PL219407B1

PL219407B1 - System for chemical analysis in the flow

Info

Publication number: PL219407B1
Application number: PL397394A
Authority: PL
Inventors: Sławomir Kalinowski; Stanisława Koronkiewicz
Original assignee: Univ Warmińsko Mazurski W Olsztynie
Priority date: 2011-12-14
Filing date: 2011-12-14
Publication date: 2015-04-30
Also published as: PL397394A1

Description

Opis wynalazkuDescription of the invention

Przedmiotem wynalazku jest układ do analiz chemicznych w przepływie stosowany zwłaszcza w laboratoriach chemicznych.The subject of the invention is a system for chemical analyzes in the flow, used in particular in chemical laboratories.

Znane są układy przepływowe gdzie do strumienia nośnego wprowadzane są segmenty z próbką i reagentami. W przepływającym strumieniu realizowane są też inne procesy fizykochemiczne konieczne w procesie analitycznym, np. ekstrakcja czy adsorpcja. Najpopularniejszą techniką jest wstrzykowa analiza przepływowa (ang. Flow Injection Analysis, FIA), gdzie występuje ciągły przepływ cieczy, wymuszony zazwyczaj za pomocą jednej lub większej liczby pomp perystaltycznych. Roztworem nośnym jest najczęściej najtańszy reagent. Próbka wstrzykiwana jest do strumienia nośnego za pomocą manualnie obsługiwanego zaworu wstrzykowego. Wadą tej metody jest stosunkowo duże zużycie odczynników.There are known flow systems where segments with a sample and reagents are introduced into the carrier stream. Other physicochemical processes necessary for the analytical process, e.g. extraction or adsorption, are also carried out in the flowing stream. The most common technique is Flow Injection Analysis (FIA), where there is a continuous flow of liquid, usually forced by one or more peristaltic pumps. The carrier solution is usually the cheapest reagent. The sample is injected into the carrier stream by means of a manually operated injection valve. The disadvantage of this method is the relatively high consumption of reagents.

Wprowadzanie próbki i reagentów do strumienia nośnego można zautomatyzować stosując elektronicznie sterowane zawory elektromagnetyczne. Dzięki temu eliminuje się manualnie sterowany zawór wstrzykowy. Metody takie noszą nazwę multikomutacyjnej analizy przepływowej (ang. multicommutation flow analysis, MCFA). Dalszą automatyzację i miniaturyzację sprzętu pomiarowego uzyskuje się stosując zestaw elektromagnetycznych pomp pulsowych zamiast pompy perystaltycznej (ang. multi-pumping flow system, MPFS). Są to jednak systemy w których występuje ciągły przepływ roztworu nośnego w układzie, a tym samym odczynniki zużywane są w sposób ciągły. Znaczącą redukcję ilości zużywanych odczynników uzyskuje się w analizie sekwencyjnej (ang. sequential injection analysis, SIA), gdzie stosowane są zazwyczaj pompy strzykawkowe i wielodrożne zawory, które sekwencyjnie przełączają kanały, którymi wprowadzane są próbki i reagenty. W metodzie tej stosuje się zmianę kierunku przepływającego strumienia nośnego.The introduction of sample and reagents into the carrier stream can be automated using electronically controlled solenoid valves. This eliminates a manually operated injection valve. Such methods are called multicommutation flow analysis (MCFA). Further automation and miniaturization of the measuring equipment is achieved by using a set of electromagnetic pulse pumps instead of a multi-pumping flow system (MPFS). However, these are systems in which there is a continuous flow of carrier solution in the system, and thus the reagents are consumed continuously. A significant reduction in the amount of reagents consumed is achieved by sequential injection analysis (SIA), which typically uses syringe pumps and multi-way valves that sequentially switch channels through which samples and reagents are injected. This method uses a change in the direction of the flowing carrier stream.

Znany jest z opisu patentowego PL 218149układ do analiz chemicznych w przepływie, który składa się z detektora, w którym umieszczona jest komora detekcyjna, korzystnie o kształcie stożka, do której doprowadzane są co najmniej dwa kanały, jeden kanał doprowadzający roztwór nośny i drugi kanał doprowadzający próbkę. Na szczycie stożka znajduje się wylot połączony poprzez zawór z jednej strony z naczyniem ściekowym a z drugiej strony poprzez pompę pulsową i zawór trójdrożny z kanałem doprowadzającym roztwór nośny. Zawór trójdrożny kierujący kanałem doprowadzającym roztwór nośny połączony jest poprzez pompę pulsową z naczyniem z roztworem nośnym. Kanał doprowadzający próbkę połączony jest poprzez pompę pulsową z naczyniem z analizowaną próbką. W komorze detekcyjnej umieszczone są elektrody, które w zależności od zastosowania mogą być wykorzystywane np. do detekcji potencjometrycznej czy amperometrycznej.There is known from the patent description PL 218149 a system for chemical analyzes in the flow, which consists of a detector in which a detection chamber is placed, preferably of conical shape, to which are fed at least two channels, one channel for carrying the carrier solution and the other channel for supplying the sample. . At the top of the cone there is an outlet connected via a valve on one side to the sump and on the other side via a pulse pump and a three-way valve with the carrier solution supply channel. The three-way valve directing the carrier solution feeding channel is connected via a pulse pump with the carrier solution vessel. The sample feeding channel is connected via a pulse pump to the vessel with the analyzed sample. In the detection chamber there are electrodes which, depending on the application, can be used, for example, for potentiometric or amperometric detection.

