Газоанализатор с открытым входом на основе пьезосенсоров

Изобретение относится к технике проведения анализа газовых сред, содержащих легколетучие органические и неорганические соединения. Технический результат изобретения: обеспечение возможности анализа газообразных проб различного состава и уровня концентраций легколетучих компонентов, в том числе на уровне микроконцентраций. Газоанализатор с открытым входом на основе пьезосенсоров включает корпус, внутри которого расположены пьезосенсоры с чувствительными пленочными покрытиями для фиксирования основных компонентов газовой смеси, устройства для возбуждения колебаний и фиксирования сигналов пьезосенсоров. Корпус выполнен в виде цилиндра высотой 5-10 см или усеченного конуса высотой 20-25 см. В крышке по кругу и в центре расположены держатели для матрицы 1-16 пьезосенсоров с различными пленочными покрытиями сорбентов. Другая сторона корпуса не имеет днища и ограничена резиновым или пластиковым ободом для наилучшего сцепления с поверхностью подставки и сохранения герметичности внутри корпуса. 3 ил., 1 табл.

 

Изобретение относится к технике проведения анализа газовых сред, содержащих легколетучие органические и неорганические соединения, и может быть применено для увеличения селективности, экспрессности и простоты детектирования при анализе многокомпонентных газовых смесей, органолептической оценке доброкачественности пищевых и непищевых продуктов, сырья по аромату.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является матричная сорбционная ячейка детектирования на основе пьезосенсоров объемных акустических волн. Газоанализатор на основе матрицы пьезосенсоров включает корпус с патрубками, внутри которого расположены пьезосенсоры с чувствительными пленочными покрытиями для фиксирования основных компонентов газовой смеси, устройства для возбуждения колебаний и фиксирования сигналов пьзосенсоров, корпус выполнен в виде цилиндра с крышкой, на которой по кругу расположены держатели для шести пьзосенсоров с различными пленочными покрытиями сорбентов, имеются патрубки для ввода и вывода газовой смеси в проточном или статическом режиме, которые снабжены полиуретановыми прокладками и съемными заглушками, а крышка соединена с цилиндрическим корпусом посредством резьбы (Пат. 2212657 Россия, МПК 7 G01N 27/12. - №2002109000/28 - Матричная пьезосорбционная ячейка детектирования / Кучменко Т.Д., Шлык Ю.К., Коренман Я.И. Заявл. 08.04.2002; опубл. 20.03.2004, Бюл. №8 // Изобретения. - 2004. - №8 (ч.II). - С 526).

Недостатками существующей ячейки детектирования являются необходимость дополнительного усложнения условий анализа, связанного со стадией регенерации сорбентов на электродах резонаторов. Восстановление пленок сорбентов, вследствие изолированности системы, осуществляют только путем продувки газом-носителем или воздухом через патрубки; невозможность анализа газовых смесей или ароматов пищевых продуктов, сырья в условиях естественного или принудительного испарения (при нагревании пробы), необходимость отбора равновесной газовой фазы пробоотборником, что вносит дополнительную погрешность в результаты анализа (в ряде случаев до 35%).

Техническая задача изобретения:

- расширение области аналитических задач, решаемых с применением газоанализатора на основе матрицы пьезосенсоров с сохранением чувствительности и селективности определения легколетучих соединений в смесях;

- снижение общей погрешности анализа за счет упрощения стадии пробоотбора равновесной газовой смеси или пара при анализе пищевых и непищевых продуктов, сырья и введения ее в детектор;

- упрощение стадии регенерации и подготовки сенсорных элементов к анализу, в том числе при их замене, возможность естественного вентилирования воздухом околосенсорного пространства;

- возможность изменения условий измерений при анализе образцов с высоким и низким содержанием легколетучих веществ путем быстрой смены корпусов детектора с различными геометрическими параметрами.

