Vorrichtung zur Bestimmung der Konzentration von Teilchen, die in einem durchsichtigen Medium suspendiert sind
Zum Bestimmen der Konzentration von in Flüssigkeiten oder in Gasen schwebenden Teilchen sind bisher verschiedene Verfahren angegeben worden. Es ist bereits ein Verfahren bekannt, bei dem das von einer Linse gebündelte Licht durch eine Zelle, in der sich das zu untersuchende Medium befindet, geschickt wird. Dieses Licht wird hinter der Zelle auf den Mittelpunkt einer lichtundurchlässigen Scheibe fokussiert, die vor einer Fotozelle angeordnet ist. Bei der Anwesenheit von Teilchen in der Zelle wird das über den Rand der Scheibe hinaus gestreute Licht gemessen und zur Berechnung der Teilchenzahl in der Zelle ausgewertet.
Die Zelle befindet sich jedoch in der Nähe der Linse, so dass mit dieser Einrichtung nur die integrale Wirkung aller Teilchen in der Zelle gemessen werden kann. Der besondere Nachteil dieser Einrichtung besteht darin, dass wegen der Messung allein integraler Effekte keine Konzentrationsbestimmung vorgenommen werden kann, wenn das Medium in einem kontinuierlichen Strom durch die Zelle geleitet wird, sondern es kann immer nur festgestellt werden, wieviele Teilchen insgesamt in der Zelle gleichzeitig vorhanden sind. Auch bei einmalig gefüllter Zelle führt die Messung der gleichzeitig in der Zelle vorhandenen Teilchen noch nicht zu einer genauen Angabe der Konzentration (Zahl der Teilchen pro Volumeneinheit), da in das Messergebnis das Volumen des eingefüllten Mediums eingeht und dieses Volumen sehr genau bekannt sein müsste.
Soll jedoch eine grosse Anzahl von beispielsweise Blutproben auf weisse oder rote Blutkörperchen untersucht werden, dann würden die Vorteile dieses Gerätes durch den Nachteil ausgeglichen, dass für jede einzelne Probe eine genaue Volumenmessung unternommen werden muss oder nur genau dosierte Probenmengen in diese Zelle gegeben werden können.
Bei einem weiteren bekannten Verfahren wird das zu untersuchende Medium durch eine durchgehende Bohrung in einem massiven Block gesaugt, an die in seitlicher Richtung weitere Bohrungen angeschlossen sind. Bei der Messung wird durch eine dieser weiteren Bohrungen ein Lichtstrahl auf das durchströmende Medium gerichtet, während gleichzeitig durch eine andere der weiteren Bohrungen das Streulicht gemessen wird.
Aufgrund der Bohrungen, druch die das einfallende Licht und das Streulicht treten, ist der Raumwinkel, in dem sich das Licht ausbreiten kann, relativ klein, und da mit dieser Vorrichtung ohnehin nur das in einen erheblich über 0 liegenden Winkel gestreute Licht gemessen werden kann, ist die Empfindlichkeit ziemlich gering.
Ausserdem eignet sich die Zelle nur zur Untersuchung von Gasen, da die Bohrungen, durch die das Licht eintritt, mit der durchgehenden Bohrung, durch die das Gas gesaugt wird, direkt verbunden sind.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Bestimmen der Konzentration von Teilchen zu schaffen, in der das zu untersuchende Medium in einem kontinuierlichen Strom mit vorgegebener Geschwindigkeit weitergeleitet wird und die auf einfache Weise mit einem Vergleichsmedium geeicht werden kann. Ausserdem soll die Vorrichtung mit einer Einrichtung versehen sein, mit der nach der Untersuchung jeder Probe aus dem kontinuierlichen Strom eine Waschflüssigkeit durch die Untersuchungszelle geleitet werden kann.
Die Erfindung besteht dazu in einer Vorrichtung zur Bestimmung der Konzentration von Teilchen, die in einem durchsichtigen Medium suspendiert sind, mit einer Durchflusszelle, durch die das Medium in einem kontinuierlichen Strom geleitet wird, mit einer Lichtquelle, deren Lichtstrahlen von einer optischen Einrichtung fokussiert werden, mit einer lichtundurchlässigen Scheibe und mit einer lichtelektrischen Einrichtung, die in Abhängigkeit von der auf sie treffenden Lichtmenge Signale abgibt, und die erfindungsgemäss dadurch ge kennzeichnet ist, dass der Brennpunkt in der Durchflusszelle liegt und die lichtundurchlässige Scheibe zwischen dem Brennpunkt und der lichtelektrischen Einrichtung derart angeordnet ist,
dass bei Abwesenheit von Teilchen im Brennpunkt kein Licht zur lichtelektrischen Einrichtung gelangt und bei Anwesenheit von Teilchen im Brennpunkt ein Teil des Lichts über den Rand der Scheibe hinaus auf die lichtelektrische Einrichtung gestreut wird.
Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung kann darin, bestehen, dass zwischen der Scheibe und der lichtelektrischen Einrichtung eine Vorrichtung vorgesehen ist, die das Streulicht zumindest teilweise sammelt und auf die lichtelektrische Einrichtung richtet. Diese Vorrichtung besteht zweckmässigerweise aus zwei sich gegenüber stehenden Konkavspiegeln, die beide je ein Loch aufweisen, durch das Licht in den Raum zwischen den Spiegeln bzw. von dort zur lichtelektrischen Einrichtung gelangt. Hierdurch kann die Empfindlichkeit und Genauigkeit der Vorrichtung wesentlich erhöht werden.
Zur weiteren Erhöhung der Messgenauigkeit kann eine Einrichtung vorgesehen sein, die ein Ventil aufweist, dessen Ausgangsöffnung mit der Durchflusszelle und dessen beide Eingangsöffnungen mit einer Zuführvorrichtung für das Medium bzw. mit einer Zuführvorrichtung für eine Waschflüssigkeit verbunden sind, so dass der Strom des Mediums durch die Durchflusszelle schrittweise periodisch unterbrochen und stattdessen der Strom einer Waschflüssigkeit eingeschaltet wird.
Enthält die Vorrichtunguach der Erfindung z. B. eine Durchflusszelle, die aus einem massiven Block besteht, zwischen dessen oberer und unterer Oberfläche ein Druchllusskanal vorgesehen ist, der je eine an die obere bzw. untere Oberfläche grenzende, runde Ein gangs- bzw. Ausgangsöffnung und einen mittleren, dünnen und länglichen Abschnitt enthält, auf den der Brennpunkt ausgerichtet ist, dann sollte der mittlere Abschnitt über je ein glattes, nicht gewinkeltes Zwischenstück mit der Eingangs- und Ausgangs öffnung verbunden und der Drnchflusskanal im wesentlichen gradlinig sein.
Die Erfindung wird im folgenden an Ausführungsbeispielen mit Hilfe der beiliegenden Figuren näher beschrieben.
Die Fig. 1 ist eine Draufsicht auf die vorstehend genannte Vorrichtung.
Die Fig. 2 ist ein Schnitt längs der Linie 2-2 der Fig. 1.
Die Fig. 3 ist ein Schnitt durch die Durchflusszelle längs der Linie 2-2 der Fig. 1.
Die Fig. 4 ist ein Schnitt durch die Durchflusszelle längs der Linie 1 44 der Fig. 2.
Die Fig. 5 ist die Draufsicht auf eine optische Einrichtung der Vorrichtung, die eine lichtundurchlässige Scheibe enthält.
Die Fig. 6 ist ein Schnitt durch die Durchflusszelle längs der Linie 6-6 der Fig. 4.
Die Fig. 7 ist ein Blockschaltbild einer zur Einrichtung gehörenden Zählen und Registrierschaltung.
Die Fig. 8 ist ein der Fig. 2 ähnlicher Schnitt durch die Durchflusszelle.
Die Fig. 9 zeigt die Vorrichtung nach der Erfindung in Verbindung mit einer automatischen Zuführvorrichtung für Blutproben.
