CZ32793U1 - Zařízení pro manipulaci s tištěnými elektrodami - Google Patents

Description

Předmětem technického řešení je zařízení pro manipulaci s tištěnými elektrodami. Toto zařízení je vhodné pro použití jako příslušenství pro manipulační systémy pro automatizované a rychlé elektrochemické analýzy roztoků s využitím jednorázových tištěných elektrod.

Dosavadní stav techniky

Automatizovaná zařízení jsou běžnou součástí elektrochemických analýz a jejich uplatnění pro spolehlivé měření je hojné. Automatizování elektrochemických metod odstraňuje a šetří čas obsluhy a tím i náklady v delším časovém horizontu, a dále eliminuje lidskou chybu, která velmi často negativně ovlivňuje výsledky operací s tištěnými elektrodami. Pro účely manipulace s tištěnými elektrodami při realizaci měření dosud neexistuje jednoduché a účinné řešení pro automatizované operace svíce elektrodami naráz. Možnosti v rychlosti měření jsou omezeny počtem elektrod, s kterými se manipuluje. Při zvýšení počtu těchto elektrod se odpovídajícím způsobem snižuje celkový čas analýzy.

Tříosé manipulační systémy, které se běžně používají ve spojení se systémem, který automaticky připojuje a odpojuje elektrody, jsou známé a v praxi se využívají. Systém, který by dokázal připojit a odpojit více než jednu tištěnou elektrodu, a tím rapidně snížit čas měření oproti dosavadnímu stavu techniky, však není znám a ani aplikován.

Jedním z existujících technických řešení pro manipulace v biochemickém odvětví je zařízení pro manipulaci s tekutinami EPMotion 5075 od firmy Eppendorf. Zařízení využívá tříosý systém pro pohyb univerzální hlavy, na kterou se připojují různé druhy pipetovacích hlavic. Pipetovací hlavice vždy nasadí špičku s určitým objemem, provede přesun tekutiny a vyhazovacím mechanizmem odhodí špičku do odpadního koše. Protože špičky jsou najedno použití, neprovádí se jejich vracení do původního, popřípadě odkládacího, zásobníku. Zařízení také není vybaveno žádným elektrochemickým měřicím zařízením.

Další existující technické řešení je konektor pro tištěné elektrody od firmy Palmsens. Jedná se o tříkontaktní konektor, který má vyvedené kontakty do laboratorních standardů kabelu, popřípadě jsou kontakty připojeny přímo s kabelem od měřícího zařízení Emstat od firmy Palmsens. Tento konektor je schopen připojit a mechanicky držet tištěnou elektrodu, ale nedokáže vysunout elektrodu bez kontaktu s aktivní částí elektrody a ani neposkytuje možnost této úpravy.

Podstata technického řešení

Předmětem předkládaného technického řešení je zařízení pro manipulaci s tištěnými elektrodami a jejich připojení. Zařízení obsahuje hlavici opatřenou alespoň jedním párem válců pro uchopení několika elektrod zároveň a kontakty pro vodivé spojení elektrod s měřicím kabelem. Pro každou uchopenou elektrodu je poskytnuta sada 3 kontaktů.

Zařízení podle technického řešení obsahuje hlavici opatřenou alespoň jedním párem rovnoběžně uložených válců, přičemž mezi válci je štěrbina pro pevné uchopení tištěných elektrod, a nad štěrbinou je hlavice opatřena alespoň dvěma sadami připojovacích kontaktů pro spojení s kontakty tištěné elektrody, a dále je hlavice opatřena pohonem válců upraveným pro zajištění jejich pohybu ve vzájemně protiběžném směru stejnou rychlostí. Kontakty na hlavici zařízení

- 1 CZ 32793 U1 jsou dále propojeny či propojitelné s měřicím kabelem, hlavice může být například opatřena otvory pro zasunutí měřicího kabelu ke kontaktům.

Zařízení dále obsahuje prostředky pro pohyb hlavice ve dvou nebo více osách, takové prostředky mohou zahrnovat pojezdové tyče a servomotory nebo krokové motory.

