Фотометрическая центрифугирующая кювета

 

Использование: приборостроение, в частности измерение оптических и спектральных параметров жидких сред и условиях центрифугирования. Сущность изобретения; фотометрическая центрифугирующая кювета состоит из соосно расположенных внешнего, внутреннего и дополнительного коаксиальных цилиндров, делящих рабочую полость на внутреннюю и внешнюю части, Заполнение кюветы ведется через отверстия с заглушками. Через выполненное в сердечнике звездообразное углубление и отверстия во внутреннем коаксиальном цилиндре при открытых центробежных клапанах проводят дополнительное внесение в кювету жидких веществ, не останавливая процесса центрифугирования. Через отверстия в дополнительном коаксиальном цилиндре при открытых дистанционно с помощью внешнего магнитного поля задвижках, выполненных в виде магнитов, притертых к прорезям и подпружиненных с их торцов пружинами, перемещающихся в них под действием внешнего магнитного поля, производят разделение фаз процентрифугированной жидкости. Фотометрический контроль за центрифугируемой средой ведут перпендикулярно кольцевым оптическим окнам. Вращение кюветы осуществляют после посадки ее через осевое отверстие в центральном сердечнике на ось двигателя. 2 ил. w

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (st>s G 01 N 21/03, 21/07

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

В (21) 4792731/25 (22) 20.02.90 (46) 30.01.93. Бюл. № 4 (71) Институт физики им, Б.И.Степанова (72) А,С,Прищепов, С.Астанов и Н,P.Ãðèøèна (56) Авторское свидетельство СССР

¹ 1301114, кл. 6 01 N 21/07, 1986.

R,Р.F.Cregory,Evidence that Circularly

Dlchroie Chlorophyll Forms а — 682 and а-710

are Orientod at Right Angles to the Thylahorid

Mombrans of Whole Chloroplasts and that the

Circular Dichrisau is 1.ight Dependent,-1975, и 148, N 3, р. 487. (54) ФОТОМЕТРИЧЕСКАЯ ЦЕНТРИФУГИРУЮЩАЯ КЮВЕТА (57) Использование: приборостроение, в частности измерение оптических и спектральных параметров жидких сред и условиях центрифугирования, Сущность изобретения; фотометрическая центрифугирующая кювета состоит из соосно расположенных внешнего, внутреннего и дополнительного

Изобретение относится к области оптического приборостроения, а именно к технике измерения оптических и спектральных свойств различных сред в условиях их центрифугирования, и может быть использовано в пищевой, нефтяной и химической промышленности, в биологии и медицине, а также в тех областях науки и техники, где необходимое проводить центрифугирование с непрерывным оптическим контролем центрифугируемой среды и измерением ее спектральных параметров.

Известна фотометрическая центрифугирующая кювета, содержащая внешнюю и Ы 1791759 А1 коаксиальных цилиндров, делящих рабочую полость на внутреннюю и внешнюю части, Заполнение кюветы ведется через отверстия с заглушками. Через выполненное в сердечнике звездообразное углубление и отверстия во внутренйем коаксиальном цилиндре при открытых центробежных клапанах проводят дополнительное внесение в кювету жидких веществ, не останавливая процесса центрифугирования. Через отверстия в дополнительном коаксиальном цилиндре при открытых дистанционно " помощью внешнего магнитного поля задвижках, выполненных в виде магнитов, притертых к прорезям и подпружиненных с их торцов пружинами, перемещающихся в них под действием внешнего магнитного поля, производят разделение фаз процентрифугированной жидкости, Фотометрический контроль за центрифугируемой средой ведут перпендикулярно кольцевым оптическим окнам, Вращение кюветы осуществляют после посадки ее через осевое отверстие в центральном сердечнике на ось двигателя. 2 ил.