Der Apparat nach den Figuren 1 und 2 enthält einen Hauptrahmen 10, von dem Stützbeine 12 ausgehen. An der Unterseite des Hauptrahmens 10 ist ein Montageblock 14 (Figur 2) befestigt, in dem eine Öffnung ausgebildet ist. Eine Lampenanordnung 16 weist einen Kolben 18 und eine Stützplatte 20 auf. Von dieser verläuft ein Montagezapfen 22 durch eine im Montageblock 14 ausgebildete (nicht gezeigte) Öffnung hindurch, damit die Lampenanordnung vom Hauptrahmen 10 getragen werden kann. Vom Hauptrahmen 10 aus geht eine Stellschraube 23 durch den Montageblock 14 hindurch und wirkt mit einem Abschnitt des Montagezapfens 22 zusammen. Beim Lösen der Stellschraube kann die Lampenanordnung 16 relativ zum Hauptrahmen 10 verstellt werden.
Über dem Hauptrahmen 10 ist eine optische Röhre 24 mit Hilfe einstellbarer Stützkörper 26 und 28 verstellbar angeordnet. Diese Stützkörper können z. B. um ihre eigene Längsachse relativ zum Hauptrahmen schwenkbar sein. Vorzugsweise sind zwei Abschnitte 30 und 32 der Röhre 24 an einer Stelle 34 teleskopisch und lichtdicht verbunden. Die Lampe 18 ist von einem zylindrischen Lichtschirm 36 umgeben, in dem eine Öffnung 38 für das Licht ausgebildet ist, an der ein mit einer entsprechenden Öffnung versehener Stützkörper 40 befestigt ist, durch den das eine Ende des Röhrenabschnittes 30 hindurchgeht.
Neben dem einen äusseren Ende des Röhrenabschnittes 30 sind zwei plankonvexe Linsen 42 und 44 und eine dünne, undurchsichtige Blende 43 angeordnet, in deren Mitte eine kleine Öffnung ausgebildet ist, und die zwischen den beiden Linsen vorgesehen ist. Am entgegengesetzten Ende des Röhrenabschnittes 30 sind innerhalb des Röhrenabschnittes 32 ähnliche Blenden 46 und 48 mit je einer Mittelöffnung 47 bzw. 49 in ähnlicher Weise angeordnet.
An dem dem Röhrenabschnitt 30 entgegengesetzten Ende des Röhrenabschnittes 32 ist ausserdem ein äusserst gut korrigiertes Mikroskopobjektiv 50 angeordnet, an dessen äusseren Seiten sich je eine Blende 52 bzw. 54 mit je einem kleinen Loch 53 bzw. 55 befindet.
Die Blenden 43, 46, 48 52 und 54 sind derart angeordnet, dass ihre Mitte mit der Öffnung 45, 47, 49, 53 bzw. 55 in der optischen Achse der optischen Röhre 24 liegt, die in Figur 2 als gestrichelte Linie 41 angegeben ist. Die wichtigsten Öffnungen sind die Öffnungen 47 und 55; die Öffnung 47 wird dabei vom Mikroskopobjektiv 50 in einem Brennpunkt 74 abgebildet, und die Öffnung 55 begrenzt den Winkel des vom Mikroskopobjektiv ausgehenden Lichtstrahls 59. Die übrigen Öffnungen 45, 49 und 53 wirken nur als Zwischenwände für das Licht und schalten Streulicht aus.
Die Lichtstrahlen der Lampe 18 fallen also in den Röhrenabschnitt 30 hinein, werden dann von den Sammellinsen 42 und 44 zu einem parallelen Strahl von geringem Durchmesser gebündelt und gehen schliesslich durch die Öffnung 45 der Blende 43 hindurch. Dieser dünne Strahl fällt dann seinerseits durch die Öffnungen 47, 49 und 53 der Blende 46, 48 bzw. 52 in das stark korrigierte Mikroskopobjektiv 50, in dem sich ein konvergierender Strahl mit vorgegebenem, durch die Öffnung 55 begrenztem Winkel bildet. Beispielsweise kann das Mikroskopobjektiv eine 5fache Vergrösserung aufweisen; der Durchmesser der Blendenöffnung 45 beträgt 2,06 mm, der Blendenöffnung 47 0,381 mm, der Öffnung 49 4,78 mm der Öffnung 53 3,96 mm und der Öffnung 55 2,39 mm, so dass ein konvergierender Strahl mit einem Winkel von annähernd 80 aus dem Mikroskopobjektiv austritt.
Eine Durchflusszelle 60 ist mit Hilfe von Haltebeinen 62 im Weg des aus dem Mirkoskopobjektiv 50 aust:-etenden Lichtstrahls auf dem Hauptrahmen 10 angeordnet. Auf den Haltebeinen der Durchflusszelle sind mit Gewinde versehene Einstellkörper 64 montiert, mit deren Hilfe angemessen die Höhe der Zelle relativ zum Hauptrahmen und zum Lichtstrahl 59 eingestellt werden kann. Die Durchflusszelle, die ausführlich in Verbindung mit den Figuren 3 und 4 beschrieben sei, enthält einen Einlass 66 und einen Auslass 68 für das Medium; zwischen diesen besteht ein Durchgang 70 durch einen durchsichtigen Zellenkörper 72.
Die gegenseitige Lage des Mikroskopobjektivs 50 zur Durchflusszelle 60 und der Winkel des konvergierenden Strahls 59 sind derart vorgegeben, dass der Brennpunkt 74 des Mikroskopobjektivs in den Abschnitt des Durchgangs 70 fällt, der durch den durchsichtigen Körper 72 hindurchführt. Dieser Brennpunkt soll natürlich auch auf der optischen Achse 41 des Apparates liegen. Vom einfallenden Lichtstrahl 59 wird ein kleiner, etwa kreisrunder Bereich 75 (Figur 4) im Durchgang 70 äusserst stark beleuchtet. Ein Durchmesser w des Bereiches 75, der vom Mikroskopobjektiv 50 als Öffnung 47 in der Durchflusszelle abgebildet ist, beträgt vorzugsweise ein Fünftel des Durchmessers der Öffnung 47. Dadurch dass die Blende 46 durch eine andere Blende ausgetauscht wird, deren Öffnung 47 einen unterschiedlichen Durchmesser aufweist, kann dieser Bereich leicht verändert werden.
Da der konvergierende Lichtstrahl 59 ziemlich dünn ist, werden die Auswirkungen einer mangelnden Ausrichtung der Durchflusszelle relativ zum Mikroskopobjektiv auf ein Kleinstmass herabgesetzt; der Umfang des beleuchteten Bereiches 75 wird dabei wegen des kleinen Strahldurchmessers nicht bedeutsam verändert, selbst wenn der Brennpunkt 74 nicht genau mit dem Durchgang 70 der Zelle zusammentrifft.
Wenn der Bereich 75 auf diese Weise beleuchtet wird, können die die mikroskopischen Teilchen enthaltenden Medien gleichzeitig durch den Durchgang 70 strömen; dabei stören die Teilchen den dünnen Lichtstrahl und streuen einen kleinen Teil des Lichtes nach aussen, wie in Figur 8 gezeichnet ist.
Auf dem Hauptrahmen 10 ist mit Hilfe eines Auslegers 83 und einer Befestigungsschraube eine Röhre 82 einer Kollektorlinsenanordnung 80 mit offenen Enden angeordnet. Neben den beiden äusseren Enden der Röhre 82 befinden sich kreisrunde, konkave Spiegel 84 und 86 mit je einer etwa kreisrunden Mittelöffnung 88 bzw. 90. Gegen den konkaven Spiegel 84 liegt eine etwa kreisrunde, dünne Glasplatte 92 mit ausgezeichneter Lichtdurchlässigkeit und demselben Durchmesser an und ist mit der Röhre 82 verkittet. Die Glasplatte hält dabei den Spiegel in der dargestellten Lage fest und verhindert ein Eindringen von Staub und ähnlichen atmosphärischen Verunreinigungen durch das offene Ende in das Innere der Röhre 82.
An der Glasplatte sind Scheiben 94 und 96 aus einem undurchsichtigen Material angekittet und lassen zwischen sich einen ringförmigen, durchsichtigen Bereich 98 (Figur 9) frei. Dadurch muss das Licht, das in die Kollektorlinse 80 eintreten kann zwingend durch den ringförmigen, durchsichtigen Abschnitt 98 hindurchfallen. Die Grösse der Scheibe 94 ist mit Sorgfalt vorgegeben, damit alles Licht, das vom Mikroskopobjektiv aus am Brennpunkt 74 im Durchgang 70 konvergiert und von dort aus durch die durchsichtige Zelle 72 divergiert, von dieser Scheibe absorbiert wird, wenn im Durchgang 70 keine störenden mikroskopischen Teilchen vorhanden sind. Unter diesen Bedingungen tritt kein Licht in die Kollektorlinsenanordnung ein.
