МОБИЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЭКСПРЕСС-ОЦЕНКИ СОСТОЯНИЯ ЖИДКИХ, ТВЕРДЫХ, АМОРФНЫХ ПРОБ
MOBILE DEVICE FOR RAPID ASSESSMENT OF LIQUID AND SOLID AND AMORPHOUS SAMPLES

Изобретение относится к технике проведения экспрессного анализа жидких, твердых пищевых и непищевых продуктов, сточных, природных, питьевых вод, сыпучих и аморфных материалов, для которых необходимо быстро без подготовки пробы в нативном состоянии оценить признак доминирующего состояния, например наличие искусственных добавок, отклонение от нормального состояния при хранении, выраженности патогенных состояний (порча), при загрязнении антропогенными, в том числе токсичными, соединениями в равновесной газовой фазе над малым объемом образца, в том числе во внелабораторных условиях и в режиме «на месте».
В настоящее время рынок анализаторов и детекторов состояния пищевых и непищевых продуктов, сточных, питьевых, природных вод представлен различными по природе функционирования и эксплуатационным характеристикам системами. Принципиально они делятся на системы непрерывного и периодического действия. Системы непрерывного действия малогабаритны, но, как правило, высокоселективны к отдельным газам, а газоанализаторы имеют ограничения по группе определяемых компонентов воздуха, шкала их часто отградуирована в единицах концентраций одного газа, для их устойчивого функционирования необходимы определенные исходные условия (по чистоте или влажности воздуха, нахождения в пространстве или источника питания и т.п.).
Техническая задача изобретения заключается в разработке мобильного устройства для экспресс-оценки состояния жидких, твердых проб, аморфных проб, позволяющего совместить некоторые характеристики датчиков и анализаторов, как то: минимальные размеры, экспрессность получения информации, автономность питания, легкое управление и надежное детектирование легколетучих соединений и соотношения их содержания в равновесной газовой фазе над образцом, свидетельствующие о состоянии объекта, наличии искусственных добавок, отклонении от нормального состояния при хранении, выраженности патогенных состояний (порча), при загрязнении антропогенными, в том числе токсичными, соединениями в равновесной газовой фазе над малым объемом образца, в том числе во внелабораторных условиях и в режиме «на месте» без дополнительных специальных устройств, в универсальности устройства, позволяющего анализировать жидкие, твердые, аморфные объекты.
Для решения технической задачи изобретения предложено мобильное устройство для экспресс-оценки состояния жидких, твердых проб, аморфных проб, включающее корпус, внутри которого расположены микропроцессор, элементы питания, при этом сохраняется возможность его подключения к сети, на передней панели корпуса расположены индикатор питания, табло для вывода информации об измерении, в том числе с надписями «старт, финиш», на верхней панели корпуса вмонтирована ячейка детектирования с герметично закрывающейся крышкой, в нижней части ячейки вмонтирована пластина с гнездами для двух съемных измерительных элементов, герметично закрывающейся крышкой с верхним патрубком для ввода газовой пробы, рядом с ячейкой детектирования расположен индикатор работы измерительных элементов, с помощью которого осуществляется управление системой измерения и обработки данных, при этом в качестве двух измерительных элементов используют пьезосенсоры с различными покрытиями на электродах и при этом пьезосенсоры обладают общим алгоритмом обработки их откликов.
Технический результат изобретения заключается в мобильности и компактности устройства из-за небольших размеров как корпуса с табло и микропроцессором, так и ячейки детектирования, в экспрессности получения информации, автономности питания, в надежном детектировании легколетучих соединений и соотношения их содержания в равновесной газовой фазе над образцом, свидетельствующие о состоянии объекта, наличии искусственных добавок, отклонении от нормального состояния при хранении, выраженности патогенных состояний (порча), при загрязнении антропогенными, в том числе токсичными, соединениями в равновесной газовой фазе над малым объемом образца, в том числе во внелабораторных условиях и в режиме «на месте» без дополнительных специальных устройств, в универсальности устройства, позволяющего анализировать жидкие, твердые, аморфные объекты.
Фиг. 1 - Общий вид миниатюрного устройства:
а) в собранном состоянии;
б) в разрезе крышки ячейки детектирования с измерительными элементами и информацией на табло.
Фиг. 2 - Общий вид устройства для экспресс-оценки состояния при переключении цветового индикатора на верхней панели и выводе информации на табло при: а) исходном состоянии, б) нагрузке равновесной газовой фазой над пробой и выводе результатов измерений на табло, в) итоговом расчете аналитического сигнала и восстановлении состояния измерительных элементов.
