magyar elektronika

E-mail cím:*

Név:

{a-feliratkozással-elfogadja-az-adl-kiadó-kft-adatvédelmi-és-adatkezelési-tájékoztatóját-1}

NI food 3„Az NI CompactDAQ platform, az NI „C”-sorozatú modulok és a LabVIEW rendszertervező szoftver segítségével fejlesztettük ki és építettük meg a teljesen automatizált MULTI SPE A208 típusú SPE-rendszerünket. Az NI stabil és nagy teljesítőképességű platformja, valamint a LabVIEW segítségével könnyen dolgozhattuk ki új termékünket, amelynek egyedülálló képességeit minden vezetői szinten egyöntetűen elismerték.“ – Qiming Li, Missioncouver Technologies Ltd.

 

 
 
A kitűzött feladat

A fejlesztés célja a jelenlegi, szilárd fázisú extraháló (Solid Phase Extraction – SPE) megoldásoknál intelligensebb és nagyobb áteresztőképességű berendezés létrehozása volt élelmiszerbiztonsági és környezetvédelmi szabályozó hatóságok számára.

A megoldás

A fejlesztést a National Instruments (NI) CompactDAQ platformjára és az NI LabVIEW rendszertervező szoftverére épülő megoldással végeztük, amelynek eredménye többcsatornás, automatikus működésű SPE rendszer lett gyors és automatikus minta-előkezeléssel, az élelmiszerbiztonsági és környezet­felügyeleti követelmények teljesítésével.

Bevezető

Az élelmiszerbiztonság és a környezetvédelem az egész világon fontos kérdés, a kapcsolódó mérések és ellenőrzések a kormányzati szervek és az ellenőrző hatóságok számára komoly feladatot jelentenek. A naponta tesztelendő minták számának fokozatos növekedésével szűk keresztmetszetek alakulhatnak ki, ezért a gyors és pontos mérésekhez egyre fontosabbak a nagy feldolgozási sebes­ségű, önműködő minta-előkezelő berendezések. Ha a kialakult szűk keresztmetszeteket nem tudjuk feloldani, akkor még a csúcskategó­riás berendezések sem képesek ellátni a feladatukat.
Számos minta-előkezelő eljárást ismerünk; ezek közül a legelterjedtebb az SPE. Ezt a módszert alkalmazza minta-előkezelésre az Egyesült Államok Környezetvédelmi Hivatala (Environmental Protection Agency ‑ EPA), az Élelmiszer- és Gyógyszerbiztonsági Hivatal (Food and Drug Administration ‑ FDA), emellett számos kínai szabványnak is része. Mindezekből következően az elem­ző­berendezéseket gyártó iparágnak nagy teljesítőképességű, intelligens SPE-készülékekkel kell ellátnia az elemző- és mérőlabora­tóriumokat.

Az SPE-eljárás háttere

Először az 1990-es években mutattak be önműködő SPE-rend­szereket. Számos labort szereltek fel különböző gyártók automatizált, szilárd fázisú extraháló berendezéseivel, de a vizsgálatok után kiderült, hogy a behozott készülékek jelentős része kihasználatlanul áll, a laboratóriumi munkatársak az automatizált berendezések helyett a kézi SPE-eszközöket részesítették előnyben. Ennek egyik fő oka, hogy a jelenlegi automatizált rendszerek képtelenek javítani a minta-előkezelés hatékonyságán. A túl lassú feldolgozási sebesség mellett az alacsony hatékonyság másik oka, hogy majdnem minden automatikus SPE-berendezés befecskendező pumpákkal tölti át és továbbítja a folyadékot. Ezek a pumpák először felszívják, majd kifecskendezik a folyadékot; a teljes SPE-folyamat idejének harmada a kifecskendezéssel telik el. Azonkívül, hogy nem képes intelligensen kezelni az SPE-oszlop eltömődését, az automatikus SPE-rendszer használatát az is megnehezíti, hogy képtelen a mintabetöltés átfolyási sebességét hatékonyan szabályozni.
Jelenleg két nagy cég, a Gilson és a Caliper gyárt önműködő SPE-berendezéseket. Mindkét vállalat központja az Egyesült Államokban van. Termékeikkel egyidejűleg több mintát is folyamatosan és automatizáltan dolgozhatunk fel, ugyanakkor a minta-előkezeléshez szükséges időtartamot nem szorítják le. Ezekkel a berendezésekkel nem lehet szoros időkeretben több száz vagy akár csak több tucat mintát kezelni. A laboratóriumi dolgozók emellett nem is bíznak a jelenlegi SPE-berendezésekben, ezért sok helyen még mindig kézzel végzik több minta egyidejű előkezelését.

A jelenleg kapható SPE-berendezések problémái
  • Alacsony feldolgozási sebesség.

  • Kezdetleges intelligencia, amelyből különösen hiányzik az oszlop eltömődésének automatikus érzékelése. Ez veszteséghez vezet a mintaanyag, a munkaerő és a befektetett idő szempontjából is.

  • Képtelenek kezelni a mintabetöltés átfolyási sebességének csökkenését a szilárd fázisú extraháló folyamat közben, ami csökkenti az extrahálás hatékonyságát, és gátolja a reprodukálhatóságot.

