RU216184U1 - Device for automated selection and transfer of substances from the phase boundary - Google Patents

Device for automated selection and transfer of substances from the phase boundary Download PDF

Info

Publication number
RU216184U1
RU216184U1 RU2021137830U RU2021137830U RU216184U1 RU 216184 U1 RU216184 U1 RU 216184U1 RU 2021137830 U RU2021137830 U RU 2021137830U RU 2021137830 U RU2021137830 U RU 2021137830U RU 216184 U1 RU216184 U1 RU 216184U1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
probe
stepper motor
substances
transfer
holder
Prior art date
Application number
RU2021137830U
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Ирина Николаевна Фадейкина
Ирина Владимировна Мухина
Борис Константинович Зуев
Дмитрий Олегович Леушин
Илья Николаевич Жабин
Изабель Константиновна Коврижина
Original Assignee
Государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования Московской области "Университет "Дубна" (Государственный университет "Дубна")
Filing date
Publication date
Application filed by Государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования Московской области "Университет "Дубна" (Государственный университет "Дубна") filed Critical Государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования Московской области "Университет "Дубна" (Государственный университет "Дубна")
Application granted granted Critical
Publication of RU216184U1 publication Critical patent/RU216184U1/en

Links

Images

Abstract

Устройство относится к области приборостроения, в частности общелабораторных приборов, обеспечивающих пробоотбор для дальнейшего измерения состава и физико-химических свойств веществ.The device belongs to the field of instrumentation, in particular general laboratory instruments that provide sampling for further measurement of the composition and physico-chemical properties of substances.

Устройство для автоматизированного отбора и переноса веществ с границы раздела фаз жидкость-газ и твердое тело-газ на поверхность зонда содержит платформу с термостоликом, регулируемую по уровню. Вертикально к платформе закреплена ось линейного перемещения, на которой размещена подвижная каретка с держателем. Движение каретки управляется шаговым двигателем с драйвером. Предусмотрены концевые выключатели для определения крайних положений. Также устройство содержит микроконтроллер, выполненный с возможностью формировать управляющие импульсы для драйвера шагового двигателя, который имеет делитель шагов для изменения количества шагов на оборот оси. Держатель выполнен с возможностью замены зонда с подходящей геометрией и материалом.The device for automated selection and transfer of substances from the liquid-gas and solid-gas interface to the probe surface contains a level-adjustable platform with a thermal table. A linear movement axis is fixed vertically to the platform, on which a movable carriage with a holder is placed. The movement of the carriage is controlled by a stepper motor with a driver. Limit switches are provided to determine the extreme positions. The device also contains a microcontroller configured to generate control pulses for the stepper motor driver, which has a step divider to change the number of steps per revolution of the axis. The holder is made with the possibility of replacing the probe with a suitable geometry and material.

Технический результат заключается в возможности автоматизации процесса пробоотбора, высокоточного контроля перемещения зонда и количественного переноса вещества с границы раздела фаз на поверхность зонда. 2 ил.

Figure 00000001
The technical result consists in the possibility of automation of the sampling process, high-precision control of the movement of the probe and the quantitative transfer of the substance from the interface to the surface of the probe. 2 ill.
Figure 00000001

Description

Полезная модель относится к области приборостроения, в частности общелабораторных приборов, обеспечивающих пробоотбор для дальнейшего измерения состава и физико-химических свойств веществ.The utility model relates to the field of instrumentation, in particular general laboratory instruments that provide sampling for further measurement of the composition and physico-chemical properties of substances.