Мобильное устройство для экспресс-оценки состояния жидких, твердых, аморфных проб (фиг. 1, 2) состоит из корпуса 1, внутри которого расположены микропроцессор, элементы питания, при этом сохраняется возможность подключения устройства к сети 2, на передней панели корпуса расположены индикатор питания 3, табло 4 для вывода информации об измерении, на верхней панели корпуса смонтирована ячейка детектирования, состоящая из платины 5 с гнездами для двух съемных измерительных элементов 6, герметично закрывающейся крышкой 7 с верхним патрубком 8 для ввода газовой пробы, рядом с ячейкой детектирования расположен индикатор работы измерительных элементов 9, нажатием которого производится управление системой измерения и обработки данных, при этом в качестве двух измерительных элементов используют пьезосенсоры с различными покрытиями на электродах и при этом пьезосенсоры обладают общим алгоритмом обработки их откликов.
Мобильное устройство для экспресс-оценки состояния жидких, твердых, аморфных проб работает следующим образом.
Мобильное устройство приводят в рабочее состояние путем подключения к сети шнуром 2 либо посредством встроенных элементов питания, при этом на передней панели корпуса 1 загорается индикатор питания 3 и табло 4 для вывода информации об измерении, в ячейку детектирования в специальные крепления (гнезда) в пластине 5 на верхней панели корпуса вставляют два измерительных элемента - пьезосенсоры 6 с различными покрытиями на электродах, проявляющих сродство к определенным легколетучим соединениям, закрывают герметичной крышкой 7, с верхним патрубком 8 для ввода газовой пробы, при этом загорается рядом с ячейкой индикатор работы измерительных элементов 9. При этом на табло светится надпись «старт/финиш». Одно нажатие на индикатор 9 переводит систему в режим начала измерения, при этом на табло загорается надпись «СТАРТ», а на второй строчке через пробел исходные отклики каждого измерительного элемента (изменение частоты колебаний (dF) 1-го и 2-го пьезосенсоров): «dF1 0 F2 0» (фиг. 2-а). Для оценки состояния пробы (твердой, жидкой или аморфной) ее помещают в пробоотборник 10 и выдерживают определенное время, далее отбирают шприцем 11 определенный объем равновесной газовой фазы над пробой и вкалывают через патрубок 8 в ячейку детектирования в околосенсорное пространство. При этом легколетучие компоненты равновесной газовой фазы взаимодействуют с пленками на поверхности измерительных элементов 6, что приводит к изменению частоты колебания относительно исходного состояния. После установления равновесия в системе загорается на табло 4 надпись «ФИНИШ» и отклики каждого пьезосенсора: «dF1 10 dF2 30» (фиг. 2-б). Следующее нажатие индикатора 9 выводит на панель аналитическую итоговую информацию - соотношение сигналов пьезосенсоров для равновесного состояния: «dF1/dF2 0.33» (фиг. 2-в). В зависимости от природы пробы и покрытий на измерительных элементах по величине этого аналитического сигнала и прописи (методике) принимают решение о состоянии жидких, твердых, аморфных пищевых и непищевых продуктов, сточных, природных, питьевых вод, сыпучих материалов, например о наличии искусственных добавок, отклонении от нормального состояния при хранении, выраженности патогенных состояний (порча), при загрязнении антропогенными, в том числе токсичными, соединениями. Для восстановления исходного состояния измерительных элементов снимают крышку 7 ячейки детектирования на 10-20 с (фиг. 2-е), после чего ячейка детектирования готова к работе.
Предложенное мобильное устройство для экспресс-оценки состояния жидких, твердых, аморфных проб позволяет:
1) увеличить мобильность и компактность устройства из-за минимальных размеров корпуса с табло и микропроцессором, ячейки детектирования;
2) экспрессно получать информацию о содержании и соотношении содержания различных легколетучих компонентов в равновесной газовой фазе, свидетельствующем о состоянии объекта, наличии искусственных добавок, отклонении от нормального состояния при хранении, выраженности патогенных состояний (порча), при загрязнении антропогенными, в том числе токсичными, соединениями в равновесной газовой фазе над малым объемом образца;
3) упростить управление устройством и оценку нативного состояния образцов, в том числе во внелабораторных условиях и в режиме «на месте» без дополнительных специальных устройств;
4) долго сохранять эксплуатационные характеристики за счет дискретного режима измерения и прекращения нагрузки пьезосенсоров путем снятия крышки ячейки детектирования на воздухе;
5) анализировать различные образцы и пробы за счет быстрой замены измерительных элементов с различными характеристиками (чувствительность, селективность), их различной комбинации и универсального алгоритма отработки результатов.