УСТРОЙСТВО ПОДАЧИ ПРОБЫ В РЕАКТОР
DEVICE FOR SAMPLE SUPPLY TO REACTOR

Изобретение относится к аналитической химии и приборостроению и может быть использовано для различных анализов жидкой пробы, в частности для контроля органических загрязнений в объектах окружающей среды, таких как природные и сточные воды и технологические растворы.
Известно устройство для отбора анализируемой пробы и передачи ее в реакционную зону, содержащее передаточную головку, перемещаемую по координатам x-y и содержащую пипеточный пробоотборник, а также захват для реакционных емкостей, перемещаемых по координате z [Патент РФ №2106007, кл. G05D 23/19, B01J 19/00, опубл. 27.02.1998].
Приведенное устройство входит в состав анализатора, используемого, например, для проведения иммунологических исследований.
Кроме устройства отбора пробы анализатор содержит термоциклер, вибростол, штативы с реагентами и одноразовыми реакционными емкостями, термостатируемый инкубатор, в который помещаются реакционные емкости, промывное приспособление, блок управления анализатора, который управляет и координирует все проводимые операции анализатора, и фотометр для установления результатов испытания.
После выполнения ДНК-усиления в реакционных емкостях, содержащихся в термоциклерах, с помощью пипеточного пробоотборника отбираются пробы из реакционных емкостей и передаются в реакционные емкости, размещенные в штативах. При иммунологическом анализе, проводимом в анализаторе, исследуются пробы, переданные в реакционные емкости.
Несмотря на то, что устройство для отбора пробы автоматически работает, устройство сложное и малонадежное.
Возможно заклинивание передаточной головки в процессе ее перемещения по направляющей X, а также заклинивание направляющей при перемещении по направляющей Y.
Необходима сложная система регулирования скорости подхода головки к месту забора пробы (сначала скорость максимальная, а затем по мере приближения к месту забора пробы, она плавно уменьшается до нуля); в противном случае вследствие большой массы головки возможны сильные удары, толчки, рывки, которые приведут к преждевременному выходу из строя всей конструкции.
При перемещении головки с малой скоростью можно избежать этих неприятностей, но в этом случае значительно уменьшится производительность, хотя система управления перемещением головки в этом случае упрощается.
Необходимо наличие трех двигателей для перемещения по тем координатам, вследствие чего растет перемещаемая масса конструкции, можно использовать один двигатель, но это потребует использование сложной передаточной системы, что снижает надежность работы системы.
Наиболее близким техническим решением к предложенному является устройство подачи пробы в реактор, включающий корпус с двумя стойками, укрепленный между ними механизм возвратно-поступательного перемещения, выполненный в виде шагового двигателя, системы шестерен и червячной передачи с кареткой, с которой соединен шток с установленным на его конце средством удержания пробы, и электронный блок управления, электрически соединенный с шаговым двигателем механизма возвратно-поступательного перемещения [Патент РФ №2053507, кл. G01N 27/417, опубл. в 1996 г.].
Приведенное устройство входит в состав установки для определения общего содержания органических веществ в воде, которое включает последовательно соединенные трубопроводами средство подачи инертного газа, средство регулирования газового потока, средство дозирования кислорода в газовый поток, камеру сжигания, измерительную твердоэлектролитную ячейку с кислородной проводимостью и блок регистрации результатов определения.
Пробы в установку подают вручную посредством пипетки.
Известное устройство подачи пробы в реактор не позволяет автоматически забирать и подавать пробу в камеру сжигания, что приводит к увеличению времени анализа, а также снижению воспроизводимости результатов анализа из-за возможной неточной дозировки пробы (вследствие влияния человеческого фактора).
Ручное введение пробы не позволяет полностью автоматизировать работу установки, т.к. момент времени начала введения пробы и продолжительность его зависят от оператора установки: определяются его опытом, нервно-психическим состоянием и т.п. После введения пробы оператор включает шаговый двигатель и далее процесс работы происходит автоматически.
Кроме того, количество пробы, вводимое в установку, также зависит от оператора и каждый раз оно новое, что вызывает определенную погрешность результатов измерения.
Компенсировать "человеческий фактор" можно разработкой и введением в установку дорогостоящей и сложной специальной системы управления, что значительно увеличит стоимость установки и снизит надежность работы, т.к. чем сложнее система, тем чаще происходят отказы в ее работе.
Задачей предложенного изобретения является уменьшение времени анализа и увеличение воспроизводимости результатов анализа за счет автоматизации забора жидкой пробы перед ее перемещением в реактор, а также возможности забора пробы как из одиночной емкости, так и из множества емкостей, проходящих точку забора пробы, а также из потока анализируемой жидкости.
