AT515577A2 - Gemeinsamer Strahlungspfad zum Ermitteln von Partikel-information durch Direktbildauswertung und durch Differenzbildanalyse - Google Patents
Gemeinsamer Strahlungspfad zum Ermitteln von Partikel-information durch Direktbildauswertung und durch Differenzbildanalyse Download PDFInfo
- Publication number
- AT515577A2 AT515577A2 ATA50184/2014A AT501842014A AT515577A2 AT 515577 A2 AT515577 A2 AT 515577A2 AT 501842014 A AT501842014 A AT 501842014A AT 515577 A2 AT515577 A2 AT 515577A2
- Authority
- AT
- Austria
- Prior art keywords
- electromagnetic radiation
- sample
- information
- detector
- particles
- Prior art date
Links
- 239000002245 particle Substances 0.000 title claims abstract description 296
- 230000005855 radiation Effects 0.000 title claims abstract description 40
- 238000010191 image analysis Methods 0.000 title claims description 25
- 230000005670 electromagnetic radiation Effects 0.000 claims abstract description 99
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims abstract description 46
- 230000002123 temporal effect Effects 0.000 claims abstract description 18
- 230000003993 interaction Effects 0.000 claims abstract description 11
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 58
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 claims description 40
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims description 34
- 230000005684 electric field Effects 0.000 claims description 28
- 238000000386 microscopy Methods 0.000 claims description 26
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 claims description 15
- 238000003860 storage Methods 0.000 claims description 13
- 238000004513 sizing Methods 0.000 claims description 7
- 230000036961 partial effect Effects 0.000 claims description 6
- 238000007493 shaping process Methods 0.000 claims description 4
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 32
- 239000013598 vector Substances 0.000 description 17
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 15
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 14
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 10
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 10
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 10
- 239000004793 Polystyrene Substances 0.000 description 7
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 7
- 239000004816 latex Substances 0.000 description 6
- 229920000126 latex Polymers 0.000 description 6
- 238000004062 sedimentation Methods 0.000 description 6
- 238000011835 investigation Methods 0.000 description 5
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 5
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 5
- 230000001427 coherent effect Effects 0.000 description 4
- 230000002452 interceptive effect Effects 0.000 description 4
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 4
- 239000000725 suspension Substances 0.000 description 4
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 241000533867 Fordia Species 0.000 description 3
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 3
- 230000000295 complement effect Effects 0.000 description 3
- 238000004590 computer program Methods 0.000 description 3
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 3
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 3
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 description 3
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 3
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 3
- 238000001370 static light scattering Methods 0.000 description 3
- 238000012935 Averaging Methods 0.000 description 2
- 230000005653 Brownian motion process Effects 0.000 description 2
- GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N Titan oxide Chemical compound O=[Ti]=O GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000000443 aerosol Substances 0.000 description 2
- 230000004075 alteration Effects 0.000 description 2
- 238000000429 assembly Methods 0.000 description 2
- 230000000712 assembly Effects 0.000 description 2
- 238000005537 brownian motion Methods 0.000 description 2
- 230000008859 change Effects 0.000 description 2
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 2
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 2
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 238000010790 dilution Methods 0.000 description 2
- 239000012895 dilution Substances 0.000 description 2
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 2
- 238000002296 dynamic light scattering Methods 0.000 description 2
- 239000000839 emulsion Substances 0.000 description 2
- 238000000691 measurement method Methods 0.000 description 2
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 2
- 238000012634 optical imaging Methods 0.000 description 2
- 238000011192 particle characterization Methods 0.000 description 2
- 238000003909 pattern recognition Methods 0.000 description 2
- 230000008569 process Effects 0.000 description 2
- 238000012552 review Methods 0.000 description 2
- 239000002699 waste material Substances 0.000 description 2
- 238000003491 array Methods 0.000 description 1
- 238000005311 autocorrelation function Methods 0.000 description 1
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 1
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 description 1
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 1
- 238000012512 characterization method Methods 0.000 description 1
- 230000002860 competitive effect Effects 0.000 description 1
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 1
- 238000005314 correlation function Methods 0.000 description 1
- 238000005100 correlation spectroscopy Methods 0.000 description 1
- 238000007405 data analysis Methods 0.000 description 1
- 238000011157 data evaluation Methods 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 238000007599 discharging Methods 0.000 description 1
- 238000005315 distribution function Methods 0.000 description 1
- 239000000428 dust Substances 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 1
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 1
- 230000000670 limiting effect Effects 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 238000000399 optical microscopy Methods 0.000 description 1
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 description 1
- 229920002223 polystyrene Polymers 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 238000003672 processing method Methods 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 230000002829 reductive effect Effects 0.000 description 1
- 238000000518 rheometry Methods 0.000 description 1
- 238000001507 sample dispersion Methods 0.000 description 1
- 238000004621 scanning probe microscopy Methods 0.000 description 1
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 1
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 description 1
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 1
- 230000006641 stabilisation Effects 0.000 description 1
- 238000011105 stabilization Methods 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 239000004408 titanium dioxide Substances 0.000 description 1
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 1
- 230000001131 transforming effect Effects 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
- 238000010200 validation analysis Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N15/00—Investigating characteristics of particles; Investigating permeability, pore-volume or surface-area of porous materials
- G01N15/02—Investigating particle size or size distribution
- G01N15/0205—Investigating particle size or size distribution by optical means
- G01N15/0227—Investigating particle size or size distribution by optical means using imaging; using holography
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N15/00—Investigating characteristics of particles; Investigating permeability, pore-volume or surface-area of porous materials
- G01N15/02—Investigating particle size or size distribution
- G01N15/0205—Investigating particle size or size distribution by optical means
- G01N15/0211—Investigating a scatter or diffraction pattern
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N15/00—Investigating characteristics of particles; Investigating permeability, pore-volume or surface-area of porous materials
- G01N15/10—Investigating individual particles
- G01N15/14—Optical investigation techniques, e.g. flow cytometry
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N15/00—Investigating characteristics of particles; Investigating permeability, pore-volume or surface-area of porous materials
- G01N15/10—Investigating individual particles
- G01N15/14—Optical investigation techniques, e.g. flow cytometry
- G01N15/1429—Signal processing
- G01N15/1433—Signal processing using image recognition
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N15/00—Investigating characteristics of particles; Investigating permeability, pore-volume or surface-area of porous materials
- G01N15/10—Investigating individual particles
- G01N15/14—Optical investigation techniques, e.g. flow cytometry
- G01N15/1434—Optical arrangements
- G01N15/1436—Optical arrangements the optical arrangement forming an integrated apparatus with the sample container, e.g. a flow cell
-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
- G06T—IMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
- G06T7/00—Image analysis
- G06T7/20—Analysis of motion
-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
- G06T—IMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
- G06T7/00—Image analysis
- G06T7/60—Analysis of geometric attributes
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N15/00—Investigating characteristics of particles; Investigating permeability, pore-volume or surface-area of porous materials
- G01N15/02—Investigating particle size or size distribution
- G01N2015/0294—Particle shape
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N15/00—Investigating characteristics of particles; Investigating permeability, pore-volume or surface-area of porous materials
- G01N15/10—Investigating individual particles
- G01N2015/1027—Determining speed or velocity of a particle
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N15/00—Investigating characteristics of particles; Investigating permeability, pore-volume or surface-area of porous materials
- G01N15/10—Investigating individual particles
- G01N15/14—Optical investigation techniques, e.g. flow cytometry
- G01N15/1434—Optical arrangements
- G01N2015/144—Imaging characterised by its optical setup
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N15/00—Investigating characteristics of particles; Investigating permeability, pore-volume or surface-area of porous materials
- G01N15/10—Investigating individual particles
- G01N15/14—Optical investigation techniques, e.g. flow cytometry
- G01N2015/1497—Particle shape
-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
- G06T—IMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
- G06T2207/00—Indexing scheme for image analysis or image enhancement
- G06T2207/10—Image acquisition modality
- G06T2207/10004—Still image; Photographic image
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Dispersion Chemistry (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Immunology (AREA)
- Pathology (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Computer Vision & Pattern Recognition (AREA)
- Theoretical Computer Science (AREA)
- Geometry (AREA)
- Multimedia (AREA)
- Signal Processing (AREA)
- Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
- Analysing Materials By The Use Of Radiation (AREA)
Abstract
Vorrichtung (100) zum Ermitteln von für eine Partikelgröße und/oder Partikelform von Partikeln in einer Probe indikativer Information, wobei die Vorrichtung (100) eine elektromagnetische Strahlungsquelle (102) zum Erzeugen von elektromagnetischer Primärstrahlung (108), einen elektromagnetischen Strahlungsdetektor (104) zum Detektieren von elektromagnetischer Sekundärstrahlung (110), die durch Wechselwirkung der elektromagnetischen Primärstrahlung (108) mit der Probe erzeugt wird, und eine Ermittlungseinrichtung (106) aufweist, die zum Ermitteln der für die Partikelgröße und/oder Partikelform indikativen Information basierend auf der detektierten elektromagnetischen Sekundärstrahlung (110) eingerichtet ist, wobei die Ermittlungseinrichtung (106) ausgebildet ist, die Information selektiv erstens (112) mittels einer Identifizierung und Größenbestimmung und/oder Formbestimmung der Partikel auf einem aus der elektromagnetischen Sekundärstrahlung (110) generierten Detektorbild zu ermitteln, und/oder die Information zweitens (114) aus zeitlichen Veränderungen der elektromagnetischen Sekundärstrahlung (110) zwischen zu unterschiedlichen Detektionszeitpunkten generierten Detektorbildern zu ermitteln.
Description
Gemeinsamer Strahlunaspfad zum Ermitteln von Partikel-informationdurch Direktbildauswertuna und durch Differenzbildanalvse
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Ermittelnvon für eine Partikelgröße und/oder Partikelform von Partikeln in einer Probeindikativer Information, ein zugehöriges Speichermedium und ein Software-Programm. Die Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung und ein Verfahren zumErmitteln von für ein Zetapotential von Partikeln in einer Probe indikativerInformation, ein zugehöriges Speichermedium und ein Software-Programm.
Die dynamische Bildanalyse (Dynamic Image Analysis, DIA) erlaubt es,Dispersionen (Suspensionen, Emulsionen, Aerosole) hinsichtlich Partikelgrößeund Partikelform zu analysieren. Unter den Begriff Partikel fallen im Rahmendieser Anmeldung auch Tröpfchen wie sie zum Beispiel in Emulsionen oderAerosolen Vorkommen. Da es sich bei der DIA um ein optisches undbildgebendes Verfahren handelt, ist die untere Messgrenze (kleinste nochabbildbare Partikelgröße) durch das physikalische Auflösungslimit begrenzt (ca.halbe Lichtwellenlänge bei entsprechend großer numerischer Apertur desObjektivs). Mit DIA ist es außerdem möglich, die Form der Partikel zu ermitteln.So kann eine aussagekräftige Größenverteilung berechnet werden. ZugehörigerStand der Technik ist in EP 0,507,746, US 3,641,320 und US 6,061,130offenbart.
Im Bereich der Partikelcharakterisierung wurde die Messgrenze für diePartikelgröße bei bildgebenden Messverfahren bisher durch eine Kombination mit„Laser Obscuration" (LOT, Firma Ankersmid - EyeTech) oder NanoparticleTracking (NTA, Firma NanoSight - NS300) herabgesetzt. Beide Technologienhaben jedoch den Nachteil, dass einzelne Partikel vermessen werden und dievorliegende Partikelkonzentration demnach sehr gering sein muss. Außerdemmüssen für eine gute Statistik sehr viele Partikel analysiert werden, waswiederum die Messzeit erheblich verlängert. LOT hat außerdem noch den
Nachteil, dass der optische Aufbau nicht mit einem typischen DIA Aufbaukompatibel ist.
Eine andere Technologie wird in „Differential Dynamic Microscopy: ProbingWave Vector Dependent Dynamics with a Microscope", Roberto Cerbino,Veronique Trappe, Physical Review Letters 100, 188102 (2008) und „Scatteringinformation obtained by optical microscopy: Differential dynamic microscopy andbeyond", Fabio Giavazzi, Doriano Brogioli, Veronique Trappe, Tommaso Bellini,Roberto Cerbino, Physical Review E 80, 031403 (2009) beschrieben. Es handeltsich dabei um die sogenannte differentielle dynamische Mikroskopie, imFolgenden als DDM bezeichnet. Mittels DDM ist es möglich, die Größe vonPartikeln in Flüssigkeiten (Suspensionen) zu messen, indem man ihreEigenbewegung (Brownsche Molekularbewegung) analysiert. Da die BrownscheMolekularbewegung von der Temperatur abhängt, ist eine konstante Temperaturder Probe währende der Messung sicherzustellen.
Weiterer Stand der Technik ist in DE 10 2009 014 080 und WO2013/021185 offenbart.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, das Ermitteln von für einePartikelgröße und/oder Partikelform von Partikeln in einer Probe indikativerInformation mit hoher Genauigkeit für eine breite Palette von Proben und übereinen umfangreichen Größenbereich zu ermöglichen.
Es ist eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, das Ermitteln vonfür ein Zetapotential von Partikeln in einer Probe indikativer Information miteiner hohen Sensitivität auch bei kleinen Partikelgrößen zu ermöglichen.