Według wynalazku układ do analiz chemicznych w przepływie, który składa się z detektora, w którym znajduje się komora detekcyjna, korzystnie o kształcie stożka, do której doprowadzane są dwa kanały, jeden kanał doprowadzający roztwór nośny i drugi kanał doprowadzający próbkę, a na szczycie stożka znajduje się wylot połączony z naczyniem ściekowym natomiast w komorze detekcyjnej umieszczone są elektrody, charakteryzuje się tym, że do komory detekcyjnej doprowadzone są kanały połączone z wlotem i wylotem pompy pulsowej, co tworzy układ recyrkulacji roztworu w komorze.According to the invention, a system for chemical analysis in the flow, which consists of a detector with a detection chamber, preferably cone-shaped, to which two channels are fed, one channel for the carrier solution and the other channel for the sample supply, and at the top of the cone there are there is an outlet connected to the sump, while electrodes are placed in the detection chamber, characterized by the fact that channels connected to the inlet and outlet of the pulse pump are connected to the detection chamber, which creates a solution recirculation system in the chamber.

Układ według wynalazku zapewnia znaczne zmniejszenie zużycia odczynników i skrócenie czasu wykonania analizy. Dzięki zastosowaniu dodatkowej pompy pulsowej połączonej kanałami z komorą detekcyjną możliwe jest szybkie wymieszanie próbki i reagentów. Homogenizacja roztworu jest konieczna w większości stosowanych metod detekcji np. amperometrycznych, potencjometrycznych, mikrograwimetrycznych.The system according to the invention provides a significant reduction in the consumption of reagents and the time of the analysis. Thanks to the use of an additional pulse pump connected to the detection chamber through channels, it is possible to quickly mix the sample and reagents. Homogenization of the solution is necessary in most of the detection methods used, e.g. amperometric, potentiometric, microgravimetric.

Przedmiot wynalazku zostanie przedstawiony w przykładzie wykonania na rysunku gdzie fig. 1 pokazuje układ do analiz chemicznych w schemacie ogólnym.The subject of the invention will be presented in the embodiment in the drawing, where Fig. 1 shows the system for chemical analyzes in a general scheme.

Układ do analiz chemicznych w przepływie według wynalazku składa się z detektora 1, w którym znajduje się komora detekcyjno-reakcyjna 2, do której doprowadzany jest kanałem 3 poprzez pompę pulsową 4 roztwór nośny 5 i kanałem 6 poprzez pompę pulsową 7 próbka 8. Ciecz z komory detektora odprowadzana jest przez kanał 9 do ścieków 10. Kanały 11 i 12 łączą komorę detekcyjnoreakcyjną z pompą pulsową 13, która tworzy obwód recyrkulacji cieczy i umożliwia mieszanie roztworu nośnego z próbką i reagentami. Objętość wprowadzanej próbki 8 i reagentów powinna być mniejsza od objętości komory detekcyjno-reakcyjnej 2 tak, aby przy ich wprowadzaniu nie następowała ich ucieczka do ścieków 10. Korzystne jest wykonanie komory 2 detektora i w kształcie stożka, gdzie wylot cieczy znajduje się na szczycie i skierowany jest do góry. Ułatwia to usuwanie pęcherzyków powietrza, które mogą znaleźć się w komorze. Korzystne jest wprowadzanie roztworów w dolnej częściThe system for chemical analysis in the flow according to the invention consists of a detector 1, in which there is a detection-reaction chamber 2, which is supplied through a channel 3 through a pulse pump 4 a carrier solution 5 and through a channel 6 through a pulse pump 7 sample 8. Liquid from the chamber The detector is discharged through channel 9 to wastewater 10. Channels 11 and 12 connect the detection-reaction chamber with a pulse pump 13, which forms the liquid recirculation circuit and allows mixing of the carrier solution with the sample and reagents. The volume of the introduced sample 8 and the reagents should be smaller than the volume of the detection-reaction chamber 2 so that they do not escape to the wastewater during their introduction. up. This makes it easier to remove air bubbles that may end up in the chamber. It is advantageous to introduce the solutions in the lower part

PL 219 407 B1 komory tak, aby następował ruch wirowy cieczy. Ułatwia to przemieszczanie się roztworu z komory w stronę kanału 9 wylotu bez strat wprowadzanych do komory detekcyjno-reakcyjnej próbki 8 i reagentów. W komorze detekcyjno-reakcyjnej umieszczone są elementy układu detekcji 14, np. potencjometrycznej czy amperometrycznej.The chamber is swirled in a swirling motion. This facilitates the movement of the solution from the chamber towards the outlet channel 9 without losses of the sample 8 and reagents entering the detection-reaction chamber. The detection and reaction chamber contains elements of the detection system 14, e.g., potentiometric or amperometric.

