Способ измерения размеров анизотропных по форме суспендированных частиц



Способ измерения размеров анизотропных по форме суспендированных частиц
Способ измерения размеров анизотропных по форме суспендированных частиц
Способ измерения размеров анизотропных по форме суспендированных частиц
Способ измерения размеров анизотропных по форме суспендированных частиц
Способ измерения размеров анизотропных по форме суспендированных частиц
Способ измерения размеров анизотропных по форме суспендированных частиц
Способ измерения размеров анизотропных по форме суспендированных частиц
Способ измерения размеров анизотропных по форме суспендированных частиц

 


Владельцы патента RU 2443998:

Бунин Вадим Викторович (RU)

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в микробиологии, биотехнологии, медицине и т.д. Способ измерения размеров и концентрации анизотропных по форме суспендированных частиц, помещенных в зазор между коаксиально и соосно расположенными внутренней и внешней цилиндрическими поверхностями, имеющими разность в угловой скорости вращения, основан на ориентации продольной оси частиц по касательной к концентрической окружности своего движения и последующего оптического измерения процесса дезориентации (релаксации) частиц в хаотическое состояние при уравнивании угловых скоростей этих внутренней и внешней поверхностей. Детектирующий релаксацию частиц луч света направляют либо перпендикулярно к коаксиальным внутренней и внешней прозрачным поверхностям, либо в зазор вдоль этих поверхностей параллельно оси вращения, либо по интегральной спиральной траектории при многократном отражении от этих поверхностей. Определение концентрации частиц производят по разности интенсивности световых потоков для суспензии ориентированных и дезориентированных частиц. Изобретение позволяет упростить измерения и повысить их точность. 10 ил.

 

Изобретение относится к области измерительной техники, и более конкретно к измерению размеров и концентрации анизотропных по форме суспендированных частиц.

Изобретение может быть использовано в микробиологии, биотехнологии, медицине, в области нанотехнологий, при производстве композитов с микрочастицами и т.д.

В микробиологии, биотехнологии, медицине, области нанотехнологий, при производстве композитов и в других областях стоит задача определения размеров и концентрации анизотропных по форме частиц. Аппаратная реализация существующих методов отличается дороговизной, громоздкостью, сложностью обслуживания и не может быть применена для массового использования, особенно если речь идет о полевых измерениях.

Проблему определения размеров и концентрации анизотропных по форме частиц, суспендированных в любую прозрачную жидкость, позволяет решить измерение светорассеяния при их ориентации.

Известен способ для анализа распределения размера частиц (патент США №7619734), который позволяет измерять размер частиц или диапазон размеров частиц в коллоидном растворе. Способ заключается в том, что проходящий через раствор частиц пучок света с изменяемой длиной волны позволяет определить спектр ослабления светового потока на предопределенном диапазоне длин волн. Таким образом, определяют так называемый вектор измерений, имеющий характерные параметры для конкретного размера частиц. Существует справочная матрица из предопределенных векторов измерений для конкретных размеров частиц или диапазонов размеров частиц. При расчете размеров в справочной матрице многократно меняется вектор, определяющий наибольший размер частицы в распределении частиц и концентрации до того момента, когда уровень ошибки между справочной матрицей и измеренным сигналом не будет меньше допустимого уровня.

Недостатками этого способа являются необходимость измерения предопределенных векторов для строго определенного класса частиц, ошибка измерения этих векторов и существенная погрешность алгоритма обратной задачи обнаружения веса этих векторов в экспериментальном спектрометрическом сигнале для неизвестного распределения размеров частиц.

Известен способ определения концентрации суспендированных клеток эллипсоидальных и палочкообразных форм (патент РФ SU 1689807, G01N 21/47, опубл. 07.11.1991), в котором для определения размеров клеток с целью последующего расчета концентрации клеток используют их ориентацию в электрическом поле и анализ релаксационной кривой их дезориентации после выключения электрического поля. Для определения размеров используют прямую аналитическую связь коэффициента вращательной диффузии клеток и параметров релаксационной кривой, а также связь коэффициента вращательной диффузии с их размером.

Недостатком этого способа является выполнение измерений размеров частиц в деионизованной жидкости и наличие процедуры предварительной подготовки суспензии к измерениям.

