Устройство для определения качества продуктов живой и неживой природы
Владельцы патента RU 2346031:
Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт рыбного хозяйства и океанографии" ФГУП ВНИРО (RU)
Изобретение относится к средствам контроля качества продуктов живой и неживой природы и может быть использовано для оценки безопасности пищевых и кормовых продуктов, природных и сточных вод, грунтов, почвы, разработки ПДК загрязняющих веществ, в том числе продуктов добычи и переработки нефти и т.д. Устройство для определения качества продуктов живой и неживой природы состоит из компьютера с программным комплексом и биодетектора, включающего контроллер перемещения планшетки 1 с емкостями для тест-объектов, источник освещения 2, оптическую систему 3 с телекамерой 4, которая посредством видеоплаты захвата изображения сообщена с соответствующим входом компьютера. Емкости для тест-объектов выполнены в виде усеченного конуса и расположены на планшетке в два ряда, причем емкости для тест-объектов внешнего ряда имеют объем в 2,5 раза больше объема емкостей 6 внутреннего ряда. Источник освещения - светодиод 2 расположен под измеряемой емкостью планшетки, оснащен прозрачной насадкой 7 в форме усеченного конуса с малым основанием со стороны емкости. Электронная схема управления перемещением в устройстве смонтирована в защитном корпусе, запитывается от компьютера и задействует более скоростной порт USB. Форма усеченного конуса емкостей планшетки в отличие от цилиндрической позволяет подсчитывать инфузории на стенках, что в итоге повышает точность измерения. 4 ил.
Изобретение относится к средствам контроля качества продуктов живой и неживой природы и может быть использовано для оценки безопасности пищевых и кормовых продуктов, природных и сточных вод, грунтов, почвы, разработки ПДК загрязняющих веществ, в том числе продуктов добычи и переработки нефти и т.д.
Известно устройство для определения качества продуктов живой и неживой природы, состоящее из компьютера с программным комплексом и биодетектора, включающего контроллер перемещения планшетки с емкостями для тест-объектов, источник освещения, оптическую систему с телекамерой, которая посредством видеоплаты захвата изображения сообщена с соответствующим входом компьютера (см. патент РФ 2122025, 1998 г.).
Компьютер содержит электронную видеоплату аналого-цифрового преобразования типа Fly-Video с временем оцифровки изображения 33 мс. Сигнал с видеоплаты записывается в оперативную память компьютера и под управлением разработанной программы процессор осуществляет подсчет тест-организмов и передачу их изображения на монитор. Сформированные процессором сигналы управления поступают в биодетектор на электронную схему управления перемещением емкостей с отдельным источником питания.
Недостатки описанного устройства
1. Электронная схема управления перемещением емкостей с тест-объектами размещается на микроскопе под планшеткой с емкостями и питается от отдельного источника. Такое техническое решение имеет ряд недостатков. Во-первых, плата загрязняется пылью и не защищена от попадания влаги. Во-вторых, при длительной эксплуатации прибора нагрев схемы будет влиять на двигательную активность инфузорий, что увеличит ошибку измерения. В-третьих, запитывание электронной схемы от отдельного источника усложняет конструкцию и ухудшает дизайн прибора. Наконец, электронная схема контроллера обеспечивает плавное перемещение планшетки с помощью редуктора. При таком режиме перемещения инфузории снижают свою двигательную активность, прикрепляясь к боковым стенкам и дну емкостей, что существенно уменьшает результаты подсчета.
2. Емкости объемом 923 мкл (диаметр 14 мм, высота 6 мм) в количестве 16 штук расположены по окружности и имеют цилиндрическую форму. В емкостях такого большого размера удается подсчитывать объекты размером более 100 мкм и невозможно регистрировать более мелкие объекты. Это обусловлено тем, что при настройке микроскопа на большее увеличение емкость только частично попадает в объектив микроскопа. Кроме того, цилиндрическая форма емкостей является существенным недостатком, т.к. инфузории стилонихии быстро прикрепляются к стенке емкости и практически не просчитываются прибором. Это вносит большую ошибку в результаты измерения вследствие недосчета тест-организмов.
