СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ДОЗИРОВАНИЯ ОБРАЗЦОВ ПОРОШКА
METHOD AND DEVICE FOR DISPENSING POWDER SPECIMENS

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Изобретение относится к способам и устройству для дозирования образцов порошка для применения при приготовлении и анализе материалов и, в частности, при определении характеристик существующих материалов и идентификации новых материалов.
ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Способы и устройства для дозирования текучих образцов описаны в следующих документах, соответствующих предшествующему уровню техники: WO 99/19215 A, US 1488603 А, US 5651401 А, US 3788370 А, US 4895706 A, US 2002/137199 A1, US 3223490 A, US 4905525 A и US 3306323 A.
Определение характеристик материалов для улучшения или оптимизации составов или идентификации новых и полезных композиций обычно требует выполнения и регистрации результатов большого количества экспериментов. Подготовка образцов для таких экспериментов занимает много времени, и из-за плохого выполнения работником (вследствие усталости, скуки и т.д. при выполнении повторяющихся операций) может привести к ошибке при измерении количеств ингредиентов и/или регистрации объемов, масс и других данных, связанных с подготовкой. Природа самих ингредиентов, например жидкостей с низкой вязкостью, жидкостей со средней и высокой вязкостью, тиксотропных жидкостей, порошков и т.п., вследствие трудности их точного дозирования, может усугубить такие порождаемые человеком ошибки или вызвать другие потенциальные ошибки во время дозирования указанных ингредиентов.
Часто особенно сложно точно и многократно дозировать порошки, в особенности, когда их диспергируют в малых количествах и параллельно. Некоторыми из трудностей, которые могут при этом проявиться, являются инициирование протекания порошка из держателя образцов, минимизирование удерживания порошка в держателе образцов и, при дозировании множества образцов, инициирование дозирования проб в одно и то же время. Одновременное дозирование нескольких порошков в текучие среды может являться особенно важным для гарантии того, что предыстории образцов являются как идентичными, так и практически достижимыми. Кроме того, дозирование порошков в текучие среды, особенно жидкости, должно гарантировать непосредственный контакт порошков с текучей средой. Для многих порошков, например крахмалов и гидроколлоидов, при объемном контакте с жидкостью наблюдается тенденция к агломерированию в комки большей части материала, не смоченного жидкостью. Поэтому, часто необходимо добавлять порошки к текучим средам постепенно.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Задача настоящего изобретения заключается в том, чтобы предложить новые способы и устройство для дозирования образцов порошка. В частности, дополнительной задачей настоящего изобретения является создание новых способов и устройства для параллельного дозирования образцов порошка, при которых один или более из указанных недостатков уменьшаются или исчезают.
Согласно первому аспекту настоящего изобретения, способ параллельного дозирования образцов порошка включает:
a) обеспечение по меньшей мере двух держателей образцов порошка, каждый из которых имеет сквозной канал с первым отверстием, через которое порошок вводят в канал, и вторым отверстием, через которое порошок, при обеспечении такой возможности, вытекает из канала
b) введение образцов порошка в соответствующие держатели образцов;
c) совмещение второго отверстия каждого держателя с отверстием соответствующего приемника образцов; и
d) обеспечение возможности по существу одновременного протекания порошка через вторые отверстия при перемешивании образцов порошка в каналах для содействия их продвижению из каналов в соответствующие приемники,
отличающийся тем, что способ дополнительно включает натягивание эластичной пленки на каждое из отверстий и фиксирование пленки относительно соответствующего держателя образцов для герметизации его второго отверстия и, на стадии d), перфорирование пленки, герметизирующей каждое из вторых отверстий.
Предпочтительно способ включает использование держателей образцов, которые, в основном, сужаются от первых отверстий ко вторым отверстиям.
Предпочтительно способ включает герметизацию вторых отверстий держателей образцов до введения в них образцов порошка.
Предпочтительно способ включает, на стадии d), регулирование скорости дозирования образцов порошка, проходящих через вторые отверстия.
Предпочтительно способ включает, после того, как образцы порошка в основном протекли через вторые отверстия, инициирование принудительного потока газа через первые отверстия в каждый из держателей образцов для сдувания любого оставшегося порошка через вторые отверстия.
Предпочтительно способ включает, во время стадии d), направление принудительных потоков газа наружу из вторых отверстий, в результате чего прилипание порошка к внешним поверхностям держателей образцов вблизи вторых отверстий уменьшается.
