RU2219525C2 - Method of analysis of chemical composition of substances in liquid and gaseous environment with extractive concentration and facility for its realization - Google Patents
Method of analysis of chemical composition of substances in liquid and gaseous environment with extractive concentration and facility for its realization Download PDFInfo
- Publication number
- RU2219525C2 RU2219525C2 RU2002102928A RU2002102928A RU2219525C2 RU 2219525 C2 RU2219525 C2 RU 2219525C2 RU 2002102928 A RU2002102928 A RU 2002102928A RU 2002102928 A RU2002102928 A RU 2002102928A RU 2219525 C2 RU2219525 C2 RU 2219525C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- organic phase
- analysis
- optical waveguide
- optical
- mass transfer
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
- Investigating, Analyzing Materials By Fluorescence Or Luminescence (AREA)
Abstract
Description
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. The invention relates to analytical instrumentation, in particular to methods for implementing mass transfer processes using optical fiber chemical sensors. The invention can be used to develop instruments for monitoring the quality of water and air, where extraction methods of analysis are used.
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. Known methods of organizing extraction and devices for their implementation (1, 2), in which the process of conducting chemical analysis involves at least two stages: directly - the extraction stage, and then the measurement process in the laboratory. With this organization of extraction, the devices are membranes between which a porous polymeric material is placed having a system of through channels of arbitrary shape.
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. Closest to the proposed invention is the approach implemented in patent 2109555 (3) in the example of the quantitative determination of oil products in water, where the method of organizing extraction concentration, which is a special case of mass transfer, is used. A device for implementing this method allows analytical measurements in continuous mode. The essence of this approach is that the flow of non-wetting fluid is passed between the two membranes, and the flow of wetting fluid is passed through these membranes, with the porous material having a system of surface capillaries not wetted by the same phase that does not wet the membranes. The extraction process occurs on the entire capillary surface in the volume of polymer material with open pores. The extracted test compounds are then fed to the measuring devices using a pump and valve system.
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.The disadvantages of the known methods of organizing the extraction include:
- a large inertia of the system, which is a consequence of the large volume of polymer material with open pores, where the extraction takes place;
- the need to use additional devices for supplying the extractant to the mass transfer chamber and to the measuring device;
- exposure to mechanical impurities, which is manifested in their precipitation in the volume of polymer structures and leads to a change in the throughput of the entire mass transfer unit, and ultimately to failure.
Задачей, на решение которой направлено изобретение, является повышение быстродействия аналитической системы при одновременном уменьшении влияния механических примесей, упрощение конструкции и повышение надежности аналитической системы. The problem to which the invention is directed is to increase the speed of the analytical system while reducing the influence of mechanical impurities, simplifying the design and increasing the reliability of the analytical system.
Поставленная задача решается следующим образом. The problem is solved as follows.
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. 1. In the method for analyzing the chemical composition of substances in liquid and gaseous media with extraction concentration, which consists in the fact that the analyte is extracted into the organic phase and analyzed by the optical method, the extraction is carried out on the surface of a two-layer, porous hydrophobic composition filled with an organic solvent and consisting of a microporous a membrane deposited on the surface of an optical waveguide, and a polymer having a system of open surface capillaries, and the analysis is carried out on a gran the interface of the organic phase and the optical waveguide, and the concentrated analyzed compounds get to the interface due to diffusion in the organic phase system - a two-layer, porous hydrophobic composition, and the renewal of the organic phase occurs due to its transfer to the sample.
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. 2. In the device for analyzing the chemical composition of substances in liquid and gaseous media with extraction concentration, containing a mass transfer chamber and recording an optical device, the mass transfer chamber is made in the form of a two-layer, porous hydrophobic composition, constantly filled with an organic solvent and consisting of a microporous membrane deposited on the surface an optical waveguide, and a polymer having a system of open surface capillaries, and an organic solvent-extractant has an indicator b the refraction is less than that of the material of the optical waveguide.
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. The presence of a two-layer, porous hydrophobic composition provides high mass transfer efficiency, while reducing the consumption of reagents required for analysis, since it became possible to switch to a planar composition from a bulk composition. For the same reason, the response of the system increases and the influence of mechanical pollution of the analyzed sample decreases. The renewal of the organic solvent occurs due to the mutual dissolution of two immiscible liquids or evaporation into a gas stream.
На фиг. 1 представлено схемное изображение предлагаемого устройства. На фиг.2-4 - варианты осуществления реализации предлагаемого изобретения. In FIG. 1 presents a schematic image of the proposed device. Figure 2-4 - embodiments of the implementation of the invention.
