Мультисенсорное устройство для определения качественных и количественных показателей табачных изделий

Мультисенсорное устройство для определения качественных и количественных показателей табачных изделий

Реферат

Изобретение относится к технике проведения анализа газовой фазы и может быть использовано при анализе качественных и количественных показателей табачных изделий (сигарет, сигарилл, сигар).

Известна термостатируемая ячейка детектирования объемом 200 см³ с инжекторным вводом пробы определяемого вещества объемом 10 мкл микрошприцем непосредственно в ячейку [Selective piezoelectric odor sensor using molecularly imprinted polymers. Ji H-S., McNiven S., Ikebukuro K., Karube I. // Anal. Chim. Acta. 1999. V.300. P.93-100]. Сенсор перед проведением измерений выдерживают в потоке азота при расходе 0,2 дм³/мин до стабилизации аналитического сигнала. Затем подачу азота прекращают, в ячейку вводят 10 мкл раствора определяемого вещества и испаряют. Измерения аналитического сигнала прекращают, когда изменение частоты колебаний сенсора не превышает 1 Гц/мин.

Недостатком ячейки является ввод в ячейку малого объема пробы, при котором сигнал сенсора будет на уровне "шумов", либо настолько большой, что приведет к увеличению погрешности при введении пробы микрошприцем, кроме того, недостатком является невозможность анализа твердых и порошкообразных продуктов.

Известен способ определения скорости свободного горения сигарет с использованием курительной машины [ГОСТ 30422-96 (ИСО 3612-75) СИГАРЕТЫ. Определение скорости свободного горения]. Курительная машина состоит из держателя для сигарет, дымовой ловушки и устройства для создания разряжения. Заданный поток воздуха, проходящий через сигарету, закрепленную в держателе, обеспечивается вакуумным насосом (скорость воздуха контролируется ротаметром) или поршнем, совершающим возвратно-поступательное движение (затяжка и выхлоп). После прохождения через испытуемую сигарету воздушный поток направляется для изучения состава дыма, например, методом газовой хроматографии.

К недостаткам такого способа определения качества сигарет можно отнести сложность аппаратурного оформления, длительность определений, большой расход реагентов.

Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому эффекту является ячейка детектирования объемом 500 см³, выполненная из нержавеющей стали, снабженная термостатирующей рубашкой, внешняя сторона которой покрыта теплоизолирующим материалом, состоящая из реакционной емкости, патрубков ввода, вывода воздуха и пробы, пьезокварцевого сенсора, причем крышка с вмонтированным держателем для пьезокварцевого сенсора выполнена из того же материала, а патрубок для непосредственного ввода пробы в реакционную емкость ячейки снабжен силиконовой прокладкой. (Патент РФ 2207539 G 01 N 5/02, 27/12. Заявлено 20.06.2002.)

Недостатками этой ячейки являются невозможность определения качественного и количественного состава компонентов, входящих в состав исследуемой сигареты, поскольку имеется только один пьезосенсор, длительность установления равновесия из-за наличия градиента концентраций.

Задачей изобретения является создание мультисенсорного устройства, позволяющего определять качественные и количественные показатели табачных изделий (на примере сигарет, сигарилл, сигар), содержащих летучие компоненты, устранение концентрационного градиента внутри ячейки, повышение точности определений за счет создания вакуума внутри ячейки.

Поставленная задача достигается тем, что в мультисенсорном устройстве для определения качественных и количественных показателей табачных изделий, включающем ячейку детектирования, состоящую из термостатируемой реакционной емкости вместимостью 500 см³, патрубков ввода, вывода газа-носителя и пробы, новым является то, что реакционная емкость состоит из двух цилиндрических частей; в верхнюю часть вмонтирован съемный держатель для 25 пьезокварцевых сенсоров и электронное управляющее устройство, в нижней части имеется металлический мундштук, воздушный вентилятор для удаления концентрационного градиента летучих веществ по всему объему ячейки, причем эти части герметично соединены между собой.

Схема мультисенсорного устройства для определения качественных и количественных показателей табачных изделий представлена на чертеже.

