DE2013799A1

DE2013799A1 - Anordnung zur Messung bestimmter Eigen schäften in Flüssigkeit suspendierter Par tikel

Info

Publication number: DE2013799A1
Application number: DE19702013799
Authority: DE
Inventors: Volker Dipl Ing 8000 Mun chen P GOIn 17 00 Kachel
Original assignee: Max Planck Gesellschaft zur Foerderung der Wissenschaften eV
Current assignee: Max Planck Gesellschaft zur Foerderung der Wissenschaften eV
Priority date: 1970-03-23
Filing date: 1970-03-23
Publication date: 1971-10-07
Also published as: SE381934B; DE2013799B2; CH524820A; BE764638A; GB1348559A; FR2085053A5; CA930975A; IL36471A0; IL36471A; NL7103894A; AT304756B; LU62816A1; JPS5227554B1

Description

21.3.1970

Anmelder: Max-Planck-Gesellschaft zur Förderung der Wissenschaften e.V., Göttingen, Generalverwaltung 8 München 1, Postfach 647 Pvesidenzstraße la

Anordnung zur Messung bestimmter Eigenschaften in Flüssigkeit suspendierter Partikel

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Messung bestimmter Eigenschaften in Flüssigkeit suspendierter Partikel, so z.B. biologischer Zellen, wie weißer oder roter Blutkörperchen» Pollen, Sporen und dgl., oder auch Kunststoffpartikel. Sie ermöglicht die Messung bestimmter Eigenschaften, so z.B. die Messung der Volumenverteilung, der Absorption von Strahlen oder der .Fluoreszenzeigenschaften dieser Partikel*

Bei der Volumenverteilung wird der relative Anteil von Partikeln eines bestimmten Volumens in einer Gesamtheit von untersuchten Partikeln festgestellt. Ihre Messung erfolgt herkömmlicherweise derart, daß die Partikel in einer elektrisch leitenden Flüssigkeit, so z.B. einem Elektrolyten, suspendiert " werden und diese Flüssigkeit durch eine Meßöffnung hindurchgeführt wird, in der ein bestimmtes elektrisches Feld besteht. Beim Durchtritt der Partikel durch die Meßöffnung verändert sich das in ihr herrschende elektrische Feld. Es tritt eine Feldverdrängung und damit eine Widerstandsveränderung des Elektrolyten auf. Diese Veränderung kann durch ein entsprechendes Meßgerät in der' Form eines Impulses festgestellt werden. Diese Impulse enthalten Information über das Volumen des hindurchgetretenen Partikels. Die Auswertung dieser Impulse führt zur Volumenverteilung. Die Impulsform und die Impulshöhe

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hängt dabei außer vom Volumen des Partikels noch wesentlich davon ab, an welcher Stelle der Hofaöffnung ein derartiger Partikel durch sie hindurchtritt.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, den Durchtrittsbereich eines zu untersuchenden Partikelstromes durch die I'Ieioöffnung genauer und einfacher festzulegen als dies mit seither bekannten Meßanordnungen möglich v;ar. Dabei sollen diejenigen Meßfehler ausgeschaltet v;erden, die dadurch entstehen, daß die einzelnen zu untersuchenden Partikel an verschiedenen Stellen durch die Meßöffnung hindurchtreten.

Auch bei Absorptionsmessungen, d.h. z.B. der Messung der Absorption von UV-Strahlen durch die Partikel ist die genaue Definition des Durchtrittsbereiches des Partikelstromes durch die Meßöffnung notwendig, um die Absorptionsmeßblende auf diesen Bereich zu beschränken. So kann das Ilebenlicht auf die Meßeinrichtung wesentlich verringert und gleichzeitig die Gefahr von Fehlmessungen durch nur teilweises Erfassen von Partikeln ausgeschaltet v/erden.

Bei Anordnungen zur Messung von Volumenverteilung in Flüssigkeit suspendierter Partikel sind sehr nahe vor der Meßöffnung fest angebrachte, zu dieser koaxial angeordnete Zentralstrahlzuführungen bekannt, durch die der Partxkelstrom möglichst genau an der Stelle in die Meßöffnung eingespritzt wird, an der er durch die Meßöffnung hindurchtreten soll. Eine derartige Anordnung bringt erhebliche konstruktive Schwierigkeiten mit sich, die u.a. darin bestehen, daß die Zuführung in einer sehr genau bestimmten Stellung gegenüber der Meßöffnung angeordnet und selbst sehr genau bearbeitet sein muß, da der Durchtritt sbereich der Partikel durch die Meßöffnung in sehr erheblichem Maße von der Austrittsöffnung der Zentralstrahlzuführung

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abhängt. Durch die koaxiale Stellung der 2fentralsträh11zuführung zur Meßöffnung wird außerdem die optische Beobachtung der durch sie hindurchtretenden Partikel, wie sie z.B. bei Absoreptionsmessungen notwendig ist, unmöglich gemacht.