Согласно второму аспекту настоящего изобретения, устройство для параллельного дозирования образцов порошка оборудовано по меньшей мере двумя держателями образцов для содержания образцов порошка, при этом в каждом держателе образцов имеется сквозной канал с первым отверстием, через которое образец порошка вводят в канал, и вторым отверстием, через которое образец порошка вытекает из канала, соответствующим устройством регулирования потока для регулирования потока порошка, проходящего через каждое из вторых отверстий, и перемешивающим устройством для перемешивания образца порошка в каждом держателе образцов в процессе использования устройства, причем указанное устройство отличается тем, что устройство регулирования потока для держателя образцов включает эластичную пленку, герметизирующую второе отверстие.
Предпочтительно каждый сквозной канал каждого держателя образцов в основном сужается от его первого отверстия ко второму отверстию.
Предпочтительно применяют более двух, как правило, более восьми или двадцати четырех, держателей образцов. Держатели образцов могут быть изготовлены как одно целое с другим компонентом, например, панелью с углублениями, имеющей конусообразные сквозные каналы. Альтернативным образом, и более предпочтительно, если держатели образцов могут представлять собой отдельные держатели, которые можно разместить в сквозных каналах в панели с углублениями. Предпочтительно держатели образцов можно зафиксировать в сквозных каналах в панели с углублениями, чтобы гарантировать, что они в них точно закреплены.
Стенка каждого держателя образцов, ограничивающая его сквозной канал, определяет пространство, которое имеет форму усеченного конуса. В случае, если каждый держатель образцов представляет собой отдельный держатель, предпочтительно, если по меньшей мере часть его внешней стенки имеет по существу цилиндрическую конфигурацию, так что держатель плотно входит в соответствующий сквозной канал в панели с углублениями. Предпочтительно нижняя часть каждого держателя образцов имеет внешнюю конфигурацию, которая по существу параллельна внутренней форме стенки держателя образцов, ограничивающей его сквозной канал.
Как указано выше, устройство регулирования потока включает перфорируемую пленку, например, эластичную пленку из латекса или похожего материала, которую прикрепляют с помощью зажимов к каждому держателю образца, для того, чтобы закрыть его второе отверстие. Для перфорирования каждой пленки можно применять отдельные перфораторы для по существу одновременного открытия соответствующих отверстий для продвижения через них порошка. Альтернативным образом, и более предпочтительно, если перемешивающее устройство соединяют с каждым держателем образца, как более подробно описано ниже, при этом каждое перемешивающее устройство может перемещаться параллельно в осевом направлении через соответствующий канал каждого держателя образцов и перфорировать каждую пленку для открытия соответствующих отверстий для потока порошка.
Согласно одному варианту осуществления изобретения, перемешивающее устройство может включать средство для физической вибрации держателей образцов и содержащегося в них порошка во время применения. Альтернативным образом, перемешивающее устройство может включать ультразвуковой генератор для вибрации держателей образцов и содержащегося в них порошка во время применения.
Более предпочтительно каждое перемешивающее устройство включает механизм для перемешивания, при этом механизмы для перемешивания могут взаимно перемещаться параллельно относительно соответствующих держателей образцов, когда держатели образцов расположены в положениях дозирования. Предпочтительно механизмы для перемешивания устанавливают на общем опорном элементе, возвратно-поступательное движение которого относительно положения дозирования держателей образцов вызывает возвратно-поступательное движение механизмов для перемешивания относительно держателей образцов. Движение механизмов для перемешивания по направлению к держателям образца позволяет вставить каждый механизм для перемешивания по существу коаксиально в соответствующие каналы держателей образцов через их первые отверстия и, в случае герметизации их вторых отверстий путем применения перфорируемой пленки, полностью перфорировать пленки через вторые отверстия.
Каждый механизм для перемешивания может иметь лопасти, негибкие или гибкие, щетки, проволоку или подобные предметы, монтируемые с возможностью вращения вокруг оси, которая, при использовании, по существу совпадает с осью канала в соответствующем держателе образцов. Предпочтительно каждый механизм для перемешивания включает гибкие детали, которые, при вращении вокруг оси, соприкасаются со стенкой канала соответствующего держателя образцов и счищают с него порошок.
Согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения, механизм для перемешивания имеет по меньшей мере одну пружинную проволоку, более предпочтительно, две пружинные проволоки, установленные на его дистальном торце и проходящие по направлению оси от дистального торца, и расположенные по существу в плоскости, включающей ось, вокруг которой происходит вращение. Предпочтительно каждая проволока имеет ненатянутое положение, при котором свободный конец проволоки расположен в радиусе от оси, который больше чем радиус первого отверстия канала соответствующего держателя образцов. При применении, каждую проволоку удерживают в натянутом положении, при котором свободный конец проволоки расположен в радиусе от оси, который меньше, чем радиус первого отверстия канала держателя образцов, благодаря чему проволоку можно перемещать по оси относительно держателя образцов и вставлять в его канал. Как только проволока попадает в канал держателя образцов, из проволоки удаляется ограничитель, что позволяет проволоке радиально перемещаться наружу по направлению к ее ненатянутому положению и соприкасаться со стенкой канала.
Проволоки можно удерживать любым подходящим механизмом. Например, каждый механизм для перемешивания может иметь втулку, установленную для возвратно-поступательного движения вдоль соответствующей оси относительно проволок, что дает возможность зацепить проволоки и заставить их двигаться внутри по радиусу по направлению к соответствующей оси или отсоединиться от проволок и позволить им вернуться в их ненатянутое положение. Предпочтительно торцы втулок соприкасаются с проволоками, при этом каждая втулка имеет внутреннюю скошенную кольцевую поверхность, которая зацепляет проволоки.
Согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения, ограничительный механизм состоит из пары параллельных пластин, при этом каждая пластина имеет ряд отверстий, предпочтительно, в основном, ромбовидной формы, соответствующих количеству механизмов для перемешивания, причем пластины расположены относительно механизмов для перемешивания таким образом, что их плоскости находятся под прямым углом к осям механизмов для перемешивания и, когда отверстия пластин совмещены друг с другом, центры отверстий расположены по существу коаксиально с соответствующими осями механизмов для перемешивания. Пластины могут перемещаться относительно друг друга между первым положением, в котором отверстия в пластинах совмещены друг с другом и в котором проволоки из механизмов для перемешивания находятся в ненатянутом положении, и вторым положением, в котором отверстия в пластинах только частично совмещены друг с другом и в которых проволоки из механизма для перемешивания удерживают их в натянутом положении. Предпочтительно обе пластины перемещаются симметрично относительно осей механизмов для перемешивания. Пластины могут перемещаться с помощью любого подходящего устройства, например пневмоприводов. Предпочтительно пластины, в их первом положении, также могут двигаться по оси от механизмов для перемешивания к положению, удаленному от их дистальных торцов.
Предпочтительно скорость вращения механизмов для перемешивания и вертикальное возвратно-поступательное перемещение механизмов для перемешивания относительно расположения держателей образцов поддаются регулированию, что позволяет регулировать скорость дозирования образцов порошка из держателей образцов.
Также предпочтительно размеры второго отверстия каждого держателя образцов выбирают в зависимости от массы исследуемых образцов порошка. Следовательно, маленькая масса образца порошка будет соответствовать маленькому диаметру второго отверстия и наоборот.
Механизмы для перемешивания вращаются с помощью любого подходящего приводного механизма, например, мотора и системы с ременным приводом или мотора и зубчатой передачи или комбинации мотора, зубчатых колес и системы с ременным приводом. Предпочтительно приводной механизм устанавливают на обычном опорном элементе для механизмов для перемешивания.
Предпочтительно обычный опорный элемент устанавливают на робототехнической системе XYZ для автоматического движения относительно рабочей станции, у которой, при использовании, размещают держатели образцов или панель с углублениями, оборудованную держателями образцов. Подобным образом, предпочтительно, чтобы пластины ограничительного механизма устанавливались на XYZ робототехническом устройстве для осевого движения относительно механизмов для перемешивания.
Предпочтительно рабочая станция также оборудована панелью для приемников образцов с углублениями. Хотя на панели для приемников образцов с углублениями можно разместить приемники образцов, изготовленные с панелью как одно целое, предпочтительно, чтобы на панели имелись углубления, в которые вставляют приемники для образцов, например пробирки, флаконы или аналогичные, обычно, трубчатые, компоненты, имеющие отверстие или открытый торец, через который порошок или другие компоненты, твердые, жидкие или газообразные, могут быть в них введены. При использовании, во время дозирования в них порошка, предпочтительно, если открытые торцы пробирок герметично соединены с держателями образца или с нижней поверхностью панели с углублениями, на которой расположены держатели образцов, при этом открытые торцы пробирок совпадают со вторыми отверстиями соответствующих держателей образцов.