ВВ:ЮЗ внутреннюю боковые коаксиальные.цилиндрические стенки, два перпендикулярных им оптических окна, перекрывающих зазор между цилиндрическими стенками, и два отверстия с патрубками во внешней боковой стенке. Между торцами внутренней боковой цилиндрической стенки и оптическими окнами имеется зазор. Обе стенки скреплены кольцеобразной перегородкой по центру кюветы параллельно оптическим окнам. Использование этой кюветы для центрифугирования исследуемой среды с непрерывным оптическим контролем ее состояния требует

1791759 сложных приспособлений для закрепления кюветы на оси двигателя, что усложняет всю конструкцию центрифугирующей системы и удорожает ее использование в народном хозяйстве. Кроме этого, данная кювета ограничена по своим функциональным возможностям, не позволяет проводить высокоточные измерения.

Наиболее близкой по технической сущности k çàÿâëÿåìoé является фотометрическая кювета, взятая в качестве прототипа, которая имеет рабочую полость; ограниченную внешним и внутренним коаксиальными цилиндрами, соединенными с торцов кольцевыми оптическими окнами. Во внутреннем коаксиальном цилиндре выполнены входное и выходное отверстия, сообщающиеся со внешней средой через каналы в центральном сердечнике и патрубки в нем.

В сердечнике выполнено осевое сквозное отверстие для посадки кюветы на осьдвигателя. Кювету заполняют жидкой средой через выходное отверстие, а затем проводят фотометрирование в йаправлении, перпендикулярном кольцевым оптическим окнам.

Таким образом измеряют спектры поглощения, пропускания, дисперсии оптического вращения, кругового дихроизма.

Однако известная кювета не позволяет осуществлять ее заполнение в процессе центрифугирования, добавлять компоненты для проведения химических реакций и мо- дификации вещества в ее рабочую полость не прекращая центрифугирования проводйть разделение фаэ и процентрифугированных компонентов в процессе вращения, Для заполнения кюветы или рля добавления в ее рабочую полость необходимых реагентов или примесей ее остановка, длительное шприцевание через входное отверстие, Это ведет к неудобству ее использования, к низкой производительности труда, Целью. изобретения является повышение экспрессности измерений.. Сущность изобретения поясняется чертежом, На фиг.1,2 изображены фронтальная и профильная проекции заявляемой фотометрической центрифугирующей кюветы. Здесь внешний и внутренний коаксиальные цилиндры,1,2, дополнительный коаксиальный цилиндр 3, соединенные с торцов плоскопараллельными кольцевыми оптическими окнами 4 и 5, 6 и 7, образуя рабочую полость с внешней 8 и внутренней 9 частями. в кольцевых окнах 5 и 7 выполнены симметрично относительно центра кюветы отверстия с заглушками соответственно, 10 и 11, через которые заполняют рабочую полость кюветы исследуемой среды в стацио10

35

40 лублением 29 в центральном сердечнике 28, 50

30 нарном состоянии или производят выгрузку процентрифугированных веществ. В дополнительном коаксиальном цилиндре 3 имеются отверстия 12,13,14,15 для сообщения внешней 8 и внутренней 9 частей рабочей полости, Отверстия 12, 13 перекрыты задвижками 16-19, выполненными в виде магнитов, полюса которых находятся на прямой, перпендикулярной кольцевым оптическим окнам 4-7. 3адвижки 16 — 19 притерты к прорезям 20-23 в стенке дополнительного коаксиального цйлиндра 3 и параллельны его образующей, причем оНМ подпружинены с торцов пружины

24-27 для устойчивости при вращении кюветы, В центральном сердечнике 28 выполнено симметричное звездообразное углубление

