Кондуктометрический датчик для анализа частиц по объемам Советский патент 1983 года по МПК G01N27/00 G01N15/00 

DO

эо

эо :п эо Изобретение относится к технике измерения размеров, точнее к датчикам, служащим для измерения объе мов микрочастиц в суспензиях, в том числе биологического происхождения. Известны кондуктометрические дат чики, работающие по принципу Коултера и служащие ля подсчета частиц в суспензиях или анализа частиц по объемам. Датчик представляет собой сосуд для исследуемой суспензии с диэлек трической перегородкой, выполненной обычно из стекла и снабх енной капиллярным отверстием цилиндрической формы, по обеим сторонам которо расположены электроды, подключенные к измерительному блоку Cl }. Недостатком известного датчика является низкая точность измерения, обусловленная неоднородностью элект рического поля в капилляре за счет влияния краевого эффекта. Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому является кондуктометрический датчик, содержащий сосу с непроводящими стенками для исследуемой суспензии, выполненный обычно из стекла, с диэлектрической перегородкой, снабженной капиллярным отверстием, включающим участок цилиндрической формы с расширением на входе в виде воронки, по обеим сторонам которой расположены электроды, подключенные к измерительному блоку, причем длина цилиндрического участка капилляра равна его диаметр длина воронки равна двум диаметрам, а диаметр входа в воронку равен пяти диаметрам С2-3. Воронка обеспечивает ламинарное течение в микроотверстии и нивелиру краевой эффект на входе, однако дли на цилиндрического участка, равная диаметру отверстия, недостаточна для формирования однородного поля микроотверстии, в результате напряженность поля на участке обладает значимой дисперсностью. При прохождении частицей отверстия по разным траекториям форма и амплитуда импульсов будет разная, что ведет к увеличению дисперсности и искажению спектров частиц по объемам. Наконец, в силу особенностей кон струкции датчика эффект острого кра остается на выходе отверстия. Цель изобретения - повышение точ ности измерения путем уменьшения не однородности электрического поля в капилляре. Поставленная цель достигается тем, что в кондуктометрическом датчике для анализа частиц по объемам, содержащем сосуд для исследуемой су пензии, имеющий диэлектрическую пер городку с капиллярным отверстием, включающим участок цилиндрической формы, по обеим сторонам которой расположены электроды, подключеннь1е к измерительному блоку, длина цилинд- . рического участка капилляра составляет от двух до трех его диаметров. а края капилляра снабжены фасками с радиусом закругления до половины его диаметра. На фиг. 1 изображена форма отверстия датчика; на фиг. 2 - кривые напряженности Е поля ( в относительных единицах ) в отверстии как функции расстояния от острого края 2 и от оси симметрии р отв.ерстия датчика (в диаметрах отверстия ). Датчик представляет собой капилляр 1 из рубина или сапфира с микроотверстием 2, скрепленный герметично с сосудом в виде пробирки, выполненным из стекла 3. Отверстие ка. пилляра цилиндрической формы диаметром d выбирается в диапазоне 30 500 мкм в зависимости от размеров измеряеких частиц, и длиной Ц (2-3)d. Вход и выход цилиндрического отверстия имеют округлые фаски 4 и 5 с радиусом закругления г не более 0,5 с1. Датчик работает аналогично другим датчикам, работающим по принципу Коултера. Через микроотверстие скрепленного с пробиркой датчика, помещенного в сосуд с электролитом, протягивается суспензия частиц. Электроды по разные стороны пробирки с датчиком задают постоянный ток через отверстие. Согласно принципу Коултера при попадании частиц в отверстие датчика в электрической цепи, в которую включены электроды, возникают импульсы напряжения, пропорциональные объему частиц. Импульсы усиливаются и после оцифровки по какому-либо алгоритму подаются на многоканальный анализатор. В результате накопления импульсов получают распределение частиц по объемам (спектр частиц по объемам ). Качество спектров зависит от структуры поля в микроотверстии, в частности от степени его однородности, которая в свою очередь зависит от его формы. Поскольку средняя по сечению канала напряженность поля обратно пропорциональна площади сечения 5д, а сигнал датчика при попадании частицы объемом Vц в зону чувствительности прямо пропорционален напряженности поля К д в точке нахождения чаСтицы .f. j .