Устройство для смешения и дози-рования нескольких заранее за-данных реагентов

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ПАТЕНТУ

Союз Советскик

Социалистических

Республик рп795518 (61) Дополнительный к патенту— (22) Заявлено 021078 (21) 2677800/23-26

Р1).М. Кл,З .

G 01 F 11/00 (32) 03. 10. 77 (23) Приоритет— (31) 83 914 6 . (33) США

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий

Опубликовано 07,01.81. Бюллетень М 1 (53) УДК 543. 053 (088 ° 8) Дата опубликования описания 100181

Иностранец

Кент И, Неджерсмит (США) (72} Автор изобретения

Иностранная фирма Текникон Инструментс Корпорейшн" (CQlA) (71) Эаявитель л (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ СМЕШЕНИЯ И ДОЗИРОВАНИЯ НЕСКОЛЬКИХ

ЗАРАНЕЕ ЗАДАННЫХ РЕАГЕНТОВ

Изобретение относится к технике дозирования, в частности касается дозирования точных, заранее заданных объемов последовательных образцов жидкости. 5

Известны различные системы для аналиэирования жидкостных образцов.

Каждая такая система требует, чтобы заранее заданный объем образца, который может быть растворен, реагиро- 10 вал с точно заданным объемом реагента для получения продукта реакции, индицирующего концентрацию некоторой частной составляющей, которая должна быть проанализирована. 15

Например, известна система, в которой образцы последовательно вводятся в качестве протекающего потока в систему посредством всасывающего пробника (13.

Такие образцы делятся на множество аликвотных проб. Эти образцы аликвотных проб направляются в фазе вдоль индивидуальных трубопроводов, в которых каждый растворяется и смешивается25 с одним нли более избранных реагентов, расположенйых в линию таким образом, чтобы производилась реакция по отношению к некоей частной составляющей.

Прореагировавшие образцы аликвотных .30 проб проходят через соответствующие детекторы реакции, такие например, как калориметры для цветочувствительных реакций и так далее, и аналитические результаты последовательно записываются корреляционные данные.

В таких системах необходимые об1.емы образцов гарантируются путем точного управления скоростью и длительностью всасывания образца.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту asляется устройство для смешения и доэирования нескольких заранее заданных реагентов, состоящее из пробника, выполненного в виде U-образной трубки с маркером в виде воздушного пузырька, пробоотбирающий конец которой выполнен из прозрачного материала трехканального двухпозиционного кланана,соединительной трубки, насосов для образца и реагентов источника растворителя, приводбв, приемников, ячеек и поворотного столика с приводным механизмом и системы управления (21.

Недостатком этого устройство является то, что оно не надежно в работе и не может работать без присутствия человека.

795518

Цель изобретения — повышение надежности устройства в работе.

Эта цель достигается за счет снабжения устройства механизмом ввода маркера в действие, выполненным из подушки и молоточка с пружиной и соленоидом, и детекторами слежения за расположением маркера, а соединитель ная трубка выполнена с секцией из эластичного материала с упругой выпуклой частью, расположенной между подушкой и молоточком.

На фиг. 1 и 2 показано устройство дозировки растворителя; на фиг. 37 иллюстрируется работа устройства.

Изобретение представляет собой устройство для смешения и дозирова- 15 ния, содержащее трубку 1, соединенную на одном конце с пробником 2 и на другом конце с одним из каналов трехканального двухпозиционного клапана

3. По крайней мере входной конец пробника 2 изготавливается из прозрачного материала. Поршневой насос

4 образца подключается к трубке 1.

Поршневой насос 5 реагента подключается к второму каналу клапана 3. Двигатели б и 7 подключаются к насосу 4 образца и к насосу 5 реагента, соответственно. Остающийся канал клапана

3 подключается через трубку 8 к источнику 9 растворителя. Описанная часть конструкции является общей для многих типов, ранее известных устройств для смешения и дозирования.