Diese Aufgaben werden durch die Gegenstände mit den Merkmalen gemäßden unabhängigen Patentansprüchen gelöst. Weitere Ausführungsbeispiele sindin den abhängigen Ansprüchen gezeigt.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist eineVorrichtung zum Ermitteln von für eine Partikelgröße und/oder Partikelform vonPartikeln in einer Probe indikativer Information geschaffen, wobei die Vorrichtung eine elektromagnetische Strahlungsquelle zum Erzeugen vonelektromagnetischer Primärstrahlung, einen elektromagnetischenStrahlungsdetektor zum Detektieren von elektromagnetischerSekundärstrahlung, die durch Wechselwirkung der elektromagnetischenPrimärstrahlung mit der Probe erzeugt wird und eine Ermittlungseinrichtungaufweist, die zum Ermitteln der für die Partikelgröße und/oder Partikelformindikativen Information (zum Beispiel eine Partikelgrößenverteilung) basierendauf der detektierten elektromagnetischen Sekundärstrahlung eingerichtet ist,wobei die Ermittlungseinrichtung ausgebildet ist, die Information selektiv (wobeidie Selektion zum Beispiel basierend auf einer Benutzerauswahl oder basierendauf einer von der untersuchten Probe abhängigen Auswahl erfolgen kann)erstens mittels einer Identifizierung und Größenbestimmung und/oder einerFormbestimmung der Partikel auf einem aus der elektromagnetischenSekundärstrahlung generierten Detektorbild zu ermitteln, und/oder dieInformation zweitens aus zeitlichen Veränderungen zwischen aus derelektromagnetischen Sekundärstrahlung generierten Detektorbildern zuunterschiedlichen Detektionszeitpunkten zu ermitteln.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung istein Verfahren zum Ermitteln von für eine Partikelgröße und/oder Partikelform vonPartikeln in einer Probe indikativer Information bereitgestellt, wobei bei demVerfahren elektromagnetische Primärstrahlung erzeugt wird, elektromagnetischeSekundärstrahlung detektiert wird, die durch Wechselwirkung derelektromagnetischen Primärstrahlung mit der Probe erzeugt wird, und die für diePartikelgröße und/oder Partikelform indikative Information basierend auf derdetektierten elektromagnetischen Sekundärstrahlung ermittelt wird, wobei dieInformation selektiv erstens mittels einer Identifizierung und Größenbestimmungund/oder Formbestimmung der Partikel auf einem aus der elektromagnetischenSekundärstrahlung generierten Detektorbild ermittelt wird, und/oder dieInformation zweitens aus zeitlichen Veränderungen zwischen aus der elektromagnetischen Sekundärstrahlung generierten Detektorbildern zuunterschiedlichen Detektionszeitpunkten ermittelt wird.
In einem Speichermedium gemäß einem Ausführungsbeispiel dervorliegenden Erfindung ist ein Programm zum Ermitteln von für einePartikelgröße und/oder Partikelform von Partikeln in einer Probe indikativerInformation gespeichert, welches Programm, wenn es von einem oder mehrerenProzessoren ausgeführt wird, die oben beschriebenen Verfahrensschritte aufweistbzw. durchführt.
Ein Software-Programm (zum Beispiel gebildet durch ein oder mehrereComputerprogramm-Elemente) gemäß einem Ausführungsbeispiel dervorliegenden Erfindung zum Ermitteln von für eine Partikelgröße und/oderPartikelform von Partikeln in einer Probe indikativer Information weist die obenbeschriebenen Verfahrensschritte auf (bzw. führt diese durch oder steuert diese),wenn es von einem oder mehreren Prozessoren der Steuervorrichtung ausgeführtwird.
Gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung isteine Vorrichtung zum Ermitteln von für ein Zetapotential von Partikeln in einerProbe indikativer Information geschaffen, wobei die Vorrichtung eineelektromagnetische Strahlungsquelle zum Erzeugen von elektromagnetischerPrimärstrahlung, eine elektrische Felderzeugungseinrichtung zum Erzeugen eineselektrischen Felds in der Probe, einen elektromagnetischen Strahlungsdetektorzum Detektieren von elektromagnetischer Sekundärstrahlung, die durchWechselwirkung der elektromagnetischen Primärstrahlung mit der Probe in demelektrischen Feld erzeugt wird, und eine Ermittlungseinrichtung aufweist, die zumErmitteln der für das Zetapotential indikativen Information basierend auf derdetektierten elektromagnetischen Sekundärstrahlung eingerichtet ist, wobei dieErmittlungseinrichtung ausgebildet ist, die für das Zetapotential indikativeInformation aus zeitlichen Veränderungen zwischen aus der elektromagnetischenSekundärstrahlung generierten Detektorbildern zu unterschiedlichenDetektionszeitpunkten zu ermitteln.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung istein Verfahren zum Ermitteln von für ein Zetapotential von Partikeln in einerProbe indikativer Information bereitgestellt, wobei bei dem Verfahrenelektromagnetische Primärstrahlung erzeugt wird, ein elektrisches Feld in derProbe erzeugt wird, elektromagnetische Sekundärstrahlung detektiert wird, diedurch Wechselwirkung der elektromagnetischen Primärstrahlung mit der Probe indem elektrischen Feld erzeugt wird, und die für das Zetapotential indikativeInformation basierend auf der detektierten elektromagnetischenSekundärstrahlung ermittelt wird, wobei die für das Zetapotential indikativeInformation aus zeitlichen Veränderungen zwischen aus der elektromagnetischenSekundärstrahlung generierten Detektorbildern zu unterschiedlichenDetektionszeitpunkten ermittelt wird.
In einem Speichermedium gemäß einem Ausführungsbeispiel dervorliegenden Erfindung ist ein Programm zum Ermitteln von für ein Zetapotentialvon Partikeln in einer Probe indikativer Information gespeichert, welchesProgramm, wenn es von einem oder mehreren Prozessoren ausgeführt wird, dieoben beschriebenen Verfahrensschritte aufweist bzw. durchführt.
Ein Software-Programm (zum Beispiel gebildet durch ein oder mehrereComputerprogramm-Elemente) gemäß einem Ausführungsbeispiel dervorliegenden Erfindung zum Ermitteln von für ein Zetapotential von Partikeln ineiner Probe indikativer Information weist die oben beschriebenenVerfahrensschritte auf (bzw. führt diese durch oder steuert diese), wenn es voneinem oder mehreren Prozessoren der Steuervorrichtung ausgeführt wird.
Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung können sowohl mittelseines Computerprogramms, das heißt einer Software, als auch mittels einer odermehrerer spezieller elektrischer Schaltungen, das heißt in Hardware, oder inbeliebig hybrider Form, das heißt mittels Software-Komponenten und Hardware-Komponenten, realisiert werden.
Gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung isteine synergistisch in einer gemeinsamen Apparatur bzw. Verfahrensführung implementierbare Kombination aus einer Partikelgrößen- und/oder -formbestimmung mittels der Analyse statischer Detektorbilder einerseits(insbesondere mittels dynamischer Bildanalyse, Dynamic Image Analysis (DIA))und einer entsprechenden Bestimmung mittels einer Analyse vonDichtefluktuationen anhand von Differenzbilddaten andererseits (insbesonderemittels differentieller dynamischer Mikroskopie, Differential Dynamic Microscopy(DDM)) ermöglicht. Die Kombination dieser beiden komplementärenAnalyseverfahren erlaubt eine Vergrößerung des messbaren Größenbereiches hinzu kleinen Teilchen (zum Beispiel bis etwa 20nm) und beseitigt damit einen derHauptnachteile von DIA im Vergleich zu Konkurrenztechnologien (zum Beispielstatische Lichtstreuung). Es existiert ein Größenbereich (zum Beispiel von etwa500nm bis lOpm Teilchengröße), in dem sowohl DIA als auch DDM angewendetwerden kann. In diesem Bereich liefert die Kombination von DIA mit DDMInformation, die mit keiner der beiden Methoden alleine zugänglich ist.Erfindungsgemäß ist eine Vorrichtung bereitgestellt, die dazu in der Lage ist, diefür die Partikelgröße und/oder Partikelform indikative Information mittelsDetektorbildanalyse zu bestimmen, und die dazu in der Lage ist, die Informationmittels Differenzbildanalyse zu bestimmen, d.h. die Bestimmung der Informationmittels zweier separater Ermittlungsverfahren durchzuführen, von denen ineinem bestimmten Anwendungsfall wahlweise nur die eine, nur die andere oderbeide zum Einsatz kommen können.
Gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung isteine Bestimmung des Zetapotenzials bzw. einer elektrischen Ladung vonPartikeln mittels einer Analyse von Dichtefluktuationen anhand vonDifferenzbilddaten (insbesondere mittels differentieller dynamischer Mikroskopie,Differential Dynamic Microscopy (DDM)) ermöglicht. Wenn an die Probe mit denPartikeln ein elektrisches Feld angelegt wird, erfolgt eine elektrophoretischeBewegung der Teilchen, die es durch Differenzbildanalyse ermöglicht,Informationen hinsichtlich des Zetapotenzials bzw. der Ladung der Teilchen zugewinnen. Unter dem Zeta-Potential kann das elektrische Potential (auch als
Coulomb-Potential bezeichnet) an einem bewegten Partikel in einer Probe(insbesondere einer Suspension) verstanden werden. Das elektrische Potentialbeschreibt die Fähigkeit eines von einer elektrischen Ladung des Partikelshervorgerufenen Feldes, Kraft auf andere Ladungen bzw. geladene Partikelauszuüben.
Im Weiteren werden zusätzliche exemplarische Ausführungsbeispiele derVorrichtungen, der Verfahren, der Speichermedien und der Software-Programmebeschrieben.
Gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel kann dieErmittlungseinrichtung ausgebildet sein, die Information aus dem aus derelektromagnetischen Sekundärstrahlung generierten Detektorbild mittelsDynamischer Bildanalyse (DIA) zu ermitteln. Gemäß einer solchen Ausgestaltungwerden statische Detektorbilder der Partikel aufgenommen. Jedes einzelne dieserDetektorbilder wird dann dahingehend analysiert, dass Partikel auf demjeweiligen Detektorbild (zum Beispiel mit Methoden der Bildverarbeitung)erkannt werden (zum Beispiel unter Verwendung einer Schwellwertmethodeunter Einsatz von Mustererkennung) und nachfolgend Parameter (wie zumBeispiel ein Teilchendurchmesser und/oder eine Teilchenform) anhand dereinzelnen erkannten Partikel ermittelt werden. Wenn auf diese Weise eineausreichende Anzahl von Detektorbildern (zum Beispiel zwischen 100 und 10.000Detektorbilder) mit einer ausreichenden Anzahl jeweiliger Partikel (zum Beispielzwischen 5 und 100) analysiert worden sind, kann das Ergebnis alsPartikelgrößenverteilung ausgegeben werden. Dieses Verfahren ist unabhängigvon Teilchenfluktuationen, wie zum Beispiel brownscher Molekularbewegung.
Gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel kann dieErmittlungseinrichtung ausgebildet sein, die Information aus den zeitlichenVeränderungen zwischen den Detektorbildern mittels Differenzieller DynamischerMikroskopie (DDM) zu ermitteln. Die Differenzielle Dynamische Mikroskopieerstellt aus einer Vielzahl von Detektorbildern zunächst Differenzbilder, auf denen Veränderungen von Partikelpositionen aufgrund von Teilchenfluktuationenerkennbar sind. Diese Differenzbilder können dann einer Fourier-Analyseunterzogen werden. Das Ergebnis der Fourier-Analyse kann für dieunterschiedlichen Differenzbilder gemittelt werden. Die Diffusionsgeschwindigkeitder Partikel ist eine Funktion der Viskosität des Lösungsmittels der Probe, derTemperatur und der Partikelgröße. Informationen hinsichtlich derDiffusionsgeschwindigkeit können aus dem Ergebnis der Fourier-Analysegewonnen werden und bei bekannter Temperatur und Lösungsmittelviskositätzum Rückschluss auf die Partikelgrößen verwendet werden. Da die DifferenzielleDynamische Mikroskopie nicht auf der Identifizierung einzelner Partikel auf einemDetektorbild beruht, ist mit dieser Methodik auch die Größenbestimmungwesentlich kleinerer Partikel möglich.
Gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel kann dieErmittlungseinrichtung ausgebildet sein, die erste und die zweite Ermittlung derInformation für zumindest einen vorgebbaren Teilbereich von Partikelgrößen(insbesondere in einem Bereich zwischen ungefähr 100 nm und ungefähr 20 pm,weiter insbesondere in einem Bereich zwischen ungefähr 500 nm und ungefähr10 pm) durchzuführen. Die Komplementarität der Partikelgrößenbestimmungdirekt aus einzelnen Detektorbildern einerseits und mittels zeitlicherDifferenzbildanalyse andererseits erlaubt besonders in dem genanntenZwischenbereich das Auffinden und Analysieren von Phänomenen, die jedereinzelnen dieser Methode allein unzugänglich ist. Dadurch ist eine Untersuchungfokussiert auf den genannten Größenbereich oder einen Teilbereich davonbesonders aufschlussreich.
Gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel kann dieErmittlungseinrichtung ausgebildet sein, die Information für Teilchengrößenoberhalb des vorgebbaren Teilbereichs von Partikelgrößen nur mittels der erstenErmittlung durchzuführen und/oder die Information für Teilchengrößen unterhalbdes vorgebbaren Teilbereichs von Partikel großen nur mittels der zweitenErmittlung durchzuführen. Der partikelgrößenspezifische Einsatz der ersten bzw. zweiten Ermittlungsmethode erlaubt es, gegenüber herkömmlichenVorrichtungen den Empfindlichkeitsbereich bestimmbarer Partikelgrößen zuerweitern. Die Partikelerkennung an Detektorbildern ist auf Partikelgrößenbeschränkt, die aus dem Detektorbild noch aufzulösen sind und scheitert beiPartikelgrößen unterhalb bestimmter Auflösungsgrenzen. Der Partikelerkennungdurch Differenzbildanalyse hingegen fehlt die erforderliche Empfindlichkeit beigroßen Partikeln, da sich diese träge und somit sehr langsam bewegen, so dassdie Partikel zwischen den unterschiedlichen Detektorbildern häufig nur geringeUnterschiede zeigen.
Gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel kann dieErmittlungseinrichtung ausgebildet sein, für die erste und die zweite Ermittlungder Information dieselbe elektromagnetische Strahlungsquelle und denselbenelektromagnetischen Strahlungsdetektor, insbesondere denselben Strahlengangoder zumindest teilweise denselben Strahlengang, zu verwenden. Dadurch kanndie Vorrichtung äußerst kompakt ausgebildet werden. Das Ausbildenunterschiedlicher optischer Pfade für beide Ermittlungsverfahren bzw. eineaufwändige Justage des optischen Pfads beim Wechsel des Ermittlungsverfahrensist damit entbehrlich. Insbesondere kann auch eine Strahlformungsoptikzwischen elektromagnetischer Strahlungsquelle und Probe für beideErmittlungsverfahren gemeinsam vorgesehen werden.
Gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel kann dieErmittlungseinrichtung ausgebildet sein, für die erste und die zweite Ermittlungder Information zumindest zum Teil dieselben von dem elektromagnetischenStrahlungsdetektor detektierten Detektordaten zu verwenden. Dies hat zumeinen den Vorteil, dass die Ergebnisse der beiden Ermittlungsverfahren direktmiteinander vergleichbar sind und etwaige Unterschiede nicht ausunterschiedlichem Detektorverhalten bei unterschiedlichen Messungenresultieren können. Andererseits hat dies den Vorteil, dass die zu verarbeitendeund zumindest zwischenzuspeichernde Datenmenge gering ist, was geringeRessourcenanforderungen und eine schnelle Verarbeitungszeit garantiert.