Из предыдущего уровня техники известен пробоотборник для оценки толщины слоя нефти над водой (Патент РФ №2534791, дата приоритета 10.12.2014), содержащий тонкостенный, прозрачный вертикальный корпус из материала, который не смачивается нефтью и нефтепродуктами. Корпус без дна имеет постоянную по высоте площадь внутреннего сечения и острую кромку в нижней части, в верхней части корпус конусообразно сужен и соединен с отводом гибкой формы, к которому присоединены два крана: боковой – для пропуска воздуха и центральный – для пропуска жидкостей, к центральному крану присоединена калиброванная пипетка, которая в свою очередь соединена с насосом двухстороннего действия. Калиброванная пипетка выполнена с возможностью предварительного размещения фиксированного объема растворителя нефти и последующей подачи с помощью насоса растворителя в нефть. Корпус пробоотборника превосходит калиброванную пипетку по площади внутреннего сечения. Недостатком известного пробоотборника является малое количество отбираемой пробы, обусловленное выполнением корпуса пробоотборника из несмачиваемого материала, что не позволяет обеспечить медленное стекание пробы и, как следствие, образования нефтяной пленки на поверхности пробоотборника в достаточном количестве.From the prior art, a sampler is known for assessing the thickness of the oil layer above water (RF Patent No. 2534791, priority date 12/10/2014), containing a thin-walled, transparent vertical body made of a material that is not wetted by oil and oil products. The body without a bottom has an internal cross-sectional area that is constant in height and a sharp edge in the lower part; in the upper part, the body is tapered and connected to a flexible outlet, to which two taps are connected: a side valve for passing air and a central one for passing liquids, to the central one a calibrated pipette is attached to the tap, which in turn is connected to a double-acting pump. The calibrated pipette is configured to pre-place a fixed volume of oil solvent and then pump the solvent into the oil. The sampler body is superior to a calibrated pipette in terms of internal cross-sectional area. A disadvantage of the known sampler is the small amount of the sample taken, due to the execution of the sampler body from a non-wettable material, which does not allow for a slow runoff of the sample and, as a result, the formation of an oil film on the surface of the sampler in sufficient quantity.

Также известен пробоотборник для отбора плёнок нефти и нефтепродуктов с поверхности воды (патент РФ №2679232, дата приоритета 06.12.2017), выполненный в виде полого цилиндра из инертного материала, на внешней поверхности которого выполнены риски для измерения объема отбираемой пробы, и двух крышек из инертного материала. Одна из них может быть установлена на торце цилиндра со стороны отбора пробы с поверхности воды, а другая – на втором торце цилиндра пробоотборника. Перед отбором пробы пленок проводят отжиг в печи узкого участка пробоотборника. Далее пробоотборник охлаждают до температуры окружающей среды. Для отбора пробы пробоотборник располагают широким участком над жидкостью с пленкой в емкости. Затем пробоотборник быстро опускают вертикально вниз в воду с пленкой нефти и нефтепродуктов на поверхности. Недостатками данного устройства является невозможность контролировать скорость перемещения, угол и глубину погружения зонда, поскольку все манипуляции проводятся вручную. Другим недостатком являются дополнительные этапы нагревания и охлаждения элемента устройства. Also known is a sampler for taking films of oil and oil products from the water surface (RF patent No. 2679232, priority date 06.12.2017), made in the form of a hollow cylinder made of inert material, on the outer surface of which there are risks for measuring the volume of the sample taken, and two covers made of inert material. One of them can be installed at the end of the cylinder on the side of sampling from the water surface, and the other - at the second end of the sampler cylinder. Before sampling the films, the narrow section of the sampler is annealed in an oven. Next, the sampler is cooled to ambient temperature. For sampling, the sampler is placed with a wide area above the liquid with a film in the container. Then the sampler is quickly lowered vertically down into the water with a film of oil and oil products on the surface. The disadvantages of this device is the inability to control the speed of movement, the angle and depth of the probe, since all manipulations are carried out manually. Another disadvantage is the additional steps of heating and cooling the device element.