Техническая задача изобретения достигается тем, что в газоанализаторе с открытым входом на основе пьезосенсоров, включающем корпус с крышкой, внутри которого расположены пьезосенсоры с чувствительными пленочными покрытиями для фиксирования основных компонентов газовой смеси, устройства для возбуждения колебаний и фиксирования сигналов пьзосенсоров, новым является то, что корпус выполнен в виде цилиндра высотой 5-10 см или усеченного конуса высотой 20-25 см, в крышке по кругу и в центре расположены держатели для матрицы 1-16 пьезосенсоров с различными пленочными покрытиями сорбентов, а другая сторона корпуса не имеет днища, ограничена резиновым или пластиковым ободом для наилучшего сцепления с поверхностью подставки и сохранения герметичности внутри корпуса.

Технический результат заключается в том, что в предлагаемом газоанализаторе возможен анализ газообразных проб различного состава и уровня концентраций легколетучих компонентов, в том числе на уровне микроконцентраций за счет быстрой взаимозаменяемости корпусов, изготовленных в виде цилиндра или усеченного конуса различной высоты; существенно снижается погрешность измерения за счет устранения стадии пробоотбора анализируемой смеси газов и введения ее в газоанализатор.

Фиг.1 - общая схема газоанализатора на основе пьезосенсоров с открытым входом.

Фиг.2 - схема газоанализатора на основе пьезосенсоров в виде цилиндра с открытым входом для анализа проб с низким содержанием легколетучих веществ.

Фиг.3 - схема газоанализатора на основе пьезосенсоров в виде усеченного конуса с открытым входом для анализа проб с высоким содержанием легколетучих веществ.

Газоанализатор с открытым входом на основе пьезосенсоров состоит из корпуса 1 в виде цилиндра или усеченного конуса с крышкой 2, на которой расположены держатели 3 для матрицы сенсоров в количестве 1-16 пьезосенсоров с различными пленками сорбентов (фиг.1). С помощью резьбы 4, выполненной на крышке и корпусе, фиксируют крышку с пьезосенсорами в корпусе. Для создания герметичности дно корпуса содержит резиновый или пластиковый обод 5. Анализируемую пробу 9 с целью тестирования ее аромата или запаха помещают в кювету 10 и накрывают корпусом газоанализатора (фиг.2, 3). Фиксируют отклики пьезосенсоров 7 (одного или 16-и) в парах 8 анализируемой пробы с применением частотомера или через многоканальный адаптер в компьютер. Сигналы передаются в компьютер или обрабатываются оператором, обсчитываются по определенному алгоритму, формируются в кинетический «визуальный отпечаток» запаха или многомерную матрицу сигналов сенсоров, которые представляют собой суммарный отклик матрицы пьезосенсоров и несут аналитическую информацию.

Газоанализатор на основе матрицы пьезосенсоров работает следующим образом.

Для анализа проб (твердых или жидких) с низким уровнем запаха или содержанием определяемого компонента на уровне микроконцентраций применяют газоанализатор на основе пьезосенсоров с открытым входом с корпусом, изготовленным в виде цилиндра (фиг.2). К крышке 2 газоанализатора подсоединены микросхема 6 для управления генерацией от одного до шестнадцати пьезосенсоров 7 и фиксирования их откликов частотомером или компьютером. При самопроизвольном испарении легколетучих компонентов 8 из пробы 9, находящейся в кювете 10, происходит последовательная сорбция микропримесей на пленках сорбентов электродов пьезосенсоров. В зависимости от задач анализа можно подключать от одного до шестнадцати сенсоров с разнохарактерными пленками на электродах. При этом для снижения потерь микроконцентраций легколетучих компонентов пробы применяют цилиндрический корпус с высотой 5-10 см.

Для анализа проб (твердых или жидких) с высоким уровнем запаха или содержанием определяемого компонента применяют газоанализатор на основе пьезосенсоров с открытым входом с корпусом, изготовленным в виде усеченного конуса (фиг.3). К крышке 2 газоанализатора подсоединены микросхема 6 для управления генерацией от одного до шестнадцати пьезосенсоров 7 и фиксирования их откликов частотомером или компьютером. При самопроизвольном испарении легколетучих компонентов 8 из пробы 9, находящейся в кювете 10, происходит последовательная сорбция основных компонентов, определяющих аромат и примесей на пленках сорбентов электродов пьезосенсоров. В зависимости от задач анализа можно подключать от одного до шестнадцати сенсоров с разнохарактерными пленками на электродах. При этом для регулирования последовательности сорбции основных компонентов запаха или аромата образца применяют конусообразный корпус с высотой 20-25 см. Для регенерации пленок сенсоров не требуется продувка или вентилирование газоанализатора, достаточно перевернуть корпус на 90-180° относительно рабочего положения и выдержать в течение некоторого времени для восстановления нулевого уровня откликов сенсоров в матрице (2-5 мин).