Pompy pulsowe 4, 7 i 13 sterowane są przy pomocy układu elektronicznego, korzystnie za pomocą komputera. Cykl wykonania analizy składa się z kilku etapów: W pierwszym etapie do komory detektora przez kanał 6 wstrzykiwana jest badana próbka 8 za pomocą pompy pulsowej 7. Objętość wprowadzonej próbki i reagentów powinna być mniejsza od objętości komory tak, aby po ich wstrzyknięciu część z nich nie została przez kanał 9 usunięta do ścieków 10.The pulse pumps 4, 7 and 13 are controlled by an electronic system, preferably by a computer. The cycle of the analysis consists of several stages: In the first stage, the tested sample 8 is injected through the channel 6 into the detector chamber by means of a pulse pump 7. The volume of the introduced sample and reagents should be smaller than the volume of the chamber, so that some of them do not disappear after injection. was discharged into sewage through channel 9 10.

Następnym etapem jest etap recyrkulacji cieczy dokonywany przy pomocy pompy pulsowej 13. Roztwór zasysany jest przez kanał 11 i wprowadzany kanałem 12 z powrotem do komory detekcyjnoreakcyjnej 2. Podczas tego etapu następuje dokładne wymieszanie próbki 8 z roztworem nośnym 5. Podczas zasysania roztworu przez pompę 13 przez kanał 11 następuje cofanie roztworu z kanału 9 z powrotem do komory detekcyjno-reakcyjnej 2 w momencie wyrzucania porcji roztworu przez pompę 13 do komory roztwór jest ponownie wtłaczany w kanał 9. Kolejnym etapem jest odczytanie sygnału analitycznego przy pomocy elektrod 14. Końcowym etapem jest usuwanie roztworu z próbką z komory 2 detektora 1 i wpompowanie do niej roztworu nośnego 5. Podczas tego etapu pompa 4 pompuje roztwór 5 do komory detektora 2, a pompa 13 dokonuje recyrkulacji roztworu z komory, aby oczyścić obwód recyrkulacji.The next step is the liquid recirculation step by means of a pulse pump 13. The solution is sucked through channel 11 and fed through channel 12 back into the detection-reaction chamber 2. During this stage, the sample 8 is thoroughly mixed with the carrier solution 5. When the pump 13 sucks the solution through channel 11 the solution is withdrawn from channel 9 back into the detection-reaction chamber 2 when a portion of the solution is ejected by the pump 13 into the chamber, the solution is forced back into channel 9. The next step is to read the analytical signal with electrodes 14. The final step is to remove the solution with a sample from chamber 2 of detector 1 and pumping carrier solution 5 into it. During this step, pump 4 pumps solution 5 into detector chamber 2, and pump 13 recirculates solution from the chamber to purge the recirculation circuit.

Opisany układ można wykorzystać do potencjometrycznego monitorowania zawartości cyjanków w ściekach fabrycznych czy galwanizerni. Jako roztwór nośny wykorzystywany jest roztwór buforowy o pH równym 12. Elektrodą wskaźnikową jest elektroda jonoselektywna czuła na jony cyjankowe. Jako elektroda odniesienia stosowana jest elektroda chlorosrebrowa z płaszczem elektrolitycznym, wypełnionym roztworem KNO₃. Objętość komory 2 detekcyjnej wynosi 100 pl. Objętości pompowane przez pompy pulsowe 7 i 13 wynoszą po 10 pl, a przez pompę pulsową 4 po 50 pl. Metodą tą można oznaczać cyjanki w zakresie stężeń od 10^-6 do 10^-2 mol/l.The described system can be used for potentiometric monitoring of cyanide content in factory sewage or electroplating plants. A buffer solution with a pH of 12 is used as the carrier solution. The indicator electrode is an ion-selective electrode sensitive to cyanide ions. A silver chloride electrode with an electrolytic jacket filled with KNO ₃ solution is used as the reference electrode. The volume of the detection chamber 2 is 100 [mu] l. The volumes pumped by the pulsed pumps 7 and 13 are 10 pl each, and the volumes pumped by the pulse pump 4 are 50 pl. Cyanide can be determined with this method in the concentration range from 10 ^-6 to 10 ^-2 mol / l.

Claims

The system for chemical analysis in the flow consists of a detector containing a detection chamber, preferably cone-shaped, to which two channels are supplied, supplying the carrier solution and the sample through pulsed pumps, and at the top of the cone there is an outlet connected to the sump, while in the detection chamber there is are electrodes, characterized in that channels (11) and (12) are connected to the detection chamber (2) connected to the inlet and outlet of the pulse pump (13), which forms a solution recirculation system in the chamber (2).