Zařízení pracuje tak, že se tištěné elektrody umístěné ve stojanu vedle sebe v jedné řadě a uložené podélně uvedou do kontaktu s párem válců, které svým vzájemně protiběžným pohybem, kdy se oba otáčejí ve směru ke štěrbině, uchopí a zasunou řadu tištěných elektrod do štěrbiny mezi sebou. Tištěné elektrody se zasunou do štěrbiny až ke kontaktům umístěným v hlavě, a dotykem na tyto kontakty dojde k vodivému spojení elektrod s měřicím kabelem. Umístění kontaktů odpovídá běžným roztečím zásobníků na tištěné elektrody. Pak se hlavice i se zasunutými elektrodami pohne dle potřeby a vloží elektrody do měřicích roztoků či měřicích nádob. Lze pak provést měřicí sekvenci dle potřeby nebo dle předvoleného programu. Po měření oba válce vzájemně protiběžným pohybem, kdy se oba otáčejí ve směru od štěrbiny, tištěné elektrody vysunou zpět do zásobníku.

Štěrbina mezi válci pro vsunutí tištěných elektrod má takový rozměr, že umožňuje pevné uchopení tištěných elektrod, tj. obvykle je stejně široká nebo užší než je tloušťka tištěných elektrod. Válce mohou být vyrobeny z pružného materiálu, což usnadní uchopení a fixaci elektrod. Je výhodné, jsou-li válce vyrobeny z materiálu se zvýšeným třením (jako guma nebo silikon), což dále zlepšuje fixaci elektrod ve štěrbině mezi válci.

Pohonem válců může být krokový motor nebo servomotor.

Zařízení dále může obsahovat ovládací jednotku pro ovládání pohybu hlavice a/nebo pro ovládání vkládání měřicího proudu a/nebo napětí na jednotlivé sady kontaktů hlavice. To umožňuje využívat předvolených programů pro měřicí sekvence.

Zařízení může také obsahovat manuální ovladače pro ovládání pohybu hlavice a/nebo manuální ovladače vkládání měřicího proudu a/nebo napětí na jednotlivé sady kontaktů hlavice. To umožňuje ovládat měření s uchopenými tištěnými elektrodami dle potřeby a dle úvahy operátora.

Mezi válci a hlavicí může být dále uspořádán vodicí element, zpřesňující zasunutí tištěných elektrod tak, aby jejich kontakty dosedly na příslušné kontakty hlavice. Tímto vodicím elementem může být například vodicí plocha nebo vodicí štěrbina.

Dále je poskytnuto zařízení pro měření s použitím tištěných elektrod, které obsahuje zařízení pro manipulaci s tištěnými elektrodami podle technického řešení (tj. hlavici připojenou k manipulátoru), a stojan na tištěné elektrody, popřípadě i stojan na analyzované roztoky. Stojan na tištěné elektrody, popřípadě i stojan na analyzované roztoky, pak rozměrově odpovídají umístění připojovacích kontaktů na hlavici zařízení. Toto zařízení umožňuje provádění plně automatizovaných elektrochemických analýz s různými typy tištěných elektrod se stejnými roztečemi konektorů. Díky konstrukci přítlačného systému (páry válců) je připojení kontaktů elektrod na měřicí kontakty stejně spolehlivé jako u standardních manuálních systémů.

Objasnění výkresů

Obr. 1: Schematické znázornění zařízení s vyznačenými směry posunu v tříosém systému.

Obr. 2: Detailní pohledy na vyměnitelnou hlavu pro uchycení osmi elektrod. A) přední pohled, B) boční pohled a C) pohled ze spodu.

-2CZ 32793 U1

Příklady uskutečnění technického řešení

Příklad 1

Zařízení pro manipulaci s elektrodami a zařízení pro měření s pomocí tištěných elektrod je znázorněno na Obr. 1, hlavice pak v detailu na Obr. 2.

Zařízení pro manipulaci s tištěnými elektrodami 3 a jejich připojení k měřicímu kabelu, který lze přivést otvory 4, obsahuje hlavici B opatřenou dvěma páry válců 1 pro zasunutí a vysunutí celkem až osmi tištěných elektrod. Množství elektrod odpovídá počtu elektrod umístěných podélně v jedné řadě v zásobníku (stojan D). V tomto případě se jedná o 4 elektrody v jedné řadě, tedy každý ze dvou párů válců může uchopit až 4 elektrody. Válce 1 jsou poháněny pohonem 2, kterým může být například krokový motor nebo servomotor. Nad válci je hlavice B opatřena neznázoměnými kontakty pro připojení elektrod. Hlavice B je připojena k tříosému pojezdu (prostředky A pro pohyb hlavice) prostřednictvím šroubů a otvorů 5. Pojezd (prostředky A pro pohyb hlavice) je opatřen otvory 6 pro pojezdové tyče.

S pomocí popsaného zařízení lze až osm tištěných elektrod 3 ze zásobníku (stojan D) uchopit pomocí válců 1 a zasunout až ke kontaktům k měřicím kabelům. Pak je lze přesunout pomocí pohybu pojezdu (prostředky A pro pohyb hlavice) do měřicích nádobek destičky (stojan C).