Панель с углублениями для держателей образцов, или, альтернативным образом, отдельная панель, вставляемая, при использовании, между панелью с углублениями для держателей образцов и пробирками, может иметь выпускные и впускные отверстия для газа, которые сообщаются с пространством, образованным пробиркой и панелью с углублениями для держателей образцов или отдельной панелью, тем самым газ, поступающий в указанное пространство из впускных отверстий или из сквозных каналов в соответствующих держателях образца, можно удалить из указанного пространства.
Впускные отверстия можно применять для направления газа, обычно воздуха, на нижние торцы держателей образцов для предотвращения налипания порошка к торцам держателей образцов, особенно, когда существует возможность конденсирования пара из нагретых жидкостей, содержащихся в пробирках, на нижних торцах.
В устройствах, в которых образцы порошка должны контактировать с газовыми ингредиентами, можно применять впускные и вентиляционные отверстия, чтобы обеспечить промывку указанного пространства газообразными ингредиентами, а затем закрытие, что гарантирует заполнение указанного пространства газообразным ингредиентом.
Так, устройство согласно изобретению может включать газовпускное устройство для направления газового потока к внешней нижней стенке каждого держателя образцов и/или газовыпускное устройство для удаления газа из-под внешней нижней стенки каждого держателя образцов.
Согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения, существуют средства по обеспечению поступления принудительного газового, как правило, воздушного, потока в держатели образцов через их первые отверстия у торцов диспергатора порошков для смывания через их вторые отверстия порошка, оставшегося на стенках каналов держателей образцов. Предпочтительно газовые потоки удаляют через газовыпускные отверстия, описанные выше. Как правило, газовые потоки можно обеспечить по меньшей мере одним газопроводом, оборудованным форсунками для направления газового потока в каждое первое отверстие держателей образцов. Каждую форсунку можно оборудовать устройством регулирования потока, например пневматическим ограничителем скорости, для регулирования потока воздуха в отверстия соответствующих держателей образцов.
Предпочтительно панель с углублениями для приемников образцов можно охлаждать или нагревать, например, обычно в диапазоне от 5°С до 100°С, хотя этот диапазон может варьироваться в зависимости от конкретного устройства.
Образцы порошка можно дозировать в пробирки, которые не содержат других ингредиентов; альтернативным образом, пробирки могут содержать другие твердые, жидкие или газообразные ингредиенты. Способ и устройство, предлагаемые в изобретении, являются особенно полезными при дозировании образцов порошка в пробирки, содержащие жидкости. Согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения, жидкости в пробирках встряхивают во время дозирования в них порошка. Встряхивание жидкостей в пробирках можно осуществить любым подходящим способом. Например, в некоторых устройствах, возможно инвазивное или контактное встряхивание жидкостей в пробирках, при котором можно применять обычные методы с использованием магнитных мешалок с магнитной «блохой», которую размещают в каждой пробирке. Однако неинвазивное или бесконтактное встряхивание жидкостей является предпочтительным. Согласно этому варианту осуществления изобретения, панель с углублениями для приемников образцов устанавливают, например, на устройство, способное перемещать ее колебательным способом, что вызывает встряхивание жидкостей в пробирках.
Образцы порошка можно вводить в держатель (держатели) образца любым подходящим способом, в том числе, вручную или автоматически, применяя устройство для подачи дозы порошка, такое как Powdemium, поставляемое компанией Autodose S.А., оборудование которой способно подавать определенные массы порошка в держатель (держатели) образца.
XYZ робототехническую систему можно применять для перемещения держателя (держателей) образцов между устройством для подачи дозы порошка и местом дозирования. Держатель (держатели) образца можно предварительно смонтировать с панелью с углублениями для приемников образцов.
Предпочтительно робототехнические системы рассматриваемого устройства и автоматическое устройство для подачи дозы порошка регулируют компьютерными средствами. Предпочтительно компьютерные средства обеспечены программами, включающими библиотеки ингредиентов и библиотеки составов образцов. Компьютерные средства обеспечивают подачу доз порошка в держатели образцов и регулирование охлаждения/нагревания/встряхивания жидкостей в пробирках в соответствии с требуемыми составами образцов.
Настоящее изобретение также включает создание библиотек образцов порошка путем приготовления образцов порошка и дозирования образцов в держатели образцов и временной герметизации держателей образцов для сохранения состояния образцов и предотвращения их загрязнения. В изобретении также предложены образцы порошка, включающие по меньшей мере два держателя образцов, содержащих образцы порошка, при этом держатели образцов временно герметизированы.