Der Erfindung liegt die .Aufgabe zugrunde, diese Nachteile zyi ' beseitigen, und eine Anordnung zu schaffen, die sowohl die Messung der Volumenverteilung als auch Absorptionsmessungen erlaubt. Es liegt ihr die Erkenntnis zugrunde, daß eine genaue Bestimmung der Durchtrittssteile des Partikelstromes durch j die Meßöffnung dadurch erzielt werden kann, daß die Konzent- ^ ration der Strömung des Elektrolyten auf die Meßöffnung hin in dem ihr. vorgeordneten Raum ausgenützt wird. Die Partikel werden in die Strömung des Elektrolyten an einer Stelle eingeführt, die von der Meßöffnung --so-weit entfernt ,ist,, daß das-Strömungsfeld zwischen der Einführung der Partikel -in die Strömung und dem Durchtritt der Strömung durch die Meßöffnung-noch eine wesentliche Konzentration erfährt.

Dadurch ergeben sich mehrere Vorteile: Der Querschnitt de;s Partikelstromfadens in'der Meßöffnung ist durch die Ausnützung der Konzentration des Strömungsfeldes auf die Meßöffnung hin wesentlich geringer als der Querschnitt derjenigen Öffnung, i durch die die Partikel in das Strömungsfeld eingeführt werden. Bei den bekannten Lösungen, die darauf basieren., die Partikel koaxial direkt vor der Meßöffnung in diese einzuspritzen, kann diese Konzentrationswirkung nicht im gleichen Maße ,ausgenützt werden, und der Querschnitt des Partikelstronifaden-s ist in weit stärkerem Maße durch den Querschnitt der Einfülirungsöffnung bestimmt und von diesem abhängig. Ein ·: weiter er Vorteil der erfindungsgemäßen Anordnung besteht darin, da£ nunmehr die Eintrittsöffnung-, durch die die Partikel in das Strömungsfeld eingeführt werden, nunmehr nicht mehr direkt

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vor der Keßöffnung angeordnet ist, und so eine optische Beobachtung der Meßöffnung, z.B. bei Absorptions- oder Flc|ures£i> ι messungen nicht mehr stört. .

Eine Anordnung zur Messung bestimmter Eigenschaften in Flüssigkeit suspendierter Partikel, bei der die zu untersuchenden Partikel durch ein Eintrittsröhrchen in dem Raum vor der Meßöffnung in die Flüssigkeitsströmung eingeführt werden, ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß das Eintrittsröhrchen in dem Raum vor der Meßoffnung, jedoch nicht in unmittelbarer Nähe vor dieser, innerhalb des Bereiches angeordnet ist, in dem das Strömungsfeld der Flüssigkeit zur Meßöffnung hin noch eine wesentliche Konzentration erfährt.

Die Erfindung ist ferner dadurch gekennzeichnet, daß das Eintritt sröhrchen in dem Raum vor der Meßoffnung verstellbar und feststellbar angeordnet ist. Weitere Kennzeichen der Erfindung sind in den Ansprüchen definiert.

Die Erfindung ist anhand von Ausführungsbeispielen im folgenden näher erläutert. Es bedeuten:

Fig. 1 eine Draufsicht auf ein Aujführungsbeispiel der Erfindung;

Fig. 2 einen Querschnitt entlang der Linie II-II gemäß Fig. Ij

Fig. 3 eine vergrößerte Darstellung des Bereiches III gemäß Fig. 2;

Fig. 4 einen Querschnitt entlang der Linie IV-IV gemäß Fig. 1;

Fig. 5a eine Vorderansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels der Erfindung;

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Fig. 5b eine Seitenansicht des Ausführungsbeispiels gemäß Fig.5a;

Fig. 6 den Verlauf des Partikelstromes zwischen dem Eintrittsröhrchen und der Meßöffnung im Bereich vor der Meßöffnung.

