Сепаратор з магнітною системою фарадея для розділення наночастинок за фракціями

Реферат: Сепаратор з магнітною системою Фарадея для розділення наночастинок за фракціями, до складу якого входить магнітна система Фарадея з полюсними наконечниками, торцеві площини яких нахилені під певним кутом один до одного. Намагніченість полюсів магнітної системи достатня для намагнічування наночастинок, які знаходяться в сепараційному каналі в потоці рідини, до насиченого стану, кут розкриття полюсних наконечників знаходиться в діапазоні 50°55°, відношення висоти полюсних наконечників до відстані між ними повинно бути 5-10, в робочому проміжку магнітної системи існує область з однорідним градієнтом напруженості магнітного поля, сепараційний канал розташований в області з однорідним градієнтом напруженості магнітного поля, на вході сепараційний канал розділений на два горизонтальні канали, що дозволяє подавати вихідний розчин, який містить наночастинки різних фракцій, у верхню частину каналу, а буферну рідину (розчинник) у нижню частину каналу, на виході сепараційний канал розділений на декілька горизонтальних каналів, що дозволяє відокремлювати потоки, які містять наночастинки різних фракцій, кількість цих каналів дорівнює кількості фракцій, на які потрібно розділити вихідний розчин. UA 88446 U (54) СЕПАРАТОР З МАГНІТНОЮ СИСТЕМОЮ ФАРАДЕЯ ДЛЯ РОЗДІЛЕННЯ НАНОЧАСТИНОК ЗА ФРАКЦІЯМИ UA 88446 U UA 88446 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Корисна модель належить до галузі електричних апаратів, а саме до магнітних сепараторів. Призначення корисної моделі - розділення фракцій магнітних наночастинок та видалення надлишків поверхнево-активної речовини. Може бути використана при виготовленні нанопрепарату на основі магнітних наночастинок для застосування у біомедицині. Однією з проблем, що заважає широкому застосуванню магнітних наночастинок, є їх велика розбіжність за розмірами. Магнітні наночастинки різного розміру значно розрізняються значенням магнітного моменту. Цей факт дозволяє здійснити розділення наночастинок за фракціями методами магнітної сепарації. Відомо сепаратор з магнітною системою Фарадея для відокремлення по щільності матеріалів в магнітній рідині - феррогідростатичний сепаратор ФГС-40 [Svoboda J. Magnetic Techniques for the Treatment of Materials// Kluwer Academic Publishers.-2004. C. 155-157]. Він призначений для розділення матеріалів (мінерали та дрібнозернисті суміші) по щільності в феромагнітній рідині. Сепаратор складається з електромагнітної системи з полюсними наконечниками, завантажувальної камери, ємкості з магнітною рідиною. Полюсні наконечники мають гіперболічний профіль для створення градієнту напруженості магнітного поля. Недоліки даного сепаратора: не здійснює розділення наночастинок по фракціях; магнітна система з гіперболічним профілем полюсів не створює області з однорідним градієнтом напруженості магнітного поля; конструкція сепараційного каналу не розділює потоки рідини. Суттєві ознаки, що збігаються із корисною моделлю, яка заявляється: градієнт напруженості магнітного поля утворений магнітною системою Фарадея; магнітна система впливає на рух магнітних наночастинок, які є складовою частиною феромагнітної рідини. Також відомі сепаратори Shlikh-1 та Shlikh-2 з магнітною системою Фарадея для відокремлення золота з гравітаційних концентратів [Svoboda J. Magnetic Techniques for the Treatment of Materials// Kluwer Academic Publishers. - 2004. - C. 158-159]. Сепаратор складається з магнітної системи на основі постійних магнітів, системи завантаження, магнітної рідини в робочому проміжку. Робочий проміжок утворений полюсними наконечниками, торцеві площини яких нахилені під певним кутом один до одного для створення градієнту напруженості магнітного поля. Недоліки даного сепаратора: не здійснює розділення наночастинок по фракціях; магнітна система не створює області з однорідним градієнтом напруженості магнітного поля; конструкція сепараційного каналу не розділяє потоки рідини. У результаті порівняльного аналізу рішення, що заявляється, і прототипу встановлено, що технічне рішення має спільні ознаки: - застосовується магнітна система Фарадея; - робочий проміжок розташований між полюсними наконечниками, торцеві площини яких нахилені під певним кутом один до одного. Дане технічне рішення вибране як прототип корисної моделі, що заявляється. В основу корисної моделі поставлена задача створити магнітний сепаратор для розділення фракцій наночастинок. Поставлена задача вирішується за рахунок того, що використовується магнітна система, намагніченість полюсів якої достатньо для намагнічування наночастинок до насиченого стану, які рухаються в потоці рідини в сепараційному каналі. Кут розкриття полюсних наконечників має чітко визначений діапазон значень - 50-55°, і відношення висоти полюсних наконечників до відстані між ними має чітко визначений діапазон значень - 5-10. Завдяки таким конструктивним параметрам полюсних наконечників в робочому проміжку існує область з однорідним градієнтом напруженості магнітного поля. Сепараційний канал розташований в області з однорідним градієнтом напруженості магнітного поля. На вході сепараційний канал розділений на два горизонтальні канали, що дозволяє подавати вихідний розчин, який містить наночастинки різних фракцій, у верхню частину каналу, а буферну рідину (розчинник) у нижню частину каналу. На виході сепараційний канал розділений на декілька горизонтальних каналів, що дозволяє відокремлювати потоки, які містять наночастинки різних фракцій. Кількість цих каналів дорівнює кількості фракцій, на які потрібно розділити вихідний розчин. Технічний результат: наночастинки різних фракцій в