×
20.02.2019
219.016.be00

Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ АНАЛИЗА ХИМИЧЕСКОГО СОСТАВА ВЕЩЕСТВ В ЖИДКИХ И ГАЗООБРАЗНЫХ СРЕДАХ С ЭКСТРАКЦИОННЫМ КОНЦЕНТРИРОВАНИЕМ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

Вид РИД

Изобретение

№ охранного документа
02219525
Дата охранного документа
20.12.2003
Аннотация: Изобретение относится к аналитическому приборостроению, в частности к способам осуществления массообменных процессов с применением оптоволоконных химических датчиков. Изобретение может быть использовано для разработки приборов контроля качества воды и воздушных сред, где используются экстракционные методы анализа. Способ анализа заключается в том, что анализируемое вещество экстрагируется в органическую фазу и анализируется оптическим методом. Экстракцию осуществляют на поверхности двухслойной, полимерной композиции в системе открытых пор, нанесенной на поверхность оптического волновода. Анализ проводят на границе раздела органической фазы и оптического волновода, причем сконцентрированные анализируемые соединения попадают на границу раздела за счет диффузии в системе органическая фаза - двухслойная полимерная композиция, а обновление органической фазы происходит за счет ее выноса в пробу. Устройство содержит массообменную камеру и регистрирующее оптическое устройство. Массообменная камера выполнена в виде двухслойной, пористой гидрофобной композиции, постоянно наполненной органическим растворителем и нанесенной на поверхность оптического волновода. Двухслойная, пористая гидрофобная композиция состоит из микропористой мембраны и полимера, имеющего систему открытых поверхностных капилляров, а органический растворитель-экстрагент имеет показатель преломления меньше, чем у материала оптического волновода. Техническим результатом является увеличение быстродействия аналитической системы при одновременном уменьшении влияния механических примесей, упрощение конструкции и повышение надежности аналитической системы. 2 с. п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к аналитическому приборостроению, в частности к способам осуществления массообменных процессов с применением оптоволоконных химических датчиков. Изобретение может быть использовано для разработки приборов контроля качества воды и воздушных сред, где используются экстракционные методы анализа.

Известны способы организации экстракции и устройства для их осуществления (1, 2), в которых процесс проведения химического анализа предполагает, по крайней мере, две стадии: непосредственно - стадия экстракции, а затем процесс измерений в лабораторных условиях. При такой организации экстракции устройства представляют собой мембраны, между которыми помещен пористый полимерный материал, имеющий систему сквозных каналов произвольной формы.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является подход, реализованный в патенте 2109555 (3) в примере количественного определения нефтепродуктов в воде, где использован способ организации экстракционного концентрирования, являющийся частным случаем массообмена. Устройство для реализации этого способа позволяет проводить аналитические измерения в непрерывном режиме. Суть данного подхода заключается в том, что поток несмачивающей жидкости пропускают между двумя мембранами, а поток смачивающей жидкости пропускают через эти мембраны, причем между последними помещают пористый материал, имеющий систему поверхностных капилляров, не смачиваемых той же фазой, которая не смачивает мембраны. Процесс экстракции происходит на всей капиллярной поверхности в объеме полимерного материала с открытыми порами. Затем экстрагированные анализируемые соединения подаются на измерительные устройства с помощью системы насосов и клапанов.

К недостаткам известных способов организации экстракции можно отнести:
- большую инерционность системы, являющуюся следствием большого объема полимерного материала с открытыми порами, где происходит экстракция;
- необходимость использования дополнительных устройств для подачи экстрагента в массообменную камеру и на измерительное устройство;
- подверженность воздействию механических примесей, что проявляется в их высаждении в объеме полимерных структур и приводит к изменению пропускной способности всего массообменного блока, в конечном итоге к выходу из строя.

Задачей, на решение которой направлено изобретение, является повышение быстродействия аналитической системы при одновременном уменьшении влияния механических примесей, упрощение конструкции и повышение надежности аналитической системы.

Поставленная задача решается следующим образом.

1. В способе анализа химического состава веществ в жидких и газообразных средах с экстракционным концентрированием, заключающемся в том, что анализируемое вещество экстрагируется в органическую фазу и анализируется оптическим методом, экстракцию осуществляют на поверхности двухслойной, пористой гидрофобной композиции, наполненной органическим растворителем и состоящей из микропористой мембраны, нанесенной на поверхность оптического волновода, и полимера, имеющего систему открытых поверхностных капилляров, а анализ проводят на границе раздела органической фазы и оптического волновода, причем сконцентрированные анализируемые соединения попадают на границу раздела за счет диффузии в системе органическая фаза - двухслойная, пористая гидрофобная композиция, а обновление органической фазы происходит за счет ее выноса в пробу.