Schließlich erlaubt dies vorteilhaft, eine Messung in kurzer Zeit durchzuführen,was auch dynamische Phänomene der Messung zugänglich macht.
Gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel kann dieErmittlungseinrichtung ausgebildet sein, eine Differenz von gemäß der erstenErmittlung ermittelten Partikelgrößen und von gemäß der zweiten Ermittlungermittelten Partikelgrößen zu berechnen und auszugeben. Insbesondere bei derzumindest teilweisen Verwendung identischer Detektordaten für beideErmittlungsverfahren hat dies den Vorteil, dass die aus den unterschiedlichenphysikalischen Prinzipien der beiden Ermittlungsverfahren resultierendenEmpfindlichkeitsunterschiede ergänzende Erkenntnisse über die zuuntersuchenden Partikel liefern. So kann zum Beispiel bei der Untersuchung vonPartikeln mit einem harten Kern und einer flexiblen oder beweglichen, wenigerdichten Hülle die Partikelerkennung anhand von Detektorbildern einenPartikeldurchmesser liefern, der durch den Kern bestimmt wird. Dagegen wirdbei der Partikelerkennung durch Differenzbildanalyse die Größe inklusive Hülleerkannt. Eine Differenzbildung zwischen beiden ermittelten Partikelgrößen kannsomit die Dicke der Hülle liefern.
Gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel kann dieErmittlungseinrichtung ausgebildet sein, oberhalb eines ersten vorgegebenenGrößenschwellwerts die Partikelgröße ausschließlich gemäß der ersten Ermittlungdurchzuführen und unterhalb eines zweiten vorgegebenen GrößenschweiIwertsdie Partikelgröße ausschließlich gemäß der zweiten Ermittlung durchzuführen. Dadie Partikelerkennung anhand von Detektorbildern bei zu kleinen Partikelgrößenzu ungenau wird, kann in diesem Größenbereich die Partikelgrößenbestimmungausschließlich durch das Verfahren der Partikelerkennung durchDifferenzbildanalyse erfolgen. Umgekehrt kann bei sehr großen Partikelgrößendie Partikelgrößenbestimmung ausschließlich durch das Verfahren derPartikelerkennung unmittelbar anhand von einzelnen Detektorbildern selbsterfolgen, da diese Ermittlung für große Partikel sehr genau ist und die große
Trägheit großer Partikel bei dem Verfahren der Partikelerkennung durchDifferenzbildanalyse an der erforderlichen Genauigkeit leiden kann.
Gemäß einer Ausgestaltung können der erste Größenschwellwert und derzweite Größenschwellwert identisch sein, so dass dann für jede Partikelgröße nureines der beiden Ermittlungsverfahren zum Einsatz kommt. Gemäß eineralternativen Ausgestaltung sind die beiden Größenschwellwerte unterschiedlich,wobei im Größenbereich zwischen den beiden Größenschwellwerten eineAuswertung mit beiden Verfahren erfolgen kann.
Gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel kann dieErmittlungseinrichtung ausgebildet sein, unterhalb eines ersten vorgegebenenKonzentrationsschwellwerts der Probe die Partikelgröße und Partikelformausschließlich gemäß der ersten Ermittlung durchzuführen und oberhalb eineszweiten vorgegebenen Konzentrationsschwellwerts der Probe die Partikelgrößeausschließlich gemäß der zweiten Ermittlung durchzuführen (der ersteKonzentrationsschwellwert kann kleiner als oder gleich wie der zweiteKonzentrationsschwellwert sein). Die Partikelerkennung anhand vonDetektorbildern funktioniert gut bei niedrigen Konzentrationen, weil dann einunerwünschtes Überlappen unterschiedlicher Partikel auf einem Detektorbildunwahrscheinlich ist oder nicht auftritt. Bei hohen Konzentrationen hingegenkönnen auf den Detektorbildern Partikel überlappen, so dass dann mit derPartikelerkennung anhand von Detektorbildern nicht mehr zweifelsfreiunterscheidbar ist, ob nur ein Partikel großer Dimension oder zwei (oder mehr)nahe beieinander befindliche Partikel kleinerer Dimensionen vorliegen. Bei hohenKonzentrationen kann die Vorrichtung daher auf die Partikelerkennung alleindurch Differenzbildanalyse ausweichen, bei der bei einer räumlichen Überlappungunterschiedlicher Partikel keine Genauigkeitsreduktion auftritt. Wird umgekehrtdie Konzentration der Partikel in der Probe zu niedrig, so gelangt das Verfahrender Partikelgrößenbestimmung mittels Differenzbildanalyse an ihre Grenzen undkann dann durch die Partikelgrößenbestimmung durch die direkte Auswertungvon Detektorbildern ersetzt werden.
Gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel kann dieErmittlungseinrichtung ausgebildet sein, aus der ersten und der zweitenErmittlung der Information hinsichtlich der Partikelgrößen Informationhinsichtlich einer Viskosität der Probe zu ermitteln. Aus der Stokes-EinsteinBeziehung ist es möglich, bei mittels der Methode der Partikelerkennung anhandvon Detektorbildern ermittelter Partikelgrößen mittels der DifferenziellenDynamischen Mikroskopie den Diffusionskoeffizienten zu bestimmen, was beibekannter Temperatur einen Rückschluss auf die Viskosität der Probe erlaubt.
Gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel kann die Vorrichtungeine elektrische Felderzeugungseinrichtung zum Erzeugen eines elektrischenFelds in der Probe aufweisen, wobei die Ermittlungseinrichtung zum Ermittelnvon für das Zetapotential von Partikeln in der Probe indikativer Informationbasierend auf der bei Anwesenheit des elektrischen Felds in der Probedetektierten elektromagnetischen Sekundärstrahlung eingerichtet ist. Weiterkann die Ermittlungseinrichtung ausgebildet sein, zusätzlich das Zetapotentialaus zeitlichen Veränderungen zwischen aus der elektromagnetischenSekundärstrahlung generierten Detektorbildern zu unterschiedlichenDetektionszeitpunkten zu ermitteln. Wird ein elektrisches Feld in der Probeeingeschaltet, so beginnt eine elektrophoretische Bewegung der Probenpartikel.Aus dieser lässt sich das Zeta-Potenzial bzw. die elektrische Ladung der Partikelbestimmen, wenn die Differenzielle Dynamische Mikroskopie eingesetzt wird.
Die elektromagnetische Strahlungsquelle kann Licht in einem gewünschtenWellenlängenbereich erzeugen, vorzugsweise im Bereich von sichtbarem Licht(400 nm bis 800 nm). Andere Wellenlängenbereiche sind möglich, zum BeispielInfrarot oder Ultraviolett. Es ist möglich, die elektromagnetische Strahlungsquelleals Laser auszuführen. In diesem Fall kann kohärentes Licht erzeugt und für dieMessung verwendet werden. Allerdings kann bei anderen Ausführungsbeispielendie Messung auch mit nichtkohärentem Licht durchgeführt werden. Letztereskann sogar vorteilhaft sein, wenn Interferenzartefakte unterdrückt werdensollen.
Gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel kann dieelektromagnetische Strahlungsquelle eine gepulste Strahlungsquelle sein. DieVerwendung einer gepulsten Strahlungsquelle zum Erzeugen von kurzenelektromagnetischen Strahlungspulsen (zum Beispiel räumlich eng abgegrenztenLichtpaketen) kann anschaulich eine Teilchenbewegung in der Probe einfrieren,so dass ein Detektor dann tatsächlich auf dem Detektorbild scheinbar ruhendePartikel erfassen kann. Dann kann unter Ausnutzung eines Effekts, der jenemder Stroboskopie ähnelt, mit einer offenen Blende detektiert werden.
Gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel kann die Vorrichtungeine Primärstrahlformungsoptik zwischen der elektromagnetischenStrahlungsquelle und der Probe aufweisen, wobei die Primärstrahlformungsoptikeingerichtet sein kann, die elektromagnetische Primärstrahlung parallel zu eineroptischen Achse zu kollimieren. Eine solche Kollimatoroptik kann vorteilhaft fürdie Partikelerkennung anhand der Detektorbilder und für die Partikelerkennunganhand der Differenzbildanalyse identisch ausgebildet werden, was zu einemgeringen apparativen Aufwand und zu einer direkten Vergleichbarkeit der beidenErmittlungsergebnisse führt.
Gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel kann die Vorrichtungeine Abbildungsoptik zwischen der Probe und dem elektromagnetischenStrahlungsdetektor aufweisen, wobei die Abbildungsoptik eingerichtet sein kann,die elektromagnetische Sekundärstrahlung auf den elektromagnetischenStrahlungsdetektor abzubilden.
Gemäß einer Ausgestaltung kann die Abbildungsoptik identisch für diebeiden Ermittlungsverfahren eingesetzt werden, was zu einer kompaktenVorrichtung und zu einer guten Vergleichbarkeit der beidenErmittlungsergebnisse führt.
Gemäß einem alternativen Ausführungsbeispiel kann die Vorrichtung einenVerstellmechanismus aufweisen, der zum Verstellen der Abbildungsoptikzwischen unterschiedlichen Optikkonfigurationen zum Aufnehmen vonDetektordaten zur ersten Ermittlung der Information und zum Aufnehmen von
Detektordaten zur zweiten Ermittlung der Information eingerichtet ist. Dadurchkann eine Einstellung des Strahlengangs auf das jeweilige Ermittlungsverfahrenhin optimiert durchgeführt werden, ohne dass eine vollständige Neujustierungdes Strahlengangs beim Übergang von einer der Ermittlungsverfahren zumjeweils anderen erforderlich ist.
Gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel kann derVerstellmechanismus ein Revolvermechanismus sein. Ein Revolvermechanismuserlaubt es, mittels Drehens eines Revolverkopfes, in dem eine Mehrzahl vonalternativ verwendbaren und unterschiedlichen optischen Elementen oderoptischen Baugruppen implementiert sind, ein jeweils gewünschtes optischesElement bzw. eine jeweils gewünschte optische Baugruppe in den optischen Pfadzwischen Probe und elektromagnetischen Strahlungsdetektor einzufahren unddamit für die Verwendung in der Vorrichtung auszuwählen. Ein zu einemRevolvermechanismus alternativ einsetzbarer Verfahrmechanismus ist einVerschiebemechanismus, der in einer Richtung vor oder zurück verschiebbar ist,um zum Beispiel zwei unterschiedliche optische Elemente oder optischeBaugruppen wahlweise in den optischen Pfad einfahren zu können.
Gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel kann derVerstellmechanismus eingerichtet sein, für die erste Ermittlung eine ersteAbbildungsoptik einzustellen, die eine kleinere numerische Apertur hat als einezweite Abbildungsoptik für die zweite Ermittlung. Während bei derPartikelerkennung anhand der Auswertung einzelner Detektorbilder selbst einekleine numerische Apertur vorteilhaft ist, ist bei der Partikelerkennung anhandder Differenzbildanalyse die Auflösung höher, wenn die numerische Aperturgrößer ist. Durch den Verstellmechanismus kann mit einer einfachen optischenMaßnahme für beide Ermittlungsverfahren eine hohe Genauigkeit bei derPartikelgrößenbestimmung erreicht werden.
Gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel kann die ersteAbbildungsoptik eine telezentrische Optik sein. Eine solche telezentrische Optikkann zwei Linsen (insbesondere zwei Sammellinsen) und optional eine dazwischen angeordnete Blende aufweisen. Es sind also für eine telezentrischeOptik auch Linsensysteme implementierbar, bei denen eine Blende entbehrlichist.
Gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel kann die zweiteAbbildungsoptik ein Mikroskop-Objektiv sein, das zum Beispiel als eine einzigeLinse ausgeführt sein kann.
Gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel kann die Vorrichtungeinen die Probe enthaltenen Probenbehälter aufweisen, der liegend angeordnetsein kann. Ein solcher Probenbehälter kann zum Beispiel eine Küvette sein. Eineliegende Anordnung eines solchen Probenbehälters kann zum Beispiel mittelseiner geeigneten optischen Baugruppe, zum Beispiel unter Einsatz vonUmlenkspiegeln, realisiert werden. Ist die Messzelle liegend angeordnet, sokönnen störende Einflüsse, wie zum Beispiel Partikelsedimentation oder dasAusbilden temperaturinduzierter Strömungen in der Messstelle, unterdrückt odereliminiert werden.
Im Folgenden werden exemplarische Ausführungsbeispiele dervorliegenden Erfindung mit Verweis auf die folgenden Figuren detailliertbeschrieben.
Figur 1 zeigt eine Vorrichtung zum Ermitteln von für eine Partikelgröße vonPartikeln in einer Probe indikativer Information und zum Ermitteln eines Zeta-Potenzials der Partikel gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel derErfindung.
Figur 2 zeigt eine schematische Abbildung zum Auswerten vonDetektorbildern mittels Differenzieller Dynamischer Mikroskopie gemäß einemexemplarischen Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Figur 3 zeigt eine Image Structure Function für ein 70 nm großes PS-Latexpartikel in Wasser, aufgenommen mit einem lOxMikroskopobjektiv miteiner numerischen Apertur von 0.25, erhalten mittels Differenzieller DynamischerMikroskopie.
Figur 4 zeigt ein Ergebnis einer Auswertung gemäß einer Messung mitDifferenzieller Dynamischer Mikroskopie an 46, 70 und lOOnm PS-Latexpartikelnmittels der Kumulantenmethode.
Figur 5 zeigt schematisch die Beugung von Licht an einem Gitter, wobeider Winkel der ersten Beugungsordnung von der Wellenlänge des einfallendenLichts und der Gitterkonstante g abhängt.
Figur 6 zeigt eine Image Structure Function für ein 500 nm großes PS-Latexpartikel in Wasser, aufgenommen mit einem konventionellen40xMikroskopobjektiv mit einer numerischen Apertur von 0.6, erhalten mittelsDifferenzieller Dynamischer Mikroskopie.
Figur 7 zeigt eine Vorrichtung zum Ermitteln von für eine Partikelgröße vonPartikeln in einer Probe indikativer Information gemäß einem exemplarischenAusführungsbeispiel der Erfindung.