Множество приемников 10 образца, содержащих образцы жидкости, которые должны быть проанализированы и множество ячеек 11, в которых происходит кция располагаются в чередующем12. ся порядке на поворотном столике

Поворотный столик 12 смонтирован с ® возможностью съема на валу 13 опирающемся на подшипник 14, установленный

15 асполов горизонтальной пластине, р женной в пределах корпуса 16. На нижней поверхности пластины 15 смонтиро- 4 ван двигатель 17, который механически связан через эту пластину с приводным цевочным колесом 18, установленным для зацепления с мальтийским к естом 19, связанным с валом 13 таким образом, чтобы выставлять поворотный столик 12 в направлении, указанном стрелкой. Пластина 15 также приспособлена для подъема или опускания посредством червячной передач и 20 механически связанной с реверсируемым двигателем 21 жестко закрепленI

16. ным на нижней стенке 22 корпуса

Червячная передача 20 зацепляется с элементом 23, имеющим внутреннюю резьб жестко смонтированным на пласти- Я) у, ж п ине 15. Удаленная кромка пластины пр способлена для приема направляющих стержней 24, концы которых располагаются в верхних и нижних стенках

25 и 22 корпуса 16. 65

Как будет описано ниже, двигатель

17 управляется для индексации положения поворотного столика 12 таким образом, чтобы определять местоположение приемника 10 или ячейки 11 непосредственно под пробником 2. Ре,версируемый двигатель 21 управляется между последовательными положениями поворотного столика 12 таким образом, чтобы расположить входной конец пробника 2 в пределах приемника 10 (во время цикла всасывания) или ячейки 11 (во время цикла всасывания) .

Работа устройства происходит при ,помощи программера 26. До начала работы техник загружает множество приемников 10 образца, каждый из которых содержит образец жидкости, которая должна быть проанализирована, и ячейки 11, в которых происходит реакция на поворотный столик 12. Такая загрузка может осуществляться в то время, когда поворотный столик находится в нижнем положении, или же тогда, когда он удален с вала 13.

Ячейка 11 приспособлена для выполнения частной работы с образцами, содержащимися в приемнике 10 и подаваемыми сразу к пробнику 2. Каждая ячейка содержит необходимый реагент

27, который может быть лиофилизирован для выполнения требуемого анализа образца жидкости. Когда поворотный столик 12 загружен и расположен на одной линии с приемником 10, расположенным ниже пробника 2, техник подает команду программеру 26. Программер

26 приводит в действие реверсируемый двигатель 21 для вращения элемента

23 с резьбой таким образом, чтобы поднять поворотный столик 12 и погрузить пробник 2 в образец жидкости, содержащейся в приемнике 10. В то время как пробник 2 погружен, программер

26 дает команду двигателю б привода на включение насоса 4 и всасывание заданного объема образца по пробнику

2 и трубке 1. Всосанный объем образца равен смещению этого насоса, но не достаточен для полного заполнения трубки 1, .в результате чего насос 4 остается заполненным растворителем.

В то же время насос 5 заполнен растворителем. Вслед за циклом всасывания програимер 26 выдает команду на двигатель 21 для работы в обратном направлении на спуск поворотного столика 12 и удаление пробника 2 из приемника 10. Когда пробник 2 удаляется, программер 26 приводит в действие двигатель 17, который вводит цевочное колесо 18 в зацепление с мальтийским крестом 19 и вращает ,поворотный столик 12 для помещения соседней ячейки 11 под пробник 2.

Когда ячейка 11 помещена под пробником 2, программер 26 дает команду реверсируемому двигателю 21 на подъем поворотного столика 12 таким

795518 образом, что пробник 2 проходит через крышку 28 и располагается внутри этой ячейки. Крышка 28 служит для герметизации ячейки 11 и, как правило, имеет многослойную конструкцию, причем один слой содержит слой абсорбента для обтирания внешних поверхностей пробника 2 с целью предотвращения загрязнения между последовательными отборами проб. Программер 26 по,следовательно приводит в движение двигатели б и 7 для возврата насоса

4 и насоса 5 таким образом, чтобы дозировать жидкости, содержащиеся в трубке 1 и пробнике 2, в ячейку 11.

Количество жидкости, т. е. образца и растворителя, дозированное в ячейке 11, равно совмещенным и управляемым смещениям вперед насоса 4 образца и насоса 5 растворителя. Таким образом, заранее заданные объемы как образца, так и растворителя вводятся 20 в ячейку для реакции с лиофилиэированным реагентом 27. Реагирующая смесь может быть последовательно проанализирована, например калориметрически.

Вслед за циклом дозировки, клапан

3 управляется программером 26 для соединения насоса 5 растворителя по трубке 8 с источником 9 растворителя.