Kifejlesztettünk egy többcsatornás, automatizált SPE-rendszert,
a MULTI-SPE A208-at, amely megoldást nyújt ezekre a problé­mákra, és a piaci igényeknek megfelelő funkciókat nyújt a laboratóriumok számára.

A MULTI-SPE A208 rendszer tervezésének alapelvei és háttere

Az automatizált SPE-rendszerünk kialakításakor a következő célokat tűztük ki:

  • a célvegyület és az összetett alapminta szétválasztása,

  • a célvegyület elemzését esetlegesen zavaró anyagok eltávolítása,

  • a célvegyületanyag eljuttatása az elemző műszer számára elfogadható közegbe,

  • a minta sűrítése, biztosítva a műszer érzékelési küszöbszintjét meghaladó koncentrációt.

Az elválasztás módja szerint kétféle SPE-eljárást ismerünk: a célvegyületet elnyelő vagy a szennyeződést elnyelő eljárást. Ahogy az 1. ábrán is látható, a célvegyületet elnyelő módszernél az SPE-oszlop (vagy lemez) legfőbb feladata a kiindulási mintából elnyelni a mérni kívánt anyagot. A szennyeződést elnyelő elvet (2. ábra) leggyakrabban szerves kivonatok tisztítására használjuk. Ahogy a szerves kivonatot tartalmazó folyadék áthalad az SPE‑oszlopon, a szennyeződések elnyelődnek, a megcélzott anyag pedig teljes egészében áthalad az oszlopon.

 

NI Food 1-2

 

A MULTI-SPE A208-rendszer öt egységből épül fel:

  • Mintaegység – légnyomás segítségével továbbítja a mintát vagy az oldószert a mintatűcsoporthoz.

  • Oldószeres egység – nagy pontosságú mérőpumpával továb­bítja az oldószert az oldószeres tűcsoporthoz.

  • SPE-egység – az SPE-elúciós vagy betöltési folyamatnak megfelelő helyzetbe állítja az SPE-csövek tartóját.

  • Kifolyóegység – a kifolyóegységet a megfelelő helyzetbe mozgatja az SPE-folyamat effluens folyadékának begyűjtéséhez, amelyet osztályoz és eltávolít.

  • Begyűjtőegység – a begyűjtő csövek tartóját a megfelelő helyzetbe mozgatja az extrahálás után a célvegyület begyűjtéséhez.

A rendszer felépítésénél kettős folyadékutat alakítottunk ki, elkülönítve a minta és az oldószer útját. A mintaegységben elhelyezett anyag csak a neki megfelelő útvonalon haladhat, sosem léphet át az oldószeres útba. Ezzel elkerülhető a minta oldószeres szennyezése.
Amint a 3. ábrán látható, a MULTI-SPE A208 vezérlőrendszer lelke az NI cDAQ-9174 platform. Legfőbb feladata a vezérlő számítógép jeleinek fogadása, a szelepek és generátorok párhuzamos vezérlése, valamint különféle érzékelők jeleinek begyűjtése. A berendezés által szolgáltatott adatok alapján a vezérlő számítógép a pillanatnyi helyzetnek megfelelő parancsokat ad ki. A cDAQ-9174 keretben elhelyezett „C”-sorozatú modulok a következő feladatokat látják el:

  • Az NI 9263-jelű analóg kimeneti modul előállítja a nyomáskiegyenlítő szeleptől kapott, légnyomást szabályozó, 0…10 V közötti vezérlő feszültséget.

  • Az NI 9425 jelű digitális bemeneti modul vezérli a szabályozórendszer minden egyes szelepkapcsolóját, valamint összegyűjti a berendezésen elhelyezett érzékelők jeleit.

  • Az NI 9474 jelű digitális meghajtó kimeneti modul a négy időzítő számlálóval előállított impulzusjellel aszinkron módon vezérli a négy egyenfeszültségű generátort.

 

NI food 3

 3. ábra: A rendszer hardverelemei

 

Amint a 3. ábrán látható, a vezérlőszoftver először kiolvassa a számítógépen eltárolt extrahálási eljárásokat. Ezután parancsokat küld az NI CompactDAQ-rendszert vezérlő, függvényeket tartalmazó hardveregységnek. Az NI CompactDAQ-rendszer összegyűjti az érzékelők jeleit, a jelértékek alapján pedig megállapítja, hogy a mintacsatorna eltömődött-e. Ha igen, az eltömődött csatorna leállításával biztosítja a további fennakadásmentes extrahálást.

A cikk folytatását a Magyar Elektronika 2016. 1-2. számában ta­lálja az olvasó.

 

Szerző: Qiming Li, Xiaobo Chen, Dr. Xiaohua Chen – Missioncouver Technologies Ltd.

 

National Instruments Hungary Kft.
1117 Budapest
Neumann J. u. 1/E 2. em. (Infopark E ép.)
Tel.: +36 1 481 1400, fax: +36 1 203 3490
E-mail: ni.hungary@ni.com
hungary.ni.com

Szakmai tanácsadás: 06 80 204 704
Technikai kérdések: techsupport@ni.com

Még több National Instruments

 

Címkék: SPE | LabVIEW | compactDAQ