Figur 8 zeigt eine Vorrichtung zum Ermitteln von für eine Partikelgröße vonPartikeln in einer Probe indikativer Information gemäß einem anderenexemplarischen Ausführungsbeispiel der Erfindung, wobei eine liegende Messzellezum Unterdrücken von störenden Einflüssen, wie zum BeispielPartikelsedimentation oder das Ausbilden temperaturinduzierter Strömungen inder Messzelle, vorgesehen ist.
Figur 9 zeigt ein schematisches Blockbild einer Vorrichtung zum Ermittelnvon für eine Partikelgröße von Partikeln in einer Probe indikativer Informationgemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Figur 10 zeigt eine Vorrichtung zum Ermitteln eines Zeta-Potenzials vonPartikeln einer Probe gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel derErfindung.
Figur 11 zeigt ein schematisches Blockbild einer Vorrichtung zum Ermittelneines Zeta-Potenzials von Partikeln einer Probe gemäß einem exemplarischenAusführungsbeispiel der Erfindung.
Gleiche oder ähnliche Komponenten in unterschiedlichen Figuren sind mitgleichen Bezugsziffern versehen.
Figur 1 zeigt eine Vorrichtung 100 zum Ermitteln von für einePartikelgröße und/oder Partikelform von Partikeln in einer Probe 130 indikativerInformation und zum Ermitteln eines Zeta-Potenzials der Partikel gemäß einemexemplarischen Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Die Vorrichtung 100 weist eine als gepulsten Laser ausgebildeteelektromagnetische Strahlungsquelle 102 auf, die zum Erzeugen von Pulsen vonelektromagnetischer Primärstrahlung 108 (hier optisches Licht) ausgebildet ist.Die elektromagnetische Primärstrahlung 108 wird auf einen Probenbehälter 126gerichtet. Die zu untersuchende Probe 130 (zum Beispiel in einer Flüssigkeitenthaltene Partikel in der Größenordnung von Mikrometern für dieKeramikherstellung, zum Beispiel Titandioxid) durchfließt den hier alsDurchflussküvette ausgebildeten Probenbehälter 126 in einer durch Pfeile 132angedeuteten Fließrichtung und wechselwirkt hierbei mit derelektromagnetischen Primärstrahlung 108, wodurch diese in elektromagnetischeSekundärstrahlung 110 umgewandelt wird. Der Fluss der Probe imProbenbehälter 126 kann gegebenenfalls vor einer Messung mit Ventilen 133 und134 unterbunden werden. Des Weiteren kann der Probenbehälter 126 soausgeführt sein, dass die Durchflussküvette durch jede beliebige Küvette ersetztwird, um beispielsweise Sedimentationseigenschaften der Probe 130 zuuntersuchen oder um jede Probenveränderung auszuschließen. EineAbbildungsoptik 118 zwischen der Probe 130 und einem elektromagnetischenStrahlungsdetektor 104 (zum Beispiel eine zweidimensionale Kamera wie eineCMOS-Kamera oder eine CCD-Kamera) ist eingerichtet, die elektromagnetischeSekundärstrahlung 110 auf den elektromagnetischen Strahlungsdetektor 104abzubilden.
Die Vorrichtung 100 weist einen uniaxial verschiebbarenVerstellmechanismus 120 (siehe Doppelpfeil) auf, der zum Verstellen derAbbildungsoptik 118 zum Aufnehmen von Detektordaten zur ersten Ermittlung (siehe Bezugszeichen 112) der Information und zum Aufnehmen vonDetektordaten zur zweiten Ermittlung (siehe Bezugszeichen 114) der Informationeingerichtet ist. Der Verstellmechanismus 120 ist eingerichtet, für die ersteErmittlung 112 eine erste Abbildungsoptik 124 in den optischen Pfad zwischender elektromagnetischen Primärstrahlung 108 und der elektromagnetischenSekundärstrahlung 110 einzufahren, die eine kleinere numerische Apertur hat alseine zweite Abbildungsoptik 122, die für die zweite Ermittlung 114 in denoptischen Pfad zwischen der elektromagnetischen Primärstrahlung 108 und derelektromagnetischen Sekundärstrahlung 110 eingefahren wird. Die ersteAbbildungsoptik 124 ist eine telezentrische Optik. Die zweite Abbildungsoptik 122ist ein Mikroskop-Objektiv. Auf diese Weise kann die Abbildungsoptik 118 auf dasjeweilige Auswerteprinzip hin angepasst werden.
Der elektromagnetische Strahlungsdetektor 104 dient zum Detektieren derelektromagnetischen Sekundärstrahlung 110 in Form von zweidimensionalenDetektorbildern, die durch Wechselwirkung der elektromagnetischenPrimärstrahlung 108 mit der Probe 130 erzeugt wird.
Die Detektordaten, die ein zweidimensionales Abbild der Probe 130 liefern,werden einer zum Beispiel als Prozessor ausgebildeten Ermittlungseinrichtung106 zugeführt, die zum Ermitteln der für die Partikelgröße indikativenInformation basierend auf der detektierten elektromagnetischenSekundärstrahlung 110 eingerichtet ist. Präziser ausgedrückt ist dieErmittlungseinrichtung 106 ausgebildet, die Information erstens (siehe einen mitBezugszeichen 112 bezeichneten Auswertepfad) mittels einer Identifizierung undGrößenbestimmung der Partikel auf mehreren einzelnen aus derelektromagnetischen Sekundärstrahlung 110 generierten Detektorbildern zuermitteln, und die Information zweitens (siehe einen mit Bezugszeichen 114bezeichneten separaten Auswertepfad) aus zeitlichen Veränderungen zwischenaus der elektromagnetischen Sekundärstrahlung 110 generierten Detektorbildernzu unterschiedlichen Detektionszeitpunkten zu ermitteln. Anders ausgedrücktkann in der Vorrichtung 100 die Größenbestimmung der Partikel mittels einer auswählbaren oder mittels zweier komplementärer Prozeduren durchgeführtwerden. Die Ermittlungseinrichtung 106 ist ausgebildet, die Information aus deneinzelnen aus der elektromagnetischen Sekundärstrahlung 110 generiertenDetektorbildern mittels Dynamischer Bildanalyse (Dynamic Image Analysis, DIA)zu ermitteln (siehe Bezugszeichen 112). Die Ermittlungseinrichtung 106 istferner ausgebildet, die Information aus den zeitlichen Veränderungen zwischenden Detektorbildern mittels Differenzieller Dynamischer Mikroskopie (DifferentialDynamic Microscopy, DDM) zu ermitteln (siehe Bezugszeichen 114).
Die Ermittlungseinrichtung 106 ist insbesondere ausgebildet, die erste(siehe Bezugszeichen 112) und die zweite (siehe Bezugszeichen 114) Ermittlungder Information für zumindest einen Teil eines Bereichs zwischen 100 nm und 20pm, d.h. doppelt, durchzuführen. In diesem Bereich sind beideErmittlungsverfahren sensitiv und liefern aufgrund der komplementären zuGrunde liegenden physikalischen Prinzipien Information, die durch das jeweilsandere Ermittlungsverfahren nicht ermittelbar ist.
Die Ermittlungseinrichtung 106 ist ferner ausgebildet, die Information fürTeilchengrößen oberhalb von 20 pm nur mittels der ersten Ermittlung (sieheBezugszeichen 112) durchzuführen und die Information für Teilchengrößenunterhalb 100 nm nur mittels der zweiten Ermittlung (siehe Bezugszeichen 114)durchzuführen, da das jeweils andere Ermittlungsverfahren in den genanntenPartikelgrößenbereichen nicht ausreichend sensitiv ist.
Eine Steuereinrichtung 150 empfängt die Detektordaten von demelektromagnetischen Strahlungsdetektor 104 und leitet diese zurWeiterverarbeitung in einen oder beide Zweige (siehe Bezugszeichen 112, 114)weiter. Dabei können Detektordaten auch in einer Datenbank 152 gespeichertwerden.
Als Speichermedium können sowohl computerlesbare Speichermedienund/oder Speichermedien, die von programmierbaren logischen Schaltungen, wiebeispielsweise Feld - programmierbare - Logik - Gatter Anordnungen (FPGA),Mikrokontrollern, digitalen Signalprozessoren (DSP) oder dergleichen, verwendet werden. Diese Speichermedien können direkt in der Vorrichtung 100 integriertsein. Für die erste Ermittlung (siehe Bezugszeichen 112) derPartikelgrößenverteilung, d.h. die Detektion von Partikelgrößen und/oderPartikelform direkt anhand eines Kamerabildes, werden die Detektordaten aneine Teilchenerkenneinheit 154 weitergeleitet, die mit Methoden derBildverarbeitung (zum Beispiel Mustererkennung basierend auf Referenzdaten)einzelne Partikel auf dem einzelnen Detektorbildern erkennt. Die identifiziertenPartikel werden einer Parameterbestimmeinheit 156 weitergeleitet, welche denerkannten Teichen eine Größe und/oder Form zuordnet. Für die zweite Ermittlung (siehe Bezugszeichen 114) derPartikelgrößenverteilung, d.h. die Detektion von Partikelgrößen indirekt durchErzeugung von Kameradifferenzbildern und dem Ableiten der Partikelgrößen auseiner Fourier-Analyse, werden die Detektordaten zunächst einerDifferenzbildermittlungseinheit 162 übermittelt. Die
Differenzbildermittlungseinheit 162 ermittelt die entsprechenden Differenzbilderaus den zu unterschiedlichen Zeitpunkten aufgenommenen Detektordaten. Dieermittelten Differenzbilder werden in einer Fouriertransformationseinheit 164einer Fouriertransformation unterzogen. Eine Mittelungseinheit 166 mittelt dieErgebnisse der Fouriertransformation. Eine Parameterermittlungseinheit 168ermittelt dann aus den Ergebnissen der Ermittlung die Größenverteilung derPartikel.
Eine Kombinationseinrichtung 170 kann die Ergebnisse aus den beidenErmittlungen gemäß Bezugszeichen 112 und 114 kombinieren. Die Ergebnisseder Analyse können auf einer Anzeigeeinheit 180 einem Benutzer angezeigtwerden.
Die Vorrichtung 100 weist darüber hinaus eine elektrischeFelderzeugungseinrichtung 116 zum Erzeugen eines elektrischen Felds in derProbe 130 auf, wobei die Ermittlungseinrichtung 106 zum Ermitteln desZetapotentials bzw. der elektrischen Ladung der Partikel der Probe 130 basierend auf der detektierten elektromagnetischen Sekundärstrahlung 110 eingerichtetist. Gesteuert durch die Steuereinrichtung 150 kann eine Spannungsquelle 177der elektrischen Felderzeugungseinrichtung 116 eine elektrische Spannungzwischen zwei einander gegenüberliegende Kondensatorplatten 179 derelektrischen Felderzeugungseinrichtung 116 anlegen. Dabei soll die Anordnungder Elektroden 179 so positioniert werden, dass die Feldlinien des elektrischenFeldes normal zur Ausbreitungsrichtung der elektromagnetischenPrimärstrahlung 108 verlaufen. Für den Fall, dass sich die Probe 130 auchzusätzlich in eine Richtung normal zur Ausbreitungsrichtung derelektromagnetischen Primärstrahlung 108 bewegt, sollen die Elektroden 179 soangeordnet werden, dass die Feldlinien normal zur Flussrichtung der Probe undnormal zur Ausbreitungsrichtung der Primärstrahlung ausgerichtet sind.
Die Ermittlungseinrichtung 106 ist genauer gesagt ausgebildet, dasZetapotential bzw. die elektrische Ladung der Partikel aus zeitlichenVeränderungen zwischen aus der elektromagnetischen Sekundärstrahlung 110generierten Detektorbildern zu unterschiedlichen Detektionszeitpunkten zuermitteln, d.h. mittels Differenzieller Dynamischer Mikroskopie. Zur Ermittlungdes Zetapotenzials aus den Detektordaten werden Letztere einer Zetapotenzial-Ermittlungseinrichtung 190 zugeführt, die das Ergebnis der Auswertung dann andie Anzeigeeinheit 180 weiterleiten kann.
Dynamische Bildanalyse (Dynamic Image Analysis, DIA) ist eine Methode,die auf der Fotographie von sich bewegenden Objekten basiert. Die Verwendungin der Partikelcharakterisierung ist durch die Entwicklung sehr schneller Kamerasund durch die Kombination mit gepulsten Lichtquellen ermöglicht. SchnelleKameras sind vorteilhaft, um aus Gründen der Statistik viele Teilchen in kurzerZeit messen zu können. Eine gepulste Lichtquelle ermöglicht zudem, dieAufnahme von sich sehr schnell bewegenden Partikeln, ohne dassBewegungsunschärfe auftritt.
Differentielle Dynamische Mikroskopie (DDM) kann mit einemhandelsüblichen optischen Mikroskop, welches die Probe mittels einer unkollimierten Weißlichtquelle beleuchtet, durchgeführt werden. DieDatenanalyse beruht jedoch nicht auf der Auswertung der Bilder der Teilchen,sondern auf der Auswertung der zeitlichen Änderungen der Strukturen am Bild.Dadurch kann die Diffusionsgeschwindigkeit und indirekt die Größe der Teilchenermittelt werden. Die Methode ist nicht durch das optische Limit zur Auflösungeines einzelnen Teilchens limitiert.
Die Verwendung von unkollimiertem Weißlicht ist möglich, weil bei DDMnicht wie bei DLS üblich der gesamte Streuvektor |Q|, sondern nur derprojizierte Streuvektor q in die Berechnungen eingeht und dieser unabhängigvom Einfallswinkel und der Lichtwellenlänge ist. Letzteres kann als Vorteil derDDM gegenüber DLS gesehen werden, da Simulationen gezeigt haben, dass fürkleine Streuwinkel (<20°, entspricht Vorwärtsstreuung) der Unterschiedzwischen q und |Q| vernachlässigbar ist.
Figur 2 zeigt ein Schema 200 zum Auswerten von Detektorbildern 202mittels Differenzieller Dynamischer Mikroskopie gemäß einem exemplarischenAusführungsbeispiel der Erfindung. Der im Folgenden beschriebene Ablauf einerDDM Messung und Auswertung ist in Figur 2 schematisch dargestellt.
