DE2053825C3 - Meßblende eines elektronischen Zähl- und Klassiergerätes für in einer Flüssigkeit suspendierte Teilchen nach dem Coulter-Prinzip - Google Patents

Description

Lagersteinen. Die so gewonnene Meßblende wird in

55 einer Mündung in der Seitenwand eines Meßgefäßes aus Glas auf übliche Weise, beispielsweise durch Verschmelzen, angebracht.

Nach dieser Technik hergestellte Meßgefäße sind

Die Erfindung betrifft eine Meßblende eines elek- bekannt. Das Meßgefäß mit seiner Tastöffnung wird tronischen Zähl- und Klassiergerätes für in einer 60 als Abtastelement bezeichnet, da der Strom der in Flüssigkeit suspendierte Teilchen nach dem Coul- Suspension befindlichen Partikeln oder Teilchen zur ter-Prinzip, bestehend aus einer an einem Durchlaß Erzielung von Signalen abgetastet wird, wenn er die in der Seitenwand eines Meßrohres befestigbaren Tastöffnung in der Meßblende passiert, dünnen Scheibe aus einem elektrisch isolierenden Die Stromverteilung in der Tastöffnung ist in ihrer

harten Material mit im wesentlichen parallelen Flä- 6₅ Geometrie nicht vollkommen gleichförmig, da sich chen, einer in der Scheibe mittig angeordneten, zu die Suspensionsflüssigkeit außerhalb der Enden soden Seitenflächen senkrechten, annähernd zylin- fort ausbreitet, wodurch sich auch der Strom auffädrischen Tastöffnung, deren Durchmesser und axiale chert und somit die Stromdichte zurückgeht. Dies

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baucht das starke Feld in der Tastöffnung aus und sich erweiternde Ausnehmung von einer kenischen läßt die Tastöffnung etwas länger als ihre tatsächli- Kammer gebildet ist, deren axiale Länge wesentlich eben axialen Abmessungen erscheinen. Zur Erzie- größer als die axiale Länge der Tastöffnung ist
lung größter Empfindlichkeit für die beim Durch- Die Lösung nach der Erfindung führt zu einer vergang der Teilchen erzeugten Signale soll die Tastöff- 5 besserten Auflösung von Signalen, unabhängig danung so kurz als möglich, für eine maximale Auflö- von, ob die Tastöffnung von Gleichstrom, niederfresung jedoch so lang als möglich sein. Außerdem quentem Strom oder von hochfrequentem Strom kann der statistische Vorteil beim Durchgang hoch- durchflossen wird. Hierfür könnte zwar eine Theorie konzentrierter Suspensionen durch die Tastöffnung angegeben werden, jedoch sind die exakten Gründe durch das Vorhandensein von mehr als einem Teil- 10 ungewiß.

chen in der Tastöffnung verringert werden, da letz- Weitere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben

tere nur ein Signal erzeugen, wenn auch von größerer sich aus den Unteransprüchen.

Amplitude. Verkürzt man die Tastöffnung, so wird Die Erfindung wird nachfolgend an Hand von in

die Wahrscheinlichkeit eines solchen Zusammentref- der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen

fens zwar verringert und man kann mehrere Teilchen 15 näher erläutert. In der Zeichnung zeigt

von größtien Teilchen durch die Art ihres Signals Fig. 1 einen vergrößerten, zentralen Schnitt durch

unterscheiden, doch geht auch das Auflösungsvermö- eine Meßblende eines elektrischen Zähl- und Klas-

gen zurück. siergerätes nach dem Coulter-Prinzip, wobei zur

Bei Geräten, die mit Wechselstrom in der Tastöff- richtigen Darstellung der Proportionen Teile wegge-

nung arbeiten, ergibt sich ein weiteres Problem. Die 20 lassen wurden,

Meßblende führt, abhängig von ihrer Dielektrizitäts- F i g. 2 eine gegenüber F i g. 1 modifizierte Ausfüh-

konstante, einen kapazitiven Strom, einen sogenann- rungsform,

ten Verschiebungsstrom. Wenn es gelingt, den Ver- F i g. 3 eine weitere Ausführungsform der Meß-

schiebungsstrom zu verringern, so werden dadurch blende,

auch die Verluste im Elektrolyten in unmittelbarer 25 F i g. 4 einen Teilschnitt der Meßblende in der An-

Nähe der Tastöffnung verringert, und das Signal- Ordnung nach Fig. 3,

Rausch-Verhältnis, die Empfindlichkeit und das An- F i g. 5 eine schematische Schnittansicht einer übli-

sprechen des Abtastelementes werden erhöht. chen Meßanordnung mit einer eingesetzten Meß-

Die Größe und Eigenschaften der FlüsF^;gkeitsströ- blende bevorzugter Konstruktion und

mung und des elektrischen Stromes sind für jede Tast- 30 F i g. 6 einen vertikalen Teilschnitt durch die Meß-

Öffnung äußerst schwer vorherzusagen und zu er- blende nach F i g. 5.