29, сообщающееся с внутренней частью рабочей полости 9 через отверстия 30-33, выполненный во внутреннем коаксиальном цилиндре 2. Эти отверстия снабжены центробежными клапанами 34-37 для впуска в рабочую полость жидкой среды в процессе центрифугирования, вокруг осевого отверстия 38 — в центральном сердечнике 28 вы- полнено кольцо 39 для удобства, посадки кюветы яа ось двигателя и для целенаправленного заполнения рабочей полости жидким веществом в процессе вращения кюветы, Устройство работает следующим образом, Кювета навинчивается на ось двигателя через осевое отверстие 38 в центральном сердечнике 28, Через отверстия 11 в кольцевом оптическом окне 7 производят заполнение внутренней части 9 рабочей полости кюветы исследуемой средой, При этом центробежные клапана. 34 — 37 закрыты, плотно перекрывая отверстия 30 — ЗЗ, сообщающие внутреннюю часть 9 рабочей полости с угпри помощи заглушек отверстия так, что 11, жидкая среда не вытекает иэ кюветы при любом ее пространственном расположении. Перед началом центрифугирования отверстия 10 в кольцевом оптическом окне 4 также закрывают заглушками, Отверстия

12-15 в дополнительном коаксиальном цилиндре 5 перекрыты задви>кками 16- l9, притертыми к прорезям 20 — 28 для предотвращения перетекания жидкости из внутренней части 9 во внешнюю часть 8 рабочей полости кюветы. При этом пружины 24-27 удерживают задвижки 16-19 в перекрывающем положении. Кювету Начинает вращать, осуществляя процесс центрифугирования.

При этом объем центрифугируемой >кидкости сканируется непрерывно световым пучком, направляемым перпендикулярно кольцевым оптическим окнам 6,7, и при помощи регистрирующей системы иэмеряют1791 759 ся необходимые оптикоспектральные параметры исследуемой среды, позволяющие наряду со зрительным контролем проводить высокочастотный контроль вещества, подвергшегося центрифугированию коацервата, агрегации, кристаллизации и др.

При необходимости образовавшиеся фазы можно разделить не прерывая процессе центрифугирования, Для этого перпендикулярно кольцевым оптическим окнам 4 — 7 включают сильно постоянное магнитное поле со стороны кюветы, противоположной месту сканирования светового луча. Задвижки 16-19, попеременно попадая в область сильного магнитного поля, передвигаются вдоль его силовых линий, поочередно открывая отверстия

12-15 в дополнительном коаксиальном цилиндре 3. давая возможность жидкой фазе, располо>кенной в непосредственной близости к дополнительному коаксиальному цилиндру 3, перетечь во внешнюю часть 8 рабочей полости кюветы, При выключении внешнего магнитного поля задвижки 16 — 19 перекрывают отверстия 12 — 15, прекращая таким образом переход жидкой среды из 2 внутренней 9 во внешнюю 8 части рабочей полости, Для добавления в центрифугируемую среду необходимых компонентов или реагентов в процессе центрифугирования, в: звездообразное. углубление 29 центрально- 3 го сердечника 28 длинной трубкой вносится жидкость, необходимая для проведения реакции или другой модификации центрифугируемого вещества, которая, благодаря центробежному ускорению; по лучам звез- 3 доподобного углубления 29 и по отверстиям

ЗО 33 с открытыми клапанами 34-37 поступает во внутреннюю часть 9 рабочей полости . кюветы. Оптико-спектральные измерения ведут, как во внутренней 9 так и во внешней 8 4 части рабочей полости, направляя световой пучок перпендикулярно соответствующему кольцевому оптическому окну 4 — 7. После окончания процесса центрифугирования кювету останавливают, при этом центробежные 4 клапаны 34-37 закрывают отверстия 30 — 33 во внутреннем коаксиальном цилиндре 2, препятствуя выливанию жидкой среды из кюветы, Далее через отверстия 10,11 в кольцевых оптических окнах 4,6 производят отсос жид- 5 ких сред, разделенных центрифугированием, из внешней 8 и внутренней 9 частей рабочей полости кюветы, предварительно достав заглушки.