Известен способ анализа распределения размера частиц (патент США №7626698), который основан на создании переменного линейного поля в ячейке с образцом напряжением, приложенным к двум электродам. В исследуемом образце, находящемся в ячейке, создается дифракционная решетка плотностным распределением групп частиц. Через образец пропускают пучок света, и дифракционная решетка дает определенную аттенюацию этого пучка света. Исходя из анализа степени этой аттенюации, вычисляют размер частиц групп. Недостатком способа является сложная процедура калибровки и погрешность вычислительного алгоритма перехода от формы экспериментального дифракционного сигнала к расчету распределения размеров.

Основной задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является упрощение способа и повышение точности измерения размеров и концентрации анизотропных по форме суспендированных частиц.

При реализации предлагаемого способа анизотропными по форме частицами считают несферические частицы, а аксиальное отношение - степень этой несферичности, отношение максимального габаритного размера частицы к минимальному. Предлагаемый способ измерения частиц эффективен при аксиальном отношении более 1,1.

Поставленная задача решается тем, что предложен способ измерения размеров и концентрации анизотропных по форме частиц, суспендированных в любую прозрачную среду, заключающийся в том, что суспензию указанных частиц помещают в зазор между коаксиально и соосно расположенными цилиндрическими внутренней и внешней прозрачными или зеркальными поверхностями с заданным соотношением диаметров, которые имеют разность в угловой скорости вращения, пропускают через суспензию частиц луч света и измеряют сначала степень рассеяния луча света указанной суспензией частиц при ориентации продольной оси частиц по касательной к концентрическим окружностям движения частиц в зазоре между указанными поверхностями, а затем измеряют степень рассеяния луча света во время релаксации частиц после быстрого уравнивания угловых скоростей указанных поверхностей, причем детектирующий релаксацию частиц луч света направляют либо перпендикулярно к внутренней и внешней прозрачным поверхностям, либо в зазор вдоль этих поверхностей параллельно оси их вращения, либо по интегральной спиральной траектории, возникающей при заданном соотношении диаметров поверхностей, которое обеспечивает многократное отражение луча света под углом менее угла Брюстера, а определение концентрации частиц производят по величине разности интенсивностей рассеянного указанной суспензией частиц луча света соответственно для взаимно вращающихся и взаимно неподвижных поверхностей, причем при выборе оптимального режима определения размера частиц руководствуются вязкостью суспендирующей жидкости, влияющей на временной масштаб регистрируемой релаксационной кривой.

Сущность изобретения поясняют графическими материалами.

На Фиг.1 приведена схема возможного расположения источников света и фотоприемников, где A1-B1, A2-B2, A3-B3 - соответственно источник света (A) и фотоприемник (B) для случаев ортогонального прохождения пучка через образец, вдоль поверхностей и по спиралевидной траектории.

На Фиг.2 изображены частицы в ориентированном состоянии.

На Фиг.3 изображены частицы в конце процесса дезориентации (релаксации).

На Фиг.4 изображен лучший вариант осуществления изобретения.

Зазор, в который помещают суспензию исследуемых частиц, сформирован коаксиально и соосно расположенными внутренней и внешней цилиндрическими поверхностями Фиг.4 позиции 4 и 5, имеющими угловые скорости ωвнутр и ωвнеш соответственно.

Движение жидкости, в зазоре между этими поверхностями, подчинено закону Пуазеля и зависит от разности в угловой скорости вращения поверхностей. Жидкость в непосредственной близости от внутренней поверхности имеет угловую скорость ωвнутр, жидкость в непосредственной близости от внешней поверхности имеет угловую скорость ωвнеш.

