Патент на изобретение №2302627

(54) ГАЗОАНАЛИЗАТОР С ОТКРЫТЫМ ВХОДОМ НА ОСНОВЕ ПЬЕЗОСЕНСОРОВ

(57) Реферат:

Изобретение относится к технике проведения анализа газовых сред, содержащих легколетучие органические и неорганические соединения. Технический результат изобретения: обеспечение возможности анализа газообразных проб различного состава и уровня концентраций легколетучих компонентов, в том числе на уровне микроконцентраций. Газоанализатор с открытым входом на основе пьезосенсоров включает корпус, внутри которого расположены пьезосенсоры с чувствительными пленочными покрытиями для фиксирования основных компонентов газовой смеси, устройства для возбуждения колебаний и фиксирования сигналов пьезосенсоров. Корпус выполнен в виде цилиндра высотой 5-10 см или усеченного конуса высотой 20-25 см. В крышке по кругу и в центре расположены держатели для матрицы 1-16 пьезосенсоров с различными пленочными покрытиями сорбентов. Другая сторона корпуса не имеет днища и ограничена резиновым или пластиковым ободом для наилучшего сцепления с поверхностью подставки и сохранения герметичности внутри корпуса. 3 ил., 1 табл.

Изобретение относится к технике проведения анализа газовых сред, содержащих легколетучие органические и неорганические соединения, и может быть применено для увеличения селективности, экспрессности и простоты детектирования при анализе многокомпонентных газовых смесей, органолептической оценке доброкачественности пищевых и непищевых продуктов, сырья по аромату.

Недостатками существующей ячейки детектирования являются необходимость дополнительного усложнения условий анализа, связанного со стадией регенерации сорбентов на электродах резонаторов. Восстановление пленок сорбентов, вследствие изолированности системы, осуществляют только путем продувки газом-носителем или воздухом через патрубки; невозможность анализа газовых смесей или ароматов пищевых продуктов, сырья в условиях естественного или принудительного испарения (при нагревании пробы), необходимость отбора равновесной газовой фазы пробоотборником, что вносит дополнительную погрешность в результаты анализа (в ряде случаев до 35%).

Техническая задача изобретения:

– расширение области аналитических задач, решаемых с применением газоанализатора на основе матрицы пьезосенсоров с сохранением чувствительности и селективности определения легколетучих соединений в смесях;

– снижение общей погрешности анализа за счет упрощения стадии пробоотбора равновесной газовой смеси или пара при анализе пищевых и непищевых продуктов, сырья и введения ее в детектор;

– упрощение стадии регенерации и подготовки сенсорных элементов к анализу, в том числе при их замене, возможность естественного вентилирования воздухом околосенсорного пространства;

– возможность изменения условий измерений при анализе образцов с высоким и низким содержанием легколетучих веществ путем быстрой смены корпусов детектора с различными геометрическими параметрами.

Техническая задача изобретения достигается тем, что в газоанализаторе с открытым входом на основе пьезосенсоров, включающем корпус с крышкой, внутри которого расположены пьезосенсоры с чувствительными пленочными покрытиями для фиксирования основных компонентов газовой смеси, устройства для возбуждения колебаний и фиксирования сигналов пьзосенсоров, новым является то, что корпус выполнен в виде цилиндра высотой 5-10 см или усеченного конуса высотой 20-25 см, в крышке по кругу и в центре расположены держатели для матрицы 1-16 пьезосенсоров с различными пленочными покрытиями сорбентов, а другая сторона корпуса не имеет днища, ограничена резиновым или пластиковым ободом для наилучшего сцепления с поверхностью подставки и сохранения герметичности внутри корпуса.

Технический результат заключается в том, что в предлагаемом газоанализаторе возможен анализ газообразных проб различного состава и уровня концентраций легколетучих компонентов, в том числе на уровне микроконцентраций за счет быстрой взаимозаменяемости корпусов, изготовленных в виде цилиндра или усеченного конуса различной высоты; существенно снижается погрешность измерения за счет устранения стадии пробоотбора анализируемой смеси газов и введения ее в газоанализатор.

Фиг.1 – общая схема газоанализатора на основе пьезосенсоров с открытым входом.

Фиг.2 – схема газоанализатора на основе пьезосенсоров в виде цилиндра с открытым входом для анализа проб с низким содержанием легколетучих веществ.

Фиг.3 – схема газоанализатора на основе пьезосенсоров в виде усеченного конуса с открытым входом для анализа проб с высоким содержанием легколетучих веществ.

Газоанализатор с открытым входом на основе пьезосенсоров состоит из корпуса 1 в виде цилиндра или усеченного конуса с крышкой 2, на которой расположены держатели 3 для матрицы сенсоров в количестве 1-16 пьезосенсоров с различными пленками сорбентов (фиг.1). С помощью резьбы 4, выполненной на крышке и корпусе, фиксируют крышку с пьезосенсорами в корпусе. Для создания герметичности дно корпуса содержит резиновый или пластиковый обод 5. Анализируемую пробу 9 с целью тестирования ее аромата или запаха помещают в кювету 10 и накрывают корпусом газоанализатора (фиг.2, 3). Фиксируют отклики пьезосенсоров 7 (одного или 16-и) в парах 8 анализируемой пробы с применением частотомера или через многоканальный адаптер в компьютер. Сигналы передаются в компьютер или обрабатываются оператором, обсчитываются по определенному алгоритму, формируются в кинетический «визуальный отпечаток» запаха или многомерную матрицу сигналов сенсоров, которые представляют собой суммарный отклик матрицы пьезосенсоров и несут аналитическую информацию.