2. В устройстве для анализа химического состава веществ в жидких и газообразных средах с экстракционным концентрированием, содержащем массообменную камеру и регистрирующее оптическое устройство, массообменная камера выполнена в виде двухслойной, пористой гидрофобной композиции, постоянно наполненной органическим растворителем и состоящей из микропористой мембраны, нанесенной на поверхность оптического волновода, и полимера, имеющего систему открытых поверхностных капилляров, а органический растворитель-экстрагент имеет показатель преломления меньше, чем у материала оптического волновода.

Наличие двухслойной, пористой гидрофобной композиции обеспечивает высокую эффективность массообмена, при этом уменьшается расход реагентов, необходимых для анализа, поскольку из объемной композиции появилась возможность перейти в плоскостную. По этой же причине увеличивается отклик системы и уменьшается влияние механических загрязнений анализируемой пробы. Обновление органического растворителя происходит за счет взаимного растворения двух несмешивающихся жидкостей или испарения в поток газа.

На фиг. 1 представлено схемное изображение предлагаемого устройства. На фиг.2-4 - варианты осуществления реализации предлагаемого изобретения.

Основным узлом устройства по фиг.1 является массообменная камера, через коллектор 1 которой подается анализируемое вещество. Массообменная камера выполнена в виде единого конструктивного блока и представляет собой двухслойную, пористую гидрофобную композицию 2, постоянно наполненную органическим растворителем. Двухслойная, пористая гидрофобная композиция состоит из микропористой мембраны, нанесенной на поверхность оптического волновода 3, и полимера, имеющего систему открытых поверхностных капилляров. Органический растворитель-экстрагент постоянно наполняет композицию из резервуара 4 и имеет показатель преломления меньше, чем у материала оптического волновода.

Под действием капиллярных сил смачивающая жидкость-экстрагент из резервуара 4 заполняет поры микропористой мембраны и поверхность открытых пор полимера, на которую подается анализируемое вещество. Экстрагируемые соединения за счет явления массопереноса концентрируются в экстрагенте, меняя при этом условия распространения света на границе раздела оптического волновода и смачивающей жидкости. Оптическая регистрация обеспечивается за счет эффекта нарушенного полного внутреннего отражения (НПВО) на границе раздела оптического волновода и смачивающей жидкости-экстрагента. Остальные элементы устройства аналогичны стандартным оптическим датчикам, работающими на НПВО, и содержат источник излучения и регистрирующие устройства (не показаны).

Данное изобретение представляет собой новый подход к осуществлению в непрерывном режиме химического анализа индивидуальных соединений или классов соединений.

Варианты осуществления изобретения
Основным компонентом изобретения является массообменный блок, выполненный в виде двухслойной, пористой гидрофобной композиции, состоящей из микропористой мембраны, нанесенной на поверхность оптического волновода, и полимера, имеющего систему открытых пор. Наполнение двухслойной, пористой гидрофобной композиции смачивающей жидкостью осуществляется за счет капиллярных сил из резервуара. При экстракции определяемых компонентов на границе раздела фаз с органическим растворителем происходит их накопление внутри объема микропористой мембраны, а следовательно, меняются оптические характеристики среды, а именно:
1. Показатель преломления - устройство выполнено конструктивно в виде рефрактометра и измеряется изменение показателя преломления по изменению пропускания или угла отклонения (фиг.2)
Пример 1. Измерение нефтепродуктов в воде рефрактометрическим способом
Двухслойная, пористая гидрофобная композиция 2, состоящая из микропористой мембраны, нанесенная на поверхность оптического волокна 3, и полимера, имеющего систему открытых поверхностных капилляров, наполняется за счет капиллярных сил органическим растворителем из резервуара 4. Излучение от диодного лазерного источника 5 с помощью согласующей линзы вводится через торец волокна и распространяется в волокне за счет полного внутреннего отражения. На выходе волокна расположен фотоприемник 6, который измеряет интенсивность света, прошедшего через волокно. Когда устройство (волоконный датчик) помещается в поток воды, содержащей нефтепродукты, в органическом растворителе, который наполняет мембрану, начинают накапливаться нефтепродукты, коэффициент преломления которых в большинстве случаев отличается от коэффициента преломления растворителя. При этом меняются условия распространения лазерного излучения внутри волокна, что регистрируется в виде изменения интенсивности прошедшего света или угла отклонения.

