Dozownik wielozaworowy ze zintegrowanym detektorem

IV.2008
Mikrosystemy Analityczne
Strona 1 z 3
DOZOWANIE MIKRO- I NANOOBJĘTOŚCI GAZÓW I CIECZY
Ćwiczenie nr 4
Dozownik wielozaworowy ze zintegrowanym detektorem konduktometrycznym Cel ćwiczenia: Ćwiczenie ma na celu zaznajomienie się z zagadnieniem dozowania małych objętości cieczy
w mikrosystemach analitycznych na przykładzie wielozaworowego, mikrofluidycznego chipu
krzemowo-szklanego ze zintegrowanym detektorem konduktometrycznym. Urządzenie
zawiera sterowane pneumatycznie mikrozawory, których membrana wykonana jest z folii
kaptonowej. W ramach ćwiczenia badane będą charakterystyki odpowiedzi czasowej
zintegrowanego detektora konduktometrycznego na przepływ różnych porcji roztworu
jonowego, którego objętości regulowane będą za pomocą mikrozaworów.
Opis stanowiska: Program sterujący pracą dozownika (mikrozaworów) napisany jest w języku LabView
(plik: Dozownik wielozaworowy.vi) uruchamiany jest przyciskiem Run, a zatrzymywany
przyciskiem Stop (obydwa w górnym pasku). W programie można ustawić wiele
parametrów: czas dozowania, odstęp między dozowaniami i liczbę dozowań. Akwizycja
danych pomiarowych odbywa się za pomocą programu ScopeView, który w czasie
rzeczywistym zapisuje wartości napięcia z multimetru. W celu uruchomienia bądź
zatrzymania (pauzowania) akwizycji należy użyć odpowiednio przycisków: Run oraz Stop.
Program zapisuje dane do jednego pliku (nadpisuje). Linia bazowa sygnału przy przepływie
wody dejonizowanej powinna zawierać się w zakresie od 0,6 V do 0,7 V.
Przebieg ćwiczenia: 1. Zaznajomienie się z układem pomiarowym oraz układem przetwarzania danych.
2. Ustawienie parametrów programu sterującego (LabView):
a. Uruchomienie programu: Run
b. Maksymalna objętość pętli dozującej to 0,5 µl, dozowaną objętość można
zmieniać przez dobór czasu dozowania – czas dozowania i odstęp należy
dobrać, przykładowe wartości to: czas dozowania 20 s i odstęp czasowy 40 s
3. Obsługa programu zbierającego dane pomiarowe (ScopeView):
a. Uruchomienie programu: Power
b. Wybrać funkcję: Scope – pojawi się okno Scope View Control Panel
c. Wcisnąć: Record, a następnie wybrać katalog swojej grupy i wpisać nazwę
pliku i potwierdzić: OK
Uwaga: wszystkie wyniki pomiarowe będą zapisywane do jednego pliku
d. Upewnić się, że jest zaznaczona opcja Auto Scale On, a następnie wybrać
funkcję: Scope – pojawi się okno ScopeView Output
e. Wcisnąć Run i zaobserwować w jakim zakresie zmienia się sygnał
konduktometru i na tej podstawie dopasować wartości: offsetu oraz ilości
jednostek na działkę (units/div) w oknie Scope View Control Panel, tak aby
przebieg zajmował maksymalny obszar okna ScopeView Output
Pracownia Mikroinżynierii i Mikromechaniki
Wydział Elektroniki Mikrosystemów i Fotoniki
Politechnika Wrocławska
IV.2008
Mikrosystemy Analityczne
Strona 2 z 3
4. Parametry pracy czujnika konduktometrycznego (usarwione na generatorze):
a. Częstotliwość: f = 4 kHz
b. Amplituda sygnału sinusoidalnego: 3 V
5. Rozpoczęcie sesji pomiarowej:
a. Ustawić przepływ cieczy w pompach strzykawkowych w zakresie: 2 – 4 ml/h
b. Ustawić ciśnienie sterujące pracą mikrozaworów: 3 – 3,5 bar
c. Włączyć rejestrację danych w programie ScopeView
d. Włączyć sterowanie mikrozaworami w programie LabView
e. Przeprowadzić pomiar (patrz pkt. 6)
f. Zatrzymać program LabView
g. Zatrzymać rejestrację danych w programie ScopeView
h. Zmienić parametry pomiaru i wrócić do pkt. 5.c
Rys. 1. Ustawienie zaworów dla przepływu analitu oraz cieczy nośnej w osobnych kanałach
Rys. 2. Ustawienie zaworów dla dozowania porcji analitu
Pracownia Mikroinżynierii i Mikromechaniki
Wydział Elektroniki Mikrosystemów i Fotoniki
Politechnika Wrocławska
IV.2008
Mikrosystemy Analityczne
Strona 3 z 3
6. Przeprowadzenie pomiarów:
1) Wyznaczyć
charakterystyki
odpowiedzi
czasowej
zintegrowanego
mikrodetektora konduktometrycznego na wstrzyk roztworu jonowego (NaCl)
dla zmiennej objętości dozy (dobór czasu dozowania)
2) Określić parametry dozowania roztworu NaCl w trybie:
a. zmiennej objętości dozy regulowanej czasem dozowania dla 5 – 6
różnych czasów dozowania (dobrać eksperymentalnie co 2 s – 5 s)
b. stałej objętości dozy (dozowanie z pętli dozującej pełnej objętości dla
dostatecznie długiego czasu dozowania)
3) Dla pomiarów 2.a. i 2.b. określić minimalną i maksymalną dozę oraz
powtarzalność dozowania.
7. Opracowanie wyników, przygotowanie sprawozdania.
Uwagi: 1. Przed zajęciami proszę zapoznać się z konstrukcją mikrosystemu dozującego oraz
budową i zasadą działania zintegrowanego detektora konduktometrycznego.
2. Pole powierzchni po pikiem związanym z dozowaniem pełnej objętości pętli dozującej
to 100% i 0,5 µl. Obliczając pole powierzchni pod pikami związanym z dozowaniem
”czasowym” można obliczyć objętość dozowanej próbki np. 70% pola powierzchni
w odniesieniu do 100% to 0,7*0,5 µl.
Literatura: 1. T. Olszewski, R. Walczak, S. Bargiel, Mikrosystem do dozowania małych objętości
cieczy z wbudowanym detektorem konduktometrycznym, VIII Konferencja Naukowa
Czujniki Optolektroniczne i Elektroniczne, 27-30 czerwca 2004, Wrocław, 232-236
2. Jan A. Dziuban, Technologia i zastosowanie mikromechanicznych struktur
krzemowych i krzemowo-szklanych w technice mikrosystemów, Oficyna Wydawnicza
Politechniki Wrocławskiej, Wrocław, 2004
3. Czasopisma poświęcone mikrosystemom, mikroczujnikom oraz mikrofluidyce,
np. Sensors and Actuators, Journal of Micromechanics and Microengineering
Pracownia Mikroinżynierii i Mikromechaniki
Wydział Elektroniki Mikrosystemów i Fotoniki
Politechnika Wrocławska