Dieser Zustand ist in Figur 2 dargestellt, bei dem alles Licht des Strahls 89, das von der Durchflusszelle 60 aus divergiert, von der Scheibe 94 absorbiert wird. Wie aus Figur 8 hervorgeht, stören mikroskopische Teilchen 100 im Durchgang 70 den Lichtstrahl derart, dass dieser nach aussen gestreut wird; dabei fällt ein kleiner Teil des Strahls, der durch eine gestrichelte Linie 102 in Figur 8 angedeutet ist, durch den durchsichtigen, ringförmigen Abschnitt 98 der Glasplatte 92 in die Kollektorlinsenanordnung hinein. Folglich führt nur die Anwesenheit eines mikroskopischen Teilchens im beleuchteten Bereich des Durchgangs 70 zu einem Lichteinfall in die Kollektorlinsenanordnung 80 und zur Reflexion des Strahls zwischen den konkaven Spiegeln 86 und 84.
An dem konkaven Spiegel 86 liegt eine weitere, etwa kreisrunde Glasplatte 112 von ausgezeichneter Lichtdurchlässigkeit an und ist mit diesem verkittet, damit die im Spiegel ausgebildete Öffnung 90 abgedeckt ist und atmosphärische Verunreinigungen vom Innenraum der Kollektorlinsenanordnung in derselben Weise wie an der Glasplatte 92 ferngehalten werden.
Teleskopisch zur Röhre 82 ist ein abgestufter Körper 114 von zylindrischer Gestalt mit offenen Enden angebracht, dessen eines äusseres Ende in die Röhre 82 hineinragt und an der benachbarten Fläche des konkaven Spiegels 86 anliegt.
Am Hauptrahmen 10 ist mit Hilfe eines vertikalen und horizontalen Haltekörpers 128 bzw. 130 ein Schirm 124 einer Photovervielfacherröhrenanordnung 120 angebracht. Im Schirm 124 ist eine Öffnung 126 derart ausgebildet, dass das Licht von einem benachbarten, äusseren Ende 129 des abgestuften Körpers 114 hindurchgehen kann. Innerhalb des Schirms 124 ist eine Photovervielfacherröhre 132 untergebracht, an der eine undurchsichtige Blende 134 angekittet ist. In der Mitte der Blende 134 ist eine Öffnung 136 ausgebildet, die auf der optischen Achse 41 des Apparates liegt.
Somit werden nur die Lichtstrahlen 102 des konvergenten Lichtstrahls 59 nach Figur 8, die von einem mikroskopischen Teilchen 100 innerhalb des beleuchteten Bereiches 75 des Durchgangs 70 nach aussen gestreut werden und durch den ringförmigen, durchsichtigen Teil 98 der Glasplatte 92 in die Kollektorlinsenanordnung 80 fallen, von den konkaven Spiegeln 86 und 84 reflektiert und fokussiert, damit sie auf der empfindlichen Fläche der Vervielfacherröhre 132 auftreffen, die infolge der Öffnung 136 der Blende 134 freigegeben ist.
Jeder Lichtstrahl kann als Lichtimpuls betrachtet werden; die Gesamtzahl der je Zeiteinheit empfangenen Lichtimpulse kann von der Photovervielfacheranordnung 120 und der zugehörigen elektronischen Zählschaltung festgestellt werden, dei in Verbindung mit Figur 7 erläutert ist; somit kann die Zählrate der mikroskopischen Teilchen angezeigt werden, die in derselben Zeiteinheit durch den beleuchteten Bereich 75 des Druchgangs 70 fliessen. Bei einer konstanten, vorgegebenen Durchflussgeschwindigkeit, bei einer bekannten Verdünnung des die mikroskopischen Teilchen enthaltenden Mediums und bei einem beleuchteten Bereich 75 von vorgegebener Breite w (Figur 4), die ein Teil der Gesamtbreite W des Durchgangs 70 ist, ist nur eine einfache Umrechnung von der Zählrate zur Zahl der mikroskopischen Teilchen je Volumeneinheit des Probenmediums notwendig.
Beispielsweise führen eine Ver dünnung von 99 Teilen Verdünnungsmittel auf 1 Teil Probe, eine Durchflussgeschwindigkeit von 28,3 g/min durch den Durchgang 70 der Durchflusszelle, eine Breite w = 0,25 W und eine Zählrate von 500 Teilchen/sec zu einer Probe, die 12 x 106 Teilchen in 28,3 g enthält.
Gemäss den Figuren 3 und 4 enthält ein Ventilblock
150 der Durchflusszelle 60 den Einlassnippel 66 für die Probenflüssigkeit und einen Einlassnippel 152 für die Waschflüssigkeit, der in Verlängerung von Durchgängen
154 und 156 herausragt. Ein zylindrisches Hahnküken
158 mit einem L-förmigen Durchgang 160 sitzt in einer öffnung des Ventilblockes. Dem Hahn sind Dichtungen
151 und Halteringe 149 zugeordnet; sein Küken 158 ist von O-förmigen Ringen 153 umgeben, die ein Aussikkern von Flüssigkeit unterbinden.
Die Durchflusszelle 72, die aus einem durchsichtigen Material, z. B. Glas oder einem gegossenen und geformten Acrylkunststoff hergestellt ist, springt mit ihrem einen Ende in eine komplementär geformte Öffnung des Ventilblockes 150 hinein. Das entgegengesetzte Ende der Durchflusszelle ist in ähnlicher Weise in einem Stützblock 166 gehaltert und herausnehmbar mit Befestigungsschrauben 168 festgemacht. Im Ventilblock 150 bzw. Stützblock 166 sind weitere Durchgänge 170 und 172 ausgebildet, die mit dem Durchgang 70 der Zelle verbunden sind. Der Durchgang 170 verbindet den Durchgang 70 mit dem Durchgang 160 des Hahnkükens
158 und der Durchgang 172 den Durchgang 70 mit dem Auslassnippel 68.
In Verbindung mit dem Einlasskanal 154 für die Probenflüssigkeit befindet sich im Ventilblock 150 ein Durchgang 162 zum Entfernen von Gaseinschlüssen und ein Auslassnippel 164 für die Luft. Nach Figur 4 ist das Küken 158 aus der Lage, in welcher der Durchgang 160 mit den Durchgängen 154 und 170 verbunden ist und die Probenflüssigkeit in den Durchgang 70 der Durchflusszelle 72 fliesst, in die Lage bewegbar, in der der Durchgang 160 mit den Durchgängen 156 und 170 verbunden ist und die Waschflüssigkeit durch die Durchflusszelle hindurchströmt. Wenn sich der Ventilkörper in dieser zweiten Lage befindet, fliessen die Probenflüssigkeiten kach ihrer Einführung in den Einlassnippel 66 einfach durch den Nippel 164 mit den Gaseinschlüssen hinaus.
Im Betrieb werden die Probenflüssigkeiten unter Druck dem Einlassnippel 66 zugeführt und durch Absaugen am Auslassnippel 68 aus der Durchflusszelle herausgezogen. Am Einlassnippel 66 wird dabei ein grösseres Volumen eingeführt, als am Auslassnippel 62 abgezogen wird; der Unterschied stellt die Luft dar, die aus den Flüssigkeitsproben durch den Durchgang 162 und den Nippel 164 entweicht. Man muss die Gaseinschlüsse entfernen, weil in der Probenflüssigkeit keine Luftblasen enthalten sein dürfen, wenn sie durch den beleuchteten Bereich 75 des Durchgangs 70 hindurchgeht, da die Teilchenzahl sonst vorübergehend auf Null abnehmen würde. Um die Durchflusszelle 72 sind 0förmige Ringe 165 herumgelegt, damit an den Verbindungsstellen der Durchgänge 170, 70 und 172 keine Flüssigkei entweicht.
