщ1.ной 1-3 мм, причем внешний электрод, служащий одновременно корпусом датчика, снабжен в нижнем торце шайбойизолятором, являющейся дном корпуса датчика, а рабочая электрическая емкость между внешним и средним электроI

fG f7f6/ff ff ff

I

// //