Устройство пьезорезонансного сенсора
Владельцы патента RU 2282183:
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Воронежская государственная технологическая академия (RU)
Изобретение относится к технике проведения анализа жидкостей и может быть использовано при анализе качества продуктов пищевой, химической, нефтехимической, фармацевтической промышленностей. Техническим результатом изобретения является обеспечение возможности погружения пьезосенсора целиком (а не только одной стороной) в исследуемую жидкость, а также легкой и экспрессной замене и модификации сенсора за счет подвижного колпачка. Сущность: устройство пьезорезонансного сенсора состоит из пьезокварцевого резонатора. Корпус устройства пьезорезонансного сенсора выполнен из стеклянной трубки, внешняя сторона которой покрыта теплоизолирующим материалом. Устройство содержит также держатель для пьезокварцевого сенсора. На оба электрода пьезокварцевого сенсора нанесен модификатор. Устройство снабжено подвижным колпачком, позволяющим легко проводить замену и модификацию сенсора. 1 табл., 1 ил.
Изобретение относится к технике проведения анализа жидкостей и может быть использовано при анализе качества продуктов пищевой, химической, нефтехимической, фармацевтической промышленностей.
Известно устройство пьезокварцевого резонатора-иммуносенсора с участием кремний органического модификатора [А.Ю. Фадеев, А.А. Ельцов, Ю.К. Алешин и др. Жидкостной химически модифицированный кварцевый резонатор как иммуносенсор // Журн. физ. химии. 1994. Т.68, №11. С. 2071-2075]. При конструировании ячейки авторы постарались свести на нет все радиотехнические наводки и другие факторы, действующие на тонкую пластинку пьезокварца, погруженную в жидкость. Плоскость резонатора располагали под некоторым углом к уровню жидкости для удаления воздушных пузырьков, скапливающихся у поверхности пьезосенсора. Для предотвращения электролиза лишь одна сторона пьезосенсора была погружена в жидкость, также была выбрана глубина погружения пьезоиммуносенсора. Недостатком устройства является возможность и необходимость работы только с одной стороной кварцевой пластины, а также проведение анализа с пьезосенсором, расположенным под некоторым углом к поверхности жидкости. Все это определяет сложности при изготовлении ячейки для проведения изменений. Так, например, необходимо фиксаторное кольцо для отделения кварцевых пластин друг от друга.
Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому эффекту является устройство пьезокварцевого иммуносенсора [Е.Н.Калмыкова, Т.Н.Ермолаева, С.А.Еремин. Разработка пьезокварцевых иммуносенсоров для проточно-инжекционного анализа высоко- и низкомолекулярных соединений // Вестник МГУ. Сер.2. Химия. 2002. Т.43, №6. С. 399-403].
Недостатками этого сенсора являются сложность последующего изготовления ячейки для измерений из-за того, что сенсор также контактирует только одной стороной с жидкостью.
Задачей изобретения является создание такого устройства сенсора, которое позволит проводить анализ жидкостей, содержащих компоненты по точной количественной оценке взаимодействия определяемого вещества (целевого компонента) с модификатором-сорбентом, нанесенным на оба электрода пьезокварцевого сенсора. При этом работа только с одним электродом пьезорезонансного сенсора не исключается.
Поставленная задача достигается тем, что в устройстве пьезорезонансного сенсора, состоящем из пьезокварцевого резонатора, новым является то, что корпус устройства пьезорезонансного сенсора выполнен из стеклянной трубки, внешняя сторона которой покрыта теплоизолирующим материалом, держателя для пьезокварцевого сенсора, пьезокварцевого сенсора с нанесенным на оба электрода модификатором и снабженного подвижным колпачком, позволяющим легко проводить замену и модификацию сенсора.
Технический результат заключается в возможности погружения пьезосенсора целиком (а не только одной стороной) в исследуемую жидкость, а также легкой и экспрессной замене и модификации сенсора за счет подвижного колпачка.
Схема устройства пьезорезонансного сенсора представлена на чертеже.
Устройство пьезорезонансного сенсора представляет собой корпус 1, выполненный из стекла с подвижным колпачком 2, позволяющим легко и экспрессно проводить замену и модификацию сенсора, изготовленным из стекла и снабженным теплоизоляционным слоем, держателя для пьезорезонансного сенсора 3, расположенного под колпачком, пьезорезонансного сенсора 4, провода питания и передачи сигнала 5 сенсора в анализатор (например, частотомер) и крышки 6 для герметизации корпуса сенсора. Наличие подвижного колпачка 2 позволяет приводить в действие сенсор при установившемся фазовом равновесии, что существенно расширяет возможности использования устройства во время анализа.
Устройство работает по следующей схеме. В анализируемую жидкую среду помещают подготовленный пьезорезонансный сенсор (предварительно сенсор выдерживают в дистиллированной воде несколько минут до получения стабильного аналитического сигнала и измеряют показания), затем пьезорезонансный сенсор приводится в действие. Секундомером отсчитывают время, по истечении которого сигнал пьезокварцевого сенсора не изменяется. Разность между сигналами пьезосенсора до и после контакта с анализируемой жидкостью, содержащей исследуемый компонент, служит характеристикой количественных определений.
По окончании анализа пьезорезонансный сенсор удаляют из исследуемой жидкости, сенсор регенерируют в дистиллированной воде до выхода сигнала сенсора на начальный уровень. После этого сенсор готов для проведения следующего измерения (анализа).
Результаты сравнения характеристик предлагаемого устройства пьезорезонансного сенсора с прототипом представлены в таблице.
| Таблица Сопоставление возможностей предлагаемого пьезорезонансного сенсора и прототипа | ||
| Параметр | Предлагаемая ячейка | Прототип |
| Погружение сенсора целиком в исследуемую жидкость | возможно | невозможно |
| Погружение сенсора одной стороной в исследуемую жидкость | возможно | невозможно |
| Погружение сенсора в различные емкости с анализируемой жидкостью | возможно | невозможно |
| Использование сенсора в проточно-инжекционном варианте анализа | возможно | невозможно |
Таким образом, предлагаемое устройство пьезорезонансного сенсора позволяет:
- легко и экспрессно проводить замену и модификацию сенсора за счет наличия подвижного колпачка;
- погружать сенсор в исследуемую жидкость целиком, а не только одной стороной;
- погружать сенсор в емкости (различной конфигурации), содержащие исследуемую жидкость;
- кроме того, устройство сенсора не исключает его использование в проточно-инжекционном варианте анализа жидкостей и проведение анализа с применением только одной рабочей стороны пьезосенсора.
Устройство пьезорезонансного сенсора, состоящее из пьезокварцевого резонатора, отличающееся тем, что корпус устройства пьезорезонансного сенсора выполнен из стеклянной трубки, внешняя сторона которой покрыта теплоизолирующим материалом, устройство содержит держатель для пьезокварцевого сенсора, пьезокварцевый сенсор с нанесенным на оба электрода модификатором и снабжено подвижным колпачком, позволяющим легко проводить замену и модификацию сенсора.