Bei einer abwechselnden Drehung des Hahnkükens 158 zwischen den beiden beschriebenen Lagen werden abwechselnd Schübe der gasfreien Probenflüssigkeit und der Waschflüssigkeit in den Durchgang 70 der Durchflusszelle 72 eingeführt. Alle Schübe Probenflüssigkeit enthalten je eine gesonderte Blutprobe; der nachfolgende Schub Waschflüssigkeit entfernt dann aus den Durch gängen die Rückstände und verhindert dadurch eine Verunreinigung der nächsten gesonderten Blutprobe.
Falls sich der Durchgang 70 der Durchflusszelle 72 durch Teilchen verstopft, kann er dadurch gereinigt werden, dass die Halteschrauben 168 gelockert werden und die Durchflusszelle herausgenommen wird. Wenn die Durchflusszelle 72 aus einem billigen Acrylkunststoff hergestellt ist, kann man sie einfach wegwerfen und durch eine neue ersetzen. Wenn die Durchflusszelle aus einem kostspieligen Glas besteht, kann sie durch Einfüh ren einer flachen Feder in den Durchgang 70 gereinigt werden, die die Teilchen dort entfernt.
Nach den Figuren 3 und 6 besteht die Durchflusszelle 72 vorzugsweise aus zwei Teilen 71 und 73, die an einer Berührungslinie 75 flächenhaft z. B. mit Kitt miteinander verbunden sind. Bei der Herstellung der Durchflusszelle muss man natürlich Sorge tragen, dass kein Kitt in den Durchgang 70 gelangt.
In Verbindung mit der Lampe 18 und der Photovervielfacherröhre 132 ist das elektronische Zähl- und Schreib system in Figur 7 gezeigt. Im Betrieb wird das Licht der Lampe 18, das in die Photovielfacherröhre
132 in Form von Impulsen durch Reflexion an den mikroskopischen Teilchen einfällt, von dieser in gleichwertige elektrische Impulse umgewandelt. Die Empfindlichkeit der Photovervielfacherröhre 132 ist leicht an einer Stromquelle 20 einstellbar, an der der Apparat zum genauen Zählen der mikroskopischen Teilchen in einem weiten Grössenbereich leicht verstellt werden kann.
Die Impulse der Photovervielfacherröhre 132 werden einem Spannungsverstärker 202 zugeführt, der die Impulsamplitude z. B. auf das 10fach steigert. Der Verstärkungsfaktor des Verstärkers 202 wird von einer selbsttätigen Steuerschaltung der Zählereinheit beeinflusst. Für den richtigen Betrieb des Zählen und Schreibsystems ist diese selbsttätige Steuerung nicht wesentlich, aber es ist üblich, einen konstanten Verstärkungsfaktor aufrechtzuerhalten.
Hinter dem Verstärker 202 gibt ein Kathodenverstärker 204 Signale von niedriger Impedanz ab. Am Eingang der Zählereinheit arbeitet ein Spannnungsverstärker 206, dessen Verstärkungsfaktor von der selbsttätigen Steuerschaltung beeinflusst wird und z. B. 10 beträgt. Ein abgestimmter Spannungsverstärker 208 weist einen wählbaren Verstärkungsfaktor auf, sucht die Streuung der Netzspannung von 60 Hz zurückzuweisen und verstärkt Frequenzen eines vorgegebenen Bereiches z. B. von 500-20 000 Hz. Der Verstärkungsfaktor eines Spannungsverstärkers 210 wird von einem Impulsverstärker 212 derart beeinflusst, dass der negative Teil des Impulses nicht verstärkt wird.
Die Wechselwirkung zwischen dem Spannungsverstärker 210 und dem Impulsverstärker 212 besteh darin, dass die sich ergebenden Impulse alle nahezu eine gleichförmige Dauer aufweisen, die weit geringer als die Zeit zwischen den Impulsen ist. Von dem Impulsverstärker 212 wird eine selbsttätige Steuerschaltung 215 gespeist, die auf die mittlere Impuls amplitude an den Ausgangsklemmen des Impulsverstärkers 212 anspricht. Die selbsttätige Steuerschaltung sucht den Gesamtverstärkungsfaktor der Verstärker 202, 206, 208, 210 und 212 konstant zu halten; der Betrag der selbsttätigen Steuerwirkung wird durch ein von Hand betätigbares, nicht gezeigtes Steuerglied beeinflusst.
Von einem Kathodenverstärker 214 wird eine Bezugsspannung für eine Schwellwertschaltung geliefert, die alle Impulse zu einem Oszillographen 216 hindurchgehen lässt. Die vom Kathodenverstärker 214 abgegebene Spannung wird einer Phasenumkehrschaltung von einem Signalverstärker 218 zugeführt, der für den Oszillographen 216 das vertikale Ablenksignal erzeugt; eine Gleichstromquelle 220 gewährleistet die richtige Gleichspannung für die vertikalen Ablenkplatten des Oszillographen. Der richtige Schwellwert wird zweckmässigerweise dadurch eingestellt, dass man die Impulse auf dem Oszillographenschirm betrachtet und somit die zu zählenden Impulse von ausreichender Amplitude festlegt.
Die Impulse, die gerade gezählt werden sollen, erscheinen dann auf dem Oszillographenschirm oberhalb des dunklen Schwellwertes als erhellte Abschnitte, während die Impulse unzureichender Amplitude über die Schwellwertlinie nicht hinauskommen und nicht zu sehen sind. Ausserdem sind übliche Oszillographenablenkschaltungen 222 und 224 vorgesehen, während von einem Gleichstromverstärker 236 der Schwellwert des Oszillographen mit Hilfe einer Schwellwertsteuerung 228 eingestellt wird. Durch den Verstärker 226 wird festgelegt, welche Impulse eine so grosse Amplitude aufweisen, dass sie von der Schwellwertsteuerung 228 hindurchgelassen werden. Von dieser und einer Schwellwertklemmschaltung 230 werden die Gleichspannungsamplituden isoliert und die vom Impulsverstärker 212 abgegebenen Impulse hindurchgelassen.
Die von der Schwellwertsteuerung 228 abgegebenen Impulse sind nur solche Impulse, deren Amplitude den Schwellwert übersteigt. Impulsverstärker 232 und 234 verstärken diese Impulse.
Von einem Kathodenverstärker 236 werden die Abschnitte der Impulse, die den Schwellwert übersteigen, zwecks visueller Betrachtung auf dem Oszillographenschirm erhellt. Der Kathodenverstärker 236 treibt ausserdem eine Antriebsvorrichtung 238 für die Zählrate und eine zugehörige Schaltung 240 an, deren abgegebene Gleichspannung der Zahl der Impulse je Zeiteinheit proportional ist. Mit dieser Schaltung ist ein Registriergerät 244 mit Registrierstreifen 245 und Stift 247, das z. B. in der US-Patentschrift 2960910 beschrieben ist und mit einem Nullabgleich arbeitet, verbunden; von einer festen Bezugsspannungsquelle 242 wird der Schleifdraht des Registriergerätes gespeist. Die Kurven, die auf dem Registrierstreifen 245 vom Stift 247 aufgezeichnet werden, zeigen unmittelbar die Zählrate an, die der Teilchenkonzentration direkt proportional ist.
Eine Stromquelle 250 ist ein spannungsstabilisierender Transformator eine weitere Stromquelle 252 liefert der Anode eine niedrige Spannung, eine Spannungsquelle 254 führt der Kathodenstrahlröhre eine Hochspannung zu, und eine Spannungsquelle 256 versorgt die Lampe 18.
Gemäss Figur 9 ist ein Teilchenzählapparat 300 mit einer selbsttätigen Vorrichtung 301 zur Zuführung von Blutproben verbunden. Diese Vorrichtung enthält einen Schrittweise weiterschaltbaren Drehtisch 302, auf dem mehrere Probenbehälter 304 gehaltert sind, die je eine Blutprobe enthalten. Eine Probenaufnahmevorrichtung 303 mit einem gewinkelten Aufnahmerohr 305 ist neben dem Umfang des Drehtisches 302 angeordnet und in die Behälter 304 ein- bzw. herausführbar, wenn diese entsprechend ausgerichtet sind.