Zařízení může být dále opatřeno manuálním ovládáním nebo automatizovaným ovládáním vkládání měřicího proudu a/nebo napětí na elektrody a snímání naměřených hodnot.

Příklad 2: Stanovení kvality vyrobených tištěných elektrod

Tištěné elektrody jsou umístěny do zásobníku elektrod spojeného s tříosým systémem, kde pro pohyb připojovací hlavy jsou použity krokové motory a konstrukci tvoří pojezdové tyče v duralové konstrukci. Elektrody jsou umístěny způsobem, jenž je kompatibilní pro připojovací hlavu (konektory nahoru vodorovně kolmo k podložce a konektory ke straně, kde jsou na připojovací hlavě připojovací kontakty). Následně je do systému umístěno pole kalibračních roztoků buď různého, nebo stejného složení (v závislosti na požadovaném typu kalibrace elektrod). Prostřednictvím válců hlavice se zasunou elektrody, až se jejich kontakty dotýkají připojovacích kontaktů na hlavici. Zařízení pro manipulaci elektrod pak přesune uchopené elektrody a ponoří je do analytu v připravených nádobkách, jejichž rozmístění odpovídá rozmístění elektrod v zásobníku. Podle předvoleného programu ovládaného ovládací jednotkou zařízení automaticky připojí každou elektrodu a provede měření podle požadovaného zadání. Následně zařízení vynoří elektrodu a vysunutím pomocí válců ji odloží do vymezeného prostoru (např. zásobníku) s použitými elektrodami. Takto zařízení provede kalibrační měření podle přednastaveného programu postupně se všemi elektrodami, které se nachází v zásobníku.

Průmyslová využitelnost

Automatizovaný mechanizmus zapojování tištěných elektrod má využití pro elektrochemické metody měření s tištěnými elektrodami pro velké série, jednak pro testování vyrobených elektrod, ale také pro možnosti měření velkého množství vzorků pomocí jednorázových tištěných elektrod. Automatizovaným měřením se snižuje chybovost všech procesů analýzy, neboť se do značné míry eliminuje lidský faktor obsluhy, která při konvenční analýze provádí vše ručně.

Claims (8)

1. Zařízení pro manipulaci s tištěnými elektrodami, vyznačující se tím, že obsahuje hlavici (B) opatřenou alespoň jedním párem rovnoběžně uložených válců (1), přičemž mezi válci (1) je štěrbina pro uchopení tištěných elektrod, a nad štěrbinou je hlavice (B) opatřena alespoň dvěma sadami kontaktů pro spojení s kontakty tištěné elektrody, a dále je hlavice (B) opatřena pohonem (2) válců (1) upraveným pro zajištění jejich pohybu ve vzájemně protiběžném směru stejnou rychlostí, přičemž zařízení dále obsahuje prostředky (A) pro pohyb hlavice ve dvou nebo více osách.

2. Zařízení podle nároku 1, vyznačující se tím, že válce (1) jsou z pružného materiálu.

3. Zařízení podle nároku 1 nebo 2, vyznačující se tím, že pohonem (2) válců (1) je krokový motor nebo servomotor.

4. Zařízení podle kteréhokoliv z předcházejících nároků, vyznačující se tím, že dále obsahuje ovládací jednotku pro ovládání pohybu hlavice a/nebo pro ovládání vkládání měřicího proudu a/nebo napětí na jednotlivé sady kontaktů hlavice.

5. Zařízení podle kteréhokoliv z nároků 1 až 3, vyznačující se tím, že obsahuje manuální ovladače pro ovládání pohybu hlavice a/nebo manuální ovladače vkládání měřicího proudu a/nebo napětí na jednotlivé sady kontaktů hlavice.

6. Zařízení podle kteréhokoliv z předcházejících nároků, vyznačující se tím, že mezi válci a hlavicí je dále uspořádán vodicí element pro vedení tištěných elektrod při zasunutí tak, aby jejich kontakty dosedly na příslušné kontakty hlavice.

7. Zařízení podle nároku 6, vyznačující se tím, že vodicím elementem je vodicí plocha nebo vodicí štěrbina.

8. Zařízení pro měření s použitím tištěných elektrod, vyznačené tím, že obsahuje zařízení pro manipulaci s tištěnými elektrodami podle kteréhokoliv z předcházejících nároků, a stojan (D) na tištěné elektrody, a popřípadě i stojan (C) na analyzované roztoky.