Известен патент (US 2003OO77396A1, дата приоритета 22.10.2002), описывающий устройство для нанесения покрытий способом погружения (dip-coating), конструкция имеет погружной резервуар, механизм захвата и удерживания, датчики контроля площади погружения и механизм перемещения подложки. Подложку погружают в резервуар с жидким веществом с помощью автоматической системы, вещество закрепляется на поверхности подложки, образец извлекают и используют для дальнейших этапов создания покрытия. Недостатком установки является использование только подложек плоской формы, отсутствие термостатирования образца, применимость только для создания покрытий, невозможность использования для пробоотбора. There is a known patent (US 2003OO77396A1, priority date 10/22/2002) describing a device for applying coatings by immersion (dip-coating), the design has a submersible tank, a capture and hold mechanism, sensors for controlling the immersion area and a mechanism for moving the substrate. The substrate is immersed in a reservoir of liquid substance using an automatic system, the substance is fixed on the surface of the substrate, the sample is removed and used for further coating steps. The disadvantage of the installation is the use of only flat substrates, the absence of temperature control of the sample, the applicability only for creating coatings, and the impossibility of using it for sampling.

Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является патент «Способ для отбора пленок нефти и нефтепродуктов с поверхности воды и устройство для его осуществления» (Патент РФ №2604843С1, дата приоритета 13.05.2015). Технической задачей, решаемой в предлагаемом решении (способе и устройстве), являются повышение точности анализа, возможность проведения количественного анализа органических веществ в отобранной пробе, а также возможность отбора проб для анализа в полевых условиях. Устройство выполнено в виде полого цилиндра с пробкой из инертного материала и наконечника, в котором установлен прецизионный вентиль. Пробоотборник имеет развитую внутреннюю поверхность. На внешней поверхности пробоотборника выполнены риски для измерения объема отбираемой пробы. Перед отбором проб пробоотборник отжигают и далее охлаждают до температуры окружающей среды и опускают в исследуемую пробу. Отбирают фиксированный объем пробы. Затем медленно сливают водную фазу и анализируют пленку, осажденную на внутренней поверхности известной площади пробоотборника, на содержание органического вещества. Основными недостатками данного пробоотборника являются необходимость ручного перекрытия вентиля и ручного перемещения пробоотборника, что снижает воспроизводимость и точность отбора пробы, необходимость проводить отжиг и ограниченная область применения (только для нефти и нефтепродуктов). The closest to the proposed technical solution is the patent "Method for the selection of films of oil and oil products from the surface of the water and a device for its implementation" (RF Patent No. 2604843C1, priority date 13.05.2015). The technical problem solved in the proposed solution (method and device) is to increase the accuracy of the analysis, the possibility of quantitative analysis of organic substances in the selected sample, as well as the possibility of sampling for analysis in the field. The device is made in the form of a hollow cylinder with a stopper made of an inert material and a tip, in which a precision valve is installed. The sampler has a developed inner surface. On the outer surface of the sampler, there are marks for measuring the volume of the sample being taken. Before sampling, the sampler is annealed and then cooled to ambient temperature and lowered into the test sample. Take a fixed volume of the sample. Then slowly drain the aqueous phase and analyze the film deposited on the inner surface of a known area of the sampler for the content of organic matter. The main disadvantages of this sampler are the need to manually close the valve and manually move the sampler, which reduces the reproducibility and accuracy of sampling, the need for annealing and a limited scope (only for oil and oil products).

Целью предлагаемого устройства является автоматизация отбора пробы с границы раздела фаз жидкость-газ и твердое тело-газ, и перенос пробы на зонд для дальнейшего исследования. The purpose of the proposed device is to automate sampling from the liquid-gas and solid-gas interface, and transfer the sample to the probe for further research.

