Устройство для экспресс-анализа качества продуктов

Название	Устройство для экспресс-анализа качества продуктов
Разработчик (Авторы)	Кучменко Т.А., Кочетова Ж.Ю., Дроздова Е.В., Базарский О.В., Кравченко А.А.
Вид объекта патентного права	Изобретение
Регистрационный номер	2634803
Дата регистрации	24.05.2016
Правообладатель	Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военный учебно-научный центр Военно-воздушных сил "Военно-воздушная академия имени профессора Н.Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина" (г. Воронеж) Министерства обороны Российской Федерации
Медаль имени А.Нобеля

Описание изобретения

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.

Формула изобретения

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, отличающееся тем, 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 пьезосенсоры в миниатюрной емкости с сорбентом на дне.

Изобретение "Устройство для экспресс-анализа качества продуктов" (Кучменко Т.А., Кочетова Ж.Ю., Дроздова Е.В., Базарский О.В., Кравченко А.А.) отмечено юбилейной наградой (25 лет Российской Академии Естествознания)
Медаль Альфреда Нобеля

Оформление наградных документов и заказ каталога