Результат интеллектуальной деятельности: Способ и устройство для концентрирования взвешенных компонентов в пробах воды

Предполагаемое изобретение относится к области приборостроения и может быть использовано при гидробиологических и гидрохимических исследованиях.

Известен способ повышения концентрации взвешенных в воде компонентов (взвесь, фито- и зоопланктон) - мягкая обратная фильтрация [1]. Этот способ реализуется по схеме, представленной на фиг. 1. Емкость (1) с природной водой (2) (транспортировочная тара) помещается на полку (3) на определенной высоте h над уровнем размещения установки обратной фильтрации (4). Значение h в сантиметрах соответствует перепаду давления на фильтре с размерностью 10^-3 атм. При концентрировании проб с фитопланктоном необходимо обеспечить давление в фильтрационной системе не более 0.04 атм. Вода из транспортировочной емкости по соединительной трубке (5) поступает в нижнюю камеру установки обратной фильтрации (6) и через мембранный фильтр, установленный между нижней и верхней камерами, попадает в верхнюю камеру, из которой по соединительной трубке (7) сливается в емкость для фильтрата (8). По окончании фильтрации перекрывается кран (9), соединительная трубка (5) отсоединяется от установки обратной фильтрации (предварительно перевернутой для избежания вытекания концентрата из нижней камеры). Два-три раза встряхнув установку, сливают концентрат в приготовленную емкость. Для полного извлечения взвешенных частиц из установки фильтр ополаскивают со стороны нижней камеры с помощью слабой струи воды из промывалки (мягкий флакон с тонким носиком). Для промывания фильтра используется фильтрат. Смыв также переносится в сконцетрированную пробу.

К недостаткам существующего способа можно отнести необходимость переливания пробы из транспортировочной тары в емкость фильтрационного устройства. При этом часть пробы может остаться на стенках транспортировочной тары, в соединительных трубках и в фильтрационном устройстве, что снижает точность измерений. При перемещении пробы между транспортировочной тарой и фильтрационным устройством возможно механическое повреждение живых клеток или конгломератов взвешенных частиц.

Наиболее близким к предполагаемому изобретению является установка обратной фильтрации [1], устройство которой показано на фиг. 2. Устройство состоит из двух основных частей: корпуса (10) и крышки (11). Корпус включает в себя нижнюю камеру (12), подставку (13), входной штуцер (14) и штуцер для удаления пузырьков воздуха (15) при начальном заполнении нижней камеры исходной пробой. Крышка включает в себя верхнюю камеру (16) и выходной штуцер (17). Мембранный лавсановый фильтр (18) помещается между корпусом и крышкой и прижимается резиновым кольцом уплотнения (19) при соединении корпуса и крышки с помощью откидных болтов (20) и гаек (21).

Недостатками существующего метода обратной фильтрации и установки для его осуществления являются сложность получения заданного конечного объема пробы и невозможность полного забора пробы из транспортировочной тары. Требуется большой объем промывок транспортировочной тары, соединительных трубок и фильтрационного устройства после концентрирования пробы отфильтрованной жидкостью (фильтратом), что увеличивает итоговый объем сконцентрированной пробы. При промывке серии фильтрационных установок с единой емкостью сбора фильтрата (ресивера) невозможно обеспечить идентичность используемого для промывки фильтрата пробе. Процесс является избыточно трудоемким и не обеспечивает получение заданного конечного объема пробы.

Целью предполагаемого изобретения является упрощение процесса концентрирования пробы, автоматическое обеспечение необходимого заданного объема сконцентрированной пробы (автоматическое достижение необходимой степени концентрирования), минимизация механического воздействия на пробу в процессе концентрирования.

Поставленная цель в способе достигается тем, что концентрирование до заданного объема жидкости осуществляется непосредственно в транспортировочной таре путем удаления избытка жидкости через фильтр.

Поставленная цель в устройстве достигается тем, что фильтрация пробы осуществляется путем удаления воды через фильтр, расположенный на внутренней верхней или внутренней боковой поверхности цилиндра с открытым дном, установленного на дне транспортировочной тары.

Возможности реализации:

На чертеже (фиг. 3) показана конструкция устройства для концентрирования. Она содержит открытый снизу цилиндр (22), с объемом, равным конечному объему пробы, с расположенным в верхней части фильтром (23). Нижний торец цилиндра выполнен с искусственно сформированными неровностями, превышающими максимальный размер взвешенных компонентов, для обеспечения протекания воды в цилиндр. Между верхней поверхностью цилиндра и фильтром располагается накопительная камера (24). В верхней части цилиндра располагается трубка (25) для удаления отфильтрованной жидкости. На все поверхности цилиндра, не занятые фильтром, наносится гидрофобное покрытие. Устройство помещено на дно транспортировочной тары (26).

Устройство работает следующим образом. В пробу воды на дно транспортировочной тары помещается устройство концентрирования. Устройство через трубку (25) соединяется с системами откачки жидкости (вакуумная система). Вода из транспортной тары поступает во внутреннюю полость цилиндра и отфильтровывается через фильтр (23). Отфильтрованная вода накапливается в полости (24) и удаляется через трубку (25). Фильтрация выполняется до полного удаления воды из транспортировочной тары. После этого во внутреннюю полость цилиндра начинает поступать воздух, который проходит через фильтр и удаляется через систему откачки. При этом объем жидкости, находящейся внутри цилиндра, изменяться не будет. Поступление воздуха в систему откачки сигнализирует о завершении процесса концентрирования. При этом не требуется точный момент остановки процесса концентрирования. В дальнейшем устройство концентрирования отсоединяется от системы откачки и обратным током воды из камеры (24) осуществляется промывка фильтра (23). В устройстве автоматически обеспечивается идентичность промывочной воды воде пробы.

Покрытие устройства гидрофобным слоем позволяет не осуществлять смыв остатков пробы с наружной и внутренней поверхностей цилиндра (22). Цилиндр извлекается из транспортировочной тары, при этом вода из внутреннего объема цилиндра выливается в транспортировочную тару. Объем оставшейся воды равен внутреннему объему цилиндра. Автоматическое получение конечного объема отфильтрованной пробы с высокой точностью, а также отсутствие дополнительной промывочной операции, увеличивающей неопределенным образом объем пробы, позволяет получить точную степень концентрирования пробы.

К достоинствам предлагаемого способа концентрирования пробы можно отнести:

1) Возможность концентрирования пробы непосредственно в транспортировочной таре, что минимизирует механическое воздействие на чувствительные компоненты пробы.

2) Возможность концентрирования пробы с использованием в качестве транспортировочной тары термоса, что позволяет избежать резких изменений температуры пробы. Это особенно актуально для одноклеточных микроводорослей умеренных и высоких широт, которые при повышении температуры воды в пробе теряют идентификационные признаки или полностью разрушаются, что приводит к необратимым изменениям в пробе и, таким образом, к потере информации.

3) Автоматическое получение точного конечного объема пробы, позволяющего обеспечить высокую точность концентрирования пробы.

4) Отсутствие жестких требований к моменту завершения процесса фильтрации.

5) Автоматическая промывка фильтра водой (фильтратом), идентичной пробе.

Источники использованной информации

1. Суханова И.Н. Концентрирование фитопланктона в пробе. В кн.: Современные методы количественной оценки распределения морского планктона. М.: Наука, 1983. С. 97-106.