Проводим измерение в случае, когда внешняя поверхность неподвижна (т.е. ωвнеш=0), а внутренняя вращается со скоростью ωвнутр>0. Другие отношения угловых скоростей аналогичны данному, и выводы для данного случая обобщены для остальных случаев. Экспериментально установлено, что продольные оси анизотропных по форме частиц (по максимальному габаритному размеру частицы) ориентируются в суспензии путем создания совокупности сил, способствующих ориентации данных частиц продольной осью по касательной к концентрическим окружностям своего движения в зазоре между коаксиально и соосно расположенными внутренней и внешней поверхностями. Размеры частиц гораздо меньше размеров зазора между коаксиально и соосно расположенными внутренней и внешней поверхностями, в которые помещается суспензия этих частиц. При имеющейся разности в угловых скоростях вращения данных поверхностей и, как частный случай, неподвижности внешней поверхности и вращающейся внутренней, течение суспензии подобно куэттовскому [Трусделл К.А. Первоначальный курс рациональной механики сплошных сред. М., Мир, 1975, стр.224]. Частицы ориентируются преобладающим образом продольной осью по касательной к концентрическим окружностям своего движения в зазоре между коаксиально и соосно расположенными внутренней и внешней поверхностями в течение времени, определяемого размером частиц, вязкостью суспензии и параметрами вращения поверхностей. Ориентированное положение частиц в куэттовском потоке включает в себя кратковременную фазу быстрого их переворота относительно центра масс, что статистически снижает степень их ориентации.

Время воздействия ориентирующих сил можно выбирать следующим образом:

- расчетным способом;

- отслеживанием оптического сигнала рассеяния суспензии, когда скорость изменения его уровня замедлится до заданного значения;

- частичной ориентацией (не дожидаясь уравновешивания сил, способствующих ориентации частиц).

После ориентации анизотропных по форме частиц снимают ориентирующее воздействие на эти частицы путем остановки или уравнивания угловых скоростей коаксиально и соосно расположенных внутренней и внешней цилиндрических поверхностей Фиг.4 позиции 4 и 5, запуская, таким образом, процесс дезориентации частиц.

В процессе ориентации и дезориентации частиц проводят процедуру измерения и регистрации оптических свойств частиц. В зависимости от ориентации продольной оси анизотропных по форме частиц в суспензии оптические свойства этой суспензии меняются за счет изменения ее параметров светорассеяния. Направленный световой луч испускается источником света в зазор между коаксиально и соосно расположенными внутренней и внешней поверхностями. Световой пучок направляют одним из следующих вариантов:

- перпендикулярно к коаксиальным внутренней и внешней прозрачным поверхностям;

- в зазор вдоль этих поверхностей параллельно оси вращения;

- по интегральной спиральной траектории, возникающей при подборе соотношения диаметров зеркальных или прозрачных цилиндрических поверхностей, которое обеспечивает многократное отражение от этих зеркальных поверхностей, или от прозрачных поверхностей под углом менее угла Брюстера.

Измеренный оптический сигнал оцифровывают и регистрируют с фиксацией частоты дискретизации, а также синхронизируют с процессом ориентации и дезориентации частиц.

Процедура анализа полученных данных представлена следующим алгоритмом вычислений.

На входе алгоритма имеют: частоту дискретизации оцифровывания оптического сигнала, зависимость уровня оптического сигнала от времени: до ориентации частиц, в процессе ориентации частиц, во время перехода частиц из ориентированного в дезориентированное состояние. Для расчета размера используют соотношения, связывающие форму релаксационного сигнала S(t) с коэффициентом вращательной диффузии (D) и соответственно D с продольным размером частиц а и поперечным размером b в предположении известного отношения продольного размера частиц относительно поперечного [De la Torre, G.; Bloomfield, V.A. Hydrodynamic properties of complex, rigid biological macromolecules; theory and application. Quarterly Reviews of Biophys. 1981, 14(1), 31-139]:

D(a,b)=1/(6∫Sнорм(t)dt)

Sнорм(t)=Sабс(t)/max[S(t)];

D(a,b)=K·ln(2a/b-0.5)/(η·а3)

K=kT/π - константа,

η - кинематическая вязкость среды.

Для расчета концентрации частиц используют абсолютную величину фотометрического сигнала при ориентации частиц, относительно сигнала для хаотического состояния частиц. Крупным частицам характерны длительные переходные процессы, т.е. релаксационная кривая пологая. Чем размер частиц меньше, тем переходные процессы быстрее и тем более крутой выглядит релаксационная кривая.

Процесс измерения состоит в следующем.

Вначале исследуемые частицы ориентированы хаотически, т.к. отсутствуют силы, способствующие их ориентации. При ориентации продольной оси анизотропных по форме частиц в суспензии в течение определенного времени они переходят в стационарное ориентированное состояние. Степень ориентированности частиц отслеживают измерением оптических свойств суспензии этих частиц. Далее ориентирующее воздействие снимают и анизотропные по форме частицы переходят в суспензии в дезориентированное состояние в течение определенного времени. В течение всего процесса работы с суспензией исследуемых частиц регистрируют оптический сигнал, отражающий оптические свойства данной суспензии. Отслеживают динамику изменения рассеяния света суспендированными частицами. По полученным данным рассчитывают размер и концентрацию частиц.