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. The main unit of the device of figure 1 is a mass transfer chamber, through the
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). Under the action of capillary forces, the wetting liquid-extractant from the
Данное изобретение представляет собой новый подход к осуществлению в непрерывном режиме химического анализа индивидуальных соединений или классов соединений. This invention represents a new approach to the continuous implementation of chemical analysis of individual compounds or classes of compounds.
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.Embodiments of the invention
The main component of the invention is a mass transfer unit made in the form of a two-layer, porous hydrophobic composition consisting of a microporous membrane deposited on the surface of an optical waveguide and a polymer having an open pore system. The two-layer, porous hydrophobic composition is filled with a wetting liquid due to capillary forces from the reservoir. When the determined components are extracted at the phase boundary with an organic solvent, they accumulate inside the volume of the microporous membrane, and therefore, the optical characteristics of the medium change, namely:
1. Refractive index - the device is made structurally in the form of a refractometer and the change in the refractive index is measured by the change in transmittance or deflection angle (figure 2)
Example 1. Measurement of petroleum products in water by a refractometric method
A two-layer, porous
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.2. The fluorescence intensity - then the device operates as a fluorimeter (figure 3)
Example 2. The measurement of oil in water by fluorescence method
A two-layer, porous
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.3. Transmission - in this case, the device is made in the form of a photometer (figure 4)
Example 3. Photometric method for measuring the content of copper ions in water
A two-layer, porous
Список литературы
1. С. Ю.Ивахно, А.В.Афанасьев, Г.А.Ягодин. Итоги науки и техники. Неорганическая химия. Т.13. - М., 1985.List of references
1. S. Yu. Ivakhno, A.V. Afanasyev, G.A. Yagodin. Results of science and technology. Inorganic chemistry. T.13. - M., 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. 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. 3. Patent 2109555.
Claims (2)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2002102928A RU2219525C2 (en) | 2002-01-29 | 2002-01-29 | Method of analysis of chemical composition of substances in liquid and gaseous environment with extractive concentration and facility for its realization |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2002102928A RU2219525C2 (en) | 2002-01-29 | 2002-01-29 | Method of analysis of chemical composition of substances in liquid and gaseous environment with extractive concentration and facility for its realization |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2002102928A RU2002102928A (en) | 2003-09-27 |
| RU2219525C2 true RU2219525C2 (en) | 2003-12-20 |
Family
ID=32065948
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2002102928A RU2219525C2 (en) | 2002-01-29 | 2002-01-29 | Method of analysis of chemical composition of substances in liquid and gaseous environment with extractive concentration and facility for its realization |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2219525C2 (en) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2396548C2 (en) * | 2004-07-02 | 2010-08-10 | БАЙЕР ХЕЛТКЭР ЭлЭлСи | Light guide test sensor for determining analysed substance in fluid sample (versions) and method of making said sensor (versions) |
| RU2417451C2 (en) * | 2006-07-03 | 2011-04-27 | Научно-производственный кооператив "Авиаинформатика" | Integrated system of controlled objects monitoring |
| RU2596786C2 (en) * | 2010-11-26 | 2016-09-10 | ИОС, Инштитут за окольеварство ин сензорье, д.о.о. | Optical chemical sensor for determination of organophosphates and preparation method thereof |
| RU2761501C1 (en) * | 2020-09-17 | 2021-12-08 | Общество с ограниченной ответственностью "ИоффеЛЕД" | Substance chemical composition sensor |
| RU2788588C1 (en) * | 2022-02-24 | 2023-01-23 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе Российской академии наук | Substance chemical composition sensor |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1990006503A2 (en) * | 1988-11-29 | 1990-06-14 | Applied Research Systems Ars Holding N.V. | Sensor for optical assay |
| US5165005A (en) * | 1988-01-29 | 1992-11-17 | Fiberchem Inc. | Planar and other waveguide refractive index sensors using metal cladding |
| RU2023488C1 (en) * | 1991-08-14 | 1994-11-30 | Леонид Николаевич Москвин | Method of and device for mass transfer |
| RU2109555C1 (en) * | 1996-12-25 | 1998-04-27 | Алексей Николаевич Катрузов | Method of organization of mass transfer and device for its realization |
