Устройство дозирования для проведения токсикологических экспериментальных исследований в проточных условиях

Полезная модель относится к автоматическому регулированию потока жидкости и может быть применена в экологии для целей биотестирования токсичности сточных вод в проточных условиях, водной токсикологии для определения химических свойств и токсичности, вновь синтезированных и известных ранее загрязняющих веществ, медицине и фармакологии для изучения эффектов лекарственных и других препаратов на микробиологические процессы.
Наиболее близким к полезной модели относится автоматический дозатор для регулирования концентраций испытуемых веществ в жидкости (Патент №2037180 опубл. 09.06.1995), содержащий сосуды Мариотта с испытуемыми веществами, верхние делительные сосуды с жидкостью, отсек-приемник жидкости и расходные отсеки, снабженные выпускными сифонными трубками, нижние сосуды для смесей испытуемых веществ с жидкостью, гидрозатворы и тройники.
Среди недостатков этого автоматического дозатора для регулирования концентраций испытуемых веществ в жидкости, основными являются следующие:
1) отсутствие гибких регулировок подачи воды и маточного раствора;
2) отсутствие регулировки скорости подачи готового раствора тест-объекту;
3) отсутствие возможности подготовки растворов не кратных 1/2 концентраций;
4) не гарантировано смешивание маточного раствора с водой, что, в свою очередь, не исключает их расслоения, так как жидкости сливаются в резервуар без каких-либо систем перемешивания;
5) отсутствие автоматической подачи испытуемого раствора и воды в сосуд с тест-объектом;
6) не предусмотрена возможность регулирования скорости производства раствора в широких пределах;
7) отсутствие организованного места для содержания тест-объекта;
8) нет системы сбора стока отработавших растворов на дальнейшую утилизацию.
Поставленная задача решается тем, что регулируемые забор, а также дозированная подача жидкого концентрата токсиканта и воды осуществлены перистальтическими насосами попарно, через сумматор двух потоков, соединенный последовательно с поточным смесителем жидких сред, где происходит тщательное их перемешивание, заканчивающийся делителем потока на два равнообъемных свободно изливающихся потока в резервуары для содержания тест-объекта, оборудованные устройством автоматического поддержания уровня смеси в резервуаре, для обеспечения проточности, объединенными в систему централизованного стока излишков на дальнейшую утилизацию.
Новые существенные признаки:
1) гибкие регулировки подач жидкостей обеспечены заменой не регулируемого движения жидкости под действием сил гравитации стабилизированного сосудом Мариотта на подачу перистальтическим насосом с приводом от шагового электродвигателя;
2) регулировка скорости подачи готового раствора тест-объекту обеспечена возможностью бесступенчатого регулирования в широком диапазоне числа оборотов шагового электродвигателя привода перистальтического насоса;
3) подготовка раствора осуществлена путем синхронизированной парной работы двух перистальтических насосов, из которых первый осуществляет подачу токсиканта, а второй чистой воды, при этом регулировки объемов подачи во времени, заложенные в конструкциях насосов, позволяют гибко изменять соотношение подаваемых жидкостей на поточный смеситель;
4) применение после сумматора потоков токсиканта и воды, серийно выпускаемого поточного смесителя гарантирует качественное перемешивание обоих компонентов;
5) установленный последовательно после поточного смесителя делитель на два равновеликих потока, свободно изливающихся в два смежных резервуара, предусматривающих содержание тест-объектов в идентичных условиях для обеспечения условия повторности опыта, замыкает автоматическую систему: забор исходных компонентов - смешивание - доставка в резервуар с тест-объектом;
6) синхронное пропорциональное изменение объемов подачи во времени токсиканта и воды парами насосов позволяет регулировать скорость производства раствора в пределах до максимальной производительности насоса;
7) для содержания тест-объектов установка оборудована 12 проточными аквариумами, обеспечивающими содержание пяти опытных групп и одной контрольной в двух повторностях, что в полной мере отвечает условиям проведения токсикологических опытов;
8) система автоматического поддержания уровня среды в аквариумах для содержания тест-объектов, представленная опрокинутыми Y-образными трубками, сливные части которых объединены коллектором, организующим сбор высвобожденных излишков среды в единый поток, который впоследствии может быть направлен на любую переработку, обеспечивает условия для сбора на утилизацию растворов.