Очевидно, что способ и устройство, предлагаемые в настоящем изобретении, можно применять для получения образцов для различных химических систем. Например, применение может заключаться в растворении фармацевтически активных веществ; добавлении катализаторов в реакционные системы; приготовлении напитков и продуктов питания в тех случаях, когда требуется контролируемое растворение, например шоколада для приготовления напитков; и нанесении адгезивных и строительных покрытий, в тех случаях, когда из порошковых ингредиентов следует приготовить композицию.
Одно конкретное применение, для которого изобретение является особенно подходящим, представляет собой исследование крахмала и гидроколлоидов, при котором необходимо приготовить пробы крахмалов и гидроколлоидов в воде таким образом, чтобы иметь возможность исследовать их гелеобразование, вязкость, цвет, прозрачность и другие свойства. Приготовление крахмальных и гидроколлоидных растворов обычно требует добавления крахмала или гидроколлоида к воде при перемешивании для обеспечения надлежащего диспергирования крахмала или гидроколлоида. При добавлении воды к порошку крахмала или гидроколлоида обычно не достигают хорошего диспергирования, поскольку порошки имеют склонность комковаться с образованием агломератов. Кроме того, при сравнении большого количества крахмалов, гидроколлоидов и смесей крахмалов и гидроколлоидов, предпочтительно, чтобы предыстории экспериментального исследования образцов являлись настолько единообразными, насколько это практически достижимо.
Путем применения способа и устройства согласно изобретению, образцы порошка, включающие количества крахмалов, эмульгаторов, герметиков, сахаров и различных видов муки в диапазоне от 2 мг до 1000 мг, были успешно распределены по пробиркам, часто при остаточном уровне порошка менее чем 5%, в частности, менее чем 3%, от заданной массы порошка, остающегося в держателях образца.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ГРАФИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ
Изобретение будет проиллюстрировано ссылкой на прилагаемые чертежи, в которых:
Фиг.1 представляет собой схематическое изображение горизонтальной проекции устройства согласно изобретению;
Фиг.2 представляет собой более подробное схематическое изображение боковой проекции части устройства,
Фиг.3 представляет собой схему двух пластин с отверстиями, применяемую для удерживания проволок из механизмов для перемешивания, показанных на фиг.1 и 2, при этом две пластины показаны при совмещении друг с другом с правой стороны фигуры и без совмещения друг с другом с левой стороны фигуры;
Фиг.4 представляет собой схематическое изображение боковой проекции держателей образцов, смонтированных с латексной пленкой для герметизации вторых отверстий держателей;
Фиг.5 представляет собой схематическое изображение боковой проекции, на котором показаны держатели образцов из фиг.4, смонтированные вместе с приемниками образцов,
Фиг.6 представляет собой схематическое изображение вертикального поперечного разреза через держатель образцов в соответствии с изобретением, и
Фиг.7 представляет собой схематическое изображение горизонтальной проекции системы подачи воздушной струи.
СВЕДЕНИЯ. ПОДТВЕРЖДАЮЩИЕ ВОЗМОЖНОСТЬ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Обратимся к чертежам, на которых показано устройство для дозирования порошка 10. Устройство 10 описано в условиях одновременной обработки восьми образцов. Однако, очевидно, что, при необходимости, с помощью устройства можно обрабатывать меньше образцов или другое, более высокое, количество образцов, например двадцать четыре.
Устройство 10 имеет корпус 12, на котором установлена опорная пластина 14 автоматической XYZ системы 16, например, поставляемой компанией Tecan Limited.
Эпициклическое устройство для встряхивания 20 установлено на корпусе 12 ниже опорной пластины 14 на виброизолирующих опорах 18. Стандартная охлаждающая/нагревающая установка 22 установлена на верхней части устройства для встряхивания 20, на которой размещена панель 24 с углублениями для приемников образцов для удерживания восьми приемников образцов в форме пробирок 26. Охлаждающая/нагревающая установка 22 оборудована установочными стержнями 27 для размещения панели 28 с углублениями для держателей образцов относительно установки, благодаря чему держатели образцов 30, установленные на панели 28 с углублениями, по существу находятся в центре на пробирках 26 (панель 28 с углублениями и держатели образцов 30 показаны на фиг.2 только репрезентативно, но более подробно показаны на фиг.4-6). Панель 28 с углублениями для держателей образцов имеет восемь сквозных каналов, в которых расположены отдельные держатели образцов 30. Сквозные каналы имеют цилиндрическую форму и пересечены каналами с резьбой, в которые ввинчены стопорные винты 32, благодаря чему держатели образцов 30 могут уверенно удерживаться относительно панели 24 с углублениями.
