Устройство для определения степени кристаллизации объектов Советский патент 1983 года по МПК G01N1/42 G01N25/02 

(5) УСТРОЙСТВО для ОПРЕДЕЛЕНИЯ СТЕПЕНИ КРИСТАЛЛИЗАЦИИ ОБЪЕКТОВ

1 .

Изобретение относится к препаративной .технике и мохет быть использовано в биологии и медицине при подготовке объектов в криоультрамикротомии и других криогенных методах препаривания

Известно устройство определения степени.кристаллизации биологических объектов, содержащее калориметр, с помощью которого определяют кристаллизацию по количеству выделившейся скрытой теплоты ijНедостатком этого устройства является низкая точность, а также отсутствие возможности использования при охлаждении исследуемых объектов со скоростью, превышаюцей охлаждение свыше 100 град/с из-за тепловой инерционности калориметрово

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является устройство для определения степени кристаллизации объектов, включающих жидкую фазу, содержащее термочувствительный элемент с размещенной на нем пробой, усигитель термо-ЭДС, связанный с термочувствительным элементом и с одним из входов электроннолучевогй прибора с запоминанием, источник опорного напряжения, переключатель и формирователь линейно нарастающего напряжения, состоящий из нуль-органа с установленным на его выходе, ограничивающим резистором, усилителя обратной связи и интегратора, соединенного выходом с другим входом электроннолучевого прибора и входом усилителя ,j обратной связи f2.