сепараційному каналі намагнічуються до насиченого стану і під впливом однорідного градієнту напруженості магнітного поля рухаються по різних траєкторіях, потрапляють в різні горизонтальні канали. Таким чином відбувається розділення фракцій наночастинок. Корисна модель пояснюється кресленнями, на яких зображено наступне: на Фіг. 1 - сепаратор з магнітною системою Фарадея для розділення наночастинок за фракціями; на якій прийнято позначення: S - південний полюс магнітної системи, N - північний 1 UA 88446 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 полюс магнітної системи, 1 - полюси магнітної системи (високо коерцитивні постійні магніти), 2 сепараційний канал, 3 - магнітопровід; на Фіг. 2 - сепараційний канал; на якій прийнято позначення: 4 - відокремлювачі потоку; на Фіг. 3 - поперечний перетин полюсів магнітної системи з позначенням конструктивних параметрів; на якій прийнято позначення: S - південний полюс магнітної системи, N - північний полюс магнітної системи,  - кут розкриття полюсних наконечників, h - висота полюсного наконечника, w - відстань між полюсними наконечниками; на Фіг. 4 - поперечний перетин полюсів магнітної системи та робочий проміжок з позначенням його конструктивних параметрів; на якій прийнято позначення: S - південний полюс магнітної системи, N - північний полюс магнітної системи, h - висота полюсного наконечника, w - відстань між полюсними наконечниками, 5 - область з однорідним градієнтом напруженості магнітного поля; на Фіг. 5 - розділення магнітних наночастинок в сепараційному каналі, на якій прийнято позначення: Fm - сила магнітного поля, Fv - гідродинамічна сила. Сепаратор з магнітною системою Фарадея для розділення наночастинок за фракціями (Фіг. 1) складається із двополюсної магнітної системи 1, 3 (Фіг. 1), в робочому проміжку якої розміщений сепараційний канал 2 (Фіг. 1). Сепараційний канал (Фіг. 2) в певних частинах має горизонтальні відокремлювачі потоку 4. Полюси магнітної системи мають чітко визначені конструктивні параметри (Фіг. 3). Сепараційний канал розташовується в чітко визначеній області робочого проміжку, яка характеризується однорідним градієнтом магнітного поля 5 (Фіг. 4). Робота пристрою здійснюється наступним чином. Завдяки чітко визначеним конструктивним і магнітним параметрам магнітної системи (висота та кут розкриття полюсів, відстань між ними, їх намагніченість) в робочому проміжку створюється область з однорідним градієнтом напруженості поля. Сепараційний канал розташований в області з однорідним градієнтом напруженості. Конструктивні параметри полюсів магнітної системи, при яких в робочому проміжку створюється магнітне поле з однорідним градієнтом напруженості: =50°…55°; h/w=5…10, де  - кут розкриття полюсних наконечників, град; h - висота полюсного наконечника, м; w відстань між полюсними наконечниками, м. При таких конструктивних параметрах область з однорідним градієнтом напруженості займає 3/5 висоти полюсних наконечників, та знаходиться на висоті h/5 від їх основи. Поле з однорідним градієнтом створює магнітну силу однакову за значенням та за напрямом, яка діє у всьому об'ємі сепараційного каналу. На вході сепараційний канал розділений на два горизонтальні канали, що дозволяє подавати буферну рідину (розчинник) одночасно з вихідним розчином. Вихідний розчин (наночастинки різних фракцій та порожні ліпідні оболонки розчинені в рідині - розчиннику) подається у верхню частину каналу сепарації, а в нижню частину подається буферна рідина (розчинник того ж типу, температури, щільності що і розчинник вихідного розчину) (Фіг. 5). Швидкість руху обох потоків повинна бути однакова. В полі магнітної системи наночастинки намагнічуються до насиченого стану, завдяки чому їх магнітний момент прямо пропорційний їх розміру. Під впливом магнітного поля з однорідним градієнтом (напрям сил поля перпендикулярний напряму потоку) наночастинки різних розмірів, які знаходяться в потоці рідини в сепараційному каналі, будуть рухатись по різних траєкторіях (Фіг. 5). На виході сепараційний канал розділений на кілька горизонтальних каналів, які розділяють потоки рідини, що містять наночастинки різних розмірів. Таким чином застосування сепаратора з магнітною системою Фарадея дозволяє здійснити розділення за фракціями наночастинок. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 50 55 60 Сепаратор з магнітною системою Фарадея для розділення наночастинок за фракціями, до складу якого входить магнітна система Фарадея з полюсними наконечниками, торцеві площини яких нахилені під певним кутом один до одного, який відрізняється тим, що намагніченість полюсів магнітної системи достатня для намагнічування наночастинок, які знаходяться в сепараційному каналі в потоці рідини, до насиченого стану, кут розкриття полюсних наконечників знаходиться в діапазоні 50-55°, відношення висоти полюсних наконечників до відстані між ними повинно бути 5-10, в робочому проміжку магнітної системи існує область з однорідним градієнтом напруженості магнітного поля, сепараційний канал розташований в області з однорідним градієнтом напруженості магнітного поля, на вході сепараційний канал розділений на два горизонтальні канали, що дозволяє подавати вихідний розчин, який містить наночастинки різних фракцій, у верхню частину каналу, а буферну рідину (розчинник) у нижню 2 UA 88446 U частину каналу, на виході сепараційний канал розділений на декілька горизонтальних каналів, що дозволяє відокремлювати потоки, які містять наночастинки різних фракцій, кількість цих каналів дорівнює кількості фракцій, на які потрібно розділити вихідний розчин. 3 UA 88446 U Комп’ютерна верстка В. Мацело Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4