При тестировании проб с помощью газоанализатора на основе матрицы от 1 до 16-ти пьезосенсоров с различными пленками сорбентов на электродах суммарный отклик формируется в кинетический «визуальный отпечаток» запаха каждой пробы с учетом времени и последовательности опроса пьезосенсоров или другой многомерный аналитический сигнал. Регистрация откликов отдельных элементов матрицы осуществляется частотомером с одним или несколькими входами. При наличии одного входа (например, частотомер марки Ч3-57) перед частотомером помещают переключатель для последовательной регистрации частоты каждого пьезосенсора в матрице по определенному алгоритму. Показания частотомера записываются оператором или передаются в компьютер для дальнейшей обработки. Преобразование частоты в аналоговые сигналы проводится встроенным серийно выпускаемым адаптером. Каждому виду пробы соответствует характерный многомерный образ аромата. Распознавание и идентификация анализируемого образца, качественный и количественный анализ пробы проводят по результатам сопоставления «визуальных отпечатков» запаха тестируемой пробы и стандартного образца, а также по сигналам «базовых» пьезосенсоров с наиболее селективными или чувствительными покрытиями на электродах по градуировочным графикам для отдельных компонентов (например, определение порчи вина по содержанию легколетучих алифатических кислот).

Сравнение некоторых характеристик предлагаемого технического решения и ближайшего аналога представлено в таблице.

Предложенный газоанализатор с открытым входом на основе пьезосенсоров позволяет:

- расширить области аналитических задач, решаемых с применением газоанализатора на основе матрицы пьезосенсоров с сохранением чувствительности и селективности определения легколетучих соединений в смесях;

- снизить общую погрешность анализа за счет упрощения стадии пробоотбора равновесной газовой смеси или пара при анализе пищевых и непищевых продуктов, сырья и введения ее в детектор;

- упростить стадии регенерации и подготовки сенсорных элементов к анализу, в том числе при их замене, возможность естественного вентилирования воздухом околосенсорного пространства;

- изменить условия измерений при анализе образцов с высоким и низким содержанием легколетучих веществ путем быстрой смены корпусов детектора с различными геометрическими параметрами.

Таблица
Сравнительная характеристика технического решения и аналога
Параметры сравнения	Техническое решение	Аналог
Предварительная подготовка образца в герметичном сосуде для насыщения свободного объема легколетучими компонентами пробы	Не требуется	Требуется
Отбор равновесной газовой фазы над образцом и введение ее в газоанализатор	Не требуется	Требуется
Анализ проб с низким уровнем содержания легколетучего компонента	Возможен	Не возможен
Анализ проб с высоким содержанием ароматопределяющих компонентов	Возможен	Возможен
Дополнительный блок ввода пробы	Не требуется	Не требуется при анализе в статическом режиме с инжекторным вводом пробы непосредственно в детектор
Принудительная регенерация сорбентов газом-носителем или воздухом	Не требуется	Требуется

Газоанализатор с открытым входом на основе пьезосенсоров, включающий корпус, внутри которого расположены пьезосенсоры с чувствительными пленочными покрытиями для фиксирования основных компонентов газовой смеси, устройства для возбуждения колебаний и фиксирования сигналов пьезосенсоров, отличающийся тем, что корпус выполнен в виде цилиндра высотой 5-10 см или усеченного конуса высотой 20-25 см, в крышке по кругу и в центре расположены держатели для матрицы 1-16 пьезосенсоров с различными пленочными покрытиями сорбентов, а другая сторона корпуса не имеет днища, ограничена резиновым или пластиковым ободом для наилучшего сцепления с поверхностью подставки и сохранения герметичности внутри корпуса.