Wie aus Fig. 1 ersichtlich, ist auf einem für die Einstellung gegenüber einem Mikroskop vorgesehene Zentrierring 1 eine Grundplatte 2 angeordnet, in der eine Meßöffnung 3 vorgesehen ist. Der Durchmesser der Meßöffnung 3 beträgt z.B. 100 ,u. An der Grundplatte ist ein mit einem Stopfen 4a verschlossener Vorratsbehälter 4 befestigt, der zur Aufnahme partikelfreier Flüssigkeit, also bei der Messung der Volumenverteilungides Elektrolyten dient. Er ist über eine Zuführung 5 mit einem Kanal 6 in der Grundplatte 2 verbunden (vgl. Fig. 2). Die Flüssigkeit kann so aus dem Vorratsbehälter 4 in den Raum 17 oberhalb (nach Fig. 2, 3) der Meßöffnung 3 gelangen. Nach dem Hindurchtreten durch die Meßöffnung 3 gelangt die Flüssigkeit dann in einen ebenfalls in der Grundplatte 2 vorgesehenen Kanal 7, der über ein Verbindungsstück 8 mit dem Absaugbehälter 9 verbunden ist (vgl. Fig. 4). Der Absaugbehälter 9 ist mit einer in einem Stopfen 9a eingelassenen öffnung 10 versehen, an die eine Unterdruckquelle angeschlossen werden kann. Wird bei geschlossenem Vorratsbehälter 4 an der öffnung 10 ein Unterdruck angebracht, dann wird die Flüssigkeit aus dem Vorratsbehälter 4 durch die Meßöffnung 3 in den Absaugbehälter 9 gesaugt. Der Raum unterhalb der Meßöffnung 3 kann durch eine mit einem Stopfen Ii verschließbare Entlüftungslextung 12 entlüftet werden.

Im gezeigten Ausführungsbeispiel (vgl. Fig. 3) wird die Meßöffnung dadurch gebildet, daß in eine öffnung 13. eines Plättchens 14 ein Uhrstein eingelassen ist. Das Plättchen 14 liegt

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auf einem in die Grundplatte eingearbeiteten Absatz 16, so daß zwischen der oberen Fläche des Plättchens 3Λ und der Oberkante der Grundplatte 2 der Raum 17 für die Zuführung der Flüssigkeit aus dem Kanal 6 zur Meßöffnung 3 verbleibt. Auf der oberen Fläche der Grundplatte 2 ist ein Glasplättchen 18 aufgeklebt, dessen obere Fläche (Fig. 3) geschliffen ist. Dieses Glasplättchen 18 ist mit einer öffnung 19 versehen, die groß genug ist, um eine Verschiebung des Eintrittsröhrchens 20 innerhalb des gewünschten Bereiches gegenüber der Meßöffnung nicht zu behindern.

Auf dem Glasplättchen 18 liegt eine weitere Glasplatte 21, die durch eine (nicht gezeigte) Druckfeder gegen das Glasplättchen 18 gedrückt wird. Die untere Fläche der Glasplatte 21 ist ebenfalls geschliffen, so daß beim Aufdrücken auf das Glasplättchen 18 eine Abdichtung zwischen Glasplatte und Glasplättchen 18 entsteht.

Die Glasplatte 21 ist auf dem Plättchen 18 und damit gegenüber der Grundplatte 2 und der in dieser fest angeordneten Meßöffnung 3 verschiebbar. In die Glasplatte 21 ist das Eintritt sröhrchen 20 eingelassen, bzw. eingeklebt. Das Eintrittsröhrchen 20 öffnet sich mit seiner Eintrittsöffnung 22 in den oberhalb der Meßöffnung 3 vorgesehenen Raum 17.

Das Eintrittsröhrchen 20 ist über einen flexiblen Schlauch 22a mit einem zweiten Vorratsbehälter 2 3 verbunden, der die zu untersuchenden Partikel enthält (vgl. Fig. 2). Der Vorratsbehälter 23 ist an einer Stange 24- in seiner Höhe verschiebbar befestigt. Die Höhenverschiebung dient der Veränderung des Ausströmdruckes der Partikel aus der öffnung 22 des Lintrittsrohrchens 20 in den Raum 17.