2. Интенсивность флуоресценции - тогда устройство работает как флуориметр (фиг.3)
Пример 2. Измерение нефтепродуктов в воде флуоресцентным методом
Двухслойная, пористая гидрофобная композиция 2, состоящая из микропористой мембраны, нанесенную на поверхность кварцевой пластины 3, и полимера, имеющего систему открытых поверхностных капилляров, заполнена гексаном для спектральных измерений, имеющего низкий фон собственной люминесценции в ультрафиолетовой области спектра. При этом кварцевая пластина имеет низкий фон собственной люминесценции в ультрафиолетовой области спектра. Гексан подается в композицию 2 из резервуара 4 за счет капиллярных сил. Экстракция нефтепродуктов в гексан из водной фазы происходит при ее протекании вдоль композиции. Возбуждение флуоресценции в граничном слое кварц-гексан осуществляется на полном внутреннем отражении, а измерение интенсивности флуоресценции нефтепродуктов, сконцентрированных из воды в гексан, которая пропорциональна их концентрации, осуществляется с противоположной стороны кварцевой пластины или с ее торцов, а в случае использования световолокна регистрация флуоресценции производится с внешней поверхности волокна или с его торца.

3. Пропускание - в этом случае устройство выполнено в виде фотометра (фиг.4)
Пример 3. Фотометрический способ измерения содержания ионов меди в воде
Двухслойная, пористая гидрофобная композиция 2, состоящая из микропористой мембраны, нанесенной на поверхность оптического волокна или световода 3, и полимера, имеющего систему открытых капилляров, наполнена за счет капиллярных сил раствором диэтилдитиокарбаминатом свинца в хлороформе. В качестве источника света 5 используется светодиод в сочетании с согласующей линзой с максимумом излучения 436 нм. Прошедшее через датчик излучение регистрируется с помощью фотодиода 6 при помещении датчика в поток воды, содержащий ионы меди, за счет того, что медь образует более прочный комплекс с диэтилдитиокарбаминатом в хлороформе, окрашивая его в желто-коричневый цвет. Оптическая регистрация обеспечивается при распространении света за счет полного внутреннего отражения, когда менее плотная среда имеет показатель поглощения, отличный от нуля.

Список литературы
1. С. Ю.Ивахно, А.В.Афанасьев, Г.А.Ягодин. Итоги науки и техники. Неорганическая химия. Т.13. - М., 1985.

2. Babcock W.C., Bakez R.W., Kelly D.J., et all. J US government research reports. 1980, 7. PB 80-110430, p. 1174.

3. Патент 2109555.

1.Способанализахимическогосостававеществвжидкихигазообразныхсредахсэкстракционнымконцентрированием,заключающийсявтом,чтоанализируемоевеществоэкстрагируетсяворганическуюфазуианализируетсяоптическимметодом,отличающийсятем,чтоэкстракциюосуществляютнаповерхностидвухслойнойпористойгидрофобнойкомпозиции,наполненнойорганическимрастворителемисостоящейизмикропористоймембраны,нанесеннойнаповерхностьоптическоговолновода,иполимера,имеющегосистемуоткрытыхповерхностныхкапилляров,аанализпроводятнаграницеразделаорганическойфазыиоптическоговолновода,причемсконцентрированныеанализируемыесоединенияпопадаютнаграницуразделазасчетдиффузиивсистемеорганическаяфаза–двухслойнаяпористаягидрофобнаякомпозиция,аобновлениеорганическойфазыпроисходитзасчетеевыносавпробу.12.Устройстводляанализахимическогосостававеществвжидкихигазообразныхсредахсэкстракционнымконцентрированием,содержащеемассообменнуюкамеруирегистрирующееоптическоеустройство,отличающеесятем,чтомассообменнаякамеравыполненаввидедвухслойнойпористойгидрофобнойкомпозиции,постояннонаполненнойорганическимрастворителем,исостоитизмикропористоймембраны,нанесеннойнаповерхностьоптическоговолновода,иполимера,имеющегосистемуоткрытыхповерхностныхкапилляров,аорганическийрастворитель–экстрагентимеетпоказательпреломленияменьше,чемуматериалаоптическоговолновода.2
Источник поступления информации: Роспатент

Showing 1-9 of 9 items.
27.10.2013
№216.012.7acf

Атомно-абсорбционный спектрометр, основанный на эффекте зеемана

Изобретение относится к аналитическому приборостроению и может быть использовано для определения содержания химических элементов в пробах различных типов методом атомно-абсорбционной спектрометрии. Спектрометр содержит оптически связанные источник излучения с длиной волны, соответствующей...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002497101
Дата охранного документа: 27.10.2013
10.07.2014
№216.012.da85

