Высокочувствительный полифункциональный фотометрический детектор (ВПФД).

2 Назначение ВПФД Представляется один из первых отечественных разработанных нами компьютеризированных высокочувствительных полифункциональных фотометрических детекторов, программное обеспечение, которого с помощью контроллера, набора физических интерфейсов, позволяет его легко адаптировать для разнообразных задач с

3 Назначение ВПФД с высокими метрологическими характеристиками. Полифункциональное использование ВПФД предполагается использовать в модификации следующих съемных физических интерфейсов :

4 - пламенно-фотометрического детектора к любому газовому хроматографу для анализа нитрозных и углеродсодержащих газов, в том числе для анализа почвенных газов, с целью диагностики почв; - озонометра для измерения сверхнизких концентраций озона в воздухе; - люминомера для широкого круга люминесцентных измерений в биологии, в медицине и в др. областях, в том числе определение концентрации АТФ и микроорганизмов;

5 ВПФД не только в одном лице объединяет ряд новых приборов в сельском хозяйстве, медицине, биохимии, метеорологии, и в других областях, но становится просто не заменим для решения широкого круга научных и практических производственных многофакторных задач, где требуется высокочувствительное фотометрирование, управление измерением или экспериментом, одновременный сбор дополнительной

6 информации поступающий параллельно от других детекторов, например: с данного газового хроматографа,что резко повышает информативность многопараметрического многофакторного исследования,или производственного контроля и управления (быстрое принятие решения)над экспериментом или технологическим процессом, что раньше было практически невозможно!

7 Назначение ВПФД Разработка новых технологий и методов исследования в биологии, медицине, биохимии, метеорологии, сельском хозяйстве и других областях невозможна без применения высокочувствительных фотометрических детекторов.

8 Назначение ВПФД Для удовлетворения подобных запросов необходимо создание специализированных приборов, состоящих из камеры регистрации и фотометрического детектора на основе отобранных фотоэлектронных умножителей (ФЭУ).

9 Назначение ВПФД Однако бурный рост интеллектуальных, компьютеризированных приборов позволяет снизить, а порой даже исключить требования специализации и начать разработку нового поколения высокочувствительных полифункциональньгх фотометрических детекторов с одновременной адаптацией к получаемой информации, ее обработкой,

10 Назначение ВПФД выработкой управляющих сигналов для корректировки процесса измерения, эксперимента или технологического процесса с высокими метрологическими и эргономическими характеристиками на базе микроконтроллеров, совместимых с персональными компьютерами.

11 Назначение ВПФД Описанию разработанного высокочувствительного полифункционального фотометрического детектора посвящена презентация. ВПФД состоит из набора съемных блоков - физических интерфейсов (ФИ) - преобразователей, изменения состава и концентрации различных физико-химических величин в световой сигнал, подключаемых (оптически сориентированных) к блоку регистрации, который включает:

12 Назначение ВПФД фокусирующий объектив, фотозатвор, сменные светофильтры, ФЭУ, блок высоковольтного питания ФЭУ (ВВП), измеритель малых токов (ИМТ), электронный контроллер(с программной поддержкой), соединенный локальной шиной с компьютером, релейный переключатель (РП) и общий блок питания (ОБП) см рис.

14 Назначение ВПФД Полифункциональность ВПФД заключается в разнообразии набора съемных физических интерфейсов, подключаемых к блоку регистрации, в котором имеется контроллер со специфической программной поддержкой, управляющей процессом фотометрирования с одновременным сбором дополнительной информации, соединенный локальной шиной с компьютером.

15 Назначение ВПФД Последний не только накапливает, обрабатывает информацию, но и позволяет на основе этого вырабатывать управляющие команды для контроллера по специальным программам, т. е. принимать решение.

16 ВПФД предлагается использовать в модификациях следующих ФИ: - пламенно-фотометрического детектора (ПФД) к любому газовому хроматографу (даже типа ЛХМ) для анализа почвенных газов с целью диагностики почв и разработки новых технологий в сельском хозяйстве. ФИ - это блок с поворачивающимся светонепроницаемым стаканом, в котором смонтирована водородно-воздушная горелка со штуцерами для подключения водорода,воздуха и хроматографической колонки газового хроматографа,а также сигнальной термопары и спирали поджига пламени;

17 Озономера - для измерения сверхнизких концентраций озона, который основан на хемилюминесцентной реакции озона, со- держащегося в воздухе, схемы люминофором -датчиком концентрации озона. ФИ-это блок с поворачивающимся светонепроницаемым стаканом, в котором смонтирована герметическая кювета с хемилюминофором, имеющая тефлоновые патрубки ввода и вывода (подключен к аспиратору) анализируемого воздуха.

18 подключен к аспиратору) анализируемого воздуха. - Люминометра -для измерения сверхнизких концентраций АТФ(аденозинтрифосфат) с целью исследования процессов аккумуляции и транс- формации энергии в биологических системах. Метод основан на реакции окисления системы люциферина с ферментом люциферазой в присутствии АТФ (объекта исследования) и кисло- рода, которая сопровождается выделением квантов света пропорционально концентрации исследуемой АТФ.

19 ФИ - поворачивающийся светонепроницаемый стакан, в котором смонтирована герметическая термостатируемая стеклянная кювета со штуцерами ввода пробы и др. ингредиентов с помощью автоматического дозатора управляемого контроллером;

20 Антиоксидатометор - для определения относительной концентрации липорастворимых антиоксидантов биосубстратов в норме и патологии - (метод основан на оценке их способности тормозить свободно- радикальные реакции, сопровождающие хемилюминесценцией, идущие в модельной системе:

21 ацетон/хлороформ в присутствии малеиновой кислоты при пропускании тока от 1 – 50 ма. Введение в ЭК ингибиторов антиоксидантов приводит к снижению интенсивности хемилюминесценции. В связи с этим высокая информативность метода: диагностика туберкулеза, рака и т.п.). ФИ - поворачивающийся светонепроницаемый стакан, в котором

22 смонтирована герметическая термостатируемая ЭК с электродами и со штуцерами ввода пробы и др. ингредиентов с помощью автоматического дозатора управляемого контроллером. Электроды ЭК, подключены к стабилизатору тока

23 Для оценки качества морепродуктов. Метод основан на "тушении" ЗФ в зависимости от свежести продуктов, например тушек кальмаров.