Пример 1 (конкретное выполнение 55 устройства). Для удобного центрифугирования жидких сред и проведения комплексных научных исследований с высокой производительностью труда была изготовле. на заявляемая кювета, Внешний 1 и внутренний 2 коаксиальные цилиндры изготавливали из кварцевых трубок с толщиной стенок 3-4 мм, Исполнительный коаксиальный цилиндр

3 изготавливали из текстолита, склеивая pro

5 из двух подогнанных друг к другу вложенных один в другой колец, предварительно расточив на их стыках прорези 20-23, отполировав их и подогнав к ним задвижки 16- f9, после чего высверлйв отверстия 12-15 nepi0 пендикулярно стенкам"колец науровне прорезей 20 — 23 и окончательно подогнав к ним задвижки 16 — 19, присоединив йх пружинами 24-27 к торцам прорезей 20 — 23 таким образом, чтобы задвижки 16-19 перекрыва15 ли отверстия 12-13, не сдвигались при наклоне колец в разные сторойы и могли скользить вдоль прорезей 20-23 при действии на них силы. Задвижки 16-19 выполняли из магнитов таким образом, что их прогиво20 положные полюса расположены одинаковь м образом по отношению к дополнительному коаксиальному цилиндру 3 и лежат для каждой задвижки на прямой, перпендикулярной . торцу цилиндра, Во внутреннем коаксиаль5 ном цилиндре 2 высверливали отверстия 30—

33 по его центру перпендикулярно стенкам. В местах высверливания и прилегающих к ним местах снаружи внутрейнего коаксиального цилиндра 2 проводили тщательную полиров0 ку поверхности, к которой подгойяли центробежные клапаны 34-37, представляющие собой резиновые брусочки с утолщением на одном конце, в котором вмонтировалй свин цовые вкладыши. Тонкие концы центробеж5 ных клапанов 34 — 37 прикрепляли к внешней поверхности "внутреннего "коаксйального цилиндра 2 таким образом, что более толстый конец клапана перекрывал отверстия

30-3З и мог свободно отгягиваться, открывая

О. их. Для перекрывания отверстий в статическом состоянии клапаны 34 — 37 прикрепляли тонкими резийками, соединенными с толстым концом клапана, к внешней поверхности внутреннего коаксиального цилиндра 2, 5 привязывая их к предварительно наваренным небольшим выступам с отверстиями, Масса свинцового вкладыша подбиралась таким образом, чтобы при вращении кюветы вокруг ее оси со скоростью 5 оборотов в

О секунду центробежные клапаны 34-37 начинали приоткрывать отверстия 30-33. При такой скорости вращения центрифугируемая жидкость во внутренней части 9 рабочей полости уже не вытекает, Все три коаксиальные цилиндра 1-3 торцевали к одинаковому размеру, шлифуя и полируя их таким образом, чтобы их торцы лежали в одной плоскости, перпендикулярной их Goковым ст йкам. Из кварцевой плоскопараллельной полированной пластины толщиной

1791759 руемой жидкости. : 45

Внутреняя часть 9 рабочей полости кюветы через отверстия 11 заполняли диокСановым раствором мономерного феофитина

А, после чего эти. отверстия закрывали заглушками. Кювету навийчивали на ось двига- 50 телем ДПМ вЂ” 35 и закрепляли контргайками, двигатель с кюветой.помещали в горизонтальный.держатель так, чтобы кольцевые оптические окна 4-7 были вертикальны, и располагали в кюветном отделейии различних приборов)спектрополяриметра, спектрофотометра, флюориметра) таким образом, чтобы сканирующий световой йучок приборов был перпендикулярен кольцевым оптическим окном 6,7. С йротивоположной rio

2 мм вырезали большое кольцо, внешний диаметр которого был равен внешнему диаметру внешнего коаксиального цилиндра