Предлагаемый способ измерения размеров и концентрации анизотропных по форме суспендированных частиц основан на ориентации этих частиц продольной осью по касательной к концентрическим окружностям своего движения в зазоре между коаксиально и соосно расположенными внутренней и внешней поверхностями, имеющими разность в угловой скорости вращения, с последующим оптическим измерением параметров процесса релаксации после быстрого уравнивания угловых скоростей поверхностей.

Ориентация частиц основана на использовании системы, состоящей из полого или цельного цилиндра, способного вращаться вокруг своей оси и коаксиально и соосно расположенной трубки, имеющей круглое сечение внутренней поверхности с диаметром больше диаметра цилиндра. Материал цилиндра, в зависимости от того, каким образом будет направлен световой луч, может быть либо прозрачным (стекло, оргстекло и т.д.), либо непрозрачным, но со светоотражающими (зеркальными) свойствами (полированный металл, пластик, металлонапыленное стекло и т.д.).

На нижнюю часть трубки устанавливают заглушку, в которой установлен вводной/выводной патрубок. Верхние торцы цилиндра и трубки снабжены герметичным уплотнением произвольного вида, которое исключает возможность выплескивания суспензии из полости между внешней поверхностью цилиндра и внутренней поверхностью трубки. Полноту заполнения полости контролируют: либо датчиком; либо по времени работы подающего насоса, производительность которого известна; либо при установлении перетекания при заполнении самотеком.

Ввод и вывод направленного светового луча организуют одним из следующих образов:

- луч света направляют перпендикулярно к коаксиальным внутренней и внешней прозрачным поверхностям;

- луч света направляют в зазор вдоль этих поверхностей параллельно оси вращения, при этом обеспечивают наличие светопрозрачных окон в торцевых уплотнениях цилиндра и трубки;

- луч света направляют таким образом, что он движется по интегральной спиральной траектории, возникающей при подборе соотношения диаметров поверхностей, которое обеспечивает многократное отражение от них.

Суспензию заливают в емкость, образованную зазором между внешней поверхностью цилиндра, внутренней поверхностью трубки и торцевым герметичным уплотнением, через вводной/выводной патрубок в нижней части трубки 5 Фиг.4 посредством насоса или самотеком. При промывке емкости моющая жидкость может вводиться и выводиться через этот же патрубок.

Направленный световой сигнал формируется источником света, который может быть как постоянным, так и импульсным.

Контроль рассеяния света суспензией ведется во время раскручивания, остановки цилиндра и релаксации частиц. Время полной или частичной ориентации частиц продольной осью по касательной к концентрическим окружностям своего движения выбирают из условия достижения стационарного оптического сигнала от ориентированных частиц. Уравнивание угловых скоростей поверхностей цилиндра и трубки производят как можно быстрее при сохранении ламинарности заторможенных частей жидкости в зазоре. Измерение релаксационной кривой производят до времени достижения стационарного значения сигнала.

При низких концентрациях клеток процесс может быть повторен многократно. Накопление данных синхронизируется с началом релаксации частиц.

Параметры суспензии частиц вычисляют после приема и оцифровки светового сигнала, прошедшего через суспензию.

После завершения измерения суспензию сливают через вводной/выводной патрубок. Полноту слива суспензии из полости контролируют: либо датчиком; либо по времени работы выкачивающего насоса, производительность которого известна; либо по времени вытекания при опустошении самотеком.

Далее следует промывка полости, образованной зазором между коаксиально и соосно расположенными внутренней и внешней поверхностями, которую организуют аналогично работе с суспензией, только без контроля светорассеяния. В случае необходимости промывку повторяют несколько раз.