Eine Dosierpumpe 306 enthält zusammendrückbare Pumpenröhren 308a-308c, über die Pumpenrollen 309 in der angegebenen Richtung bewegbar sind. Die Pumpenröhre 308 a ist mit ihrem Einlassende an einer Leitung 310 angeschlossen, die ihrerseits mit dem Aufnahmeröhrchen 305 für die Blutproben verbunden ist. Das Einlassende der Pumpenröhre 308b ist zur äusseren Atmosphäre hin offen, während das Einlassende der Pumpenröhre 308c an einen Sammelbehälter mit einem Verdünnungsmittel angeschlossen ist. Das Auslassende aller Pumpenröhren ist mit einer Verzweigung 291 verbunden, die ihrerseits mit einer Mischspule 292 in Verbindung steht.
Eine Leitung 312 verbindet das Auslassende der Mischspule mit dem Einlassnippel 66 der Durchflusszelle 60. Infolge der gleichzeitigen Arbeitsweise des Drehtisches 302, des Probenaufnahmeröhrchens 305 und der Dosierpumpe 306 werden gesonderte Blutprobenschübe, die durch Lufteinschlüsse getrennt sind. (letztere ergeben sich aus der Auf und Abbewegung des Aufnahmeröhrchens 305 in der äusseren Luft zwischen den Probenbehältern 304) durch die Leitung 310 und die Pumpenröhre 308b, eine Luftströmung durch die Leitung 295 und die Pumpenröhre 308b und eine ununterbrochene Strömung des Verdünnungsmittels durch die Leitung 293 und die Pumpenröhre 308c der Verzweigung 291 zugeführt.
Die gesonderten Blutprobenschübe, die Luft und das Verdünnungsmittel werden in der Mischspule 292 völlig durchmischt und über die Leitung 312 als zusammenhängende Strömung dem Einlassnippel 66 der Durchflusszelle 60 zugeführt.
Ein Sammelbehälter 316 für die Waschflüssigkeit ist über eine Leitung 318 mit dem Einlassnippel 152 der Durchflusszelle 60 verbunden.
Es sei angenommen, dass mit diesem System die Zahl der weissen Blutkörperchen je Volumeinheit der gesonderten, in den Behältern 304 vorhandenen Blutproben ununterbrochen selbsttätig bestimmt w ge Bereich 75 (Figur 4) beleuchtet wird und alles Licht, das in die Kollektorlinsenanordnung 80 fällt, angemessen auf die Öffnung 136 der Photovervielfacherröhrenblende 134 fokussiert wird. Die Photovervielfacherröhre 132 und die Zählschaltung 332 werden dann hinsichtlich ihrer Empfindlichkeit derart so eingestellt, dass gewährleistet ist, dass die Röhre und die Schaltung auf Lichtimpulse ansprechen, die beim Durchgang mikroskopischer Teilchen im Grössenbereich der weissen Blutkörperchen durch den Durchgang 70 der Durchflusszelle erzeugt werden, wie in Verbindung mit Figur 8 erläutert ist.
Von der Pumpenröhre 308a können dann über die Verbindungsleitung 312 genormte Flüssigkeiten mit bekannter Teilchenkonzentration je Volumeinheit, z. B.
Harzsuspensionen, durch die Durchflusszelle mit derselben konstanten Geschwindigkeit befördert werden, damit der Registrierstreifen 245 des Registriergerätes 244 leicht in Abhängigkeit von sich ändernden Zählraten, also der Teilchenzahl je Sekunde kalibriert werden kann, die genau die bekannte Teilchenkonzentration je Volumeinheit angibt.
Am Ende der vorausgehenden Arbeitsschritte werden die Gefässe 304 mit den gesonderten Blutproben in den Drehtisch 202 eingesetzt, und der Betrieb des Apparates beginnt. Wenn die erste verdünnte, durch Lufteinschlüsse abgetrennte Blutprobe die Durchflusszelle 60 erreicht, wird unter der Betätigung des Schalters 322 und der Drehvorrichtung 320 das Ventil 158 in die in Figur 4 angegebene Lage gedreht, wodurch unter der Saugwirkung am Auslassnippel 68 die verdünnte Probe durch den Einlassnippel 66, den Entlüftungskanal 162, den Durchgang 170 im Ventilblock, den Durchgang 70 der Durchflusszelle und den Kanal 172 des Halteblockes zu fliessen beginnt.
Vorzugsweise ist das Volumen der verdünnten Blutprobe einschliesslich der mit ihr vermischten Luft, die dem Einlassnippel 66 zugeführt wird, doppelt so gross wie das, das am Auslassnippel 68 abgesaugt wird, so dass die Hälfte des gesamten Probenvolumens einschliesslich der ihm anfangs hinzugemischten Luft aus dem Entlüfungsnippel 164 entweicht. Wenn die entlüftete Blutprobe durch den Durchgang 70 der durchsichtigen Durchflusszelle 72 strömt, lenken alle in ihr enthaltenen weissen Blutkörperchen, die durch den Bereich 75 (Figur 4) hindurchlaufen, den konvergierenden Lichtstrahl 59 nach aussen über den Umfang der undurchsichtigen Scheibe 94 hinaus auf die Kollektorlinsenanordnung ab, wobei das Licht durch den ringförmigen, durchsichtigen Bereich 98 der Glasplatte 92 hindurchgeht.
Diese Lichtimpulse werden dann entsprechend auf dem kleinen freiliegenden Abschnitt der Photovervielfacherröhre fokussiert und von dieser zwecks Bestimmung der weissen Blutkörperchen je Zeiteinheit in elektrische Impulse überführt, die der Zählschaltung zugeführt werden. Die Zählrate der weissen Blutkörperchen aus der ersten Blutprobe wird dann als Kurve 350a auf dem Registrierstreifen aufgezeichnet; die Kurvenspitze zeigt dabei unmittelbar die Konzentration der weissen Blutkörperchen je Volumeinheit der ersten Blutprobe auf dem zuvor kalibrierten Registrierstreifen an.
Am Ende der Zeitspanne, während der die erste Blutprobe durch die Durchflusszelle strömt und durch Absaugen durch den Auslassnippel 68 und die Leitung 314 entfernt wird, betätigt der Schalter 322 die Drehvorrichtung 320, damit das Ventil 158 an der Durchflusszelle in die Stellung gelangt, in der der Durchgang 160 die Durchgänge 156 und 170 des Ventilblockes verbindet, damit die Waschflüssigkeit aus dem Sammelbehälter 316 infolge des Unterdruckes am Auslassnippel 68 durch die Durchflusszelle angesaugt wird, um die Rückstände der ersten Blutprobe abzufüh -ren. Während dieser Zeitspanne fliesst der verbleibende Teil der ersten Blutprobe, der am Einlassnippel 66 in die Durchflusszelle eingeführt war, einfach durch den Ent lüftungsuippel 164 aus der Anordnung heraus. Wenn die Strömungszeit der Waschflüssigkeit von z.
B. 10 sec (im Gegensatz zu den 50 sec der Blutprobe) beendet ist, wird das Ventil 158 in seine Lage nach Figur 4 zurückgebracht, damit die nächste Blutprobe durch die Durchflusszelle 72 strömen kann und die Zählrate der weissen Blutkörperchen in der zweiten Probe vom Stift 247 als Kurve 350b auf dem Registrierstreifen 245 aufgezeichnet wird. Ein tiefer Teil 352 in der Nähe von Null zwischen den Kurven 350a und 350b stellt di Zählrate während derjenigen Zeitspanne dar, in der die von Blutkörperchen nahezu freie Waschflüssigkeit durch den Durchgang 70 der Durchflusszelle strömt.
Das Zählen der Blutkörperchen wird solange fortgesetzt, bis alle Behälter 304 mit Blutproben vom Drehtisch 302, ausgerichtet aufs Aufnahmeröhrchen 305, weitergeschaltet sind und ein Teil der Blutprobe, die von dort angesaugt ist und durch die Durchflusszelle fliesst, auf die Konzentration der weissen Blutkörperchen je Volumeinheit geprüft und eine Kurve gebildet ist, die auf dem Registrierstreifen 245 dargestellt wird.
Device for determining the concentration of particles suspended in a transparent medium
Various methods have heretofore been given for determining the concentration of particles suspended in liquids or in gases. A method is already known in which the light bundled by a lens is sent through a cell in which the medium to be examined is located. This light is focused behind the cell on the center of an opaque pane that is placed in front of a photocell. If particles are present in the cell, the light scattered over the edge of the pane is measured and used to calculate the number of particles in the cell.