Каждый держатель образцов 30 является по существу полым (в частности, см. фиг.6) и имеет верхнюю по существу цилиндрическую внешнюю часть стенки 34, которая плотно пригнана к соответствующему сквозному каналу в панели 28 с углублениями, и нижнюю часть стенки 35, которая по существу параллельна внутренней стенке держателя образцов 30. Внутренняя стенка каждого держателя образцов 30 устанавливает границы сквозного канала 36, при этом объем пространства, ограниченного стенкой, по существу имеет форму усеченного конуса, сужение которого направлено от верхней части к основанию держателя образцов 30. Образец порошка (не показано) можно поместить в), держатель образцов 30 через первое, верхнее отверстие 40 и дозировать в пробирки через второе, нижнее отверстие 42.
Перемещение порошка из сквозного канала 36 через второе отверстие 42 держателя образцов 30 регулируют с помощью устройства регулирования потока. Устройство регулирования потока может представлять собой клапанный механизм (не показано) или, например, перфорируемую пленку. Перфорируемая пленка может представлять собой металлическую фольгу, фиксируемую относительно второго отверстия 42, например, с помощью зажимной пластины с отверстиями (не показано). Согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения, перфорируемая пленка является эластичной пленкой, например латексной пленкой, такой как Theraband™, поставляемой компанией Physiomed, которая закрепляется относительно второго отверстия 42.
Предпочтительно латексную пленку 44 фиксируют относительно держателей образцов 30, зажимая ее между панелью 28 с углублениями для держателей образцов и нижней пластиной с отверстиями 46 (см. фиг.4). Эту процедуру можно осуществить, если закрепить латексную пленку 44 при натягивании по ее периметру с помощью зажимов 48, установленных на корпусе 50 для вертикального движения, опустить зажимы 48 для дальнейшего растяжения пленки 44 над нижней пластиной 46 (как показано пунктирными линиями) и заблокировать зажимы в этом положении посредством запирающих отверстий 52 в корпусе 50. Затем панель 28 с углублениями для держателей образцов, включающую держатели образцов 30, устанавливают в требуемое положение относительно нижней пластины 46 и толкают вниз, так что нижние торцы держателей образцов 30 проходят через отверстия на пластине 46 и еще больше натягивают пленку 44 на нижние торцы держателей образцов 30, закрывая их отверстия 42. Затем пленку 44 зажимают между панелью 28 с углублениями и нижней пластиной 46, и применяют винты с насеченной головкой 54 для крепления панели 28 с углублениями к нижней пластине 46. Затем лишнюю пленку 44 вокруг периметра панели 28 с углублениями обрезают.
Смонтированную панель 28 с углублениями, держатели образцов 30 и нижнюю пластину 46, после загрузки держателей образцов 30 образцами порошка, компонуют вместе с парораспределительной пластиной 56 на установочных стержнях 26 панели 24 с углублениями и закрепляют относительно нее, применяя систему быстродействующих зажимов 58. Система зажимов 58 оборудована двумя парами вертикальных стальных стержней 60 (на фиг.5 показана только одна пара), монтируемых на устройстве для встряхивания 20, и парой зажимных планок 62 (на фиг.5 показана только одна), каждая из которых установлена на паре стержней 60. Зажимные планки 62 фиксированы относительно стержней блокирующими устройствами 64. В собранном положении, нижние торцы держателей образцов 30 расположены по существу в центре отверстия пробирок 26.
Парораспределительная пластина 56 имеет по существу цилиндрические сквозные отверстия (не показано), соответствующие отверстиям в панели 28 с углублениями и нижней пластине 46. Пары каналов для впуска и выпуска газа проходят через стенки пластины 56, при этом каждая пара каналов открывается в соответствующее сквозное отверстие в пластине 56. В случае, когда пластину 56 компонуют с панелью 28 с углублениями, держателями образцов 30 и нижней пластиной 46, газовпускные каналы устанавливают таким образом, что газ, поступающий в отверстие, направляется к нижнему торцу расположенного там держателя образцов. Газовыпускные каналы применяют для удаления газа, поступающего в пробирки или образующегося в них. Нижняя поверхность 66 пластины 52 герметично связана через эластичный слой (не показано), например, тефлоновый, с торцами пробирок 26, расположенными в панели 24 с углублениями.