3. В качестве источника освещения используется энергосберегающая люминесцентная лампа со световой мощностью 75 Вт, установленная с внешней стороны планшетки. Такое расположение источника освещения имеет ряд недостатков. Во-первых, при боковом освещении на стенках емкости образуются зоны повышенной яркости (блики), в которых тест-объекты не просчитываются. Во-вторых, расположение источника над планшеткой с емкостями не позволяет проводить измерение в мутных средах из-за плохой видимости тест-объектов. В-третьих, в процессе работы лампа нагревается, что способствует частичному испарению среды, а также дестабилизирует температурный режим в лунках, влияя тем самым на двигательную активность инфузорий.
Описанная конструкция устройства существенно ограничивает области его применения из-за невозможности подсчитывать тест-организмы меньше 50 мкм, такие как инфузории колпода (Colpoda steinii) и тетрахимена (Tetrahymena pyriformis). Колподы включены в качестве тест-организмов в действующий с 01.07.2006 г. национальный стандарт ГОСТ Р 52337-2005 "Корма, комбикорма, комбикормовое сырье. Методы определения общей токсичности". Тетрахимены используются в качестве тест-объекта в природоохранной области для оценки состояния водных экосистем в условиях антропогенной нагрузки, безопасности пищевой продукции, для экспрессного скрининга новых химических веществ и материалов и т.д. (Методические рекомендации по комплексной биологической оценке объектов природного и искусственного происхождения).
Технической задачей заявленного изобретения является расширение функциональных возможностей устройства, упрощение его конструкции, повышение точности и экспрессности измерения.
Поставленная задача решается в устройстве для определения качества продуктов живой и неживой природы, состоящем из компьютера с программным комплексом и биодетектора, включающего контроллер перемещения планшетки с емкостями для тест-объектов, источник освещения, оптическую систему с телекамерой, которая посредством компьютера, при этом электронная схема контроллера обеспечивает перемещение планшетки в колебательном режиме, а емкости для тест-объектов выполнены в виде усеченного конуса и расположены на планшетки в два ряда, причем емкости для тест-объектов внешнего ряда имеют объем в 2,5 раза больше объема внутреннего ряда, при этом в качестве источника освещения использован светодиод, расположенный под измеряемой емкостью планшетки оснащен прозрачной насадкой в форме усеченного конуса с малым основанием со стороны емкости.
Электронная схема управления перемещением в устройстве смонтирована в защитном корпусе, запитывается от компьютера и задействует более скоростной порт USB. Исключение из электронной схемы редуктора, позволило:
- снизить потребляемую мощность шагового двигателя, что дало возможность отказаться от использования блока питания;
- осуществлять перемещение емкостей с тест-объектами в колебательном режиме, что, в свою очередь, обеспечивает: а) интенсивное встряхивание инфузорий, препятствующее их оседанию на дно и стенки микроаквариума, и повышение точности измерения и б) оптимальные условия для взаимодействия тест-организма и токсиканта, что сокращает время адаптации с 30 до 15 мин, а продолжительность экспозиции с 60 до 30 мин.
Емкости внешнего ряда в количестве 16 штук обеспечивают подсчет крупных тест-организмов, например инфузорий парамеция (Paramecium caudatum) и стилонихия. Первые используются в птицеводстве для оценки безопасности кормовых продуктов и сырья, вторые - в национальном стандарте (ГОСТ Р 52337-2005).
Емкости внутреннего ряда в количестве 16 штук позволяют подсчитывать тест-организмы небольшого размера (30-40 мкм), например инфузории тетрахимену и колподу. Это расширяет области применения устройства и позволяет автоматизировать процесс подсчета, т.к. колподы наряду со стилонихиями включены в качестве тест-организмов в национальный стандарт (ГОСТ Р 52337-2005), а тетрахимены используются для комплексной биологической оценки объектов природного и искусственного происхождения (Методические рекомендации).