Технический результат заключается в создании мультисенсорного устройства, позволяющего определять качественные и количественные показатели табачных изделий (на примере сигарет, сигарилл, сигар), содержащих летучие компоненты, по точной количественной оценке взаимодействия определяемого вещества (целевого компонента) с модификатором - сорбентом, нанесенным на электроды пьезосенсора, устранить концентрационный градиент внутри ячейки, повысить точность определений за счет создания вакуума внутри ячейки, предотвратить потери определяемого вещества, поскольку исследуемая сигарета помещается в мундштук, находящийся в нижней части ячейки.

Мультисенсорное устройство для определения качественных и количественных показателей табачных изделий состоит из двух цилиндрических частей 1 и 2, герметично соединенных между собой через вакуумное соединение 3, вместимостью 500 см³, снабженных рубашкой для термостатирования 4 с патрубками ввода 5, вывода воздуха (газа-носителя, например азот) 6 или для откачки воздуха, сенсоров 7, воздушного вентилятора 8, позволяющего ускорить выход сенсорной ячейки на рабочий режим и повысить точность измерений, съемного держателя 9 для 25 пьезосенсоров, соединенного с электронным управляющим устройством 10, установленным на внешней поверхности цилиндрической части 1, мундштука 11, вмонтированного в нижней части 2 мультисенсорного устройства, для установки исследуемой сигареты.

Мультисенсорное устройство для определения качественных и количественных показателей табачных изделий работает следующим образом. В верхнюю часть мультисенсорного устройства вставляют предварительно подготовленный держатель с соответствующим комплектом пьезосенсоров, которые предварительно выдерживают в потоке осушенного лабораторного воздуха несколько минут до получения стабильного аналитического сигнала и измеряют показания сенсора (для каждого типа анализируемой пробы подбирается свой набор сорбентов, нанесенных на пьезосенсор). Затем обе части ячейки герметично соединяют между собой, что позволяет создавать в мультисенсорном устройстве разрежение; устанавливают исследуемую сигарету в мундштук и поджигают; включают воздушный вентилятор и термостатирование и откачивают воздух из ячейки. Секундомером отсчитывают время, по истечении которого сигнал пьезосенсоров не изменяется. Разность между сигналами пьезосенсоров до и после контакта с газом-носителем, обогащенным компонентами пробы или самими компонентами, если анализ происходит в вакууме, служит характеристикой качественных и количественных определений. Разъемные части мультисенсорного устройства позволяют легко обслуживать его (подготовить к новому анализу). Части разъединяются, вынимается съемный держатель с сенсорами, ячейка промывается и просушивается для удаления остатков малолетучих соединений (смол), вставляется новый держатель пьезосенсоров с соответствующим набором сорбентов. После этого в мультисенсорном устройстве можно проводить следующее определение.

Результаты сравнения характеристик предлагаемого мультисенсорного устройства с прототипом представлены в таблице.

Таблица
Сравнение характеристик предлагаемого мультисенсорного устройства и прототипа.
Параметры	Предлагаемая ячейка	Прототип
Определение нескольких компонентов пробы	Возможно	Невозможно
Наличие концентрационного градиента	отсутствует	имеет место
Ввод пробы	Через мундштук посредством разряжения	Микрошприц
Возможность анализа компонентов табачного дыма	Возможно	Невозможно

Таким образом, предлагаемое мультисенсорное устройство для определения качественных и количественных показателей табачных изделий позволяет:

- определять качественный и количественный показатели табачных изделий (на примере сигарет, сигарилл, сигар);

- устранить концентрационный градиент внутри ячейки;

- повысить точность измерений за счет непрерывного перемешивания газовой фазы вентилятором в ячейке ("реактор идеального смешения");

- предотвратить потери определяемого вещества, поскольку исследуемая сигарета помещается в мундштук, являющийся составной частью мультисенсорного устройства.

Мультисенсорное устройство для определения качественных и количественных показателей табачных изделий, включающее ячейку детектирования, состоящую из термостатируемой реакционной емкости вместимостью 500 см³, патрубков ввода, вывода газа-носителя и пробы, отличающееся тем, что реакционная емкость состоит из двух цилиндрических частей; в верхнюю часть вмонтирован съемный держатель для 25 пьезокварцевых сенсоров и электронное управляющее устройство, в нижней части имеется металлический мундштук, воздушный вентилятор для удаления концентрационного градиента летучих веществ по всему объему ячейки, причем эти части герметично соединены между собой.