| RU2177151C2 (en) * | 2000-01-17 | 2001-12-20 | Государственное научное учреждение Научно-исследовательский институт детского питания Российской академии сельскохозяйственных наук | Method for determining instant properties of food stuff on dry base using by evaluating integral interaction of connected dispersed system with solvent |
-
2002
- 2002-01-29 RU RU2002102928A patent/RU2219525C2/en active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5165005A (en) * | 1988-01-29 | 1992-11-17 | Fiberchem Inc. | Planar and other waveguide refractive index sensors using metal cladding |
| WO1990006503A2 (en) * | 1988-11-29 | 1990-06-14 | Applied Research Systems Ars Holding N.V. | Sensor for optical assay |
| RU2023488C1 (en) * | 1991-08-14 | 1994-11-30 | Леонид Николаевич Москвин | Method of and device for mass transfer |
| RU2109555C1 (en) * | 1996-12-25 | 1998-04-27 | Алексей Николаевич Катрузов | Method of organization of mass transfer and device for its realization |
| RU2177151C2 (en) * | 2000-01-17 | 2001-12-20 | Государственное научное учреждение Научно-исследовательский институт детского питания Российской академии сельскохозяйственных наук | Method for determining instant properties of food stuff on dry base using by evaluating integral interaction of connected dispersed system with solvent |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2396548C2 (en) * | 2004-07-02 | 2010-08-10 | БАЙЕР ХЕЛТКЭР ЭлЭлСи | Light guide test sensor for determining analysed substance in fluid sample (versions) and method of making said sensor (versions) |
| US8383414B2 (en) | 2004-07-02 | 2013-02-26 | Bayer Healthcare Llc | Methods of manufacturing a light guide test sensor |
| US8940237B2 (en) | 2004-07-02 | 2015-01-27 | Bayer Healthcare Llc | Light guide test sensor |
| RU2417451C2 (en) * | 2006-07-03 | 2011-04-27 | Научно-производственный кооператив "Авиаинформатика" | Integrated system of controlled objects monitoring |
| RU2596786C2 (en) * | 2010-11-26 | 2016-09-10 | ИОС, Инштитут за окольеварство ин сензорье, д.о.о. | Optical chemical sensor for determination of organophosphates and preparation method thereof |
| RU2761501C1 (en) * | 2020-09-17 | 2021-12-08 | Общество с ограниченной ответственностью "ИоффеЛЕД" | Substance chemical composition sensor |
| RU2788588C1 (en) * | 2022-02-24 | 2023-01-23 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе Российской академии наук | Substance chemical composition sensor |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CA2552752C (en) | A handheld device with a disposable element for chemical analysis of multiple analytes | |
| US6534011B1 (en) | Device for detecting biochemical or chemical substances by fluorescence excitation | |
| CN1643368A (en) | Method and apparatus for analysing liquids | |
| CA2574267A1 (en) | Apparatus and methods for analyzing samples in a light microscope | |
| JP2002501193A (en) | Optical sensor and operation method | |
| EP0036017A1 (en) | APPARATUS FOR ANALYZES. | |
| EP0490993A1 (en) | Flow optrode | |
| US4857472A (en) | Method for continuous quantitative detection of sulphur dioxide and an arrangement for implementing this method | |
| Wolfbeis | Capillary waveguide sensors | |
| EP3137861B1 (en) | A disposable measurement tip and method for use thereof | |
| RU2000110747A (en) | DEVICE AND METHOD FOR CARRYING OUT FLUORESCENT IMMUNE TESTS | |
| Toda et al. | Micro-gas analysis system μGAS comprising a microchannel scrubber and a micro-fluorescence detector for measurement of hydrogen sulfide | |
| Llobera et al. | Optimization of poly (dimethylsiloxane) hollow prisms for optical sensing | |
| DK2777062T3 (en) | Device and method for determining the amounts of two or more substances present in a liquid | |
| RU2219525C2 (en) | Method of analysis of chemical composition of substances in liquid and gaseous environment with extractive concentration and facility for its realization | |
| CN106153581A (en) | A reference-free SPR sensor for the detection of benzopyrene | |
| FI77330B (en) | FOERFARANDE FOER BELYSNING AV PARTIKLAR I EN MELLANPRODUKT FOER OPTISK ANALYSIS OCH OPTISK PARTIKELANALYSATOR. | |
| Liu et al. | A liquid drop: what is it good for? | |
| Maher et al. | A fiber optic chemical sensor for measurement of groundwater pH | |
| RU2408908C1 (en) | Apparatus for measuring concentration of light-absorbing substances | |
| JP5057226B2 (en) | Microchip for blood test and method of using the same | |
| US7170608B2 (en) | Simplified analytical apparatus for field deployable measurements of molecular absorbance and florescence | |
| CN1260562C (en) | Coupled type polarization preserving fiber fadeout wave sensor | |
| JP2007285847A (en) | Spectrophotometer | |
| KR101170853B1 (en) | A handheld device with a disposable element for chemical analysis of multiple analytes |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| QB4A | License on use of patent |
Effective date: 20090529 |
|
| QZ41 | Official registration of changes to a registered agreement (patent) |
Free format text: LICENCE FORMERLY AGREED ON 20090529 Effective date: 20140602 |