However, the cell is located close to the lens, so this device can only measure the integral effect of all the particles in the cell. The particular disadvantage of this device is that, due to the measurement of only integral effects, no concentration determination can be made if the medium is passed through the cell in a continuous stream, but it can only be determined how many particles are present in the cell at the same time are. Even if the cell is filled once, the measurement of the particles present in the cell at the same time does not lead to an exact specification of the concentration (number of particles per unit volume), since the volume of the medium filled is included in the measurement result and this volume would have to be known very precisely.
However, if a large number of, for example, blood samples are to be examined for white or red blood cells, the advantages of this device would be offset by the disadvantage that an exact volume measurement has to be undertaken for each individual sample or only precisely dosed amounts of sample can be given into this cell.
In a further known method, the medium to be examined is sucked through a continuous bore in a solid block, to which further bores are connected in the lateral direction. During the measurement, a beam of light is directed onto the medium flowing through one of these further bores, while the scattered light is measured at the same time through another of the further bores.
Due to the holes through which the incident light and the scattered light pass, the solid angle in which the light can propagate is relatively small, and since this device can only measure the light that is scattered at an angle significantly above 0, the sensitivity is quite low.
In addition, the cell is only suitable for examining gases, since the holes through which the light enters are directly connected to the through hole through which the gas is sucked.
The invention is therefore based on the object of creating a device for determining the concentration of particles in which the medium to be examined is passed on in a continuous stream at a predetermined speed and which can be easily calibrated with a reference medium. In addition, the device should be provided with a device with which, after the examination of each sample from the continuous stream, a washing liquid can be passed through the examination cell.
To this end, the invention consists in a device for determining the concentration of particles which are suspended in a transparent medium, with a flow cell through which the medium is passed in a continuous stream, with a light source whose light beams are focused by an optical device, with an opaque pane and with a photoelectric device which emits signals depending on the amount of light hitting it, and which is characterized according to the invention in that the focal point is in the flow cell and the opaque pane is arranged between the focal point and the photoelectric device is
that in the absence of particles in the focal point, no light reaches the photoelectric device and, in the presence of particles in the focal point, part of the light is scattered beyond the edge of the pane onto the photoelectric device.
An advantageous further development of the invention can consist in that a device is provided between the pane and the photoelectric device, which at least partially collects the scattered light and directs it onto the photoelectric device. This device expediently consists of two opposing concave mirrors, each of which has a hole through which light passes into the space between the mirrors and from there to the photoelectric device. This can significantly increase the sensitivity and accuracy of the device.
To further increase the measurement accuracy, a device can be provided which has a valve whose outlet opening is connected to the flow cell and whose two inlet openings are connected to a supply device for the medium or to a supply device for a washing liquid, so that the flow of the medium through the The flow cell is periodically interrupted step by step and the flow of a washing liquid is switched on instead.
If the device of the invention contains e.g. B. a flow cell, which consists of a massive block, between the upper and lower surface of a Druchllusskanal is provided, each of a bordering on the upper or lower surface, a round input or output opening and a central, thin and elongated section contains, to which the focal point is aligned, then the middle section should be connected to the inlet and outlet openings via a smooth, non-angled intermediate piece and the flow channel should be essentially straight.
The invention is described in more detail below using exemplary embodiments with the aid of the accompanying figures.
Fig. 1 is a plan view of the above device.
FIG. 2 is a section along line 2-2 of FIG. 1.
FIG. 3 is a section through the flow cell along line 2-2 of FIG. 1.
FIG. 4 is a section through the flow cell along line 1 44 of FIG. 2.
Figure 5 is a top plan view of an optical device of the apparatus which includes an opaque disk.
FIG. 6 is a section through the flow cell along line 6-6 of FIG. 4.
Fig. 7 is a block diagram of a counting and registering circuit associated with the device.
FIG. 8 is a section similar to FIG. 2 through the flow cell.
9 shows the device according to the invention in connection with an automatic feeding device for blood samples.
The apparatus of Figures 1 and 2 includes a main frame 10 from which support legs 12 extend. A mounting block 14 (FIG. 2), in which an opening is formed, is attached to the underside of the main frame 10. A lamp assembly 16 has a bulb 18 and a support plate 20. A mounting pin 22 extends from this through an opening (not shown) formed in the mounting block 14 so that the lamp arrangement can be carried by the main frame 10. An adjusting screw 23 extends from the main frame 10 through the mounting block 14 and interacts with a section of the mounting pin 22. When the adjusting screw is loosened, the lamp arrangement 16 can be adjusted relative to the main frame 10.
An optical tube 24 is adjustably arranged above the main frame 10 with the aid of adjustable support bodies 26 and 28. This support body can, for. B. be pivotable about its own longitudinal axis relative to the main frame. Preferably, two sections 30 and 32 of tube 24 are telescopically and light-tightly connected at one location 34. The lamp 18 is surrounded by a cylindrical light screen 36 in which an opening 38 is formed for the light, to which a support body 40 provided with a corresponding opening is attached, through which one end of the tube section 30 passes.
In addition to the one outer end of the tube section 30, two plano-convex lenses 42 and 44 and a thin, opaque diaphragm 43 are arranged, in the center of which a small opening is formed and which is provided between the two lenses. At the opposite end of the tube section 30, similar apertures 46 and 48, each with a central opening 47 and 49, are arranged in a similar manner within the tube section 32.
At the end of the tube section 32 opposite the tube section 30, an extremely well corrected microscope objective 50 is also arranged, on the outer sides of which there is a diaphragm 52 or 54, each with a small hole 53 or 55.
The diaphragms 43, 46, 48, 52 and 54 are arranged such that their center with the opening 45, 47, 49, 53 or 55 lies in the optical axis of the optical tube 24, which is indicated in FIG. 2 as a dashed line 41 . The most important openings are openings 47 and 55; the opening 47 is imaged by the microscope objective 50 at a focal point 74, and the opening 55 limits the angle of the light beam 59 emanating from the microscope objective. The remaining openings 45, 49 and 53 only act as partitions for the light and switch off scattered light.
The light beams from the lamp 18 thus fall into the tube section 30, are then bundled by the converging lenses 42 and 44 to form a parallel beam of small diameter and finally pass through the opening 45 of the diaphragm 43. This thin beam then falls through the openings 47, 49 and 53 of the diaphragm 46, 48 and 52 into the strongly corrected microscope objective 50, in which a converging beam with a predetermined angle limited by the opening 55 is formed. For example, the microscope objective can have a 5-fold magnification; the diameter of the aperture 45 is 2.06 mm, the aperture 47 0.381 mm, the aperture 49 4.78 mm, the aperture 53 3.96 mm and the aperture 55 2.39 mm so that a converging beam with an angle of approximately 80 emerges from the microscope objective.
A flow cell 60 is arranged on the main frame 10 with the aid of retaining legs 62 in the path of the light beam emerging from the microscope objective 50. Threaded adjustment bodies 64 are mounted on the support legs of the flow cell which can be used to appropriately adjust the height of the cell relative to the main frame and light beam 59. The flow cell, which will be described in detail in connection with Figures 3 and 4, includes an inlet 66 and an outlet 68 for the medium; between these there is a passage 70 through a transparent cell body 72.
The mutual position of the microscope objective 50 relative to the flow cell 60 and the angle of the converging beam 59 are predetermined in such a way that the focal point 74 of the microscope objective falls into the section of the passage 70 which passes through the transparent body 72. This focal point should of course also lie on the optical axis 41 of the apparatus. A small, approximately circular area 75 (FIG. 4) in the passage 70 is extremely strongly illuminated by the incident light beam 59. A diameter w of the area 75, which is depicted by the microscope objective 50 as an opening 47 in the flow cell, is preferably one fifth of the diameter of the opening 47. As a result, the diaphragm 46 is exchanged for another diaphragm whose opening 47 has a different diameter, this area can easily be changed.
Since the converging light beam 59 is quite thin, the effects of a lack of alignment of the flow cell relative to the microscope objective are reduced to a minimum; the circumference of the illuminated area 75 is not significantly changed because of the small beam diameter, even if the focal point 74 does not exactly meet the passage 70 of the cell.