В это же время программер 26 приводит в действие двигатель 7 привода для удаления насоса.5 таким образом, чтобы был всасан растворитель и чтобы он был готов для следующей операции.

Клапан 3 последовательно приводится в обычное состояние программером 26, как это показано пунктирной линией.

Для определения короткого образца секция 29 трубки 1 сформирована иэ гибкого эластичного материала и определяет упругую выпуклую часть. Выпук40 лая часть секции 29 трубки располагается между подушкой 30 и молоточком

31. Рычаг 32, зафиксированный на одном конце, поворотно соединяется на другом конце выступом 33 молоточка

31. Обычно рычаг 32 является смещенным пружиной 34 к опущенному молоточку 31, как это показано на фиг. 2.

Рычаг 32 механически связан с плунжером соленоида 35. Сразу же до начала каждого цикла всасывания программер

26 возбуждает соленоид 35 для подъема молоточка 31, посредством чего эластичная часть секции 29 трубки 1 расширяется таким образом, чтобы увеличить объем трубки. Так как трубка 1 является заполненной растворите- 55 лем, вслед эа предыдущим циклом растворения небольшой воздушный пузырекмаркер всасывается в пробник 2, как это показано на фиг. 3. Является очевидным, что любое устройство, напри- Щ мер поршень, приводимый в движение соленоидом, мембранная коробка и так далее, срабатывающие на моментальное увеличение объема или емкости комбинации трубка 1, пробник 2, могут быть 65 использованы для введения такого маркера. Объем всасанного воздушного маркера 36 должен иметь очень небольшой объем, достаточный для закупоривания трубки 1. Соответственно, во время цикла всасывания пузырек воздуха смещается по пробниКу 2 и трубке

1 всасанной жидкостью. При градуированной трубке 1 смещение пузырька воздуха по трубке является индикатором объема образца, который был всасан. Например, части 37 и 38 трубки

1 изготавливаются из прозрачного материала и соответствуют местоположению пузырька маркера 36.

Источник 39 света располагается для освещения прозрачных частей 37 и

38 трубки 1. В предпочтительном варианте длина частей 37 и 38 равна длине воздушного маркера 36.

На фиг. 4 и 5 показаны нормальные циклы всасывания образцов 10 А и 50 Õ.

1 соответственно, причем трубка и пробник, направленные вверх относительно частей 37 и 38, соответственно, заполняются жидкостью образца, и маркер

36 располагается в частях 37 и 38, соответственно. Расположение воздушного маркера 36 в иных частях, чем

37 и 38, является свидетельством того, что всасанные объемы отличаются от объемов образцов 10 iL или 50

Кроме того, местоположение воздушного маркера на входе пробника 2, как это показано на фиг. 6, является свидетельством всасывания короткого образца.

Должное местоположение воздушного маркера может быть достоверно опреде- лено при помощи обычных оптических средств или иной техники. Например, показано оптическое устройство для определения присутствия пузырька воздуха (маркера) в части 37 или 38 и одновременно на входе пробника 2, который обеспечивает получение, какого-либо сигнала всякий раз, когда всасывается не тот объем образца, который необходим. Пропущенный свет регистрируется детекторами 40 и 41, соответственно, Кроме того, источник света 42 помещается для засвечивания прозрачной входной части пробника .2, причем пропущенный свет детектируется при помощи детектора 43.

Как известно, трубопровод, имеющий прозрачные стенки, когда он заполнен пропускающей свет жидкостью, будет действовать как цилиндрическая лииза, с другой стороны, тот же самый трубопровод, заполненный воздухом действует как рассеиватель света, изэа несоответствия между соответствующими индексами рефракции воздуха и материала, образующего стенки трубопровода, а также благодаря кривизне этих стенок. Соответственно, когда маркер располагается между источником света и его соответствующим детекто795518

1О

Фо рмула из об рет е ни я

S0

60 ром, то свет, падающий на этот детектор, значительно больше, чем свет, . падающий тогда, когда, эти части заполнены жидкостью. С этой точки зрения характеристики детекторов 40 и

41, а также детектора 43 определяются таким образом, чтобы они возбуждались только при наличии жидкости между ними и соответствующими источниками света.