Die Partikel in der Flüssigkeit werden mittels eines alsHochgeschwindigkeitskamera ausgebildeten elektromagnetischenStrahlungsdetektors 104 fotografiert, d.h. es werden Intensitätswerte I abhängigvon den Ortskoordinaten x, y und der Zeit t aufgenommen. Durch Subtrahierenjeweils zweier Bilder (siehe Bezugszeichen 162) werden Differenzbilder 204erzeugt. Die Zeitdifferenz At zwischen den zu subtrahierenden Detektorbildern202 wird dabei variiert. Man erhält also eine ganze Serie von Differenzbildern204, die Information über die Dynamik des Systems beinhalten. Die Intensität inden Differenzbildern 204 ist gegeben durch: = I{x,yf t4- At) — t)
Die Differenzbilder 204 werden anschließend Fourier-transformiert(FFT(&i(xty;At)} -* siehe Bezugszeichen 164, wodurch
Fouriertransformierte 206 erhalten werden. Da die BrownscheMolekularbewegung stochastisch ist, liefert die Fouriertransformation einrotationssymmetrisches Bild. kann also über den Azimut-Winkel aufintegriert werden.
Nach dem Durchführen der Fouriertransformation erfolgt eine Mittelung,siehe Bezugszeichen 166, wodurch gemittelte Fouriertransformierte 208 erhaltenwerden.
Die Fouriertransformation kann man sich wie eine Zerlegung des Objektsin Brechungsindexgitter 500 mit unterschiedlicher Gitterkonstante g vorstellen,siehe Figur 5. Der Zusammenhang zwischen projiziertem Streuvektor(=Gittervektor) q und Gitterkonstante g ist wie folgt gegeben: q = Ίπ/g
Das sogenannte Fourier Leistungsspektrum, auch Image StructureFunction 210 genannt, ist gegeben durch:
DiqtAt)= (\F(qf&0\2) wobei g(q,M) die Intensitäts-Autokorrelationsfunktion ist, wie sie auch ausder DLS Theorie bekannt ist.
Figur 3 zeigt D^q.At) für 70nm PS (Polystyrol) Latexpartikel in Wasser,aufgenommen mit einem lOx Mikroskopobjektiv.
Aus kann somit zum Beispiel über die Kumulanten-Methode (siehe
Koppel, Dennis E. (1972), "Analysis of Macromolecular Polydispersity in IntensityCorrelation Spectroscopy: The Method of Cumulants", The Journal of ChemicalPhysics 57 (11): 4814) die Partikelgröße berechnet werden: Figur 4 zeigt einErgebnis einer Auswertung gemäß einer Messung mit Differenzieller DynamischerMikroskopie an 46nm, 70nm und lOOnm PS-Latexpartikeln mittels derKumulantenmethode.
Durch eine DDM Messung liegen bereits Messdaten bei verschiedenen q-Vektoren vor. Das Ergebnis entspricht also einer Vielzahl von einzelnen DLSExperimenten, die bei diesen g-Vektoren (= Streuwinkeln) durchgeführt wurden.
Herkömmliche Verfahren zum Ermitteln von Partikelgrößen habenNachteile, die durch das erfindungsgemäße Messprinzip überwunden werdenkönnen:
Der Messbereich der dynamischen Bildanalyse (DIA) ist durch das optischeAuflösungslimit nach unten begrenzt. Das stellt im Vergleich zuKonkurrenztechnologien wie zum Beispiel der statischen Lichtstreuung (SLS)einen deutlichen Nachteil dar.
Polydisperse Proben, welche Partikel unter der optischen Auflösungsgrenzeenthalten, können mit DIA nicht vollständig charakterisiert werden. Die kleinenAnteile der Größenverteilungsfunktion gehen verloren.
Die Partikelkonzentration bei DIA ist durch die Bedingung begrenzt, dassÜberlappungen von Partikeln auf den aufgenommenen Bildern sehrunwahrscheinlich sind. Es ist nicht möglich, zufällige Überlappungen der Partikelvon Aggregaten zu unterscheiden. Die Grenze für die noch messbarePartikelkonzentration hängt von der verwendeten Abbildungsoptik, demverwendeten Detektor und der Partikelgröße selbst ab.
Mit dynamischer Bildanalyse (DIA) können nur jene Teile der Partikelerkannt werden, die einen signifikanten Unterschied im Brechungsindex zumLösungsmittel haben. Beispielsweise bleiben stark geschwollene Polymerhüllen(sterische Stabilisierung) unsichtbar. DIA liefert ein statisches Bild der Partikel. Dynamische Prozesse wiebeispielsweise Diffusionsbewegung oder elektrophoretische Bewegung sind nichtzugänglich.
Um diese Nachteile zumindest teilweise zu überwinden, sind exemplarischeAusführungsbeispiele der Erfindung entwickelt worden:
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist erkannt worden, dass DIA undDDM beinahe identische Anforderungen an die Messgeometrie haben und daher in dasselbe Gerät implementiert werden können. Auch die für den Betrieb desMessgeräts notwendige Peripherie ähnelt sich stark.
Durch die Kombination der Technologien kann der Messbereich hinsichtlichPartikelgröße deutlich erweitert werden. Während die DIA hin zu kleinenPartikelgrößen durch die optische Auflösungsgrenze beschränkt ist (kleinste nochmessbare Partikel sollen zum Beispiel mindestens ca. lOOnm groß sein), kannmit DDM noch weit darunter gemessen werden (zum Beispiel bis ca. 20nm). Zugroßen Teilchen hin ist DDM durch die Diffusionsbewegung beschränkt, die mitzunehmender Partikelgröße immer langsamer und somit schwerer zu messenwird. Die obere Messgrenze für DDM liegt bei ca. lOpm Partikelgröße. Der Grundfür diese Einschränkung ist wie folgt zu verstehen.. Bis ein beispielsweise lOpmgroßes Partikel eine, mittels optischer Bildgebung, detektierbare Distanzdiffundiert, können durchaus mehrere Sekunden vergehen. Bei so langenMesszeiten wird es schwierig, störende Einflüsse wie zum Beispiel Sedimentationoder Vibrationen auszuschließen.
Durch die relativ große Überlappung im Messbereich zwischen DIA undDMM (zum Beispiel ca. 500nm bis lOpm) ergeben sich folgende Vorteile: Während bei DIA direkt ein Bild des Teilchens ausgewertet wird, ist DDMeine indirekte Methode, bei der die Diffusionsgeschwindigkeit aus einem Bildbestimmt wird. Für ideale Dispersionen von verdünnten, glatten Kugeln ist zuerwarten, dass die beiden ermittelten Durchmesser übereinstimmen. Wenn esexperimentell zu Diskrepanzen zwischen den beiden Ergebnissen kommt, kanndas als Effekt einer Abweichung von diesem idealen Verhalten interpretiertwerden. Daher kann aus der Kombination der beiden Methoden wertvolleInformation über nicht-ideales Verhalten gewonnen werden. Im Folgenden ist einkonkretes Beispiel beschrieben:
Sterisch stabilisierte Teilchen können bei der Untersuchung mit DIA undDDM zu unterschiedlichen Ergebnissen führen. Der optische Kontrast dergeschwollenen Polymerhülle ist extrem gering im Vergleich zum Kontrast desTeilchenkerns. DIA liefert dementsprechend den Kerndurchmesser als Ergebnis. Für DDM ist die Situation vollkommen unterschiedlich. Das Diffusionsverhalten istdurch die thermische Energie und den Strömungswiderstand bestimmt. Derwirksame Durchmesser beträgt in diesem Fall Kerndurchmesser plus doppelteDicke der Hülle. Nachdem sich die Hülle mit dem Teilchen bewegt, bremst sieeffektiv die Diffusion. Aus der Kombination von DIA und DDM ist die Dicke derPolymerhülle experimentell zugänglich (RSSm - sw). Weder DIA noch DDMkönnen alleine diese Information liefern.
In Realproben liegen oft Gemische mit sehr unterschiedlichenTeilchengrößen vor. Viele Methoden zur Partikelgrößenbestimmung können aussolchen Gemischen nicht die korrekte Verteilung an Partikelgrößen bestimmen.Beispielsweise wird Dynamische Lichtstreuung DLS stark durch geringeKonzentrationen an großen Teilchen (zum Beispiel Aggregate oder Staub)gestört. Es ist dann nicht mehr möglich, die Partikelgröße von Nano-Teilchen,auch wenn sie in wesentlich höherer Konzentration vorliegen, zu bestimmen. Einwesentlicher Vorteil von DDM gegenüber DLS ist, dass es keine so starkeEmpfindlichkeit gegenüber großen Verunreinigungen in niedriger Konzentrationgibt. Im Zuge der Datenauswertung werden bei DDM jeweils zwei Bilder,aufgenommen zu unterschiedlichen Zeitpunkten, voneinander subtrahiert. Sehrgroße Teilchen bewegen sich nur extrem langsam und verschwinden so vomDifferenzbild. Der Beitrag der kleinen Teilchen, die schnell diffundieren und sichdaher in der Zeit zwischen den beiden Aufnahmen signifikant bewegt haben, wirddurch die großen Partikel nicht beeinflusst. DDM erlaubt also die Messung vonkleinen Teilchen neben sehr großen Teilchen. Für DIA liegen Nano-Teilchen zwaraußerhalb des Messbereiches. Große Teilchen sind aber sehr gut erkennbar.
Durch die Kombination von DIA und DDM ergibt sich daher eine vollständigeCharakterisierung von Proben mit Nano-Teilchen und geringer Mengen an großenPartikeln. Dies wäre mit einer Methode alleine nicht möglich. Für DIA soll sichergestellt sein, dass sich die Teilchen im Bild nichtüberlagern. Das kann durch eine entsprechende Verdünnung erreicht werden.
Die Größenbestimmung in Proben mit hohen Teilchenkonzentrationen ist problematisch. Wie hoch die Partikelkonzentration genau sein darf, hängt von dergewählten Abbildungsoptik, dem Detektor und der Partikelgröße ab. ImGegensatz dazu arbeitet DDM gut bei hohen Konzentrationen und erreicht seinLimit bei niedrigen Teilchendichten. Die Limitierung zu hohen Konzentrationenhin wird bestimmt durch die Bedingung der quasi-idealen Verdünnung in derStokes-Einstein-Gleichung. Die Kombination beider Technologien erweitert alsoden Konzentrationsbereich, in dem korrekt gemessen werden kann. Üblicherweise wird die Stokes-Einstein-Beziehung verwendet, um denTeilchenradius R aus dem Diffusionskoeffizient D zu berechnen (mit gegebenerViskosität η des Lösungsmittels, der Boltzmannkonstante ke und der absolutenTemperatur T):
Die Methode der Mikrorheologie verwendet jedoch die Stokes-Einstein-Beziehung in einer anderen Form. Sie bestimmt die Viskosität η desLösungsmittels aus dem Diffusionskoeffizient:
Dazu ist es allerdings nötig, Teilchen bekannter Größe zuzugeben unddamit möglicherweise die Probe zu verändern. Durch die Kombination von DIAund DDM ist es möglich, alle nötigen Eingangsparameter direkt zu bestimmen.Während die Teilchengröße direkt aus den Bildern (DIA) entnommen werdenkann, kann der Diffusionskoeffizient über DDM bestimmt werden. Voraussetzungist nur, dass Teilchen (unbekannter Größe) im Überlappungsbereich von DIA undDDM vorhanden sind.
Figur 7 zeigt eine Vorrichtung 100 zum Ermitteln von für einePartikelgröße von Partikeln in einer Probe 130 indikativer Information gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der Erfindung. Um die obengenannten Nachteile der DIA Technologie durch eine Kombination mit DDMbeseitigen zu können, kann die in Figur 7 gezeigte Technologiekombinationverwendet werden.
Die Messanordnungen für die Durchführung von DIA und DDM sind sehrähnlich, beide Technologien können einen Großteil der Komponenten derVorrichtung 100, oder sogar die gesamten Komponenten, gemeinsamverwenden. Die Messanordnung in Form der Vorrichtung 100 besteht aus einerLichtquelle als elektromagnetische Strahlungsquelle 102, die einen Lichtstrahl alselektromagnetische Primärstrahlung 108 entlang einer optischen Achse 702aussendet, einer Strahlformoptik 700, einer Messzelle als Probenbehälter 126,welche die zu untersuchende Probe 130 enthält, einer Abbildungsoptik 118 undeinem Bildsensor als elektromagnetischen Strahlungsdetektor 104. Die Eintritts-bzw. Austrittsfenster der Messzelle sind mit Bezugszeichen 704 bzw. 706bezeichnet. Die Strahlformoptik 700 dient der Strahlaufweitung bzw. Kollimation,um eine scharfe Abbildung zu bewirken. Figur 7 ist zu entnehmen, dass dieoptische Weglänge, welche die elektromagnetische Primärstrahlung 108 zumDurchlaufen des Probenbehälters 126 benötigt, sehr kurz ist, um Verfälschungenbei der Größenbestimmung von nahe des Eintrittsfensters 704 bzw. nahe desAustrittsfensters 706 befindlichen Partikeln zu vermeiden. Figur 7 ist ferner zuentnehmen, dass die Abbildungsoptik 118 aus zwei Sammellinsen 708 gebildetist, zwischen denen eine Blende 710 angeordnet ist (alternativ ist auch einblendenloses Linsensystem möglich). Die Abbildungsoptik 118 kann soausgebildet werden, dass sie das Bild an der Position des elektromagnetischenStrahlungsdetektors 104 stets gleich groß hält.
Im Hinblick auf die am besten geeignete Lichtquelle haben DIA und DDMpraktisch identische Anforderungen. Beide Technologien funktionieren auch mitkohärentem und polychromatischem Licht. Zur Unterdrückung von störendenInterferenzartefakten in den Bildern ist jedoch eine inkohärente oder nur sehrschwach kohärente Lichtquelle zu bevorzugen. Da es normalerweise keinen
Grund gibt, DIA Bilder in Farbe aufzunehmen, ist auch die Verwendung einermonochromatischen Lichtquelle in vielen Fällen völlig ausreichend.Monochromatisches Licht hat sogar viele Vorteile. So werden zum BeispielAbbildungsfehler, die durch chromatische Aberration hervorgerufen werden,vermieden und der Zusammenhang zwischen dem projizierten Streuvektor q unddem tatsächlichen Streuvektor |Q| ist dann eindeutig (abgesehen von einerWinkelabhängigkeit). Im Hinblick auf eine gute Justierbarkeit des optischenAufbaus, bei gleichzeitig hohem Auflösungsvermögen, ist eine möglichst kurzeWellenlänge, welche jedoch noch innerhalb des für das menschliche Augesichtbaren Spektralbereichs liegt, zu bevorzugen. Auch die Verwendung einergepulsten Lichtquelle, wie für DIA üblich, stellt für DDM kein Problem dar bzw. istsogar ein Vorteil, da auch bei DDM nur Momentaufnahmen gemacht werdenbrauchen.