Восемь мешалок в форме механизмов для перемешивания 68 (см., в частности, фиг.2) установлены на робототехнической системе 16 с помощью обычной детали в виде навеса 70 для системы передачи с приводом вращения 71. Систему передачи 71 приводит в действие шаговый электродвигатель 72, например, двигатель Vecta CSK™ 23А, поставляемый компанией Oriental Motors. Система передачи может представлять собой приводной ремень и шкив, зубчатую передачу или, при необходимости, комбинацию зубчатых колес и системы с приводным ремнем и шкивом. Механизмы для перемешивания 68 расположены на вторичных приводных валах 74 системы передачи 70 для вращения вокруг соответствующих вертикальных осей. Оси установлены таким образом, что когда механизмы для перемешивания (мешалки) находятся над панелью 28 с углублениями, они по существу совпадают с осями соответствующих сквозных каналов 36 соответствующих держателей образцов 30.
Предпочтительными механизмами для перемешивания 68 являются механические скребки, такие как поставляемые компанией Autodose S.А. Такие механизмы для перемешивания 68 оборудованы двумя диаметрально противоположными пружинными проволоками 76, которые установлены на их дистальном торце и проходят от него по направлению оси, при этом проволоки 76 четыре расположены по существу в плоскости, включающей соответствующую ось. Проволоки 76 находятся в ненатянутом положении (показано как 78), в котором по меньшей мере часть проволок 76 находится в радиусе от соответствующей оси, который больше, чем радиус первых отверстий 40 каналов 36 держателей образцов 30. При использовании, проволоки 76 удерживают в натянутом положении (показано как 80), в котором все проволоки 76 находятся в радиусе от оси, который меньше, чем радиус первых отверстий 40 каналов 36 держателей образцов 30, благодаря чему механизмы для перемешивания 68 вместе с их проволоками 76 можно перемещать по направлению оси относительно держателей образцов 30, и перемещать таким образом, что проволоки 76 можно вставить в соответствующие каналы 36 держателей образцов 30. Как только проволоки попадают в каналы 36 держателей образцов 40, ограничитель удаляют из проволок 76, что позволяет проволокам 76 перемещаться по направлению к их ненатянутому положению 78 и соприкасаться со стенками 38 каналов 36.
Проволоки 76 можно удерживать с помощью любого обычного механизма. Например, этот механизм может включать втулку (не показано), установленную для возвратно-поступательного движения вдоль оси относительно проволок, что дает возможность зацепить проволоки 76 и заставить их двигаться внутри по радиусу по направлению к оси или отсоединиться от проволок и позволить им вернуться в их ненатянутое положение. Предпочтительно торец втулки, который соприкасается с проволоками, имеет внутреннюю скошенную кольцевую поверхность, которая цепляет проволоки.
Согласно альтернативному, предпочтительному варианту осуществления, пара пластин с отверстиями 82, 84 (см. фиг.3) установлена на корпусе (не показано), который, в свою очередь, смонтирован на робототехнической системе 16 посредством пневмопривода (не показано). Пластины 82, 84 установлены параллельно друг другу, при этом их плоскости находятся под прямым углом к вертикальным осям механизмов 68 для перемешивания, и каждая пластина имеет восемь отверстий 86, 88, предпочтительно ромбовидной формы, которые расположены в центре на вертикальных осях механизмов для перемешивания 68. Пластины 82, 84, при совмещении друг с другом таким образом, что отверстия 86, 88 находятся на одном уровне друг с другом (см. правую сторону фиг.3), могут вертикально перемещаться с помощью пневмопривода между первым положением, в котором плоскости пластин 82, 84 пересекают основные части механизмов для перемешивания 68, и вторым положением, в котором плоскости пластин 82, 84 пересекают проволоки 76 механизмов для перемешивания 68 в точке наибольшего отношения проволок 76 относительно их соответствующих осей. Во втором положении, пластины 82, 84 могут перемещаться относительно корпуса с помощью, например, пневмоприводов (не показано) под прямым углом к вертикальным осям механизма для перемешивания, но в противоположных направлениях друг к другу на равные расстояния так, что отверстия 86, 88 перемещаются в положения, в которых они только частично совмещены друг с другом (см. левую сторону фиг.3), при этом проволоки 76 перемещаются в их натянутое положение 80.
Также на навесе 70 установлены две форсуночные балки 90, при этом каждая балка размещена параллельно четырем держателям образцов 30 и каждая балка имеет четыре форсунки 92, одна форсунка для каждого соседнего держателя образцов 30. Газ, как правило, воздух, из обычного трубопровода (показанного стрелками 94) подают в форсунки 92 через отдельные пневматические ограничители скорости 96 и затем в держатели образцов 30 для обеспечения принудительного потока газа в держатели 30.