1, а внутренний диаметр — внутреннему диаметру внутреннего коаксиального цилиндра 2. Вырезали также второе аналогичное кольцо, Вырезанные таким образом кольца являлись плоскопараллельными кольцевыми оптическими окнами 4 — 7. В одном из этих колец высверлили четыре отверстия, симметрично .расположенные относительно центра: два - на уровне, близком к вйешнему радиусу исполнительного коаксиального цилиндра; и два — на уровне, близком к внешнему радиусу внутреннего коаксиального цилиндра 2. К отверстиям 10;11,подгоняли резиновые заглушки. Коаксиальные цилиндры 1-3 совмещали своими центрами, располагая их на полированной горизонтальной поверхности, и приклеивали к ним плоскопараллельные кольцевые оптические окна с двух сторон. После такой сборки пустую центральйую область кюветы: заливали эпоксидной смолой с отвердителем, применяя металлические вкладыши и используя парафиновый "вкладь1ш, выполненный по размерам будущего углубления 29 с предусмотренным кольцом 39, а также отверстием

38 в нем. Изготовление кюветы завершали выплавлением парафинового вкладыша, после чего образованное углубление 29 сообщалось через отверстия 30-35 с внутренней частью 9 рабочей полости кюветй.

Пример 2; Применение устройства.

Фотометрическую центрифугир ющ ю

У У кювету использовали для проведения ripoцеСса кристаллизации безметального аналога хлорофилла — феофитина А в водно-диоксановой смеси растворителей, для отделения полученных микрокристаллов в процессе центрифугирования, для проведения повторных процессов кристаллизации, не останавливая кюветы, для проведения оптикоспектрального контроля центрифуги5

40 диаметру кюветы стороны на уровне дополнительного коаксиального цилиндра 3 располагали полюса электромагнита, между которыми вставляли торец кюветы. Величина индукции магнитного поля между полюсами электромагнита (в рабочей полости кюветы) могла достигать 16000 Гс, В таком исполнении заявляемая фотометрическая кювета позволяла проводить центрифугирование со скоростью до 11 тысяч оборотов в минуту.

Фотометрическую центрифугирующую кювету начинали вращать, доводя до 3000 об/мин. При этом непрерывно измеряли спектр поглощения находящегося в кювете раствора мономерного феофитина А. Шприцем с длинной иглой вносили в углубление

29 дистиллированную воду, которая, благодаря звездообразности этого углубления, под действием центробежной силы скатывалась по его лучам к отверстиям 30-33, а через них и через отрытые центробежные клайаны 34-37 — во внутреннюю часть 9 рабочей полости. Здесь происходило моментальное смешивание диоксанового раствора и воды, что инициировало процесс кристаллизации феофитйна. Кристаллический феофитин-имел удлиненную форму и в процессе центрифугирования скапливался у внутренней поверхности дополнительного коаксиального цилиндра 3, Процесс агрегационной кристаллизации феофитина А наблюдали по спектрам поглощения; амплитуда мономерной полосы при длине волны 670 нм уменьшалаСь, появлялась полоса" поглощения агрегированного феофитина А с максимумом при длине волны 703 нм, а впоследствии и полос поглощенйя микрокристаллов при длине волны 735 нм.

Центрифугирование вели до тех пор, пока весь мономерный феофитин А не превращался в кристаллический, при необходимости добавляя через углубление 29 количество воды, требующееся для этого.

Фотометрическая кювета при этом не останавливалась.

После проведения пблной кристаллизации феофитина А включали постоянное магнитное поле с вектором индукции, перпендикулярным плоскости оптических кольцевых окон. При этом задвижки 16-19 притягйвались к противоголожному полюсу электромагнита, упираясь.в кольцевое оптическое окно. В результате этого через открытые отверстия 12-15 в дополнительном коаксиальном цилиндре 3 микрокристаллический феофитин А с частью водно-диоксановой жидкой среди переходил во внешнюю 8 часть рабочей полости кюветы, где под действием большей центробежной

