Устройство для экспресс-анализа качества продуктов
DEVICE FOR EXPRESS-ANALYSIS OF PRODUCT QUALITY

Изобретение относится к технике проведения экспрессного анализа «на месте» жидких и твердых продуктов по концентрации газов-маркеров.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является портативное устройство для определения газов-маркеров на основе одного или нескольких пьезосенсоров, включающее корпус с патрубками, внутри которого расположены пьезосенсоры с чувствительными пленочными покрытиями для сорбции на них газов-маркеров образцов, устройства для возбуждения колебаний и фиксирования абсолютных сигналов пьезосенсоров, корпус выполнен в виде цилиндра с одной крышкой, на которой расположены держатели для пьезосенсора (пьезосенсоров), цилиндр удерживается кольцом на штативе с платформой, миниатюрная схема возбуждения жестко закреплена на крышке, а сигнал пьезосенсора (пьезосенсоров) фиксируется портативным частотомером, шкала которого отградуирована в единицах частоты и содержания газа-тестора, при этом схема возбуждения и частотомер питаются от встроенного элемента (Портативное устройство для определения газов-маркеров в выдыхаемом воздухе. Кучменко Т.А., Чувашев Д.Л., Кучменко A.M. Патент №2324168, Россия, МПК G01N 27/12; №2006145233, заявл. 19.12.2006, опубл. 10.05.2008, бюл. №13).
Недостатками существующего портативного устройства для определения газов-маркеров являются узкая специфичность определения и невозможность применения устройства для решения других аналитических задач даже путем замены рабочего элемента (сенсора), который определяет его детектирующую способность, так как шкала частотомера отградуирована в единицах содержания газа-маркера, низкая мобильность.
Техническая задача изобретения - увеличение ассортимента анализируемых веществ при составлении банка данных по скорости сорбции газов-маркеров жидких и твердых образцов на чувствительных пленках пьезосенсоров, повышение мобильности и компактности анализатора, снижение энергопотребления, сокращение времени анализа за счет упрощения стадий пробоотбора, сорбции газов в неравновесных условиях и принятия решения по качеству анализируемого образца.
Техническая задача изобретения достигается тем, что устройство для экспресс-анализа качества продуктов включает один пьезосенсор с чувствительным пленочным покрытием для сорбции газов-маркеров, встроенный в держатель крышки ячейки детектирования, и устройства для возбуждения колебаний, фиксирования и отображения сигналов пьезосенсора, новым является то, что ячейка детектирования устройства выполнена в виде съемного цилиндра с меткой, ограничивающей объем анализируемых образцов, цилиндр герметично соединяется с помощью насадки или резьбы с крышкой газоанализатора таким образом, чтобы пьезосенсор находился внутри цилиндра и не соприкасался с жидким или твердым образцом, а все части газоанализатора - миниатюрное устройство для возбуждения колебаний, микропроцессор для регистрации сигнала пьезосенсора и элемент питания (аккумулятор или батарейки) - расположены в одном корпусе над крышкой анализатора и соединены с сигнальным устройством, срабатывание которого определяется скоростью изменения сигнала пьезосенсора при сорбции газов-маркеров газовой фазы над жидким или твердым образцом, зависящей от их концентрации и свидетельствующей о качестве анализируемого объекта, на одной из боковых поверхностей блока питания размещены переключатель плавного установления порога срабатывания сигнального устройства, полученного предварительно по тест-образцу, кнопка включения и индикатор готовности устройства к работе, в нижней части корпуса расположены выходы для зарядного устройства и шины для соединения с регистратором, при этом время анализа жидких и твердых проб составляет 15-30 с, а восстанавливают и хранят пьезосенсор в миниатюрной емкости с сорбентом на дне.
Технический результат заключается в увеличении ассортимента анализируемых продуктов за счет измерения скорости сорбции газа-маркера в неравновесных условиях и сравнении ее с установленной ранее для тест-образца, которая пропорциональна концентрации газов над жидкими и твердыми образцами; снижении энергопотребления, повышении мобильности и компактности предлагаемого устройства путем изменения размеров и технических параметров каждого блока, совмещения всех блоков прибора в одном корпусе (миниатюрной схемы возбуждения колебаний, микропроцессора и элемента питания) и благодаря отсутствию цифрового табло с показателями абсолютных сигналов сорбции; сокращении времени анализа благодаря простоте отбора пробы с помощью съемной ячейки детектирования. Конструкция ячейки удобна для анализа жидких и твердых соединений по содержанию газов-маркеров в их газовой фазе, так как для проведения анализа не требуются дополнительные блоки (генератор газовых смесей, пробоотборник газа и инжектор в ячейку детектирования). Время анализа сокращается из-за исключения стадий установления равновесия в генераторе и математической обработки результатов анализа, так как о превышении скорости изменения аналитического сигнала свидетельствует сигнальное устройство, оповещающее о несоответствии образца заявленному качеству.