Компьютер (не показано) применяют для регулирования работы робототехнической системы 16.
При использовании, в панель 24 с углублениями для приемников образцов помещают восемь пробирок 26, в которые были загружены жидкие и другие ингредиенты, которые могут потребоваться. Пробирки 26 можно подготовить вручную или, альтернативным образом, путем применения автоматического дозирующего устройства (не показано) под руководством вышеуказанного компьютера или отдельного компьютера, который предпочтительно сообщается с первым компьютером. При необходимости, пробирки 26 можно взвешивать между каждым добавлением ингредиентов, чтобы гарантировать, что рецептуры ингредиентов соблюдаются и фактические количества ингредиентов известны и записаны.
Панель 28 с углублениями для держателей образцов смонтирована отдельно, как описано выше в отношении фиг.4. Затем держатели образцов 30 в скомпонованном блоке из панели 28 с углублениями, держателей образцов 30 и нижней пластины 46 загружают образцом порошка. Загрузку держателей образцов 30 можно осуществить вручную, но более предпочтительно сделать это автоматически, применяя автодозирующую машину (не показано), например, МТМ2000™, поставляемую компанией Autodose S.A. Предпочтительно масса образца порошка для каждого держателя образцов 30 регистрируется компьютером.
Панель 24 с углублениями, вместе с пробирками 26 расположена на блоке ESS (22) и парораспределительная пластина (56)установлена над ней на опорных стержнях 27 таким образом, что она опирается на верхние части пробирок. Затем скомпонованный блок из панели 28 с углублениями, держателей образцов 30 и нижней пластины 46 размещают на опорных стержнях 27 таким образом, чтобы он опирался на парораспределительную пластину 56. Затем с зажимных планок 62 соскальзывают соответствующие им пары стержней 60 и входят в зацепление с винтами с насеченной головкой 54, при этом зажимные планки 62 блокируются в определенном положении блокирующими устройствами 64, что позволяет закрепить весь скомпонованный блок в целом.
Затем охлаждающая/нагревающая установка 22, приводится в действие компьютером для уравновешивания температуры содержимого пробирок на требуемых уровнях, и, при необходимости, газовые потоки могут быть введены и удалены из зон, где расположены нижние торцы держателей образцов 30, для уменьшения возможности конденсирования на них текучей среды. Затем компьютер приводит в действие устройство для встряхивания 20 и вызывает встряхивание жидкостей в пробирках. После того, как были достигнуты внешние условия эксперимента, навес 70 опускают для того, чтобы вставить механизмы для перемешивания 68 в соответствующие держатели образцов 30. Затем пластины 82, 84 перемещают при совмещении друг с другом, что позволяет проволокам 76 механизмов для перемешивания 68 переместиться в их ненатянутые положения 78. Затем пластины перемещают вертикально вверх так, чтобы они освободились от проволок 76. В этом положении механизмов для перемешивания, если в держатели образцов 30 был помещен более чем один порошок, механизмами для перемешивания 68 можно управлять таким образом, чтобы обеспечить перемешивание образцов порошка в держателях образцов 30.
Затем механизмы для перемешивания 68 перемещают ниже по направлению оси, чтобы задействовать проволоки 76 и перфорировать латексную пленку, герметизирующую вторые отверстия 42 держателей образцов 30, при этом латексная пленка рвется и удаляется из отверстий 42. Затем механизмы для перемешивания 68 немного отводят и регулируют для перемешивания образцов порошка, что вынуждает образцы перемещаться через отверстия 42 в соответствующие пробирки 26. Скорость дозирования образцов порошка из держателей образцов 30 можно регулировать путем регулирования скорости вращения проволок 76 и возвратно-поступательного движения механизмов для перемешивания 68 в вертикальном направлении относительно расположения держателей образцов. Когда по существу все образцы порошка переместились в соответствующие пробирки, инициируют непродолжительный поток газа через форсунки 92 в каждый держатель образцов для сдувания любых оставшихся частиц образцов порошка.
Применение эластичной пленки 44 в качестве клапанного механизма приводит к эффективному мгновенному открыванию отверстия 42 без загрязнения содержимого пробирок 26. Хотя, как было обнаружено, металлическая фольга является альтернативным выбором, она теоретически время от времени может приводить к тому, что содержимое пробирок может быть загрязнено кусочками фольги, нечаянно порванной проволоками 76.
Как только операции на пробирках 26, например, соответствующие условия охлаждения или нагревания, были выполнены, пробирки 26 можно удалить для последующей обработки, исследования, определения характеристик и анализа их содержимого.