Лучший вариант осуществления изобретения реализован в системе для измерения размеров и концентрации анизотропных по форме суспендированных частиц (Фиг.4), которая содержит:

1 - привод цилиндра;

2 - патрубок-развоздушка;

3 - источник света;

4 - цилиндр;

5 - трубка с дном и верхним уплотнением;

6 - светоприемник;

7 - переключающий (трехходовой) клапан;

8 - подающий насос;

9 - вводной/выводной патрубок;

10 - выкачивающий насос;

11 - Блок:

- синхронизации работы привода, источника света, приемника света,

- измерения сигнала,

- вычисления размера и концентрации частиц;

- управления промывкой полости.

Внешняя поверхность цилиндра 4 и внутренняя поверхность трубки с дном и верхним уплотнением 5 образуют полость для суспензии измеряемых частиц.

Работу организуют следующим образом.

Суспензию заливают через вводной/выводной патрубок 9 посредством насоса 8 и клапана 7, открытого на подачу суспензии в полость для суспензии измеряемых частиц, образованную зазором между цилиндром 4, внутренней поверхностью трубки с дном и верхним уплотнением 5. Полноту заполнения контролируют по времени работы перистальтического подающего насоса 8, заданной производительности.

Во время раскручивания, останова цилиндра и релаксации ориентации частиц ведут контроль рассеяния света суспензией посредством источника света 3 и светоприемника 6.

После заполнения полости исследуемой суспензией раскручивают цилиндр 4. Вращение цилиндра поддерживают в течение времени, достаточного для полной или частичной ориентации частиц продольной осью по касательной к концентрическим окружностям своего движения. Далее цилиндр 4 быстро останавливают. Наблюдают процесс релаксации (дезориентации) анизотропных по форме частиц в суспензии. Релаксация проявляется в изменении способности частиц рассеивать свет. Динамику этого изменения измеряют светоприемником 6. Исходя из полученных данных, вычисляют размер и концентрацию частиц.

После проведения измерения исследуемую суспензию сливают через выводной/выводной патрубок 9.

Далее полость для исследуемой суспензии промывают. Промывку проводят аналогично работе с суспензией, только без контроля светорассеяния. В случае необходимости промывку повторяют необходимое количество.

Конечным регистрируемым сигналом является изменение во времени оптических свойств исследуемой суспензии частиц.

Преимущества предлагаемого способа иллюстрируются конкретными примерами исследования частиц в суспензии.

Пример 1. Определение размеров бактерий - Listeria monocitogenos в суспензии.

Поддерживающей средой в суспензии является вода.

Определение проводят с помощью системы для измерения размеров и концентрации анизотропных по форме суспендированных частиц (Фиг.4).

Условия измерения:

луч света направляют перпендикулярно боковой поверхности трубки с дном и верхним уплотнением 5 (Фиг.4), затем через суспензию в зазоре между внешней поверхностью цилиндра 4 и внутренней поверхностью трубки с дном и верхним уплотнением 5, затем сквозь цилиндр 4, далее через суспензию и боковую поверхность трубки с дном и верхним уплотнением 5.

Аксиальное отношение для данных частиц, согласно анализу под микроскопом:

а/b=3.

Технические параметры измерения:

- период дискретизации - 100 мс,

- количество точек в опыте - 64 точки.

На Фиг.5 представлен сигнал в абсолютных единицах примера 1.

На Фиг.6 представлен нормированный сигнал в % примера 1.

Суспензию заливают через вводной/выводной патрубок в полость, образованную зазором между цилиндром 4, внутренней поверхностью трубки с дном и верхним уплотнением 5. Цилиндр 4 раскручивают, частицы ориентируются продольной осью по касательной к концентрическим окружностям своего движения и перпендикулярно линии луча. Коэффициент рассеяния суспендированными частицами света в направлении прохождения луча относительно хаотической ориентации частиц становится меньше и интенсивность света возрастает.

После быстрой остановки цилиндра наблюдают процесс релаксации (дезориентации) анизотропных по форме частиц в суспензии. Коэффициент рассеяния суспензии в направлении прохождения луча увеличивается. Как видно из графиков, представленных на Фиг.5 и Фиг.6, уровень сигнала фотоприемника при переходе к хаотической ориентации уменьшается. Исходя из полученных данных, вычисляют средний размер частиц.

После измерения суспензию сливают через вводной/выводной патрубок. Далее проводят промывку полости, образованной зазором между цилиндром 4, внутренней поверхностью трубки с дном и верхним уплотнением 5.

Вычисляют длину а частицы.