Выход детектора 43 подключается к входу преобразователя 44. Выход детекторов 40 и 41 подключается к входу логических схем ИЛИ 45 и 46> соответственно. Выход преобразователя

44 подключается к оставшимся входам логических схем ИЛИ 45 и 46, соответственно. Выходы логических схем ИЛИ

45 и 46 подключаются к клеммам 47 и

48, соответственно, переключателя 49.

Полюс 50 переключателя 49 является селективно подключаемым к клемме 47 или 48 при помощи программера 26, кргда должны быть .всосаны и дозированы образцы 10 Л или 50 Л, соответственно. Полюс 50 подключается через вентиль 51 разрешения срабатывания к сигнальной схеме 52. Срабатывание вентиля 51 разрешается программером

26 по завершению каждого цикла всасывания и перед циклом доэирования.

Присутствие маркера 36 в части 37 или 38 трубки 1 и соответствующее присутствие жидкости на входе пробника 2, индуцирующее должное всасывание образцов 10 Х и 50 А,не вызывает срабатывание сигнальной схемы 52, а программер 26 вызывает срабатывание вентиля 51. На фиг. 4 и 5 показаны необходимые местоположения воздушного маркера 36 в частях 37 и 38, соответственно, вместе с присутствием образца жидкости на входе пробника

2 при всасывании образцов 10 3 и 501.

Например, в случае всасывании образца 10 >, детектор 41 возбуждается, в то время как детектор 40 является невозбужденным. Полюс 50 переключателя 49 подключается к клемме 47 программером 26. В то время, как детектор 43 является возбужденным, схема

ИЛИ 45 не срабатывает из-за присутствия сигнала с преобразователя 44 и сигнальная схема 52 не действует, при этом при завершении цикла всасывания программером 26 разрешено срабатывание вентиля 51. В случае отсутствия сигнала со схемы 52 программер

26 дает команду на переливание образца жидкости в ячейку 11.

Если маркер отсутствует в частях

37 или 38 трубки 1 при завершении цикла всасывания частей 10 Х или 50 3. соответственно, одновременно пробник

2 не полно-.тью заполнен образцом, то по разрешению программера 26 срабатывает вентиль 51, в результате чего срабатывает сигнальная схема 52. Аналогичным образом относительно любого цикла всасывания присутствие воздушного пузырька на входе пробника 2 будет возбуждать схему 45, в результате чего будет срабатывать схема 52.

На фиг. 6 и 7 показано состояние коротких образцов вслед за циклами всасывания образца 10 Л,что приводит к срабатыванию сигнальной схемы 52..

На фиг. 6 показано состояние, в котором входной конец 53 пробника 2 заполнен воздухом, а не образцом жидкости, и воздушный маркер 36 располагается в части 37 трубки 1. Соответственно детектор 43 не возбужден, а детектор 40 возбужден. На фиг. 7 показан случай засорения пробника 2 мусором 54. В этом случае маркер 36 смещен меньше, чем в нормальном состоянии, при этом детектор 40 возбужден, а детектор 41 остается невоэбужденным и таким образом.срабатывает сигнальная схема 52. Если вход пробника 2 засорен мусором 54, симмулируя присутствие воздушного маркера, такое состояние позволяет одновременно возбудить детектор 43.

Аналогичная операция происходит по отношению к циклу всасывайия части

50 Х, когда полюс 50 подключен к клемме 48.

Устройство для смешения и дозирования нескольких заранее заданных реагентов, состоящее из пробника, выполненного в виде U-образной трубки с маркером в виде воздушного пузырька, пробоотбирающий конец которой выполнен из прозрачного материала, трехканального двухпозиционного клапана, соединительной трубки насосов для образца и реагентов, источника растворителя, приводов, приемников, ячеек и поворотного столика с приводным механизмом и системы управления, о тл и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения надежности устройства в работе, оно снабжено механизмом ввода маркера в действие, выполненным из подушки и молоточка с пружиной и соленоидом, и детекторами слежения за расположением маркера, а соединительная трубка выполнена с секцией из эластичного материала с упругой выпуклой частью, расположенной между подушкой и молоточком.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Патент США Р 3241432, 23-230, 1966.

2. Патент США Р 3971630, 23-230, 1976 (прототип).

795518

Фиг.

Составитель

Редактор Л. Курасова Техред N.Ðåéâåñ Корректор М. Коста

Заказ 9509/9

Тираж 711 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР.по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5 филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4