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Dureh VerSchiebAing der Glasplatte 21 gegenüber der· Grundplatte 2 kann tiun die Eintrittsstelle, an der 'die in dem ^Behälter vorhandenen Partikel in die Strömung,, die von dein Vorratsbehal ter -M- zum Absaugbehälter 9 geht, eingeführt werden, /gegenüber der Meßöffnüng 3 verändert werden.

In Fig; 6 sind die Strömungsverhältnisse dargestellt. Die trittsäffnung 22 ist gegenüber der Achse der Meßöffnüng'3 erheblich seitlich verschoben. Fig. 6 zeigt drei mögliche Stellungen des Eintrittsröhrchens 20; zwei davon in gestri- ' λ dielten Linien gezeigt. Der Querschnitt des Pärtikels'tromes., der aus der Eintrittsöffnung 22 des .Eintritts^öhrchens 20 austritt und an dieser Austrittsstelle zunächst dem Quer- . schnitt der Öffnung 22 entspricht, verringert sich, beim Fluß der Partikel auf die Meßöffnung 3 hin erheblich. Da« ist eine Folge der zunehmenden Konzentration des Strömungsfeldes auf die Meßöffnung 3 hin, die aus dem Verlauf der Strömungslinien bei deh verschiedenen Stellungen des Eintrittsröhrchens 20 deutlich erkennbar wird. Unabhängig von der Stellung des Kanals 6 zur Meßöffnung 3 bilden sie sich in deren Umgebung zunächst radial aus und gehen dann auf den Kanal 6 zu. Solange das Eintrittsröhrchen 2O^l9as Strömungsfeld im Bereich laminarer Strömung angeordnet ist, der von dem Druck- | unterschied zwischen Vorratsbehälter M- und Äbsäugbehältef 9 und vom Druck im zweiten Vorratsbehälter 23, sowie von der konstruktiven Gestaltung des Raumes 17 abhängt, wird auf diese Weise erreicht, daß der Querschnitt des Partikelstromes beim Durchtrirtt durch die Meßöffnung 3 erheblich geringer ist als sein Querschnitt beim Eintritt durch das Eintrittsröhrohen 20 in die Strömung zwischen Vorratsbehälter 'U und

Bei der Messung der ^Volumenverteilung der ^Partikel ist die Verwendung von zwei Elektroden ^förderlich,, die an cäer vom

Vorratsbehälter 4 zürn Absaugbehälter 9 fließenden Flüssigkeit, die dann ein Elektrolyt sein muß, gebildet wird, einen StromfluiS erzeugen. Tritt durch die Meßüffnung 3 ein Partikel hindurch, so erfolgt dort eine Stromverdrängung und eine entsprechende Widerstandserhöhung, die bei eingeprägtem Strom zwischen den beiden Elektroden als Spannungsimpuls zwischen den Elektroden abgenommen werden kann und ein Maß für das Volumen des durchgetretenen Partikels darstellt. Die Volumenbestimmung erfolgt dann durch entsprechende Auswertung der beim Durchtritt der Partikel gewonnenen Impulse. Die Gefahr von Fehlmessungen, die darauf zurückzuführen sind, daß bei einem Durchtritt der Partikel an verschiedenen Stellen der Heßöffnung 3 verschiedene Impulsformen auftreten, wird durch diese Konzentration des Partikelstromes innerhalb der Meßöffnung ausgeschaltet. Zudem kann durch entsprechende Stellung des Eintrittsrohrchens 20 in den Bereich vor der Heßöffnung die Durchtrittsstelle des Partikelstromes genau bestimmt werden.

Bei der in Fig. 1 gezeigten Anordnung ist die positive Elektrode 25 im Vorratsbehälter 4₅ die geerdete negative Elektrode 26 im Absaugbehälter 9 angeordnet.

Bei der Absorptionsmessung ist oberhalb der Meßöffnung 3 ein Objektiv 27 eines Mikroskops vorgesehen (vgl. Fig. 2, 3). Unterhalb der Meßöffnung ist eine (nicht gezeigte) Strahlungsquelle, etwa in Form eines Kondensors, vorgesehen. Die erfindungsgemäße Anordnung bietet hier den Vorteil, daß die optische Achse des Mikroskops genau auf diejenige Stelle innerhalb der Meßöffnung 3 justiert werden kann, durch die der Partikelstrom hindurchtritt, und daß andererseits bei gegebener Stellung des Objektivs 27 gegenüber der Meßöffnung 3 durch Verschiebung des Eintrittsröhrchens 20 im

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Bereich vor der Meßöffnung 3 eine zusätzliche Einstellung des Durchtrittsbereiches des Partikelstromes innerhalb der Meßöffnung 3 erzielt werden kann, ohne daß die Eintrittsöffnung 22, durch die die Partikel in das Strömungsfeld gelangen, den Strahlengang behindert. Der durch die erfindungsgemäße Anordnung erzielte geringe Querschnitt des Partikelstromes durch die Meßöffnung erlaubt es, die Meßbrflende des Mikroskops genau auf diese Durchtrittsstelle einzustellen, so daß störendes Nebenlicht weitgehend ausgeschaltet wird.