Поставленная цель достигается использованием закрепленного зонда с подходящими геометрией и материалом в держателе на подвижной каретке, размещенной на оси линейного перемещения с шаговым двигателем, при этом ось крепится вертикально к платформе, оборудованной термостоликом, а сверху на двигатель устанавливается и закрепляется драйвер шагового двигателя, который имеет делитель шагов для изменения количества шагов на оборот оси, контролирующий перемещение, при этом управляющие сигналы на термостолик и драйвер шагового двигателя подаются при помощи микроконтроллеров, закрепленных на устройстве. This goal is achieved by using a fixed probe with suitable geometry and material in a holder on a movable carriage placed on a linear axis with a stepper motor, while the axis is mounted vertically to a platform equipped with a thermal table, and a stepper motor driver is installed and fixed on top of the motor, which has step divider for changing the number of steps per revolution of the axis, which controls the movement, while the control signals to the thermal table and the stepper motor driver are supplied using microcontrollers attached to the device.

Преимущество данного устройства заключается в использовании закрепленного зонда с подходящими геометрией и материалом в держателе на подвижной каретке, размещенной на оси линейного перемещения с шаговым двигателем, высокоточном контроле перемещения зонда за счет микроконтроллера, отвечающего за формирование управляющих импульсов для драйвера шагового двигателя, который имеет делитель шагов для изменения количества шагов на оборот оси. The advantage of this device is the use of a fixed probe with suitable geometry and material in a holder on a movable carriage placed on a linear axis with a stepper motor, high-precision control of the probe movement due to the microcontroller responsible for generating control pulses for the stepper motor driver, which has a step divider to change the number of steps per axis revolution.

Технический результат заключается в возможности автоматизации процесса пробоотбора, высокоточного контроля перемещения зонда и количественного переноса вещества с границы раздела фаз на поверхность зонда за счет использования закрепленного зонда с подходящими геометрией и материалом в держателе на подвижной каретке, размещенной на оси линейного перемещения с шаговым двигателем; микроконтроллера, отвечающего за формирование управляющих импульсов для драйвера шагового двигателя, который имеет делитель шагов для изменения количества шагов на оборот оси. The technical result consists in the possibility of automating the sampling process, high-precision control of the movement of the probe and the quantitative transfer of matter from the phase boundary to the surface of the probe through the use of a fixed probe with suitable geometry and material in a holder on a movable carriage placed on a linear movement axis with a stepper motor; microcontroller responsible for generating control pulses for the stepper motor driver, which has a step divider to change the number of steps per revolution of the axis.

Сущность устройства поясняется чертежами, где на фиг.1 изображена схема устройства, готового к работе, а на фиг.2 изображена блок-схема установки.The essence of the device is illustrated by drawings, where figure 1 shows a diagram of a device ready for operation, and figure 2 shows a block diagram of the installation.

Сущность устройства поясняется чертежами, где на фиг.1 изображена схема устройства, готового к работе, а на фиг.2 изображена блок-схема установки.The essence of the device is illustrated by drawings, where figure 1 shows a diagram of a device ready for operation, and figure 2 shows a block diagram of the installation.

Общие габариты установки 500x330x710 мм. На фиг.1. изображена установка, расположенная на алюминиевой платформе 500x330x16 мм (1) с ножками. На платформе вертикально установлена ось линейного перемещения (2) с шаговым двигателем (3), которая крепится к платформе на 4 стальных уголка (4). На двигатель сверху устанавливается драйвер шагового двигателя. На оси установлена каретка (5) с пластиной (6) для крепления химической лапки. Ход каретки по вертикальной оси 500 мм. На оси установлено 3 концевых выключателя (7) для определения крайних и промежуточного положений каретки. На платформе устанавливается и закрепляется термостолик (8) для термостабилизации емкости забора образца.The overall dimensions of the installation are 500x330x710 mm. In Fig.1. the unit is shown on an aluminum platform 500x330x16 mm (1) with legs. A linear movement axis (2) with a stepper motor (3) is vertically mounted on the platform, which is attached to the platform by 4 steel corners (4). A stepper motor driver is mounted on top of the motor. A carriage (5) with a plate (6) for fastening the chemical foot is installed on the axis. The carriage travel along the vertical axis is 500 mm. There are 3 limit switches (7) on the axis to determine the extreme and intermediate positions of the carriage. A thermal table (8) is installed and fixed on the platform for thermal stabilization of the sample collection container.