Eine weitere Verbesserung hinsichtlich der Qualität der aufgenommenenBilder erreicht man bei der DIA durch das Verwenden einer kollimiertenBeleuchtung. Die Strahlformungsoptik 700 richtet also die von derelektromagnetischen Strahlungsquelle 102 kommenden Lichtstrahlen parallel zuroptischen Achse 702 aus. Diese Art der Beleuchtung ist auch für DDM vonVorteil. Da es keine schräg auf das Objekt treffenden Lichtstrahlen mehr gibt, istder Zusammenhang zwischen dem projizierten Streuvektor q und demtatsächlichen Streuvektor |Q| eindeutig (abgesehen von einerWellenlängenabhängigkeit).
Unterschiede hinsichtlich der Anforderungen des Aufbaus von DIA undDDM Geräten gibt es vor allem in der Abbildungsoptik 118. Da es sich bei DIAum ein Verfahren handelt, bei dem Partikel anhand der Bilder direkt vermessenwerden, sollen perspektivische Verfälschungen, wie sie bei konventionellenentozentrischen (und auch perizentrischen) Optiken auftreten, möglichstvermieden werden. Partikel sollen also unabhängig von ihrem Abstand zurAbbildungsoptik 118 gleich groß erscheinen. Obwohl DIA auch mitherkömmlichen Optiken möglich ist, werden deshalb oft sogenannte telezentrische Optiken für die Abbildung der Partikel auf den Detektor verwendet.Genau diese telezentrischen Optiken haben aber oft eine geringe numerischeApertur NA (besonders wenn es sich um eine bi-telezentrische Abbildunghandelt), was für DDM eine Einschränkung hinsichtlich des zugänglichen q-Bereichs und der Auflösung darstellt. DDM-Vergleichsmessungen mit dreiverschiedenen Objektiven (40x Mikroskopobjektiv mit NA=0.6, lOxMikroskopobjektiv mit NA = 0.25, 8x telezentrisches Objektiv mit NA=0.09)haben gezeigt, dass das lOx Mikroskopobjektiv aufgrund seiner optischenParameter (Vergrößerung, NA und Lichtstärke) am besten geeignet ist.
Warum das so ist, kann man sich wieder mit der Zerlegung des Objekts inperiodische Brechungsindexgitter 500 vorstellen. Die NA einer Optik schränktdiese hinsichtlich des Winkels ein, unter dem ein Lichtstrahl noch in die Optikeintreten kann und zur optischen Abbildung beiträgt. Figur 5 zeigt schematischdie Beugung von Licht an einem Brechungsindexgitter 500, wobei der Winkel derersten Beugungsordnung von der Wellenlänge des einfallenden Lichts und derGitterkonstante g abhängt. Da jedes Gitter das einfallende Licht, je nachGitterkonstante, zu einem bestimmten Winkel Θ streut (siehe Figur 5; es wirdhier nur die erste Beugungsordnung betrachtet), stellt die NA auch eineEinschränkung in den noch aufnehmbaren Gittervektoren g und somit wegen q =2n/g auch in den projizierten Streuvektoren q dar. Will man mittels DDM alsoeinen möglichst großen Streuvektorbereich abdecken, empfiehlt sich dieVerwendung einer Abbildungsoptik mit hoher numerischer Apertur.
Wodurch ist nun aber der in Figur 3 gezeigte q-Bereich und dessenAuflösung bei einer typischen DDM Messung noch bestimmt? Um das klären zukönnen, hat die Vergrößerung M (mit M>1 für eine vergrößernde Abbildung undM<1 für eine verkleinernde Abbildung) der Abbildungsoptik, die Größe des PixelArray-Detektors (Annahme: quadratisch mit m Pixel Seitenlänge) und die Größeder sich darauf befindenden Pixel (quadratisch mit Kantenlänge SP) bekannt zusein. Unter der Annahme, dass die Abbildungsoptik auf den Pixel Array-Detektorabgestimmt ist, dieser also von der Optik über die gesamte Diagonale ausgeleuchtet wird, ergibt sich das objektseitige Gesichtsfeld F, welches durchdie Abbildungsoptik noch auf den Detektor abgebildet werden kann, zu:
Da der g-Vektor durch q=2n/g gegeben ist, und das kleinst mögliche Gitterim Bild eine Gitterkonstante von zwei Pixel aufweisen muss, ist durch= ^- = ^ gegeben. Für Figur 3 ergibt das bei einer Pixel-Kantenlänge
"F von 14pm: = 2.24pw-1. Nun ist das q.max in Figur 3 aber etwas größer als 3.
Die Diskrepanz kommt aus der Diagonale des Fourier-Transformierten Bildes, dieja um den Faktor größer ist als die Breite bzw. Höhe. Dadurch ergibt sich derrichtige Wert: = qmsx'/i = 3.i7pn-1. Messdaten zu g-Werten die größer sind als sollten jedoch nicht für die Auswertung verwendet werden, da sie keinebrauchbare Information über das Bild enthalten. Der kleinstmögliche g-Wertergibt sich jetzt zu: « = 2mm.— —=2.8β-3μ^_1 bei einer Bildbreite von m = 800 Pixel.
Aus den bisherigen Betrachtungen kann Folgendes geschlussfolgertwerden:
Der nutzbare g-Vektorbereich ist im Rahmen der hier beschriebenenTheorie nach oben durch die NA des Objektivs beschränkt. D.h. der Streuvektorkann maximal so groß sein, dass die erste Beugungsordnung des zugehörigenGitters noch von der Optik aufgenommen werden kann. = IfürA? = i| = (n... Beugungsordnung) iv -A Λ·
Der nutzbare g-Vektorbereich ist im Rahmen der hier beschriebenenTheorie nach oben auch durch die Vergrößerung der Abbildungsoptik und diePixelgröße des verwendeten Detektors beschränkte^ = ^f-. ip
Der letzte Punkt zeigt also, dass eine Optik mit stärkerer Vergrößerungeinen größeren q-Bereich zugänglich macht. Zu berücksichtigen ist hier allerdingsauch, dass die verwendete Optik die effektive Pixelgröße auch auflösen beziehungsweise solche kleine Strukturen auch mit ausreichendemKontrast übertragen kann. Das kann aus der Modulationstransferfunktion derOptik abgelesen werden. Für das Beispiel aus Figur 3 mit NA=0.25 und λ=430ηηη würde Restriktion1 ein qßüsr.es-iimit = 3.653μ-ϊ»-1 liefern und Restriktion 2 ein onflT = 2.244μ«ι-1. DieNA der Optik wäre in diesem Fall also nicht die Beschränkung, da der g-Bereichdurch die gewählte Vergrößerung und die Größe der Detektorpixel bereits stärkereingeschränkt ist. Es gilt jedoch zu bedenken, dass ein großer g-Bereich nichtimmer vorteilhaft ist, da nicht bei allen g-Werten brauchbare Daten gemessenwerden. Die Optik und der Detektor sollten also so ausgewählt werden, dassmöglichst nur ein g-Bereich aufgenommen wird, in dem die Messdaten auchbrauchbar sind. Figur 6 zeigt hierfür ein Beispiel. Figur 6 zeigt eine ImageStructure Function für ein 500 nm großes PS-Latexpartikel in Wasser,aufgenommen mit einem konventionellen 40xMikroskopobjektiv mit einernumerischen Apertur von 0.6, erhalten mittels Differenzieller DynamischerMikroskopie.
Der aufgenommene g-Bereich ist durch das stark vergrößernde Objektivzwar groß, brauchbare Messdaten liegen jedoch nur für einen kleinen g-Bereichvor (für diese Messung ist qmss = 8.98μ??ΐ_1).
Zu der Messmethode DDM sollen im Weiteren zusätzliche Überlegungenbeschrieben werden:
Kleinere Partikel bewegen sich verglichen mit größeren schneller, führen inden DDM Differenzbildern also zu einem deutlicheren Differenzsignal. Die mittlereStrecke s, um die sich ein Teilchen nach einer bestimmten Zeit τ vomAusgangspunkt wegbewegt hat, kann als Wurzel aus der mittleren quadratischenVerschiebung (mean square displacement, MSD) ausgedrückt werden: VMSD = = v'2Dt . Um also größere Partikel mit DDM noch messen zu können, sollten sehr kleine Verschiebungen gemessen werden.
Sieht man sich in Figur 3 Schnitte entlang der dt-Achse an (diese Kurvensind proportional zur Intensitätskorrelationsfunktion), so bemerkt man, dassdiese Kurven für gewisse q- Werte bei großen Differenzzeiten dt (dt entsprichtder oben angesprochenen Differenzzeit At, die zwischen zwei subtrahiertenBildern vergangen ist) in ein Plateau übergehen. Dieses Plateau bedeutet, dassjegliche Korrelation zwischen den für das Differenzbild verwendeten Einzelbildernverloren gegangen ist. Erst wenn die Kurven in ein Plateau übergehen, kann ausihnen auch die charakteristische Abklingzeit τ und in weiterer Folge diePartikelgröße berechnet werden. Die g-Abhängigkeit der Abklingzeit ist aus derDynamischen Lichtstreuung bekannt und durch: τ = i/(Dmqa) gegeben, mit Dmdem Massendiffusionskoeffizienten der Partikel. Es ist also auch daraufzuachten, dass die Messdauer, und somit auch die maximale für die Differenzbilderzur Verfügung stehende Verzögerungszeit At, an die Partikelgröße angepasstwird (für größere Partikel sollte länger gemessen werden).
Partikel im Rayleigh Limit stellen sogenannte Phasenobjekte dar, streuenverglichen mit größeren also weniger in Vorwärtsrichtung. Mit abnehmenderPartikelgröße nimmt der Einfluss der Partikel auf die Differenzbildern ab und wirdirgendwann so gering, dass er im Detektorrauschen untergeht und somit nichtmehr ausgewertet werden kann. Die Amplitude der Image Structure FunctionD(q,At) ist für kleine q-Werte proportional zu g4.
Figur 8 zeigt eine Vorrichtung 100 zum Ermitteln von für einePartikelgröße von Partikeln in einer Probe 130 indikativer Information gemäßeinem anderen exemplarischen Ausführungsbeispiel der Erfindung, wobei einliegender Probenbehälter 126 bzw. eine liegende Messzelle zum Unterdrückenvon störenden Einflüssen, wie zum Beispiel Partikelsedimentation oder dasAusbilden temperaturinduzierter Strömungen in der Messzelle, vorgesehen ist.Die liegende Orientierung des Probenbehälters 126 wird durch eine Anordnungvon Umlenkspiegeln 800 ermöglicht.
Da die Partikel für eine Größenbestimmung mit DDM nur der BrownschenMolekularbewegung unterworfen sein dürfen, kann es für große Partikel vonVorteil sein, die Messzelle bzw. den Probenbehälter 126 zum Beispiel, so wie inFigur 8 gezeigt, liegend auszuführen. Der Einfluss der Sedimentation und auchdie Erzeugung von unterwünschten Strömungen durch Temperaturgradienten(wie sie zum Beispiel durch einen Laser hervorgerufen werden können) wird soverringert.
Im Weiteren werden Überlegungen zu einer DDM Messung in und vonlaminaren Strömungen erläutert.
Ist der Diffusionsbewegung eine gerichtete laminare Strömung überlagert,so ist auch dann noch eine Partikelgrößenbestimmung mittels DDM möglich. DieRotationssymmetrie der Fourier-transformierten Differenzbilder ist allerdings gebrochen, und ein Aufintegrieren über den Azimut-Winkel daher nichtmehr erlaubt. Nur Daten, die von einer Bewegung senkrecht zum laminaren Flussherrühren, sollen auch für die DDM Auswertung verwendet werden. Ein Großteilder aufgenommen Messdaten kann somit nicht für die Auswertung verwendetwerden, und das Signal zu Rausch Verhältnis ist dementsprechend schlechterbzw. es sollten dann mehr Messdaten aufgenommen werden. DDM kann aber nicht nur dazu verwendet werden, die Partikelgröße zubestimmen, sondern auch um zum Beispiel die Strömungsgeschwindigkeit einerSuspension zu messen. Die der Brownschen Bewegung überlagerte Strömungführt zu einem Streifenmuster in der Image Structure Function, welcheshinsichtlich des Streifenabstandes ausgewertet und so dieStrömungsgeschwindigkeit ermittelt werden kann. Da die Ursache, welche dieStrömung hervorruft, nicht ausschlaggebend für die Strömungsmessung ist, kannzum Beispiel auch die elektrophoretische Mobilität mit dieser Methode gemessenwerden. Aus der elektrophoretischen Mobilität von Partikeln kann dann auch dasZetapotential der Partikel berechnet werden. Mit DDM ist es also möglich, sowohlPartikelgröße als auch Zetapotential zu messen. Üblicherweise werden für die DIA mehrere telezentrische Objektiveverwendet, damit ein ausreichend großer Messbereich abgedeckt werden kann.Kleine Partikel sollten vergrößert werden (typischerweise 10-15x), um auf demPixel-Array Detektor noch erkennbar zu sein, wohingegen sehr große Partikeleventuell sogar verkleinert abgebildet werden müssen (typischerweise Faktorzwei). Um ein reproduzierbares Wechseln zwischen verschiedenen Optikenmöglichst komfortabel zu gestalten, kann zum Beispiel ein Optikrevolver an dieStelle der in Figur 7 und Figur 8 gezeigten Abbildungsoptik 118 gesetzt werden.Dabei kann das Wechseln der verschiedenen Optiken manuell oder automatischdurchgeführt werden.
Wie bereits erwähnt, kann es für DDM ein Vorteil sein, keine telezentrischeOptik, sondern ein herkömmliches Mikroskop Objektiv mit hoher NA zuverwenden. Dieses kann dann ebenfalls in den Optikrevolver miteingebautwerden.