When the area 75 is illuminated in this way, the media containing the microscopic particles can simultaneously flow through the passage 70; The particles interfere with the thin light beam and scatter a small part of the light outwards, as shown in FIG.
A tube 82 of a collector lens arrangement 80 with open ends is arranged on the main frame 10 with the aid of a bracket 83 and a fastening screw. Next to the two outer ends of the tube 82 there are circular, concave mirrors 84 and 86, each with an approximately circular central opening 88 and 90, respectively. An approximately circular, thin glass plate 92 with excellent light transmission and the same diameter rests against the concave mirror 84 and is cemented to the tube 82. The glass plate holds the mirror firmly in the position shown and prevents dust and similar atmospheric contaminants from penetrating through the open end into the interior of the tube 82.
Panes 94 and 96 made of an opaque material are cemented to the glass plate and leave an annular, transparent area 98 (FIG. 9) free between them. As a result, the light that can enter the collector lens 80 must necessarily pass through the annular, transparent section 98. The size of the disk 94 is carefully specified so that all light that converges from the microscope objective at the focal point 74 in the passage 70 and diverges from there through the transparent cell 72 is absorbed by this disk if there are no interfering microscopic particles in the passage 70 available. Under these conditions, no light enters the collector lens assembly.
This state is shown in FIG. 2, in which all of the light of the beam 89 which diverges from the flow cell 60 is absorbed by the disk 94. As can be seen from FIG. 8, microscopic particles 100 in passage 70 disturb the light beam in such a way that it is scattered outwards; a small part of the beam, which is indicated by a dashed line 102 in FIG. 8, falls through the transparent, annular section 98 of the glass plate 92 into the collector lens arrangement. Consequently, only the presence of a microscopic particle in the illuminated area of the passage 70 results in light entering the collector lens assembly 80 and reflection of the beam between the concave mirrors 86 and 84.
A further, approximately circular glass plate 112 of excellent light transmission rests against the concave mirror 86 and is cemented to it so that the opening 90 formed in the mirror is covered and atmospheric contamination is kept away from the interior of the collector lens arrangement in the same way as on the glass plate 92.
Telescopically to the tube 82 is a stepped body 114 of a cylindrical shape with open ends, one outer end of which protrudes into the tube 82 and rests against the adjacent surface of the concave mirror 86.
A screen 124 of a photomultiplier tube arrangement 120 is attached to the main frame 10 with the aid of a vertical and horizontal holding body 128 and 130, respectively. An opening 126 is formed in the screen 124 such that the light from an adjacent, outer end 129 of the stepped body 114 can pass through. Inside the screen 124 is a photomultiplier tube 132 to which an opaque shutter 134 is cemented. An opening 136 is formed in the center of the diaphragm 134 and lies on the optical axis 41 of the apparatus.
Thus, only the light beams 102 of the convergent light beam 59 according to FIG. 8, which are scattered outwards by a microscopic particle 100 within the illuminated area 75 of the passage 70 and fall through the annular, transparent part 98 of the glass plate 92 into the collector lens arrangement 80, are from The concave mirrors 86 and 84 are reflected and focused to strike the sensitive surface of the multiplier tube 132 that is exposed as a result of the aperture 136 of the aperture 134.
Every ray of light can be viewed as a pulse of light; the total number of light pulses received per unit of time can be determined by the photomultiplier arrangement 120 and the associated electronic counting circuit, which is explained in connection with FIG. 7; thus the count rate of the microscopic particles flowing through the illuminated area 75 of the passage 70 in the same time unit can be displayed. At a constant, predetermined flow rate, with a known dilution of the medium containing the microscopic particles and with an illuminated area 75 of a predetermined width w (FIG. 4), which is part of the total width W of the passage 70, only a simple conversion of the Counting rate necessary for the number of microscopic particles per unit volume of the sample medium.
For example, a dilution of 99 parts of diluent to 1 part of sample, a flow rate of 28.3 g / min through the passage 70 of the flow cell, a width w = 0.25 W and a count rate of 500 particles / sec lead to a sample, which contains 12 x 106 particles in 28.3 g.
According to Figures 3 and 4 contains a valve block
150 of the flow cell 60 has the inlet nipple 66 for the sample liquid and an inlet nipple 152 for the washing liquid, which is an extension of passages
154 and 156 protrudes. A cylindrical cock plug
158 with an L-shaped passage 160 is seated in an opening of the valve block. The rooster are seals
151 and retaining rings 149 assigned; its chick 158 is surrounded by O-shaped rings 153, which prevent liquid from silting out.
The flow cell 72, which is made of a clear material, e.g. B. glass or a cast and shaped acrylic plastic, jumps with its one end into a complementary shaped opening of the valve block 150 into it. The opposite end of the flow cell is similarly supported in a support block 166 and removably secured with mounting screws 168. Further passages 170 and 172, which are connected to the passage 70 of the cell, are formed in the valve block 150 and support block 166, respectively. The passage 170 connects the passage 70 with the passage 160 of the stopcock
158 and the passage 172 the passage 70 with the outlet nipple 68.
In connection with the inlet channel 154 for the sample liquid, there is a passage 162 in the valve block 150 for removing gas inclusions and an outlet nipple 164 for the air. According to FIG. 4, the plug 158 can be moved from the position in which the passage 160 is connected to the passages 154 and 170 and the sample liquid flows into the passage 70 of the flow cell 72 into the position in which the passage 160 has the passages 156 and 170 is connected and the washing liquid flows through the flow cell. When the valve body is in this second position, the sample liquids after their introduction into the inlet nipple 66 simply flow out through the nipple 164 with the gas inclusions.
During operation, the sample liquids are fed to the inlet nipple 66 under pressure and are drawn out of the flow cell by suction at the outlet nipple 68. A larger volume is introduced at the inlet nipple 66 than is withdrawn at the outlet nipple 62; the difference is the air that escapes from the liquid samples through passage 162 and nipple 164. The gas inclusions must be removed because the sample liquid must not contain any air bubbles when it passes through the illuminated area 75 of the passage 70, since otherwise the number of particles would temporarily decrease to zero. O-shaped rings 165 are placed around the flow cell 72 so that no liquid escapes at the connecting points of the passages 170, 70 and 172.
With an alternating rotation of the stopcock 158 between the two described positions, batches of the gas-free sample liquid and the washing liquid are alternately introduced into the passage 70 of the flow cell 72. Each batch of sample liquid contains a separate blood sample; the subsequent push of washing liquid then removes the residues from the passages and thus prevents contamination of the next separate blood sample.
If the passage 70 of the flow cell 72 becomes clogged with particles, it can be cleaned by loosening the retaining screws 168 and removing the flow cell. If the flow cell 72 is made of inexpensive acrylic plastic, it can simply be discarded and replaced with a new one. If the flow cell is made of an expensive glass, it can be cleaned by inserting a flat spring into the passage 70 which removes the particles there.
According to FIGS. 3 and 6, the flow cell 72 preferably consists of two parts 71 and 73, which are flat on a contact line 75, e.g. B. are connected with putty. Of course, when manufacturing the flow cell, care must be taken to ensure that no cement gets into the passage 70.
In conjunction with lamp 18 and photomultiplier tube 132, the electronic counting and writing system is shown in FIG. In operation, the light from the lamp 18 that is in the photomultiplier tube
132 in the form of impulses due to reflection on the microscopic particles, converted by them into equivalent electrical impulses. The sensitivity of the photomultiplier tube 132 can easily be adjusted on a power source 20 on which the apparatus for the precise counting of the microscopic particles can easily be adjusted over a wide range of sizes.
The pulses from the photomultiplier tube 132 are fed to a voltage amplifier 202 which determines the pulse amplitude e.g. B. increases to 10 times. The gain factor of the amplifier 202 is influenced by an automatic control circuit of the counter unit. This self-control is not essential to the correct operation of the counting and writing system, but it is common practice to maintain a constant gain.
After the amplifier 202, a cathode amplifier 204 outputs signals of low impedance. At the input of the counter unit, a voltage amplifier 206 works, the gain factor of which is influenced by the automatic control circuit and z. B. 10 is. A tuned voltage amplifier 208 has a selectable gain factor, tries to reject the scatter of the mains voltage of 60 Hz and amplifies frequencies of a predetermined range, e.g. From 500-20,000 Hz. The gain of a voltage amplifier 210 is influenced by a pulse amplifier 212 in such a way that the negative part of the pulse is not amplified.