где f - фактов форлол л. А и ориентации частицы, то расширение канала на входе и выходе (фаски ) при водит к тому, что даже в случае прохождения частицей пристеночной области канала, максимум сигнала будет Достигаться в центре канала дат чика ( на цилиндрическом участке), а не на входе или выходе отверстия датчика. Далее, как показывают расчеты для длиннсэго цилиндрического канала без фасок однородное, с точностью до 1% по всему сечению отвер стия, поле устанавливается только на расстоянии 1,5 радиусов от края .отверстия и предлагая, что для оциф ровки сигнала необходим участок однородного, с точностью до 1%, поля длиной L.O Of5-1,5) (дисперсность по времени моментов оцифровки сигналов датчика может составить при ЭТОМСЛТ ЬР/УЗ, где Vg - скорость элект ролита в отверстии ), то полная длина канала датчика должна быть 1. {2-3 )о1. Радиус закругления фасок/ выполненных на входе и на выходе канала, может быть сколь угодно большим, однако при этом увеличивается при условии сохранения длины цилиндрического участка L., полн сопротивление датчика R, его эффективный объем з длина, где иэф 1-,дО а об - коррекция для эффективной длины, SQ площадь сечения цилиндрического участка, соответственно уменьшается чувствительность датчика оМ/ж Од - падение напряжения на сопро- тивлении отверстия датчика, увеличивается вероятность одновременного попадания двух частиц в зону чувствительности 2 идф,, увеличиваются тепловые шумы электролита , При выборе фаски радиусом меньшим половины диаметра сопротивление датчика Рд, эффективный объем Уэф и эффективная длина U эф будет меньше также, чем у датчика той же дли ны, но без фасок (Ы 0,83 , а дли на участка однородного поля должна .остаться прежней, поскольку разме-ры фасок не превышают размеров учас ка формирования однородного поля дл канала без ,фасок. Таким образом дос тигается формирование высокооднород ного поля длиной, достаточной для .оцифровки сигнала датчика по максиму, тем самым уничтожается погрешность прибора, связанная с неоднородностью поля в канале датчика, вы раженная в увеличении дисперсии распределения частиц по объемам. Структура поля вне канала датчик не играет значения при способе где оцифровки сигнала по максимуму, т.;,, на центральном участке . канаЛа. Здесь важно только, чтобы при прохождении частиц по траекториям вблизи стенки канала величина сигнала па вхоДе и на выходе не превышала уровня сигнала на центральном участке. Фаски, расширяя сечение на входе и на выходе канала, уменьшают напряженность поля, а, следовательно, и величину сигнала на входе/выходе отверстия, так что сигнал достигает максимума на центральном участке -канала. Величина области чувствительности вне канала датчика BMejCTe с внутренним участком определяёт эффективный объем датчика УЭ и эффективную его длину Lэ4 Как показано выше эти параметры имеют меньшие значения для датчика о фасками до половины, диа- метра, чем с фаской в виде воронки при условии одинаковой длины цилиндрического участка, вследствие чего вероятность совпадений в первом случае будет ниже. Увеличение длины цилиндрического участку до 2-3 диаметров, приводит к увеличению вероятности совпадений, но при необходимости этого можно избежать, уменьшая концентрацию частиц анализируемой суспензии. В качестве базовогообъекта можно выбрать гематологический комплекс КГ-2. Среди параметров крови, которые измеряют с его помощью есть концентрация и средний объем эритроцитов. Поскольку комплекс не предназначен для анализа эритроцитов по объемам IB принципе однако, используя многоканальный амплитудный анализатор, это можно сделать )датчики, которыми он снабжен, имеют.отверстия короэкой длины и с острыми .краями, не позволяющие получать качественные спектры частиц по объемам. Применение датчиков предлагаемой конструкции позволяет убрать искажения спектров частиц по объемам вследствие неоднородности поля в отверстии и избежать необходимости разработок более прецизионной аппаратуры для анализа частиц по объемг(м. Использование такого датчика в лабораторных условиях позволило п6лучить спектры по объемам частиц монодисперсной суспензии с коэффициентом вариации.. 1,1%.

Фиг.г

КОНДУКТОМЕТРНЧЕСКИЙ ДАТЧИК ДЛЯ АНАЛИЗА ЧАСТИЦ ПО ОБЬЕМАМ, содержащий сосуд с непроводящими стенками для исследуемой суспензии, имеющий диэлектрическую перегородку с капиллярш м отверстием, включающим участок цилиндрической формы, по обеим сторонам которой расположены длектроды, подключенные к измерительному блоку, отличающий с я тем, что, с целью повышения точности измерения путем уменьшения неоднородности электрического поля в капилляре, длина цилиндрического участка капилляра составляет от двух до трех его диаметров, а края капилляра снабжены фасками с радиу;сом закругления до половины диаметра капилляра.