Figur 9 zeigt eine schematische Prinzipanordnung einer Vorrichtung 100zum Ermitteln von für eine Partikelgröße von Partikeln in einer Probe indikativerInformation gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Ergänzend zu Figur 7 und Figur 8 sind für den Betrieb desKombinationsgeräts auch noch eine Anzeigeeinheit 180, sowie eine Vorkehrungzur Probendispergierung und zum Abführen von Probenabfall vorteilhaft. Für dieProbenvorbereitung und Entsorgung können somit optional eineProbendispergiereinheit 900 und eine Probenabfalleinheit 902 in die Vorrichtung100 eingebunden werden.
Figur 10 zeigt eine Vorrichtung 100 zum Ermitteln eines Zeta-Potenzialsbzw. eines elektrischen Ladungszustands von Partikeln einer Probe 130 gemäßeinem exemplarischen Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Die Vorrichtung 100 gemäß Figur 10 unterscheidet sich von derVorrichtung gemäß Figur 7 im Wesentlichen dadurch, dass eine elektrischeFelderzeugungseinrichtung 116 zum Erzeugen eines elektrischen Felds in derProbe 130 vorgesehen ist, und dass die Ermittlungseinrichtung 106 zum
Ermitteln des Zetapotenzials der Partikel in der Probe 130 ausschließlich mittelsDifferenzieller Dynamischer Mikroskopie (DDM) ausgebildet ist. DieErmittlungseinrichtung 106 ist dagegen nicht notwendigerweise ausgebildet, dievon dem elektromagnetischen Strahlungsdetektor erfassten Detektordatenmittels Dynamischer Bildanalyse auszuwerten. Für die übrigen Komponentenwird auch auf die sonstige Beschreibung im Rahmen dieser Patentanmeldungverwiesen.
Die Vorrichtung 100 gemäß Figur 10 weist eine elektromagnetischeStrahlungsquelle 102 zum Erzeugen von elektromagnetischer Primärstrahlung108 auf. Die Vorrichtung 100 enthält ferner die elektrischeFelderzeugungseinrichtung 116 zum Erzeugen eines elektrischen Felds in derProbe 130. Ein elektromagnetischer Strahlungsdetektor 104 dient zumDetektieren von elektromagnetischer Sekundärstrahlung 110, die durchWechselwirkung der elektromagnetischen Primärstrahlung 108 mit der Probe indem elektrischen Feld erzeugt wird. Die Ermittlungseinrichtung 106 ist zumErmitteln des Zetapotentials basierend auf der detektierten elektromagnetischenSekundärstrahlung 110 eingerichtet. Genauer gesagt ist dieErmittlungseinrichtung 106 ausgebildet, das Zetapotential aus zeitlichenVeränderungen zwischen aus der elektromagnetischen Sekundärstrahlung 110generierten Detektorbildern zu unterschiedlichen Detektionszeitpunkten zuermitteln, d.h. mittels Differentieller Dynamischer Mikroskopie.
Figur 11 zeigt eine Figur 10 zugehörige schematische Prinzipanordnungeiner Vorrichtung 100 zum Ermitteln eines Zeta-Potenzials der Partikel gemäßeinem exemplarischen Ausführungsbeispiel der Erfindung mit einerFelderzeugungseinrichtung 116. Hinsichtlich der zusätzlichen Komponenten wirdauf die obige Beschreibung von Figur 9 verwiesen.
Ergänzend ist darauf hinzuweisen, dass „aufweisend" keine anderenElemente oder Schritte ausschließt und „eine" oder „ein" keine Vielzahlausschließt. Ferner sei darauf hingewiesen, dass Merkmale oder Schritte, die mitVerweis auf eines der obigen Ausführungsbeispiele beschrieben worden sind, auch in Kombination mit anderen Merkmalen oder Schritten anderer obenbeschriebener Ausführungsbeispiele verwendet werden können. Bezugszeichen inden Ansprüchen sind nicht als Einschränkung anzusehen.
Claims (33)
- Patentansprüche 1. Vorrichtung (100) zum Ermitteln von für eine Partikelgröße und/oderPartikelform von Partikeln in einer Probe indikativer Information, wobei dieVorrichtung (100) aufweist: eine elektromagnetische Strahlungsquelle (102) zum Erzeugen vonelektromagnetischer Primärstrahlung (108); einen elektromagnetischen Strahlungsdetektor (104) zum Detektieren vonelektromagnetischer Sekundärstrahlung (110), die durch Wechselwirkung derelektromagnetischen Primärstrahlung (108) mit der Probe erzeugt wird; undeine Ermittlungseinrichtung (106), die zum Ermitteln der für diePartikelgröße und/oder Partikelform indikativen Information basierend auf derdetektierten elektromagnetischen Sekundärstrahlung (110) eingerichtet ist; wobei die Ermittlungseinrichtung (106) ausgebildet ist, die Informationselektiv erstens (112) mittels einer Identifizierung und Größenbestimmungund/oder Formbestimmung der Partikel auf einem aus der elektromagnetischenSekundärstrahlung (110) generierten Detektorbild zu ermitteln, und/oder dieInformation zweitens (114) aus zeitlichen Veränderungen derelektromagnetischen Sekundärstrahlung (110) zwischen zu unterschiedlichenDetektionszeitpunkten generierten Detektorbildern zu ermitteln.
- 2. Vorrichtung (100) gemäß Anspruch 1, wobei die Ermittlungseinrichtung(106) ausgebildet ist, die Information aus dem aus der elektromagnetischenSekundärstrahlung (110) generierten Detektorbild mittels DynamischerBildanalyse zu ermitteln.
- 3. Vorrichtung (100) gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei dieErmittlungseinrichtung (106) ausgebildet ist, die Information aus den zeitlichenVeränderungen zwischen den Detektorbildern mittels Differenzieller DynamischerMikroskopie zu ermitteln.
- 4. Vorrichtung (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei dieErmittlungseinrichtung (106) ausgebildet ist, sowohl die erste (112) als auch diezweite (114) Ermittlung der Information für zumindest einen vorgebbarenTeilbereich von Partikelgrößen, insbesondere in einem Bereich zwischen 100 nmund 20 pm, weiter insbesondere in einem Bereich zwischen 500 nm und 10 pm,durchzuführen.
- 5. Vorrichtung (100) gemäß Anspruch 4, wobei die Ermittlungseinrichtung(106) ausgebildet ist, die Information für Teilchengrößen oberhalb desvorgebbaren Teilbereichs von Partikelgrößen nur mittels der ersten Ermittlung(112) durchzuführen und/oder die Information für Teilchengrößen unterhalb desvorgebbaren Teilbereichs von Partikelgrößen nur mittels der zweiten Ermittlung(114) durchzuführen.
- 6. Vorrichtung (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei dieErmittlungseinrichtung (106) ausgebildet ist, für die erste (112) und die zweite(114) Ermittlung der Information dieselbe elektromagnetische Strahlungsquelle(102) und/oder denselben elektromagnetischen Strahlungsdetektor (104) zuverwenden.
- 7. Vorrichtung (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei dieErmittlungseinrichtung (106) ausgebildet ist, für die erste (112) und die zweite(114) Ermittlung der Information zumindest zum Teil dieselben von demelektromagnetischen Strahlungsdetektor (104) detektierten Detektordaten zuverwenden.
- 8. Vorrichtung (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei dieErmittlungseinrichtung (106) ausgebildet ist, eine Differenz zwischen gemäß der ersten Ermittlung (112) ermittelter Partikelgrößen und gemäß der zweitenErmittlung (114) ermittelter Partikelgrößen zu berechnen und auszugeben.
- 9. Vorrichtung (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei dieErmittlungseinrichtung (106) ausgebildet ist, oberhalb eines erstenvorgegebenen Größenschwellwerts die Partikelgröße ausschließlich gemäß derersten Ermittlung (112) durchzuführen und unterhalb eines zweitenvorgegebenen Größenschwellwerts die Partikelgröße ausschließlich gemäß derzweiten Ermittlung (114) durchzuführen, wobei der erste Größenschwellwertgrößer als oder gleich wie der zweite Größenschwellwert ist.
- 10. Vorrichtung (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei dieErmittlungseinrichtung (106) ausgebildet ist, unterhalb eines erstenvorgegebenen Konzentrationsschwellwerts der Probe die Partikelgrößeausschließlich gemäß der ersten Ermittlung (112) durchzuführen und oberhalbeines zweiten vorgegebenen Konzentrationsschwellwerts der Probe diePartikelgröße ausschließlich gemäß der zweiten Ermittlung (114) durchzuführen,wobei der erste Konzentrationsschwellwert kleiner als oder gleich wie der zweiteKonzentrationsschwellwert ist.
- 11. Vorrichtung (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei dieErmittlungseinrichtung (106) ausgebildet ist, aus der ersten (112) und derzweiten (114) Ermittlung der Information hinsichtlich der PartikelgrößenInformation hinsichtlich einer Viskosität der Probe zu ermitteln.
- 12. Vorrichtung (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11,aufweisend eine elektrische Felderzeugungseinrichtung (116) zum Erzeugen eines elektrischen Felds in der Probe; wobei die Ermittlungseinrichtung (106) zum Ermitteln von für dasZetapotential von Partikeln in der Probe indikativer Information basierend auf der bei Anwesenheit des elektrischen Felds in der Probe detektiertenelektromagnetischen Sekundärstrahlung (110) eingerichtet ist.
- 13. Vorrichtung (100) gemäß Anspruch 12, wobei die Ermittlungseinrichtung(106) ausgebildet ist, die für das Zetapotential indikative Information auszeitlichen Veränderungen zwischen aus der elektromagnetischenSekundärstrahlung (110) generierten Detektorbildern zu unterschiedlichenDetektionszeitpunkten zu ermitteln, insbesondere mittels DifferenziellerDynamischer Mikroskopie.
- 14. Vorrichtung (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei dieelektromagnetische Strahlungsquelle (102) zum gepulsten Emittieren derelektromagnetischen Primärstrahlung (108) ausgebildet ist.
- 15. Vorrichtung (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 14, aufweisend einePrimärstrahlformungsoptik (700) zwischen der elektromagnetischenStrahlungsquelle (102) und der Probe, wobei die Primärstrahlformungsoptik(700) eingerichtet ist, die elektromagnetische Primärstrahlung (108) parallel zueiner optischen Achse (702) zu kollimieren.
- 16. Vorrichtung (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 15, aufweisend eineAbbildungsoptik (118) zwischen der Probe und dem elektromagnetischenStrahlungsdetektor (104), wobei die Abbildungsoptik (118) eingerichtet ist, dieelektromagnetische Sekundärstrahlung (110) auf den elektromagnetischenStrahlungsdetektor (104) abzubilden.
- 17. Vorrichtung (100) gemäß Anspruch 16, aufweisend einenVerstellmechanismus (120), der zum insbesondere manuellen oderautomatischen Verstellen der Abbildungsoptik (118) zwischen unterschiedlichenOptikkonfigurationen zum Aufnehmen von Detektordaten zur ersten Ermittlung (112) der Information und zum Aufnehmen von Detektordaten zur zweitenErmittlung (114) der Information eingerichtet ist.
- 18. Vorrichtung (100) gemäß Anspruch 17, wobei der Verstellmechanismus(120) ein Revolvermechanismus ist.
- 19. Vorrichtung (100) gemäß Anspruch 17 oder 18, wobei derVerstellmechanismus (120) eingerichtet ist, für die erste Ermittlung (112) eineerste Abbildungsoptik (124) einzustellen, die eine kleinere numerische Aperturhat als eine zweite Abbildungsoptik (122) für die zweite Ermittlung (114).
- 20. Vorrichtung (100) gemäß Anspruch 19, wobei die erste Abbildungsoptik(124) eine telezentrische Optik aufweist oder daraus besteht.
- 21. Vorrichtung (100) gemäß Anspruch 19 oder 20, wobei die zweiteAbbildungsoptik (122) ein Mikroskop-Objektiv aufweist oder daraus besteht.
- 22. Vorrichtung (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 21, aufweisend einendie Probe aufnehmenden Probenbehälter (126), der liegend angeordnet ist.
- 23. Verfahren zum Ermitteln von für eine Partikelgröße und/oder Partikelformvon Partikeln in einer Probe indikativer Information, wobei das Verfahrenaufweist: Erzeugen von elektromagnetischer Primärstrahlung (108); Detektieren von elektromagnetischer Sekundärstrahlung (110), die durchWechselwirkung der elektromagnetischen Primärstrahlung (108) mit der Probeerzeugt wird; und Ermitteln der für die Partikelgröße und/oder Partikelform indikativenInformation basierend auf der detektierten elektromagnetischenSekundärstrahlung (110); wobei die Information selektiv erstens (112) mittels einer Identifizierungund Größenbestimmung und/oder Formbestimmung der Partikel auf einem ausder elektromagnetischen Sekundärstrahlung (110) generierten Detektorbildermittelt wird, und/oder die Information zweitens (114) aus zeitlichenVeränderungen der elektromagnetischen Sekundärstrahlung (110) zwischen zuunterschiedlichen Detektionszeitpunkten generierten Detektorbildern ermitteltwird.
- 24. Speichermedium, insbesondere computerlesbares Speichermedium, indem ein Programm zum Ermitteln von für eine Partikelgröße und/oderPartikelform von Partikeln in einer Probe indikativer Information gespeichert ist,welches Programm, wenn es von einem Prozessor (106) ausgeführt wird, dasVerfahren nach Anspruch 23 ausführt oder steuert.
- 25. Software-Programm zum Ermitteln von für eine Partikelgröße und/oderPartikelform von Partikeln in einer Probe indikativer Information, welchesSoftware-Programm, wenn es von einem Prozessor (106) ausgeführt wird, dasVerfahren nach Anspruch 23 ausführt oder steuert.
- 26. Vorrichtung (100) zum Ermitteln von für ein Zetapotential von Partikeln ineiner Probe indikativer Information, wobei die Vorrichtung (100) aufweist: eine elektromagnetische Strahlungsquelle (102) zum Erzeugen vonelektromagnetischer Primärstrahlung (108); eine elektrische Felderzeugungseinrichtung (116) zum Erzeugen eineselektrischen Felds in der Probe; einen elektromagnetischen Strahlungsdetektor (104) zum Detektieren vonelektromagnetischer Sekundärstrahlung (110), die durch Wechselwirkung derelektromagnetischen Primärstrahlung (108) mit der Probe in dem elektrischenFeld erzeugt wird; und eine Ermittlungseinrichtung (106), die zum Ermitteln der für dasZetapotential indikativen Information basierend auf der detektiertenelektromagnetischen Sekundärstrahlung (110) eingerichtet ist; wobei die Ermittlungseinrichtung (106) ausgebildet ist, die für dasZetapotential indikative Information aus zeitlichen Veränderungen derelektromagnetischen Sekundärstrahlung (110) zwischen zu unterschiedlichenDetektionszeitpunkten generierten Detektorbildern zu ermitteln.