D(a,b)=1/(6∫Sнорм(t)dt)

D(a,b)=1/(6·1,219)=0,1367

D(a,b)=K·ln(2a/b-0.5)/(η·а3)

Коэффициент K/η определяют путем калибровки K/η=1,27157·10-18.

D(а,b)=1,27157·10-18·ln(2·3-0.5)/а3=1,27157·10-18·1,7/а3

0,1367=1,27157·10-18·1,7/а3

а3=1,27157·10-18·1,7/0,1367=15,813·10-18

а=2,51·10-6 м.

Длина частицы равна 2,51 мкм. Ширина 2,51 мкм/3 = 0,84 мкм.

Пример 2. Определение размеров бактерий - Listeria monocitogenos в суспензии.

Поддерживающей средой в суспензии является вода.

Определение проводят с помощью системы для измерения размеров и концентрации анизотропных по форме суспендированных частиц (Фиг.4).

Условия измерения: луч света направляют через суспензию в зазоре между внешней поверхностью цилиндра 4 и внутренней поверхностью трубки с дном и верхним уплотнением 5 параллельно этим поверхностям.

Аксиальное отношение для данных частиц, согласно анализу под микроскопом:

а/b=3.

Технические параметры измерения:

- период дискретизации - 100 мс,

- количество точек в опыте - 64 точки.

На Фиг.7 представлен сигнал в абсолютных единицах примера 2.

На Фиг.8 представлен нормированный сигнал в % примера 2.

Суспензию заливают через вводной/выводной патрубок в полость, образованную зазором между цилиндром 4, внутренней поверхностью трубки с дном и верхним уплотнением 5. Цилиндр 4 раскручивают, частицы ориентируются продольной осью по касательной к концентрическим окружностям своего движения и перпендикулярно линии луча. Коэффициент рассеяния суспендированными частицами света в направлении прохождения луча относительно хаотической ориентации частиц становится меньше и интенсивность света возрастает.

После быстрой остановки цилиндра наблюдают процесс релаксации (дезориентации) анизотропных по форме частиц в суспензии. Коэффициент рассеяния суспензии в направлении прохождения луча увеличивается. Как видно из графиков, представленных на Фиг.7 и Фиг.8, уровень сигнала фотоприемника при переходе к хаотической ориентации уменьшается. Исходя из полученных данных, вычисляют средний размер частиц.

После измерения суспензию сливают через вводной/выводной патрубок. Далее проводят промывку полости, образованной зазором между цилиндром 4, внутренней поверхностью трубки с дном и верхним уплотнением 5.

Вычисляют длину а частицы.

D(a,b)=1/(6∫Sнорм(t)dt)

D(a,b)=1/(6·1,103)=0,1511

D(a,b)=K·ln(2a/b-0.5)/(η·a3)

Коэффициент K/η определяют путем калибровки K/η=1,27157·10-18.

D(a,b)=1,27157·10-18·ln(2·3-0.5)/а3=1,27157·10-18·1,7/а3

0,1511=1,27157·10-18·1,7/a3

a3=1,27157·10-18·1,7/0,1511=14,306·10-18

a=2,43·10-6 м.

Длина частицы равна 2,43 мкм. Ширина 2,43/3 мкм = 0,81 мкм.

Пример 3. Определение размеров бактерий - Listeria monocitogenos в суспензии.

Поддерживающей средой в суспензии является вода.

Определение проводят с помощью системы для измерения размеров и концентрации анизотропных по форме суспендированных частиц (Фиг.4).

Условия измерения: луч света направляют через суспензию в зазоре между внешней поверхностью цилиндра 4 и внутренней поверхностью трубки с дном и верхним уплотнением 5 по интегральной спиральной траектории, возникающей при подборе соотношения диаметров этих поверхностей, которое обеспечивает многократное отражение от этих поверхностей.

Аксиальное отношение для данных частиц, согласно анализу под микроскопом:

а/b=3.

Технические параметры измерения:

- период дискретизации - 100 мс,

- количество точек в опыте - 64 точки.

На Фиг.9 представлен сигнал в абсолютных единицах примера 3.

На Фиг.10 представлен нормированный сигнал в % примера 3.