Ртутный монитор

Изобретение относится к аналитическим системам автоматического измерения концентрации ртути и может быть использовано для мониторинга промышленной и сточной воды и дымовых газов. Ртутный монитор содержит узел ввода пробы, термический атомизатор, аналитическую кювету с возможностью подогрева,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002521719
Дата охранного документа: 10.07.2014
20.02.2015
№216.013.28d1

Способ создания многомерных градуировочных моделей аналитического прибора

Изобретение относится к средствам создания градуировочных моделей измерительных приборов. Техническим результатом является повышение точности определения анализируемых свойств образца. В способе перед построением градуировочной модели проводят нормировку предобработанных первичных свойств на...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002541906
Дата охранного документа: 20.02.2015
20.10.2015
№216.013.83ed

Абсорбционный анализатор

Изобретение относится к аналитической химии, в частности к спектральному абсорбционному анализу с дифференциальной схемой измерения концентрации паров ртути и паров бензола. В анализаторе, включающем оптически связанные фотодетектор, аналитическую кювету, модулятор поляризации излучения и...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002565376
Дата охранного документа: 20.10.2015
20.02.2019
№219.016.c4b9

Устройство для накопления аэрозолей из газов

Изобретение относится к аналитическому приборостроению и может быть использовано при анализе промышленных выбросов различных газов и воздуха. Устройство для накопления аэрозолей из газов содержит атомизатор, соединенный с системой прокачки газа, иглу, источник питания высокого напряжения,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 02182523
Дата охранного документа: 20.05.2002
11.03.2019
№219.016.da72

Способ электрофоретического определения состава многокомпонентных растворов и устройство для его осуществления

Группа изобретений относится к аналитической химии, в частности к методу капиллярного электрофореза, и может быть использована при электрофоретическом определении состава многокомпонентных растворов. Способ электрофоретического разделения многокомпонентных растворов включает промывку капилляра...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002300099
Дата охранного документа: 27.05.2007
09.06.2019
№219.017.7b2a

Атомно-абсорбционный ртутный анализатор

Изобретение относится к аналитической химии. В анализаторе ртуть, помещенная в спектральную лампу, обогащена изотопом ртути с четным количеством нейтронов, причем указанный изотоп составляет не менее 50% от общего количества ртути в спектральной лампе. Кроме того, в спектральной лампе разрядная...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002373522
Дата охранного документа: 20.11.2009
29.06.2019
№219.017.a0be

Статический фурье-спектрометр

Изобретение относится к интерференционным спектральным приборам. Задачей настоящего изобретения является улучшение оптических характеристик спектрометра, в котором снижение потерь света достигается при минимальном числе оптических элементов. Фурье-спектрометр содержит входной коллиматор,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002436038
Дата охранного документа: 10.12.2011
24.07.2020
№220.018.36cd

Способ определения элементов в пробах методом атомно-абсорбционной спектрометрии с электротермической атомизацией

Изобретение относится к аналитической химии. Сущность способа измерения высоких концентраций химических элементов в пробах методом атомно-абсорбционной спектроскопии с электротермической атомизацией заключается в том, что предпринимаются меры для предсказуемого снижения концентрации свободных...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002727380
Дата охранного документа: 21.07.2020
Showing 1-5 of 5 items.
08.03.2019
№219.016.d5c2

Способ эксплуатации сборного кристаллизатора для непрерывной разливки стали

Изобретение относится к металлургии, конкретнее, к непрерывной разливке стали, в частности, к подготовке к разливке кристаллизаторов, состоящих из отдельных рабочих стенок. Технический эффект заключается в повышении качества непрерывнолитых слитков, производительности процесса непрерывной...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 02165332
Дата охранного документа: 20.04.2001
20.03.2019
№219.016.ea8b

Способ повышения устойчивости свайных фундаментов в криолитозоне

Изобретение относится к проектированию, строительству и эксплуатации фундаментов сооружений в условиях криолитозоны. Способ повышения устойчивости свайных фундаментов в криолитозоне включает размещение теплоизоляционного экрана на поверхности грунтового основания и расчет необходимых его...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 02159308
Дата охранного документа: 20.11.2000
20.03.2019
№219.016.ea91

Способ стабилизации теплового состояния устьевой зоны скважины в многолетнемерзлых породах

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности и может быть использовано при освоении и эксплуатации месторождений, расположенных в зоне распространения многолетнемерзлых пород. Устанавливают в скважине охлаждающую систему, состоящую из естественно действующих термостабилизаторов...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002158353
Дата охранного документа: 27.10.2000
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0000039387
Дата охранного документа: 31.10.1934
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0000061918
Дата охранного документа: 31.10.1942
+ добавить свой РИД