Газоанализатор на основе матрицы пьезосенсоров работает следующим образом.

Для анализа проб (твердых или жидких) с низким уровнем запаха или содержанием определяемого компонента на уровне микроконцентраций применяют газоанализатор на основе пьезосенсоров с открытым входом с корпусом, изготовленным в виде цилиндра (фиг.2). К крышке 2 газоанализатора подсоединены микросхема 6 для управления генерацией от одного до шестнадцати пьезосенсоров 7 и фиксирования их откликов частотомером или компьютером. При самопроизвольном испарении легколетучих компонентов 8 из пробы 9, находящейся в кювете 10, происходит последовательная сорбция микропримесей на пленках сорбентов электродов пьезосенсоров. В зависимости от задач анализа можно подключать от одного до шестнадцати сенсоров с разнохарактерными пленками на электродах. При этом для снижения потерь микроконцентраций легколетучих компонентов пробы применяют цилиндрический корпус с высотой 5-10 см.

Для анализа проб (твердых или жидких) с высоким уровнем запаха или содержанием определяемого компонента применяют газоанализатор на основе пьезосенсоров с открытым входом с корпусом, изготовленным в виде усеченного конуса (фиг.3). К крышке 2 газоанализатора подсоединены микросхема 6 для управления генерацией от одного до шестнадцати пьезосенсоров 7 и фиксирования их откликов частотомером или компьютером. При самопроизвольном испарении легколетучих компонентов 8 из пробы 9, находящейся в кювете 10, происходит последовательная сорбция основных компонентов, определяющих аромат и примесей на пленках сорбентов электродов пьезосенсоров. В зависимости от задач анализа можно подключать от одного до шестнадцати сенсоров с разнохарактерными пленками на электродах. При этом для регулирования последовательности сорбции основных компонентов запаха или аромата образца применяют конусообразный корпус с высотой 20-25 см. Для регенерации пленок сенсоров не требуется продувка или вентилирование газоанализатора, достаточно перевернуть корпус на 90-180° относительно рабочего положения и выдержать в течение некоторого времени для восстановления нулевого уровня откликов сенсоров в матрице (2-5 мин).

При тестировании проб с помощью газоанализатора на основе матрицы от 1 до 16-ти пьезосенсоров с различными пленками сорбентов на электродах суммарный отклик формируется в кинетический «визуальный отпечаток» запаха каждой пробы с учетом времени и последовательности опроса пьезосенсоров или другой многомерный аналитический сигнал. Регистрация откликов отдельных элементов матрицы осуществляется частотомером с одним или несколькими входами. При наличии одного входа (например, частотомер марки Ч3-57) перед частотомером помещают переключатель для последовательной регистрации частоты каждого пьезосенсора в матрице по определенному алгоритму. Показания частотомера записываются оператором или передаются в компьютер для дальнейшей обработки. Преобразование частоты в аналоговые сигналы проводится встроенным серийно выпускаемым адаптером. Каждому виду пробы соответствует характерный многомерный образ аромата. Распознавание и идентификация анализируемого образца, качественный и количественный анализ пробы проводят по результатам сопоставления «визуальных отпечатков» запаха тестируемой пробы и стандартного образца, а также по сигналам «базовых» пьезосенсоров с наиболее селективными или чувствительными покрытиями на электродах по градуировочным графикам для отдельных компонентов (например, определение порчи вина по содержанию легколетучих алифатических кислот).

Сравнение некоторых характеристик предлагаемого технического решения и ближайшего аналога представлено в таблице.

Предложенный газоанализатор с открытым входом на основе пьезосенсоров позволяет:

– расширить области аналитических задач, решаемых с применением газоанализатора на основе матрицы пьезосенсоров с сохранением чувствительности и селективности определения легколетучих соединений в смесях;

– снизить общую погрешность анализа за счет упрощения стадии пробоотбора равновесной газовой смеси или пара при анализе пищевых и непищевых продуктов, сырья и введения ее в детектор;

– упростить стадии регенерации и подготовки сенсорных элементов к анализу, в том числе при их замене, возможность естественного вентилирования воздухом околосенсорного пространства;

– изменить условия измерений при анализе образцов с высоким и низким содержанием легколетучих веществ путем быстрой смены корпусов детектора с различными геометрическими параметрами.

Формула изобретения

Газоанализатор с открытым входом на основе пьезосенсоров, включающий корпус, внутри которого расположены пьезосенсоры с чувствительными пленочными покрытиями для фиксирования основных компонентов газовой смеси, устройства для возбуждения колебаний и фиксирования сигналов пьезосенсоров, отличающийся тем, что корпус выполнен в виде цилиндра высотой 5-10 см или усеченного конуса высотой 20-25 см, в крышке по кругу и в центре расположены держатели для матрицы 1-16 пьезосенсоров с различными пленочными покрытиями сорбентов, а другая сторона корпуса не имеет днища, ограничена резиновым или пластиковым ободом для наилучшего сцепления с поверхностью подставки и сохранения герметичности внутри корпуса.

РИСУНКИ

MM4A – Досрочное прекращение действия патента СССР или патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе

Дата прекращения действия патента: 01.02.2008

Извещение опубликовано: 10.12.2009 БИ: 34/2009