В блоке для крепления плат (крейте) 19 дюймов 4U установлен и закреплен блок питания AC/DC ~220 – 24В. Питание установки 24В и сигналы от микроконтроллеров, закрепленных на крейте, передаются от крейта по кабелю к драйверу шагового двигателя и к термостолику, закрепленному на платформе. Для формирования управляющих импульсов в крейте установлены два микроконтроллера. Один микроконтроллер отвечает за обработку сигналов от концевых выключателей, кнопки аварийной остановки и формирование управляющих импульсов для драйвера шагового двигателя. Драйвер шагового двигателя имеет делитель шагов для изменения количества шагов на оборот. Второй микроконтроллер отвечает за термостабилизацию образца. Он получает данные от цифрового датчика температуры, установленного снизу термостолика. На основе полученной температуры происходит подача питания на контакты нагревателя термостолика либо его отключение.The AC/DC ~ 220 - 24V power supply is installed and fixed in the 19-inch 4U board mounting block (cradle). The power supply of the unit is 24V and the signals from the microcontrollers fixed on the crate are transmitted from the crate via a cable to the stepper motor driver and to the thermal table fixed on the platform. Two microcontrollers are installed in the crate to generate control pulses. One microcontroller is responsible for processing signals from limit switches, an emergency stop button and generating control pulses for a stepper motor driver. The stepper motor driver has a step divider to change the number of steps per revolution. The second microcontroller is responsible for thermal stabilization of the sample. It receives data from a digital temperature sensor installed at the bottom of the heating table. Based on the received temperature, power is supplied to the contacts of the heating table heater or it is turned off.

Установка работает следующим образом. Исследуемый образец, содержащий границу раздела фаз, помещают на термостолик, поддерживающий заданную температуру. С помощью программного обеспечения задают параметры перемещения закрепленного на каретке зонда с определенной геометрией: расстояние перемещения, время перемещения и длительность выдержки зонда в образце, линейные координаты, температуру нагрева. Далее из программного приложения запускают работу установки. Зонд осуществляет пробоотбор и вещество переносится на поверхность. Затем отобранную пробу вещества используют для дальнейших этапов исследования. The installation works as follows. The test sample containing the phase boundary is placed on a thermal table that maintains a given temperature. Using the software, the parameters of movement of a probe fixed on a carriage with a certain geometry are set: movement distance, movement time and duration of exposure of the probe in the sample, linear coordinates, heating temperature. Next, from the software application, the operation of the installation is started. The probe takes samples and the substance is transferred to the surface. Then the selected sample of the substance is used for further stages of the study.

Таким образом, описанная установка позволяет автоматизированно осуществить пробоотбор на границе раздела фаз. Thus, the described installation allows automated sampling at the phase boundary.

Claims (1)

Устройство для автоматизированного отбора и переноса веществ с границы раздела фаз жидкость-газ и твердое тело-газ на поверхность зонда, содержащее платформу с регулировкой уровня, ось линейного перемещения, закрепленную вертикально к платформе с термостоликом, держатель на подвижной каретке, размещенной на оси линейного перемещения, отличающийся тем, что имеет шаговый двигатель, концевые выключатели для определения крайних положений, драйвер шагового двигателя и микроконтроллер, выполненный с возможностью формировать управляющие импульсы для драйвера шагового двигателя, который имеет делитель шагов для изменения количества шагов на оборот оси; держатель выполнен с возможностью замены зонда с подходящей геометрией и материалом.A device for automated selection and transfer of substances from the liquid-gas and solid-gas interface to the probe surface, containing a platform with level control, a linear movement axis fixed vertically to the platform with a thermal table, a holder on a movable carriage located on the linear movement axis , characterized in that it has a stepper motor, limit switches for determining extreme positions, a stepper motor driver and a microcontroller configured to generate control pulses for the stepper motor driver, which has a step divider to change the number of steps per revolution of the axis; the holder is configured to replace the probe with a suitable geometry and material.
RU2021137830U 2021-12-20 Device for automated selection and transfer of substances from the phase boundary RU216184U1 (en)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU216184U1 true RU216184U1 (en) 2023-01-20