Суспензию заливают через вводной/выводной патрубок в полость, образованную зазором между цилиндром 4, внутренней поверхностью трубки с дном и верхним уплотнением 5. Цилиндр 4 раскручивают, частицы ориентируются продольной осью по касательной к концентрическим окружностям своего движения и продольно линии луча. Коэффициент рассеяния суспендированными частицами света в направлении прохождения луча относительно хаотической ориентации клеток становится больше и интенсивность света падает.

После быстрой остановки цилиндра наблюдают процесс релаксации (дезориентации) анизотропных по форме частиц в суспензии. Коэффициент рассеяния суспензии в направлении прохождения луча уменьшается. Как видно из графиков, представленных на Фиг.9 и Фиг.10, уровень сигнала фотоприемника при переходе к хаотической ориентации увеличивается. Исходя из полученных данных, вычисляем средний размер частиц.

После измерения суспензию сливают через вводной/выводной патрубок. Далее проводят промывку полости, образованной зазором между цилиндром 4, внутренней поверхностью трубки с дном и верхним уплотнением 5.

Вычисляют длину а частицы.

D(a,b)=1/(6∫Sнорм(t)dt)

D(a,b)=1/(6·1,1531)=0,1445

D(a,b)=К·ln(2a/b-0.5)/(η·a3)

Коэффициент К/η определяют путем калибровки К/η=1,27157·10-18.

D(a,b)=1,27157·10-18·ln(2·3-0.5)/a3=1,27157·10-18·1,7/a3

0,1445=1,27157·10-18·1,7/a3

a3=1,27157·10-18·1,7/0,1445=14,96·10-18

a=2,46·10-6 м.

Длина частицы равна 2,46 мкм. Ширина 2,46/3 мкм = 0,82 мкм.

Способ измерения размеров и концентрации анизотропных по форме частиц заключается в том, что суспензию указанных частиц, суспендированных в любой жидкой прозрачной среде, помещают в зазор между коаксиально и соосно расположенными цилиндрическими внутренней и внешней прозрачными или зеркальными поверхностями с заданным соотношением диаметров, которые имеют разность в угловой скорости вращения, пропускают через суспензию частиц луч света и измеряют сначала степень рассеяния луча света указанной суспензией частиц при ориентации продольной оси частиц по касательной к концентрическим окружностям движения частиц в зазоре между указанными поверхностями, а затем измеряют степень рассеяния луча света во время дезориентации (релаксации) частиц после быстрого уравнивания угловых скоростей указанных поверхностей, причем детектирующий релаксацию частиц луч света направляют либо перпендикулярно к коаксиально и соосно расположенным цилиндрическим внутренней и внешней прозрачным поверхностям, либо в зазор вдоль этих поверхностей параллельно оси их вращения, либо по интегральной спиральной траектории, возникающей при заданном соотношении диаметров поверхностей, которое обеспечивает многократное отражение луча света под углом менее угла Брюстера, а определение концентрации частиц производят по величине разности интенсивностей рассеянного указанной суспензией частиц луча света соответственно для взаимно вращающихся и взаимно неподвижных поверхностей, причем при выборе оптимального режима определения размера частиц руководствуются вязкостью суспендирующей жидкости, влияющей на временной масштаб регистрируемой релаксационной кривой.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к приборам для определения дисперсного состава аэрозоля с помощью электронно-оптических средств. .
Изобретение относится к мукомольной и хлебопекарной промышленностям, в частности к способам определения твердозерности пшеницы. .

Изобретение относится к измерению характеристик частиц в двухфазных средах оптическими методами. .

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к способам измерения размеров дисперсных частиц, может быть использовано в двигателях для оценки дисперсного состава выхлопных газов.

Изобретение относится к технике измерений, может использоваться в медицине, биологии, экологии, химической промышленности, порошковой металлургии и других областях науки и техники, связанных с анализом взвешенных частиц.
Изобретение относится к области медицины, а именно, к патологической анатомии. .

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике, а именно к оптико-электронным устройствам контроля параметров дисперсных сред. .

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к фотометрии для контроля агрегационной способности частиц коллоидных систем в широких областях техники. .

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано в системах управления технологическими процессами. .

Изобретение относится к способам автоматического измерения частиц потока материала, в процессе мокрого или сухого измельчения в области обогащения полезных ископаемых, в горно-химической, абразивной, строительной и других отраслях промышленности.