Форма усеченного конуса емкости в отличие от цилиндрической позволяет подсчитывать инфузории на стенках, что в итоге повышает точность измерения.
Миниатюрный источник освещения - светодиод - запитывается как и шаговый двигатель от компьтера через порт USB, не требуя дополнительных источников питания. Использование светодиода в качестве источника освещения снижает энергозатраты, дает возможность качестве источника освещения, снижает энергозатраты, стабилизирует температурный режим, что, в свою очередь, позволяет избежать перегрева лунок.
Светодиод устанавливается под измеряемой лункой планшетки и оснащен прозрачной насадкой в виде усеченного конуса. Такая конструкция позволяет избежать бликов на боковой поверхности емкости, а также проводить измерение в мутных средах; все это повышает точность подсчета тест-объектов в средах с различной мутностью. Мутные среды характерны для водно-ацетоновых экстрактов из сырья с высоким содержанием жира (рыбная и мясокостная мука, жмыхи, шрота).
Устройство изображено на фиг.1 - общий вид; фиг.2 - планшетка, вид сверху; фиг.3 - планшетка,2 вид сбоку; фиг.4 - система освещения планшетки.
Устройство для определения качества продуктов живой и неживой природы состоит из компьютера (не показан) с программным комплексом и биодетектора, включающего контроллер перемещения планшетки 1 с емкостями для тест-объектов, источник освещения 2, оптическую систему 3 с телекамерой 4, которая посредством видеоплаты захвата изображения сообщена с соответствующим входом компьютера. Емкости для тест-объектов выполнены в виде усеченного конуса и расположены на планшетке в два ряда, причем емкости 5 для тест-объектов внешнего ряда имеют объем в 2,5 раза больше объема емкостей 6 внутреннего ряда.
Источник освещения - светодиод 2 расположен под измеряемой емкостью планшетки, оснащен прозрачной насадкой 7 в форме усеченного конуса с малым основанием со стороны емкости.
Устройство работает следующим образом.
Включают компьютер, устанавливают на столике планшетку 1 с емкостями 5 и 6, вносят в них тест-объекты и после периода адаптации производят первый подсчет до введения пробы исследуемого продукта. Второй и последующие подсчеты осуществляют через заданные промежутки времени (экспозиция 0,5, 1, 2, 4, 8 и 24 часа) в зависимости от используемого тест-объекта и области применения данного устройства. При этом оригинальная электронная схема контроллера, обеспечивающая колебательный режим перемещения планшетки 1, позволяет как минимум в 2 раза сократить время экспозиции. Это достигается за счет более активного взаимодействия тест-объекта и растворенных в среде токсикантов.
Использование тест-объектов различного размера достигается позиционированием объектива микроскопа над измеряемой емкостью внешнего или внутреннего ряда, а светодиода - под измеряемой емкостью.
Качество исследуемого продукта определяется по относительной разнице (в %) между первым и последующим подсчетами и на основании полученных результатов оценивается степень его токсичности (безопасности) по соответствующей шкале применительно для каждого испытуемого продукта.
Устройство для определения качества продуктов живой и неживой природы, состоящее из компьютера с программным комплексом и биодетектора, включающего контроллер перемещения планшетки с емкостями для тест-объектов, источник освещения, оптическую систему с телекамерой, которая посредством видеоплаты захвата изображения сообщена с соответствующим входом компьютера, отличающееся тем, что электронная схема контроллера обеспечивает перемещение планшетки в колебательном режиме, емкости для тест-объектов выполнены в виде усеченного конуса и расположены на планшетке в два ряда, причем емкости для тест-объектов внешнего ряда имеют объем в 2,5 раза больше объема емкостей внутреннего ряда, при этом в качестве источника освещения использован светодиод, расположенный под измеряемой емкостью планшетки и оснащенный прозрачной насадкой в форме усеченного конуса с малым основанием со стороны емкости.