Поставленная задача решается тем, что устройство подачи пробы в реактор, включающее корпус с двумя стойками, укрепленный между ними механизм возвратно-поступательного перемещения, выполненный в виде шагового двигателя, системы шестерен и передачи винт-гайка с кареткой, с которой соединен шток с установленным на его конце средством удержания пробы, и электронный блок управления, электрически соединенный с шаговым двигателем механизма возвратно-поступательного перемещения, снабжено механизмом забора пробы, выполненным в виде обоймы, направляющей, коромысла, возвратной пружины, двух упоров и конечного выключателя, при этом обойма установлена на каретке передачи винт-гайка с возможностью поворота, шток жестко закреплен в обойме, направляющая укреплена на первой и второй стойках корпуса и установлена на каретке параллельно валу передачи винт-гайка, коромысло установлено с возможностью поворота на оси, закрепленной на первой стойке корпуса, и снабжено со стороны средства удержания пробы серьгой, взаимодействующей со штоком, а с противоположной стороны рычагом, взаимодействующим с кареткой, пружина соединена одним концом с коромыслом со стороны рычага, а другим концом с первой стойкой корпуса, первый упор закреплен на первой стойке корпуса и взаимодействует с конечным выключателем, установленным на каретке передачи винт-гайка и электрически соединенным с электронным блоком управления, а второй упор закреплен на второй стойке корпуса в верхней ее части и взаимодействует с коромыслом, причем средство удержания пробы выполнено в виде капиллярной трубки, закрепленной на штоке перпендикулярно его оси.
На фиг.1 представлен общий вид устройства в аксонометрии.
На фиг.2 - вид устройства в аксонометрии в рабочем положении забора пробы.
Устройство (фиг.1) содержит корпус с двумя стойками 1 и 2, укрепленный между ними механизм возвратно-поступательного перемещения, выполненный в виде шагового двигателя 3, системы шестерен 4 и передачи винт-гайка с валом 5 и кареткой 6, с которой соединен шток 7 с установленным на его конце средством удержания пробы 8, и электронный блок управления (на чертеже не показан), электрически соединенный с шаговым двигателем 3 механизма возвратно-поступательного перемещения.
Устройство имеет механизм забора пробы, выполненный в виде обоймы 9, направляющей 10, коромысла 11, возвратной пружины 12, двух упоров 13, 14 и конечного выключателя 15.
Обойма 9 установлена на каретке 6 передачи винт-гайка на оси 16 с возможностью поворота, а шток 7 жестко закреплен в обойме 9.
Направляющая 10 укреплена на первой и второй стойках корпуса 1 и 2 и установлена на каретке 6 параллельно валу 5 передачи винт-гайка.
Коромысло 11 установлено с возможностью поворота на оси 17, закрепленной на первой стойке 1 корпуса при помощи кронштейна 18, и снабжено со стороны средства удержания пробы 8 серьгой 19, взаимодействующей со штоком 7, а с противоположной стороны рычагом 20, взаимодействующим с кареткой 6.
Возвратная пружина 12 соединена одним концом с коромыслом 11 со стороны рычага 20, а другим концом с первой стойкой 1 корпуса.
Первый упор 13 закреплен на первой стойке 1 корпуса и взаимодействует с конечным выключателем 15, установленным на каретке 6 передачи винт-гайка и электрически соединенным с электронным блоком управления.
Второй упор 14 закреплен на второй стойке 2 корпуса в верхней ее части и взаимодействует с коромыслом 11.
Средство удержания пробы 8 выполнено в виде капиллярной трубки, закрепленной на штоке 7 перпендикулярно его оси.
Устройство работает следующим образом.
При включении шагового двигателя 3 начинает вращаться вал 5 и каретка 6 перемещается влево, наезжает на рычаг 20 коромысла 11, преодолевая силу натяжения возвратной пружины 12, наклоняет правую часть коромысла 11 вместе с серьгой 19 и штоком 7 (фиг.2). Капиллярная трубка средства 8 захватывает пробу, количество которой определяется объемом капилляра.
В это время каретка 6 достигает своего крайнего левого положения и конечный выключатель 15, наехав на упор 13, дает команду на остановку шагового двигателя 3.
После чего вал 5 начинает вращаться в обратном направлении. Каретка 6 начинает движение вправо, освобождая рычаг 20, благодаря чему коромысло 11 под действием возвратной пружины 12, поворачиваясь относительно оси 17, серьгой 19 поднимает правую часть штока 7 с капиллярной трубкой средства 8 с пробой вверх до тех пор, пока не упрется в упор 14.
В этот момент подъем коромысла 11 и штока 7 прекращается. А каретка 6 продолжает свое движение вправо вместе со штоком 7 с капиллярной трубкой средства 8 с пробой.
Капиллярная трубка средства 8 входит в реактор, где происходит сжигание пробы, производятся необходимые измерения.
Шаговый двигатель 3 по команде управляющей программы останавливает вращение вала 5, а затем начинается реверсивное вращение вала 5, каретка 6 перемещается влево, и процесс повторяется для следующего измерения.
Полная автоматизация измерительного цикла установки (забор пробы, введение ее в установку, перемещение в камеру сгорания и сжигание, возврат в исходное положение и далее многократное повторение цикла) позволяет увеличить производительность измерительного процесса, значительно улучшить воспроизводимость результатов анализа за счет устранения "человеческого фактора", а благодаря непрерывности процесса измерения процесса возможен забор пробы как из одиночной емкости, так и из множества емкостей, проходящих через точку забора пробы, или из потока анализируемой жидкости, т.е. возможно использование конвейерного способа измерения.
Устройство отличатся простотой конструкции, не требует специальной сложной системы управления, высоконадежно и ремонтнопригодно.