Изобретение относится к способу контроля крупности частиц аналитической пробы

Изобретение относится к способам и устройствам для измерения и предназначено для измерения распределения по размерам частиц, находящихся во взвешенном состоянии в жидкости или газе, а именно для оперативного технологического контроля размеров различных нанопорошков при их производстве, в частности в химической и пищевой промышленности, в фармакологии, биологии и медицине

Изобретение относится к области контроля за эксплуатацией технологического или иного оборудования, установленных в помещениях с притоком воздуха, например на АЭС, и направлено на повышение надежности и информативности измерений, что обеспечивается за счет того, что устройство для детектирования течей пароводяной смеси из трубопровода, установленного в помещении, снабженного притоком воздуха, включает датчик, регистрирующий значение относительной влажности в контролируемом помещении, соединенный с устройством обработки информации, при этом устройство дополнительно содержит лазерный датчик аэрозолей субмикронного размера, регистрирующий счетную концентрацию и размеры частиц аэрозолей, снабженный пробоотборной трубкой, входной конец которой установлен в точке выхода воздуха из контролируемого помещения, выход лазерного датчика аэрозолей соединен со входом устройства обработки информации, причем устройство обработки информации дополнительно содержит блок сравнения величины текущего сигнала лазерного датчика аэрозолей с базой данных и блок вычисления корреляций между значениями относительной влажности, счетной концентрации и размерами частиц аэрозолей в воздухе контролируемого помещения, также соединенный с блоком сигнализации

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано в системах управления технологическими процессами

Изобретение относится к ультразвуковому неразрушающему способу определения гранулометрических характеристик дисперсных материалов и может быть использовано во многих отраслях промышленности: пищевой, фармацевтической, косметической, химической, строительстве (при определении качества строительных материалов), для контроля взрывчатых веществ, т.е

Изобретение относится к технике измерений, может использоваться в электронной промышленности, медицине, биологии, экологии, химической промышленности, порошковой металлургии и других областях пауки и техники, связанных с анализом взвешенных частиц

Изобретение относится к устройству для разделения сыпучих материалов по размерам частиц в пределах гранулометрического состава и может быть использовано в сельском хозяйстве, а также в химической, строительной, металлургической и других областях промышленности. Ситовый анализатор содержит приводной механизм и набор сит. При этом для повышения эффективности рассева приводной механизм выполнен в виде нескольких, минимум трех, цилиндров с подвижными штоками, проходящими через их центральное отверстие и закрепленными в эластичных тороидах. Тороиды заполнены текучей средой, обеспечивающей пневмоуправление возвратно-поступательного движения в цилиндрах. Изобретение обеспечивает повышение эффективности рассева за счет целенаправленного программирования функций рассева, а также бесступенчатого управления и плавности регулирования процесса. 2 ил.

Изобретение относится к технике измерений, может использоваться в автомобильной, сельскохозяйственной, авиационной, нефтеперерабатывающей и других отраслях промышленности, где необходимо проводить оперативный анализ качества моторного масла. Способ анализа загрязненности моторного масла двигателя внутреннего сгорания дисперсными частицами, включает зондирование исследуемой дисперсной среды пучком маломощного лазерного и ультразвукового излучений, регистрацию рассеянного и отраженного дисперсными частицами излучения. При этом имеется эталонный канал с чистым моторным маслом и два канала в исследуемом объеме картера двигателя: канал измерения металлических частиц, располагающийся внизу масляного поддона картера двигателя, и канал измерения угарных частиц, располагающийся на высоте минимального уровня масла в картере. Кроме того, также имеется три ультразвуковых излучателя, частота которых зависит от температуры масла, и по получаемым амплитудам и длительностям импульсов рассеянных сигналов на фотоприемниках и по соотношениям между сигналами эталонного канала и канала измерения металлических частиц, а также между сигналами эталонного канала и канала измерения угарных частиц судят о размерах дисперсных частиц, степени и характере загрязненности моторного масла в соответствии с существующим стандартом. Техническим результатом изобретения является повышение информативности данных для оценки концентрации взвешенных металлических и угарных дисперсных частиц, находящихся в масле, т.е. дает возможность контролировать качество работы двигателя, оставшийся ресурс работы масла до его замены. 1 ил.
Наверх