Плавающая крышка для кислородной измерительной ячейки

Плавающая крышка для кислородной измерительной ячейки предназначена для ограничения обмена кислородом между атмосферой и реакционной смесью, в которой производится измерение потребления кислорода. Крышка представляет собой условно непроницаемую для кислорода перегородку, расположенную на поверхности реакционной смеси. Для предотвращения погружения крышки в реакционную смесь, она изготавливается из материала, плотность которого ниже плотности реакционной смеси или (и) имеет по периметру бортики достаточной высоты. Наружный диаметр крышки несколько меньше внутреннего диаметра измерительной ячейки, что позволяет ей при изменении уровня реакционной смеси свободно перемещаться по вертикали, оставаясь на поверхности жидкости.

Заявленное техническое решение может быть использовано в области биологической и аналитической химии.

Известны конструкции открытых измерительных ячеек, предназначенных для изучения потребления растворенного кислорода различными микрообъектами. Обычно это открытые цилиндрические сосуды объемом 1-5 мл [2] с вмонтированным или погружаемым полярографическим или иным кислородным датчиком (фиг.1).

Недостатком этих устройств является большая площадь поверхности раздела фаз газ-жидкость (поверхность реакционной смеси, непосредственно контактирующая с атмосферным воздухом), обуславливающая высокую скорость обмена кислородом между атмосферой и реакционной смесью, что ведет к существенным искажениям результатов измерения потребления кислорода в смеси [1].

Также известны конструкции крышек для измерительных ячеек [1, З], сокращающих площадь поверхности раздела фаз газ-жидкость путем вытеснения воздуха из ячейки массивной крышкой, выступающей в качестве поршня (фиг.2).

Недостатками этих устройств является возможность работы только с фиксированным объемом реакционной смеси, определяемым конфигурацией крышки, невозможность вмешательства в ход эксперимента после установки крышки и потеря некоторой (неопределенной) части реакционной смеси в процессе установки крышки.

Задачей,- на решение которой направлено заявленное техническое решение, является сокращение площади поверхности раздела фаз газ-жидкость с сохранением возможности корректной работы с различными, в том числе изменяемыми в ходе эксперимента, объемами реакционной смеси.

Данная задача решается за счет того, что на поверхности реакционной смеси располагается непроницаемая для кислорода крышка, наружные размеры которой несколько меньше внутренних размеров измерительной ячейки, изготовленная из материала с более низкой плотностью, чем плотность реакционной смеси, или(и) по периметру имеет бортики, препятствующие ее погружению в реакционную смесь.

Техническим результатом использования полезной модели является обеспечение возможности работы с произвольными, в том числе изменяемыми в ходе эксперимента объемами реакционной смеси, при одновременном снижении скорости обмена кислородом между реакционной смесью и атмосферным воздухом более чем в 10 раз по сравнению с открытой измерительной ячейкой (табл.1).

1. Аманназаров А. Методы и приборы для определения кислорода. - М.: Химия, 1988.

2. Гавриленко В.Ф. Большой практикум по физиологии растений. - М.: Высшая школа, 1975.

3. Методы изучения мембран растительных клеток. - Л.: Изд-во ЛГУ, 1986.

Техническая сущность и принцип действия полезной модели поясняется чертежами, на которых изображено:

Фиг.1 - схема открытых измерительных ячеек с вмонтированным (а) и погружаемым (б) кислородным датчиком. 1 - кислородный датчик; 2 - корпус ячейки; 3 - магнитная мешалка; 4 - реакционная смесь.

Фиг.2 - схема вытесняющих крышек для кислородных ячеек с вмонтированным (а) и погружаемым (б) кислородным датчиком. 1 - кислородный датчик; 2 - корпус ячейки; 3 - магнитная мешалка; 4 - реакционная смесь; 5 - скошенная вытесняющая крышка; 6 - отверстие для удаления воздуха и избытка жидкости.

Фиг.3 - устройство плавающей крышки для кислородной измерительной ячейки. Вид сверху (а) и разрез сбоку (б). 1 - крышка; 2 - бортик; 3 - выступ для установки и извлечения крышки; 4 - вырез с бортиком для внесения добавок.

Фиг.4 - принцип действия плавающей крышки для кислородной измерительной ячейки. В момент внесения добавки в реакционную смесь (а) и после внесения добавки (б). 1 - кислородный датчик; 2 - корпус ячейки; 3 - магнитная мешалка; 4 - реакционная смесь; 5 - плавающая крышка; 6 - внесение добавки микродозатором; 7 - всплытие крышки.

Возможность осуществления заявленной полезной модели показана следующими примерами:

Плавающая крышка для кислородной измерительной ячейки (фиг.3) представляет собой условно непроницаемую для кислорода перегородку, свободно плавающую на поверхности реакционной смеси благодаря тому, что она изготавливается из материала, плотность которого меньше плотности реакционной смеси или (и) имеет по периметру бортики достаточной высоты. Наружный диаметр крышки несколько меньше внутреннего диаметра измерительной ячейки, что позволяет ей при изменении уровня жидкости в ячейке свободно изменять свое положение по вертикали, оставаясь на поверхности реакционной смеси (фиг.4). В результате площадь поверхности раздела фаз газ-жидкость при любом объеме реакционной смеси ограничивается узким зазором между крышкой и стенками ячейки, что способствует существенному снижению скорости обмена кислородом между реакционной смесью и атмосферным воздухом по сравнению с открытой. измерительной ячейкой (табл.1).

Заявленная полезная модель используется следующим образом:

Крышка устанавливается в измерительную ячейку, как показано на фиг.4, после ее заполнения основным компонентом реакционной смеси (реакционной средой), а различные добавки, в том числе и потребитель кислорода, вносятся в среду при помощи микродозатора через боковой вырез крышки (фиг.3, 4а).

Использовалась плавающая крышка круглой формы диаметром 15 мм с высотой бортиков 1 мм, изготовленная из листового полиэтилена толщиной 0,8 мм, и следующее дополнительное оборудование: измерительная ячейка объемом 4 мл (внутренний диаметр - 16 мм) с вмонтированным полярографическим кислородным датчиком; усилитель постоянного тока; плата сбора данных L-154; персональный компьютер; приложение PowerGraph 2.1; магнитная мешалка.

В приложении PowerGraph 2.1 производилась непрерывная регистрация пассивного насыщения 3,5 мл бескислородной (кислород удалялся путем предварительной продувки азотом) реакционной среды (KCl, 60 г/л) атмосферным кислородом при температуре среды 37°С. Для выравнивания замеров в серии регистрацию запускали, когда парциальное давление растворенного в среде кислорода достигало 30% от полного насыщения, а прекращали при 70%-ом насыщении. Результаты двух серий, по 10 замеров в каждой, приведены в табл.1. Замеры первой серии проводились в открытой измерительной ячейке, второй - в той же ячейке с использованием плавающей крышки. Как видно из табл.1, применение плавающей крышки позволило существенно снизить скорость диффузии атмосферного кислорода в среду инкубации - время насыщения среды при использовании плавающей крышки возросло в 10-20 раз (в зависимости от текущего уровня насыщения) по сравнению с открытой измерительной ячейкой.

Плавающая крышка для кислородной измерительной ячейки, представляющая собой непроницаемую для кислорода перегородку, наружный диаметр которой несколько меньше внутреннего диаметра ячейки, ограничивающую обмен кислородом между атмосферой и заполняющей ячейку реакционной смесью, отличающаяся тем, что благодаря низкой плотности материала, из которого она изготовлена, или (и) наличию бортиков по ее периметру она обладает способностью свободно плавать на поверхности реакционной смеси.