- 27. Vorrichtung (100) gemäß Anspruch 26, wobei die Ermittlungseinrichtung(106) ausgebildet ist, die für das Zetapotential indikative Information mittelsDifferenzieller Dynamischer Mikroskopie zu ermitteln.
- 28. Vorrichtung (100) gemäß Anspruch 26 oder 27, wobei dieelektromagnetische Strahlungsquelle (102) zum gepulsten Emittieren derelektromagnetischen Primärstrahlung (108) ausgebildet ist.
- 29. Vorrichtung (100) gemäß einem der Ansprüche 26 bis 28, aufweisend einePrimärstrahlformungsoptik (700) zwischen der elektromagnetischenStrahlungsquelle (102) und der Probe, wobei die Primärstrahlformungsoptik(700) eingerichtet ist, die elektromagnetische Primärstrahlung (108) parallel zueiner optischen Achse (702) zu kollimieren.
- 30. Vorrichtung (100) gemäß einem der Ansprüche 26 bis 29, aufweisend eineAbbildungsoptik (118) zwischen der Probe und dem elektromagnetischenStrahlungsdetektor (104), wobei die Abbildungsoptik (118) eingerichtet ist, dieelektromagnetische Sekundärstrahlung (110) auf den elektromagnetischenStrahlungsdetektor (104) abzubilden.
- 31. Verfahren zum Ermitteln von für ein Zetapotential von Partikeln in einerProbe indikativer Information, wobei das Verfahren aufweist: Erzeugen von elektromagnetischer Primärstrahlung (108); Erzeugen eines elektrischen Felds in der Probe; Detektieren von elektromagnetischer Sekundärstrahlung (110), die durchWechselwirkung der elektromagnetischen Primärstrahlung (108) mit der Probe indem elektrischen Feld erzeugt wird; und Ermitteln der für das Zetapotential indikativen Information basierend aufder detektierten elektromagnetischen Sekundärstrahlung (110); wobei die für das Zetapotential indikative Information aus zeitlichenVeränderungen der elektromagnetischen Sekundärstrahlung (110) zwischen zuunterschiedlichen Detektionszeitpunkten generierten Detektorbildern ermitteltwird.
- 32. Speichermedium, insbesondere computerlesbares Speichermedium, indem ein Programm zum Ermitteln von für ein Zetapotential von Partikeln in einerProbe indikativer Information gespeichert ist, welches Programm, wenn es voneinem Prozessor (106) ausgeführt wird, das Verfahren nach Anspruch 31ausführt oder steuert.
- 33. Software-Programm zum Ermitteln von für ein Zetapotential von Partikelnin einer Probe indikativer Information, welches Software-Programm, wenn es voneinem Prozessor (106) ausgeführt wird, das Verfahren nach Anspruch 31ausführt oder steuert.
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| ATA50184/2014A AT515577B1 (de) | 2014-03-12 | 2014-03-12 | Gemeinsamer Strahlungspfad zum Ermitteln von Partikel-information durch Direktbildauswertung und durch Differenzbildanalyse |
| US15/125,418 US20170074768A1 (en) | 2014-03-12 | 2015-03-12 | Common Radiation Path for Acquiring Particle Information by Means of Direct Image Evaluation and Differential Image Analysis |
| PCT/EP2015/055172 WO2015136038A2 (de) | 2014-03-12 | 2015-03-12 | Gemeinsamer strahlungspfad zum ermitteln von partikelinformation durch direktbildauswertung und durch differenzbildanalyse |
| DE112015001190.0T DE112015001190A5 (de) | 2014-03-12 | 2015-03-12 | Gemeinsamer Strahlungspfad zum Ermitteln von Partikelinformation durch Direktbildauswertung und durch Differenzbildanalyse |
| GB1617320.5A GB2539147B (en) | 2014-03-12 | 2015-03-12 | Common beam path for determining particle-information by a direct image evaluation and by difference image analysis |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| ATA50184/2014A AT515577B1 (de) | 2014-03-12 | 2014-03-12 | Gemeinsamer Strahlungspfad zum Ermitteln von Partikel-information durch Direktbildauswertung und durch Differenzbildanalyse |
Publications (3)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| AT515577A2 true AT515577A2 (de) | 2015-10-15 |
| AT515577A3 AT515577A3 (de) | 2018-04-15 |
| AT515577B1 AT515577B1 (de) | 2018-06-15 |
Family
ID=52779601
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| ATA50184/2014A AT515577B1 (de) | 2014-03-12 | 2014-03-12 | Gemeinsamer Strahlungspfad zum Ermitteln von Partikel-information durch Direktbildauswertung und durch Differenzbildanalyse |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US20170074768A1 (de) |
| AT (1) | AT515577B1 (de) |
| DE (1) | DE112015001190A5 (de) |
| GB (1) | GB2539147B (de) |
| WO (1) | WO2015136038A2 (de) |
Families Citing this family (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP3279636B1 (de) * | 2015-03-30 | 2022-05-18 | National Institute of Advanced Industrial Science and Technology | Partikelgrössenmessverfahren und -vorrichtung |
| JP6781989B2 (ja) * | 2015-04-21 | 2020-11-11 | 国立大学法人 東京大学 | 微粒子検出システム及び微粒子検出プログラム |
| US10419698B2 (en) * | 2015-11-12 | 2019-09-17 | Canon Kabushiki Kaisha | Image processing apparatus and image processing method |
| DE102016212164B3 (de) * | 2016-07-04 | 2017-09-21 | Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. | Verfahren zur Bestimmung der mittleren Partikelgröße von Partikeln, die in einem flüssigen und fließenden Medium suspendiert sind, über dynamische Lichtstreuung und Vorrichtung hierzu |
| US20180143123A1 (en) * | 2016-09-22 | 2018-05-24 | Mehmet Selim Hanay | System and method for sizing and imaging analytes in microfluidics by multimode electromagnetic resonators |
| JP6549747B2 (ja) * | 2017-04-14 | 2019-07-24 | リオン株式会社 | 粒子測定装置および粒子測定方法 |
| EP3521806A1 (de) * | 2018-02-06 | 2019-08-07 | Malvern Panalytical Limited | Dynamische mehrwinkellichtstreuung |
| JP7219048B2 (ja) * | 2018-10-23 | 2023-02-07 | 日本特殊陶業株式会社 | 微細気泡の有無判定装置、微細気泡の有無判定方法 |
| SE543406C2 (en) * | 2019-05-15 | 2021-01-05 | Nanosized Sweden Ab | Water impurity measurements with dynamic light scattering |
| WO2022040786A1 (en) * | 2020-08-24 | 2022-03-03 | Mazlite Inc. | Method, system, and lighting module for fast-moving particle characterization |
| WO2023075674A1 (en) * | 2021-11-01 | 2023-05-04 | Holtra Ab | Method and arrangement for optical detection of dielectric particles |
| SE2230165A1 (en) * | 2021-11-01 | 2023-05-02 | Holtra Ab | Method and arrangement for optical detection of dielectric particles |
| CN117826620B (zh) * | 2024-03-06 | 2024-05-07 | 天津路联智通交通科技有限公司 | 多功能土木工程粉碎机系统及方法 |
Family Cites Families (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3641320A (en) * | 1970-12-23 | 1972-02-08 | Us Air Force | Raindrop counter |
| IT1247004B (it) * | 1991-04-03 | 1994-12-12 | Ottica Ist Naz | Metodo e dispositivo di misura della distribuzione granulometrica di particolato solido in flusso |
| JP3411112B2 (ja) * | 1994-11-04 | 2003-05-26 | シスメックス株式会社 | 粒子画像分析装置 |
| DE19802141C1 (de) * | 1998-01-22 | 1999-04-22 | Retsch Kurt Gmbh & Co Kg | Vorrichtung zur Bestimmung der Partikelgrößenverteilung eines Partikelgemisches |
| JP2001337028A (ja) * | 2000-05-30 | 2001-12-07 | Nikkiso Co Ltd | 粒度分布測定方法および装置 |
| US8634072B2 (en) * | 2004-03-06 | 2014-01-21 | Michael Trainer | Methods and apparatus for determining characteristics of particles |
| JP4411440B2 (ja) * | 2006-06-02 | 2010-02-10 | 国立大学法人 筑波大学 | 粒子特性計測装置および粒子特性計測方法 |
| EP2350633A2 (de) * | 2008-10-09 | 2011-08-03 | Malvern Instruments Limited | Vorrichtung für suspensionsmessungen mit hohem durchsatz |
| DE102009014080B4 (de) * | 2009-03-23 | 2011-12-15 | Baumer Innotec Ag | Vorrichtung zum Bestimmen von Partikelgrössen |
| FR2947339B1 (fr) * | 2009-06-26 | 2011-07-15 | Inst Francais Du Petrole | Granulometre perfectionne |
| GB2493391B (en) * | 2011-08-05 | 2015-09-16 | Malvern Instr Ltd | Optical detection and analysis of particles |
| EP2647977A1 (de) * | 2012-04-03 | 2013-10-09 | ETH Zurich | Verfahren und Vorrichtung zum Messen der Last und Größe eines einzelnen Objekts in einer Flüssigkeit |
-
2014
- 2014-03-12 AT ATA50184/2014A patent/AT515577B1/de not_active IP Right Cessation
-
2015
- 2015-03-12 WO PCT/EP2015/055172 patent/WO2015136038A2/de active Application Filing
- 2015-03-12 DE DE112015001190.0T patent/DE112015001190A5/de active Pending
- 2015-03-12 US US15/125,418 patent/US20170074768A1/en not_active Abandoned
- 2015-03-12 GB GB1617320.5A patent/GB2539147B/en active Active
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| GB2539147A (en) | 2016-12-07 |
| DE112015001190A5 (de) | 2016-12-01 |
| WO2015136038A2 (de) | 2015-09-17 |
| WO2015136038A3 (de) | 2016-02-18 |
| AT515577B1 (de) | 2018-06-15 |
| US20170074768A1 (en) | 2017-03-16 |
| GB2539147B (en) | 2020-12-30 |
| AT515577A3 (de) | 2018-04-15 |
| GB201617320D0 (en) | 2016-11-23 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| AT515577B1 (de) | Gemeinsamer Strahlungspfad zum Ermitteln von Partikel-information durch Direktbildauswertung und durch Differenzbildanalyse | |
| EP2411787B1 (de) | Vorrichtung zum bestimmen von partikelngrössen | |
| EP3146308B1 (de) | Verfahren der partikel trackinq analyse mit hilfe von streulicht (pta) und eine vorrichtung zur erfassung und charakterisierung von partikeln in flüssigkeiten aller art in der grössenordnung von nanometern | |
| DE102006025505B4 (de) | Konfokales Selbstinterferenz-Mikroskop ohne Nebenmaxima | |
| EP3535561B1 (de) | Vorrichtung und verwendung der vorrichtung zum messen der konzentration, der grösse und des zetapotentials von nanopartikeln in flüssigkeiten im streulichtmodus und im fluoreszenzmodus | |
| DE112015000627B4 (de) | Mikrospektroskopische Vorrichtung | |
| EP3058414B1 (de) | Scanmikroskop und verfahren zum bestimmung der punkt-spreiz-funktion (psf) eines scanmikroskops | |
| DE102016212164B3 (de) | Verfahren zur Bestimmung der mittleren Partikelgröße von Partikeln, die in einem flüssigen und fließenden Medium suspendiert sind, über dynamische Lichtstreuung und Vorrichtung hierzu | |
| DE4228388B4 (de) | Vorrichtung zur Bestimmung von Partikelgrößen und/oder Partikelgrößenverteilungen | |
| DE102016211829A1 (de) | Verfahren zur kontaktfreien Ermittlung einer Temperatur sowie Infrarot-Messsystem | |
| DE102012005417B4 (de) | Vorrichtung und Verfahren zur winkelaufgelösten Streulichtmessung | |
| EP3374755B1 (de) | Lichtmikroskop und verfahren zum bestimmen einer wellenlängenabhängigen brechzahl eines probenmediums | |
| DE112017007862B4 (de) | Ladungsträgerstrahlvorrichtung | |
| DE102020100020A1 (de) | Verfahren und Vorrichtung für die Bestimmung von Merkmalen von Partikeln durch multiparametrische Erfassung von Streulicht- und Extinktionssignalen | |
| DE202016006846U1 (de) | Vorrichtung zum Messen der Konzentration und der Größe von Nanopartikeln in Flüssigkeiten im Streulichtmodus und im Fluoreszenzmodus | |
| WO2014026999A1 (de) | VERFAHREN ZUR BESTIMMUNG DER GRÖßENSPEKTREN UND DER KONZENTRATION VON PARTIKELN IN EINER MEHRPHASIGEN FLÜSSIGKEITSSTRÖMUNG UND KAVITATIONSKANAL | |
| WO2017045982A1 (de) | Vorrichtung und verfahren zur chromatisch-konfokalen untersuchung einer probe | |
| DE112011101562T5 (de) | Erfassen von Wärmekapazitätsänderungen aufgrund von Oberflächen-inkonsistenzen unter Verwendung von Spektralbereichen hoher Absorption im mittleren IR | |
| EP3479086B1 (de) | Verfahren zur kontaktfreien ermittlung einer temperatur sowie infrarot-messsystem | |
| WO2015028365A1 (de) | Analyseverfahren zur ermittlung der typen und konzentrationen biologischer partikel | |
| DE112017007750T5 (de) | Ferninfrarot-Spektralvorrichtung und Ferninfrarot-Spektralverfahren | |
| WO2019068503A1 (de) | Mikroskopiervorrichtung | |
| DE10239767A1 (de) | Partikelgrößenanalyse über Sedimentation | |
| DE102014007784A1 (de) | Verfahren zur Bestimmung der Größe und der Verteilung der Anzahldichte von Partikeln einer Teilchenansammlung | |
| DE102014118898B4 (de) | Infrarot- und Raman-Spektroskopie |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM01 | Lapse because of not paying annual fees |
Effective date: 20220312 |