Недостатком известного устройстве является значительная погрешность при высоких скоростях свыше 100 град/с охлаждения объектов, обусло«1ленная трудностью синхронизации начала развертки луча электроннолучевого прибора и начала погру : ения объекта в хладагент (термочувствительного элемента ), Для синхронизации контактиро вания объекта с хладагентом и запуск луча используют переключатель, распо ложенньм на термочувствительном элементе, что не позволяет смещать на экране термограмму. Целью изобретения является повышение точности., определения и улучшение условий труда. Указанная цель достигается тем, что формирователь линейно нарастающего напряжения снабжен коммутирующими диодами, положительные электрод которых через ограничивающий резисто связаны с выходом нуль-органа, соеди ненного одним входом с выходом усилителя термо-ЭДС, а другим - с источ ником опорного напряжения, а отрицательный электрод соответствующего коммутирующего диода подключен к выходу усилителя обратной связи и входу интегратора, при этом переключатель подключен к отрицательным элект родам коммутирующих диодовр На фиг. 1 представлена блок-схема устройства; на фиг. 2 - термограмма, соответствующая медленному охлаж дению объекта (в парах азота); на фиг. 3 то же, соответствующая свер быстрой криофиксации объекта (в жидком хладагенте). Устройство состоит из термочувствительного элемента 1, усилителя 2 термо-ЭДС, электроннолучевого прибора 3 и формирователя линейно нараста ющего напряжения, выполненного в виде нуль-органа k, усилителя 5 обратной связи, коммутирующих диодов 6 и 7, резисторов 8-11, интегратора 12, конденсатора 13 и пере(слючателя I. Устройство работает следующим образом. Криофиксируемый объект помещают на спай термочувствительного элемента 1 и медленно охлаждают в условиях, обе печивающих полную кристаллизацию (на пример, в парах азота). Изменение температуры объекта (термо-ЗДС) во времени регистрируют на экране электроннолучевого прибора 3 с памятью, прокалиброванной по термопаре. Полученная термограмма (фиг. 2) позволяет определить начальную температуру объекта (144), время охлажде ния (iT/f) до начала кристаллизации,те пературу кристаллизации (Тф), время кристаллизации (2.) и время охлажде 8894 ния твердой фазы (льда) (СГо ) до заданной температуры (Tj(). После оттаивания, и удаления объекта на спай термопары помещают новую пробу и криофиксируют в заданном режиме (например, путем погружения в жидкий хладагент). Для определения степени кристаллизации при сверхбыстром охлаждении пробы осуществляют вывод электронного луча в точку экрана, совпадающую с начальной (Тц) температурой объекта, фактически осуществляют наложение т,ермограмм„ Это достигается путем закорачивания коммутирующих диодов 6 и 7 переключателем Н. После этого термоэлемент 1 с новой пробой помещают в хладагент, и сигнал, усиленный усилителем 2 термо-ЭДС, поступает на вертикально отклоняющие пластины электронного прибЬра 3 И запоминаниеМо Одновременно этот же сигнал поступает на вход нуль-органа t, где он сравнивается с опорным напряжением источника иф„ При -этом величина опорного напряжения устанавливается такой, что при отсутствии сигнала термопары на входе нуль-органа А создается отрицательный потенциал, приложенный через ограничивающий ре-. зистор 8 к положительным электродам коммутирующих диодов 6 и 7о В результате диоды 6 и 7 закрываются и разрывают цепь между выходом усилителя 5 обратной связи и входом интегратора 12,- Последний переходит в в режим хранения памяти на заданном уровне сигнала, форг-мрование линейно нарастающего напряжения на го выходе прекращается и электронный луч на экране электроннолучевого прибора 3 останавливается. При появлении сигнала на выходе усилителя 2 термо-ЭДС и достижении его величины, равной и/м большей опорного напряжения U на выходе нуль-органа 4 устанавливается положительный потенциал, коммутирующие диОДы 6 и 7 открываются и связи между выходом усилителя 5 обратной связи и входом интегратора восстанавливаются. В результате происходит дальнейшее формирование линейно нарастающего напряжения с заданной скоростью, определяемой постоянной цепи интегрирования, состоящей из резистора 9 и конденсатора 13, и электронный луч продолжит перемещение по экрану электроннолучевого прибора 3. Получив совмещенные термограммы при медленном охлаждении (фиг. 2) и сверхбыстрой криофиксации (Оиг.З сравнивают время и температуры фазового перехода и определяют степень кристаллизации объектов по следующей зависимости , п - (Тц - Тф) „„о, П - /V lUU-b I Ф- rRQt - время кристаллизации (время фазового перехода) при свер быстрой криофиксации (0иг,3 to время кристаллизации ( время фазового перехода) при полной кристаллизации (фиг„27; . -T.jj- температура переохла хдения при сверхбыстрой криофикса ции; Т - температура фазового перехода при охлаждении в уело ВИЯХ, обеспечивающих полну кристаллизацию; , Т, - начальная температура объе та; Т - температура фазового перехода при сверхбыстрой криофиксации. Все входящие в формулу параметры определяются из полученных термограмм (фиго 2 и 3).Применение изобретения позволит количественно Определить степень кристаллизации при сверхбыстрой криофиксации, . Кроме того, наличие коммутирующих диодов, связанных с переключателем, позволяет повысить точность определения степени кристаллизации за счет оперативности расположения термограмм в званном месте экрана (совмещения их или расположения рядом при повторных экспериментах), что позволяет изучать динамику проце сов охлаждения и нагрева объектов nfw криофиксации, при криоконсервироваНИИ в медицине и биологии, при выборе крйопротекторов, хладагентов и 1 89 формула изобретения Устройство для определения степени кристаллизации объектов, включающих жидкую фазу, содержащее термочувствительный элемент с размещенной на нем пробой, усилитель термо-ЭДС, связанный с термочувствительным элементом и с одним из входов электроннолучевого прибора с запоминанием, источник опорного напряжения, переключатель И формирователь линейно нарастающего напряжения, состоящий из нуль-органа с установленным на его выходе ограничивающим резистором, усилителя обратной связи и интегратора, соединенного выходом с другим входом электроннолучевого прибора и с входом усилителя обратной связи, отличающееся тем, что, с целью пооышекмя точности определения и улучшения условий труда, формирователь линейно нарастающего напряжения снабжен крммутируюцими диодами, положительные электроды которых через ограничивающий резистор связаны с выходом нульоргана, соединенного одним входом с выходом.усилителя термо-ЭДС, а другим - с источником опорного напряжения, а отрицательньй электрод соответствующего коммутируюцего диода подключен к выходу усиштеля обратной связи и входу интегратора, при этом переключатель подключен к отрицательным электродам коммутирующих диодов. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Годовский ЮоК. Калориметрическое исследование физических процессов в полимерах. Автореф. дис. на соиск. учен, степени д-ра Оизико-математических наук, М., 1972, 2,А. Van Harreveld and Janett Тга batik. Progression of fussion during rapid freeging for electron microscope. - Journal of Microscopy. . Vol 115, pt, 3 April, 1973, pp. 2l 3-256,