Fig. 5a und 5b zeigen eine vereinfachte, für die Zwecke der Messung der Volumenverteilung von Partikeln geeignete Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung. Die Meßöffnung 3¹ ist im unteren Bereich eines Reagenzglas-förmigen Behälters 30 vorgesehen» An dem Behälter 30 ist verschiebbar ein Vorratsbehälter 23' angeordnet. Vom Vorratsbehälter 23' führt ein Schlauch 22a^r zu einem Eintrittsröhrchen 20¹. Auch hier ist die Lage der Eintrittsöffnung 22' gegenüber der Meßöffnung 3' verschiebbar. Zur Volumenverteilungsmessung wird nun der gesamte Behälter 30 in einen weiteren Behälter eingesetzt. Eine Elektrode 31 befindet sich in dem Behälter 30, die andere Elektrode ist außerhalb dieses Behälters angeordnet (nicht gezeigt), so daß auch hier ein Stromfluß durch die Meßöffnung 3 entsteht.

Patentansprüche:

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Claims

- ίο -

Patentansprüche

( 1.!Anordnung zur Messung bestimmter Eigenschaften in Flüssigkeit suspendierter Partikel, bei der die zu untersuchenden - Partikel durch ein Eintrittsröhrchen in den Raum vor der Meßöffnung in die Flüssigkeitsströmung eingeführt werden, dadurch gekennzeichnet, daß das Eintrittsröhrchen (20) in den Raum (17) vor der Meßöffnung (3), jedoch nicht ^ in unmittelbarer Nähe vor dieser, innerhalb des Bereiches angeordnet ist, in dem das Strömungsfeld der Flüssigkeit zur Meßöffnung (3) hin noch eine wesentliehe Konzentration erfährt.
2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Eintrittsröhrchen (20) in dem Raum (17) vor der Meßöffnung (3) verstellbar (21, 18) und feststellbar angeordnet ist.
3. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßöffnung (3) in einer Grundplatte (2) eingelassen ist

und die Zuführung in den Raum (17) vor der Meßöffnung von einem Vorratsbehälter (Ό her erfolgt und daß sie von Wr der anderen Seite der Meßöffnung (3) her Über einen Absaugbehälter (9, 10) abgesaugt wird.
4. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß auf beiden Seiten der Meßöffnung je eine Elektrode (25, 31; 26) vorgesehen ist.
5. Anordnung nach Anspruch 2 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßöffnung (3) in ein Plättchen (14) eingelassen ist, und dieses Plättchen in einer

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Aussparung XiB) der Grundplatte (2) angeordnet ist, und die Aussparung (16) ferner durch eine Glasplatte (2I)₅ die auf der Grundplatte (2) verschiebbar ist und auf diese gedrückt wird, abgeschlossen wird, so daß der Raum (17) zwischen der Glasplatte (21) und das die Meßöffnung (3) tragende Plättchen (I¹O gebildet wird, und dem Raum (17) vom

Vorratsbehälter (¹O her über einen in der Grundplatte (2) befindlichen Kanal (6) die -Flüssigkeitsströmung zugeführt wird, und auf der dem Raum (17) entgegengesetzten Seite des Plättchens (I¹O die Flüssigkeit abgesaugt wird, und das Eintrittsröhrchen (20) in die Glasplatte (21) eingelassen ™ ist, so daß es in den Raum (17) zwischen der Glasplatte

(21) und dem die Meßöffnung (3) tragenden Plättchen (I¹O hineinragt.
6. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine Entlüftungsvorrichtung (11, 12) vorgesehen ist.
7. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßöffnung (3) in einem Reagenzglas-förmigen Behälter (30) vorgesehen ist, und das Eintritt sr öhrehen <20^r) an dem Behälter (30) verschibbar und feststellbar angeordnet ist.

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