Перечисленные новые существенные признаки достаточны во всех случаях, на которые распространяется испрашиваемый объем правовой охраны.
Выявленные отличительные признаки в совокупности с известными, обеспечивают получение технического результата.
На фиг. 1 приведена схема устройства дозирования для проведения токсикологических экспериментальных исследований в проточных условиях; на фиг. 2 приведена схема аквариума для содержания тест-объекта с автоматическими системами жизнеобеспечения и поддержания уровня жидкости.
Устройство дозирования для проведения токсикологических экспериментальных исследований в проточных условиях содержит раму 1, емкость для токсиканта 2, емкость для воды 3, перистальтические насосы 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, сумматор 14, поточные смесители 15, делители потока 16, смежные аквариумы 17, 18, 19, 20, 21, 22, Y-образные трубки 23, коллектор 24, отводящий патрубок 25, электронагреватели 26, уплотнительные кольца 27, барботер 28.
Предлагаемое устройство дозирования работает следующим образом. Резервуары 2 и 3 заполняют исходными жидкостями, например, в резервуар 2 подается раствор токсиканта в максимальной, запланированной в исследовании концентрации, а в резервуар 3 вода, которой будет разбавлена концентрация резервуара 2 и в ней же будет содержаться контрольная группа тест-объектов. Емкости выполнены из инертных, химически стойких материалов.
Насосы 4 и 13 устанавливают на максимальную производительность. Далее, в зависимости от характера исследования, возможны различные варианты работы насосов, растворы могут производиться как в одинаковых, так и в различных концентрациях. В качестве примера рассмотрим классическую схему биотестирования, с делением концентрации раствора кратно двум. В таком случае насосы 5 и 9 устанавливают наполовину своей производительности, обуславливая снижение концентрации раствора в 2 раза, насос 6 устанавливают на 1/4 производительности, насос 10 на 3/4, насос 7 на 1/8, насос 11 на 7/8, насосы 8 на 1/16, насос 12 на 15/16 для формирования объемов с получением следующих концентраций токсиканта, соответственно: 1, 1/2, 1/4, 1/8, 1/16 и 0. Насосами 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11 и 12 жидкости через соответствующие сумматоры 14 подаются на поточные смесители 15, где происходит качественное их перемешивание с получением готовых растворов. Готовые растворы, одновременно с жидкостями, подаваемыми насосами 4 и 13, через делители 16 поступают в пары смежных аквариумов 17, 18, 19, 20, 21 и 22 с одинаковыми, попарно концентрациями для соблюдения принципа повторности в опыте. По мере заполнения аквариумов до 1/3 объема включают в работу электронагреватели 26, автоматикой которых задается требуемая температура воды. В момент, когда объемы аквариумов будут заполнены на 100%, подачу всех насосов синхронно, в тех же пропорциях, устанавливают на требуемую в аспекте проточности (она зависит от условий проведения опыта) производительность.
Для удаления излишков среды в аквариум установлена Y-образная трубка 23, один конец которой погружен на 3/4 его глубины и защищен сеткой для предотвращения попадания в него тест-объекта, второй выведен выше уровня среды с целью избежания эффекта сильфона, а третий, через который осуществлен перелив, пропущен сквозь отверстие в стенке аквариума уплотненное, исключающим протечку, уплотнительным кольцом 27. Таким образом, обеспечено автоматическое поддержание уровня в аквариуме. При этом забор жидкости из аквариума осуществлен из придонной части, что исключает скапливание на дне отходов жизнедеятельности тест-объекта. Стоки с Y-образных трубок по коллектору 24 поступают в отводящий патрубок 25 и далее на утилизацию.
Затем включают барботер 28. Установка готова к проведению опытов.
Предлагаемая установка может успешно работать с различными вариантами разбавления концентрации первоначального раствора, регулировка осуществляется бесступенчатым изменением частоты вращения роторов шаговых электродвигателей приводов, работающих в паре перистальтических насосов. Кратное изменение производительности всех насосов одновременно позволяет регулировать в широком диапазоне проточность аквариумов, расширяя тем самым возможности экспериментатора по количеству и качеству тест-объектов.