Устройство для определения степени кристаллизации объектов

 

О0 ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (и)1002889

Соте э Советскик

Социаттистическик

Республик (6! ) Дополнительное к авт. свид-ву (5! )М. Кл. (22)Заявлено 02.10.81 (21) 3348557/23-2б с присоединением заявки М

G 0l N !/28

Гасударственный кеактет

CCCP (23) т)риоритетОпубликовано 07.03.83. Бюллетень М 9 ва демам кзевретеккй и аткрытий (53) УДК 543.05 (088. 8) Дата опубликования описания 09.03.83

Н.И. Короткоручко, ll.È. Чемерис, В.М. Я

P.Ã. Маслов, Д.Г. Зотов и Е.М. Белавце (72),Авторы изобретения (7I ) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СТЕПЕНИ

КРИСТАЛЛИЗАЦИИ ОБЪЕКТОВ

Изобретение относится к препаративной .технике и может 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 11).

Недостатком этого устройства является низкая точность, а также отсутствие воэможности использования при охлаждении исследуемых объектов со скоростью, превышаюцей охлаждение свыше 100 град/с из-за тепловой инерционности калориметров. .20

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, 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 входом усилителя обратной связи (2).

Недостатком известного устройства является значительная погрешность при высоких скоростях свыше 100 град/с охлаждения объектов, обусловленная трудностью синхронизации начала развертки луча электроннолучевого прибора и начала погрукения объекта в хладагент (термочувствительного эле3 100 мента )„ Для синхронизации контактирования объекта с хладагентом и запуска луча используют переключатель, расположенный на термочувствительном элементе, что ие позволяет смещать на экране термограмму.

Целью изобретения является повышение точности, определения и улучше", ние условий . труда.

Указанная цель достигается тем, >в что форми ро ватель линейно нарастающего напряжения снабжен коммутирую" щими диодами, положительные электроды которых через ограничивающий резистор связаны с выходом нуль-органа, .соеди- и ненного одним входом с выходом усилителя термо-ЗДС, а другим - с источником опорного напряжения, а отрицательный электрод соответствующего коммутирующего диода подключен к вы- 2в ходу усилителя обратной связи и входу интегратора, при этом переключатель подключен к отрицательным электродам коммутирующих диодов.

На фиг. I представлена блок-схема у устройства; на фиг. 2 - термограмма, соответствующая медленному охлаждению объекта (в парах азота); на фиг. 3 — то же, соответствующая сверхбыстрой криофиксации объекта (в жидком хладагенте).

Устройство состоит из термочувствительного элемента 1, усилителя 2 термо-ЭДС, электроннолучевого прибора 3 и формирователя линейно нарастающего напряжения, выполненного в виде нуль-органа 4, усилителя 5 обратной связи, коммутирующих диодов 6 и

7, резисторов 8- 11, интегратора l2, конденсатора 13 и переключателя 14.

Устройство работает следующим образом.

Криофиксируемый объект помещают на спай термочувствительного элемента 1 и медленно охлаждают в условиях, обеспечивающих полную кристаллизацию (например, 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 (Т ), время охлажде- >> ния 7 ) до начала кристаллизации,температуру кристаллизации (Тф), время кристаллизации (Гд.) и время охлажде2889 4 ния твердой фазы (льда) () до заданной температуры (Т ).

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 (Тн) температурой объекта. фактически осуществляют наложение термограмм. Зто достигается путем закорачивания коммутирующих диодов 6 и 7 переключателем 14. После этого термоэлемент 1 с новой пробой помещают в хладагент, и сигнал, усиленный усилителем 2 термо-ЭДС, поступает на вертикально отклоняющие плаcòèíû электронного прибора 3 с запоминанием. Одновременно этот же сигнал поступает на вход нуль-органа 4, где он сравнивается с опорным напряжением источника 0Ф. При этом величина опорного напряжения устанавливается такой, что при отсутствии сигнала термопары на входе нуль-органа 4 создается отрицательный потенциал, приложенный через ограничивающий ре-. зистор 8 к положительным электродам коммутирующих диодов 6 и 7.

B 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, формирование 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 иги 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. 8 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 чо экрану электроннолучевого прибора 3.

1002889

Получив совмещенные термограммы при медленном охлаждении (фиг. 2 и сверхбыстрой криофи ксации (фи г. 3 1 сравнивают время и температуры фазового перехода и определяют степень S кристаллизации объектов по следующей зависимости () т

n = 1001 т н e++ где - время кристаллизации (время д. фазового перехода) при свеев .-С. быстрой криофи кса ци и (фи г. 3у, время кристаллизации (время фазового перехода) при полной кристаллизации (фиг.2); f

Н ф при сверхбыстрой криофиксации;

Т. - температура фазового переФ хода при охлаждении в усло- 20 виях, обеспечи вающих полную .кристаллизацию;

Т - начальная температура объекИ та; !

Т - температура фазового пеФ рехода при сверхбыстрой криофиксации.

Все входящие. в формулу параметры определяются из полученных термограмм (фиг. 2 и 3).

Применение изобретения позволит количественно определить степень кристаллизации при сверхбыстрой криофиксации.

Кроме того, наличие коммутирующих диодов, связанных с. переключателем, позволяет повысить точность on"" ределения степени кристаллизации за счет оперативности расположения термограмм в заданном месте экрана (совмещения их или расположения рядом при повторных экспериментах), что позволяет изучать динамику процессов охлаждения и нагрева объектов при криофиксации, при криоконсервировании в медицине и биологии, при выборе криопротекторов, хладагентов и

Т од в

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, о т л и ч а ю щ ее с я тем, что, с целью повышения точности определения и улучшения .условий труда, формирователь линейно нарастающего напряжения снабжен коммутирующими диодами, положительные электроды которых через ограничивающий резистор связаны с выходом нульФ органа, соединенного одним входом с выходом. усилителя термо-ЗДС, а дру" гим - с источником опорного напряжения, а отрицательный электрод соо1ветствующего коммутирующего диода подключен к выходу усилителя обратной связи и входу интегратора, при этомпереключатель подключен к отрицатель" ным электродам коммутирующих диодов.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Годовский Ю.К. Калориметрическое исследование физических процессов в полимерах. Автореф. дис . на соиск. учен. степени д-ра физико-математических наук. И., 1972.

2 . А. Van Harreveld апд Janett Тга"

batik. Progression of fussion during

rapid freeging for electron micro"

scope. - Journal of Hicroscopy.

Vol 1l5, pt. 3 April, 1979, рр 2"3-256.

ысг88Э . б б б

Фиг.

ВНИИПИ Заказ 1536/23 Тираж 871 Подписное филиал IlRll "Патент", г, Ужгород, ул. Проектная, 4