The interaction between voltage booster 210 and pulse booster 212 is that the resulting pulses are all nearly uniform in duration, which is far less than the time between pulses. From the pulse amplifier 212 an automatic control circuit 215 is fed, which is responsive to the mean pulse amplitude at the output terminals of the pulse amplifier 212. The automatic control circuit seeks to keep the total gain of the amplifiers 202, 206, 208, 210 and 212 constant; the amount of the automatic control effect is influenced by a manually operable control element, not shown.
A reference voltage is supplied from a cathode amplifier 214 for a threshold value circuit which allows all pulses to pass to an oscilloscope 216. The voltage output from the cathode amplifier 214 is fed to a phase inversion circuit from a signal amplifier 218 which generates the vertical deflection signal for the oscilloscope 216; a DC power source 220 provides the correct DC voltage for the oscilloscope's vertical baffles. The correct threshold value is expediently set by looking at the pulses on the oscilloscope screen and thus determining the pulses to be counted of sufficient amplitude.
The pulses that are currently to be counted then appear on the oscilloscope screen above the dark threshold value as lightened sections, while the pulses of insufficient amplitude do not go beyond the threshold value line and cannot be seen. In addition, conventional oscilloscope deflection circuits 222 and 224 are provided, while the threshold value of the oscilloscope is set by a direct current amplifier 236 with the aid of a threshold value controller 228. The amplifier 226 defines which pulses have such a large amplitude that they are allowed through by the threshold value control 228. The DC voltage amplitudes are isolated by this and a threshold value clamping circuit 230 and the pulses emitted by the pulse amplifier 212 are allowed through.
The pulses emitted by the threshold value controller 228 are only those pulses whose amplitude exceeds the threshold value. Pulse amplifiers 232 and 234 amplify these pulses.
A cathode amplifier 236 illuminates the portions of the pulses in excess of the threshold for visual inspection on the oscilloscope screen. The cathode amplifier 236 also drives a drive device 238 for the counting rate and an associated circuit 240, the DC voltage output of which is proportional to the number of pulses per unit of time. With this circuit is a registration device 244 with registration strips 245 and pin 247, the z. B. is described in US Pat. No. 2,960,910 and operates with a zero balance, connected; from a fixed reference voltage source 242 the sliding wire of the recorder is fed. The curves recorded on the chart 245 by the pen 247 immediately indicate the count rate, which is directly proportional to the particle concentration.
A current source 250 is a voltage stabilizing transformer, another current source 252 supplies a low voltage to the anode, a voltage source 254 supplies a high voltage to the cathode ray tube, and a voltage source 256 supplies the lamp 18.
According to FIG. 9, a particle counting apparatus 300 is connected to an automatic device 301 for supplying blood samples. This device contains a turntable 302 which can be indexed step by step and on which a plurality of sample containers 304 are held, each containing a blood sample. A sample receiving device 303 with an angled receiving tube 305 is arranged next to the circumference of the turntable 302 and can be inserted into or removed from the containers 304 if these are appropriately aligned.
A metering pump 306 contains compressible pump tubes 308a-308c, via which pump rollers 309 are movable in the direction indicated. The inlet end of the pump tube 308 a is connected to a line 310 which in turn is connected to the tube 305 for the blood samples. The inlet end of the pump tube 308b is open to the outside atmosphere, while the inlet end of the pump tube 308c is connected to a collection container with a diluent. The outlet end of each of the pump tubes is connected to a junction 291, which in turn is connected to a mixing coil 292.
A line 312 connects the outlet end of the mixing coil to the inlet nipple 66 of the flow cell 60. As a result of the simultaneous operation of the turntable 302, the sample collection tube 305 and the metering pump 306, separate blood sample bursts, which are separated by air pockets. (The latter result from the up and down movement of the receiving tube 305 in the external air between the sample containers 304) through the line 310 and the pump tube 308b, an air flow through the line 295 and the pump tube 308b and an uninterrupted flow of the diluent through the line 293 and the pump tube 308c is supplied to the branch 291.
The separate blood sample batches, the air and the diluent are completely mixed in the mixing coil 292 and fed via the line 312 as a continuous flow to the inlet nipple 66 of the flow cell 60.
A collecting container 316 for the washing liquid is connected to the inlet nipple 152 of the flow cell 60 via a line 318.
It is assumed that with this system the number of white blood cells per unit volume of the separate blood samples present in the containers 304 is continuously and automatically determined in the area 75 (FIG. 4) and all light that falls into the collector lens arrangement 80 is adequately illuminated the aperture 136 of the photomultiplier tube shutter 134 is focused. The sensitivity of the photomultiplier tube 132 and the counting circuit 332 are then adjusted in such a way that it is ensured that the tube and the circuit respond to light pulses which are generated when microscopic particles in the range of the size of the white blood cells pass through the passage 70 of the flow cell, such as is explained in connection with FIG.
Standardized liquids with a known particle concentration per unit volume, for example liquids, can then be fed from the pump tube 308a via the connecting line 312. B.
Resin suspensions are conveyed through the flow cell at the same constant speed so that the recording strip 245 of the recording device 244 can be easily calibrated as a function of changing counting rates, i.e. the number of particles per second, which precisely indicates the known particle concentration per unit volume.
At the end of the preceding work steps, the vessels 304 with the separate blood samples are inserted into the turntable 202, and the operation of the apparatus begins. When the first diluted blood sample, separated by air inclusions, reaches the flow cell 60, the valve 158 is turned into the position indicated in FIG. 4 by actuating the switch 322 and the rotating device 320, whereby the diluted sample through the inlet nipple under the suction effect at the outlet nipple 68 66, the venting channel 162, the passage 170 in the valve block, the passage 70 of the flow cell and the channel 172 of the holding block begins to flow.
The volume of the diluted blood sample, including the air mixed with it, which is supplied to the inlet nipple 66, is preferably twice as large as that which is sucked off at the outlet nipple 68, so that half of the total sample volume including the air initially mixed into it is from the vent nipple 164 escapes. When the vented blood sample flows through the passage 70 of the transparent flow cell 72, all of the white blood cells contained therein, which pass through the area 75 (Figure 4), direct the converging light beam 59 outwards beyond the periphery of the opaque disk 94 onto the collector lens arrangement with the light passing through the annular, transparent area 98 of the glass plate 92.
These light pulses are then appropriately focused on the small exposed section of the photomultiplier tube and converted by this into electrical pulses for the purpose of determining the white blood cells per unit of time, which are fed to the counting circuit. The white blood cell count from the first blood sample is then recorded as curve 350a on the chart; the top of the curve shows the concentration of white blood cells per unit volume of the first blood sample on the previously calibrated recording strip.
At the end of the period during which the first blood sample flows through the flow cell and is removed by suction through outlet nipple 68 and line 314, switch 322 actuates rotary device 320 to move valve 158 on flow cell to the position in which The passage 160 connects the passages 156 and 170 of the valve block so that the washing liquid is sucked from the collecting container 316 due to the negative pressure at the outlet nipple 68 through the flow cell in order to remove the residues of the first blood sample. During this period of time, the remaining part of the first blood sample, which was introduced into the flow cell at the inlet nipple 66, simply flows out of the arrangement through the ventilation nipple 164. If the flow time of the washing liquid of e.g.
B. 10 sec (as opposed to the 50 sec of the blood sample) is ended, the valve 158 is returned to its position according to Figure 4, so that the next blood sample can flow through the flow cell 72 and the count of white blood cells in the second sample from Pen 247 is recorded as curve 350b on the recording strip 245. A deep portion 352 in the vicinity of zero between curves 350a and 350b represents the count rate during that time period in which the washing liquid, which is virtually free of blood cells, flows through the passage 70 of the flow cell.
The counting of the blood cells is continued until all the containers 304 with blood samples from the turntable 302, aligned with the receiving tube 305, have been switched on and part of the blood sample that is sucked in from there and flows through the flow cell is adjusted to the concentration of white blood cells per unit volume checked and a curve is formed, which is displayed on the register strip 245.