24 Основные технические характеристики ВПФД: Чувствительность: - к световым потокам с квантовым выходом………………..……< в модификации ПФД, ppm N 2 O…………..< 15 к газам в модификации ПФД…..СН 4, СО 2, N 2 O, C 2 H 2, С 2 Н 4, NH 3 в модификации озонометра, ppb…………….<1 в модификации люминомегра, моль АТФ………………………………..1* то же, ед./мл………..…………………..… Стабильность электролизера, %…………………0,01

25 Диапазон регулировки тока электролизера, мА………………………… Спектр, нм: регистрации излучения………………… возбуждения ЗФ………………………… регистрации ЗФ…………………………… Время возбуждения/регистрации ЗФ, с/мин…………………………………………..0,5/30 Регистрация ЗФ при ослаблении возбуждающего света, %…………………… Температура образцов (задается в интервале), град……………

26 Коэффициент передачи сигнала…………………….200 Разрядность аналого-цифрового преобразователя (АЦП)…………………………….12 Время преобразования АЦП, мкс……………………..1 Дискретизация программируемого усилителя……………………………… /32 Количество: входных аналоговых каналов……………………..8/16 выходных управляющих цифровых каналов (релейных переключателей)……………………...3/16

27 Стабильность электролизера, %…………………0,01 Температура (задается в интервале),град…… Скорость интерфейса контроллера (прием/передача), Бод………………………… В составе ВПФД используется однокристальный микроконтроллер АТ89С51 и компьютер на базе процессора Intel Pentium. Контроллер ВПФД аппаратно выполнен адаптивно, что позволяет быстро проводить его расширение. Вставка в разъемы дополнительных плат, например аналогового коммутатора, релейных переключателей и преобразователя напряжение-частота, позволяет

28 увеличить число каналов сбора информации и цифрового управления или перевести регистрацию сигнала с ФЭУ из токового режима в режим счета импульсов, что существенно увеличивает чувствительность прибора к сверхслабым излучениям. Программное обеспечение (ПО) ВПФД состоит из двух частей. - Первая часть ПО осуществляет управление с оптимальным коэффициентом передачи сигнала с помощью цифро-аналогового преобразователя (ЦАП) и усилением ИМТ; работу трех цифровых каналов управления и 8-канального аналогового коммутатора сбора информации.

29 Управление цифровыми каналами осуществляется с помощью релейных переключателей (РП), например: 1 -и канал - включение/выключение спирали поджига водородно-воздушной горелки ПФД; 2-й -включение/выключение крана дозатора для ввода пробы почвенного воздуха; 3-й включение/выключение фотозатвора ФЭУ. Данные цифровые каналы при соответствующей программной поддержке контроллера и компьютера могут быть переназначены для осуществления управления (быстрое принятие решения) над многопараметрическим экспериментом или производственным технологическим процессом, что ранее было практически невозможно (!!!).

30 Вторая часть ПО-это программа под Windows, построенная по принципу выбора пользователем режима из "МЕНЮ" с дружеским интерфейсом, состоит из ряда подпрограмм, каждая из которых реализует определенный подход к проведению измерения. Это позволяет работать на ВПФД персоналу без предварительной подготовки в области программирования. Связь контроллера ВПФД с компьютером осуществляется через оптрон развязанный последовательный интерфейс RS-232.

31 Интерактивные режимы программного продукта ВПФД: - настройка (калибровка, индикация напряжения питания, сигнал ФЭУ, расход газа-носителя, сигналы дру- гих детекторов хроматографа, например катарометра, ПИДа или ФИ); - работа с файлами (создать, открыть, закрыть, обмен файлами, Help, обучение, эмуляция образцового сиг- нала); - мониторинг (режим интегратора, самописца: прото- кол исследования, сопутствующая измерению инфор- мация, масштабирование, мультиналожения и др.); - определение концентрации, автоматическое титрова- ние(методики работы ПФД, озонометра, люминометра, оценки ААБ, исследования процессов фотосинтеза,

32 диагностики термоадаптации растений, оценки активности гербицидов, гибберелинов, энергизации мембран микроорганизмов, полиеновых антибиотиков, качества морепродуктов); - режим счета импульсов; - цифровая фильтрация (спектральный анализ - преобразование Фурье); - режим off-line дополнительного сбора информации и управления.

33 Автор и руководитель разработки: Королев Александр Михайлович, автор более 40 печатных работ, патентов. Имеет разработки доведенные до государственного регистрационного номера. За свои изобретения награжден медалями: «Изобретатель СССР», бронзовой и серебряной медалями «За успехи в народном хозяйстве СССР»,а так же дипломами Российских и международных ярмарок.

34 Изготовители ВПФД: Фирма «Спектроком» Разработчик спектральных оптико-электронных приборов для космической и авиационной техники. Являлось головным разработчиком многих космических программ, в частности : « ВЕНЕРА - ГАЛЛЕЯ ».

35 Конкурентоспособность Общая конкурентоспособность разработки: прибор не имеет аналогов в России и в мире в целом. Универсальность прибора позволяет заменить им несколько различных дорогостоящих приборов. По соотношению цена/функциональ- ность не имеет равных.