Family

ID=

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2534791C1 (en) * 2013-11-13 2014-12-10 Ильдар Зафирович Денисламов Sampler for assessment of oil layer thickness above water
RU2679232C1 (en) * 2017-12-06 2019-02-06 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Ордена Ленина и Ордена Октябрьской революции Институт геохимии и аналитической химии им. В.И. Вернадского Российской академии наук (ГЕОХИ РАН) Device for collecting films of oil and oil products from water surface
RU2018135736A (en) * 2016-04-13 2020-05-13 Симадзу Корпорейшн AUTOSPOSER
US20200330976A1 (en) * 2017-12-28 2020-10-22 Formulatrix, Inc. Pipette tip for and method of automatically maintaining pipette tip depth in a fluid during a fluid transfer operation

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2534791C1 (en) * 2013-11-13 2014-12-10 Ильдар Зафирович Денисламов Sampler for assessment of oil layer thickness above water
RU2018135736A (en) * 2016-04-13 2020-05-13 Симадзу Корпорейшн AUTOSPOSER
RU2679232C1 (en) * 2017-12-06 2019-02-06 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Ордена Ленина и Ордена Октябрьской революции Институт геохимии и аналитической химии им. В.И. Вернадского Российской академии наук (ГЕОХИ РАН) Device for collecting films of oil and oil products from water surface
US20200330976A1 (en) * 2017-12-28 2020-10-22 Formulatrix, Inc. Pipette tip for and method of automatically maintaining pipette tip depth in a fluid during a fluid transfer operation

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US4058370A (en) Apparatus for accurate pipetting of small liquid volumes
US4944922A (en) Quantitative dispenser for a liquid
US4043292A (en) Microscope slide staining apparatus having temperature control
CN108043058B (en) Rotary evaporator capable of accurately realizing fraction quantification
EP2320238B1 (en) Automatic analyzing device
JP2008539440A (en) Method and apparatus for aspirating or dispensing liquid samples in small quantities with an automated clinical analyzer
CN108043059B (en) Rotary evaporator capable of accurately realizing quantification of concentrated solution
CN102317794A (en) Autoanalyzer and pipetting nozzle for autoanalyzer
RU2562921C2 (en) Viscosity calculation method
EP3721961A1 (en) Rotary evaporator capable of accurately quantifying concentrated liquid and/or distillate
RU216184U1 (en) Device for automated selection and transfer of substances from the phase boundary
JP5583337B2 (en) Automatic analyzer and its dispensing method
CN213000096U (en) Reagent dripping device for fluorescence immunoassay
JP5488632B2 (en) X-ray fluorescence analyzer
CN107036936A (en) Test system and its method of testing for testing oil sample kinematic viscosity
RU2604843C2 (en) Method for sampling oil and oil products films from water surface and device for implementation thereof
CN206557046U (en) A kind of Ubbelohde viscometer of improvement
RU2679232C1 (en) Device for collecting films of oil and oil products from water surface
US4708023A (en) Sample handling apparatus
JP7009498B6 (en) Methods and weighing devices for contact liquid measurements
JPH1172421A (en) Sampling apparatus
RU101193U1 (en) INSTALLATION FOR DETERMINING CHARACTERISTICS OF MOBILITY OF VISCOUS TECHNOLOGICAL LIQUIDS
CN1161598C (en) Device and method for measuring density of polyethene or polypropene resin and at ordinary temp
CN219391892U (en) Online crude oil water content measuring device
CN215179982U (en) Titration apparatus for quantitative analysis of chemical experiment