1791759 силы радиус внешнего коаксиального цилиндра 1 больше радиуса дополнительного коаксиального цилиндра 3 происходило укрупнение микрокристаллов феофитина А, Эффект укрупнения кристаллов вызван поч- 5 ти Mf.íîâåíèûì увеличением центробежной силы при увеличении радиуса центрифугирования скачкообразным путем, что приводило к инерционному сжатию жидкой среды. Время включения постоянного магнитного поля 10 было таково, чтобы прилегающий к внутренней поверхности дополнительного коаксиального цилиндра 3 слой жидкости с кристаллическим феофитином А полностью перешел во внешнюю часть 8 рабочей поло- 15 сти, При этом спектр поглощения жидкости во внутренней части 9 не обнаруживал полос поглощения с максимумом в длинах волн

703 и 735 нм, Эта жидкость пригодна для проведения повторной кристаллизации фе- 20 офитина А. Для этого в углубление 29 шприцем вносили концентрированный раствор мономерного феофитина А, не останавливая кюветы, который агрегировался, превращался в микрокристаллы, которые в 25 свою очередь отцентрифугировались к внутренней стенке дополнительного коаксиального цилиндра 3 и при повторном включении постоянного магнитного поля перпендикулярно кольцевым оптическим окнам кюветы 30 переходили через откры вш иеся отверстия 1215 во внешнюю часть 8 рабочей полости, где так>ке укрупнялись, Процессы кристаллизации, центрифугирования и фотометрических измерений ве- 35 дутся одновременно и многократно, не останавливая кювету для заправки. Это повышает удобство ее использования, а также повышает производительность труда.

После окончания работы кювету оста- 40 навливали, открывали отверстия 10,11 и проводили отсос сифонированием содержимого внешней 8 и внутренней 9 частей рабочей полости. Через эти же отверстия, равно как и через отверстия 30 — 33, можно промыть 45 кювету и использовать ее для центрифугирования и одновременного фотометрирования других жидких веществ, По сравнению с кюветой-прототипом; которая использовалась для решения ана- 50 логичной задачи кристаллизации феофитина

А в водно-диоксановой смеси растворителей, применение заявляемого устройства позволило повысить удобство центрифугирования, фотометрирования, заполнения кюветы, отбор процейтрифугированных веществ, а также повысить в 3-4 раза производительность труда при осуществлении процесса кристаллизации феофитина А . Качество кристаллов феофитина А в случае применения заявляемой кюветы выше, чем в случае использования кюветы-прототипа {больше величина микрокристаллов, более совершенная их структура). Процесс кристаллизации при этом идет также эффективнее. Использование заявляемой кюветы позволяет создавать

4 экономию материалов - реактивов для кристаллизации феофитина А.

Аналогичным образом был осуществлен процесс центрифугирования коллоидных растворов рибофлавина и агрегированного антоцианового красителя с большим удобством и большей производительности труда используя фотометрическую центрифугирующую кювету.

Формула изобретения

Фотометрическая центрифугирующая кювета, содержащая, соосно расположенные внутренний и внешний коаксиальные цилиндры, образующие совместно с торцевыми оптическими окнами рабочую полость с входным и выходным отверстиями, центральный сердечник с осевым отверстием для посадки кюветы на ось двигателя, о тл и ч а ю щ а я с я тем, что, с целью повышения экспрессности измерений, внутри рабочей полости расположен дополнительный коаксиальный цилиндр, разделяющий рабо- . чую полость на внешнюю и внутреннюю части, в оптических окнах которых выполнены по два симметрично расположенных отверстия с заглушками, в дополнительном коаксиальном цилиндре выполнены"по крайней мере два отверстия с подвижными задвижками в виде магнитов, полюса которых расположены на прямой, параллельной оси вращения, причем сердечник снабжен централльно-симметричным звездообразным углублением, сообщающимся через выполненные Во внутреннем коаксиальном цилиндре отверстия с внутренней частью рабочей полости центрифугирования, причем эти отверстия снабжены центробежными клапанами.

Составитель Н,Стукова

Техред M,Ìîðãåíòàë Корректор О,Густи

Редактор

Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 149 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5