Устройство для экспресс-анализа качества продуктов (фиг. 1) состоит из блока автономного питания, регистратора и съемной ячейки детектирования 1, представляющей собой емкость с насадкой или резьбой 2 для герметичного крепления к корпусу регистратора и с меткой 3 для отбора определенного количества жидких или твердых проб таким образом, чтобы закрепленный в корпусе пьезосенсор 4 на основе пьезорезонатора с пленкой сорбента 5, селективного к газам-маркерам анализируемых образцов, находился внутри емкости и не соприкасался с пробой вещества 6. Миниатюрная схема возбуждения колебаний пьезосенсора соединена с микропроцессором для регистрации сигнала - изменения скорости сорбции газа-маркера, они находится в одном корпусе 7. На верхней панели корпуса расположены переключатель плавного установления порога срабатывания сигнализатора 8 и сигнальный индикатор 9, срабатывание которого определяется превышением максимальной скорости изменения сигнала пьезосенсора в газовой фазе образца, что свидетельствует о несоответствии образца заявленному качеству. На одной из боковых поверхностей блока питания размещены кнопка включения 10 и индикатор питания 11, в нижней части корпуса расположены выходы для зарядного устройства и шины для соединения с регистратором 12, при этом время анализа не превышает 15-30 с, а восстанавливают и хранят пьезосенсор 4 в миниатюрной емкости 13 с сорбентом 14 на дне.
Устройство для экспресс-анализа качества продуктов работает следующим образом.
Блок питания с помощью шины 12 соединяют с миниатюрной схемой возбуждения, микропроцессором, возбуждающего колебания чувствительного элемента - пьезосенсора 4 на основе пьезорезонатора с пленкой покрытия 5, селективного к летучим веществам-маркерам, содержание которых свидетельствует о качестве продуктов, включают питание автономное или от сети с помощью кнопки включения 10, при этом загорается индикатор 11. С помощью переключателя плавного установления порога срабатывания сигнализатора 8 устанавливают верхний допустимый предел изменения скорости сорбции, при превышении которого срабатывает сигнальное устройство 9. Для тестирования и оценки состояния жидкого или твердого образца в одноразовую или многоразовую емкость 1 помещают пробу не выше метки 3, например, с помощью пипетки или шпателя, надевают насадку 2. Осторожно снимают (выкручивают) с регистратора миниатюрную емкость 13 с сорбентом 14, в которой хранится измерительный элемент 4 и восстанавливается состояние чувствительной селективной пленки 5. Вкручивают в корпус емкость 7 с анализируемой пробой 6. Наблюдают за сигнальным индикатором 9 на корпусе регистратора (например, диодом). Легколетучие вещества-маркеры из жидкого или твердого продукта 6 самопроизвольно диффундируют к поверхности пленочного покрытия 5, взаимодействуют с ним определенное время, которое зависит от особенностей реакции между парами вещества 6 и пленочным покрытием 5, при этом скорость изменения частоты колебаний пьезосенсора определяется концентрацией легколетучих веществ-маркеров. В течение 15-30 с при условии несоответствия образца заявленному качеству срабатывает сигнальное устройство 9. На пленочном покрытии протекает обратимая реакция, и для повторного применения пьезосенсор 4 регенерируют в миниатюрной емкости 13 с сорбентом 14 (например, с силикагелем).
Сравнение некоторых характеристик предлагаемого технического решения и ближайшего аналога представлено в таблице.
Предложенное устройство для экспресс-анализа качества продуктов позволяет:
1) увеличить ассортимент анализируемых веществ путем предварительного составления банка данных по скорости сорбции газов-маркеров жидких и твердых тест-образцов на чувствительных пленках пьезосенсоров, что позволяет исключить градуировку измерительного устройства в единицах концентрации одного газа. Повысить эффективность определения индивидуальных газов-маркеров возможно путем замены чувствительного элемента с селективным пленочным покрытием. Поэтому устройство может применяться для анализа твердых и жидких продуктов различного генезиса, в том числе продуктов питания, лекарственных препаратов, технических жидкостей, строительных материалов и др.
2) снизить энергопотребление, увеличить мобильность, компактность устройства для экспресс-анализа продуктов при сохранении всех рабочих функций (генерация колебаний пьезосенсора, автономное или внешнее питание, регистрация информации и принятия решения о качестве пробы, регенерации чувствительной пленки пьезосенсора) за счет применения миниатюрной микросхемы и программируемого микропроцессора, возможности применения компактных источников питания с резервом времени или применения внешнего источника питания. Для проведения анализа проб не требуются дополнительные блоки и устройства (пробоотборник, генератор равновесной газовой фазы и инжектор ее в ячейку детектирования), так как анализируется неравновесная газовая фаза. Долго сохранять эксплуатационные характеристики пьезосенсора возможно за счет дискретного режима измерения и прекращения нагрузки на тонкую пленку сорбента путем перемещения пьезосенсора в сухую миниатюрную емкость с силикагелем или другим сорбентом после контакта с анализируемой средой.
3) сократить время принятия решения о соответствии качества образца заявленному за счет применения вместо цифрового табло сигнального устройства, срабатывающего при превышении установленного порога скорости изменения аналитического сигнала и свидетельствующего о превышении допустимой концентрации газа-маркера тестируемого продукта.