mitteln. Mehrere Faktoren bilden zusammen mit ih- Die einfachsten Ausführungsformen sind in den

rer Wechselwirkung mindestens eine Teilursache für F i g. 1 und 2 gezeigt.

diese Schwierigkeiten. Hierzu gehören die Bildung Zwei Meßblenden 40 und 40' von üblicher Stärke

einer Kontraktionsader, die Abhängigkeit der Flüs- 35 besitzen gebohrte Tastöffnungen 42 an der Spitze

sigkeitsströmung von scharfen Kanten, die durch von konischen Kammern 44, die zur Fläche 46 hin

solche scharfe Kanten bewirkte Stromverteilung, das offen sind. Die Kammer 44 liegt vorzugsweise am

Vorhandensein stagnierender Abschnitte in der Tast- Ausflußende der Tastöffnung 42, während die Zu-

öffnung infolge der Strömung der Kontraktions- laufseite der Tastöffnung 42 nach der ebenen Fläche

ader, Erwärmungseinflüsse durch die starke Strom- 40 48 hin offen ist. Der Winkel der konischen Kammer

konzentration usw. Offensichtlich ist die Lösung die- ist zv 90° gewählt, ist aber nicht kritisch. Die Kam-

ser Schwierigkeiten nicht einfach. mer 44 der Meßblende 40 endet in einer leicht balli-

Bei dem bekannten Gerät nach der französischen gen Fläche 50, deren Radius R ungefähr das Drei-Patentschrift 1 379 960 ist die Meßblende von einer fache des Durchmessers B der Tastöffnung 42 bedünnen Scheibe aus elektrisch isolierendem, hartem 45 trägt. Diese Anordnung führt zu einer relativ breite-Material gebildet. Die mittige Tastöffnung ist annä- ren Mündung als bei der geraden, konischen Kamhernd zylindrisch. Ihr Durchmesser und ihre axiale mer 44 der Meßblende 40', bei der die ballige Fläche Länge sind etwa gleich groß. In Bewegungsrichtung 50 fehlt.

der Suspension während der Meßphase schließt sich Mit Rücksicht auf den bei einer Hochfrequenz-

an die Tastöffnung eine sich zum Meßgefäßinneren 50 wechselspannung fließenden Verschiebungsstrom ist

hin erweiternde Ausnehmung an. Sie besitzt eine bal- die Stärke der Meßblende bei 52, unmittelbar ansto-

lige Form. Diese Meßblende kann die vorstehenden ßend an die Tastöffnung in jedem Fall erheblich grö-

Schwierigkeiten nicht beseitigen, wie die Praxis ge- ßer als in jenen Fällen, in denen die Tastöffnung di-

zeigt hat. rekt in eine ebene Fläche mündet.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die be- 55 Das größere Auflösungsvermögen dürfte auf den

kannte Meßblende so zu verbessern, daß elektrisch Fokussiereffekt zurückzuführen sein, der auf den

und physikalisch die besten Meßergebnisse erhalten elektrischen Strom ausgeübt wird. In gewisser Weise

werden können. Insbesondere soll erreicht werden, scheint die Konzentration der Stromdichte an schar-

daß sich eine maximale Meßempfindlichkeit ergibt, fen Ecken, die bei den bisherigen Meßblenden aufgewozu die Länge der Tastöffnung möglichst kurz zu So treten sein dürften, nach der Achse der Tastöffnung bemessen ist. Andererseits soll eine maximale Auflö- hin verschoben zu sein oder ist kleiner geworden, so sung erhalten werden, wozu diese Tastöffnung mög- daß die Amplituden der von der Tastöffnung abge-

lichst lang sein soll. Außerdem sollen Strom- bzw. leiteten Signale von dem Abschnitt der Tastöffnung Feldlinienverlauf möglichst homogen sein, und abhängen, durch den die sie erzeugenden Teilchen schließlich soll bei Verwendung eines Wechselstroms 65 gegangen sind. Beispielsweise erzeugt ein durch einen als Meßstrom der Verschiebungsstrom möglichst ge- Bereich hoher Stromdichte an einer scharfen Ecke

ring sein. der bekannten Meßblenden gegangenes Teilchen ein

Die Erfindung löst diese Aufgabe dadurch, daß die anderere Signal, als wenn es durch die Mitte der Tast-

öffnung geht. Bei den Meßblenden 40 und 40' ist keitsanteilen ermöglichen die Verbindung des Gerä-

diese Ungleichmäßigkeit geringer. Diese Meßblenden tes beispielsweise über die Leitungen 91 und 93 mil

besitzen ohne fühlbaren Verlust an Empfindlichkeit den entsprechenden elektrischen Anlagenteilen. Die

ein erheblich besseres Auflösungsvermögen. elektrischen Bauteile mit einer Stromquelle, Detekto·

Bei diesen Anordnungen sind die von der Klassie- 5 ren, Zählern, Steuerungen usw. sind als Block 95

rung der Teilchen herrührenden Daten genauer, da dargestellt. Vorzugsweise schließt die Stromquelle

viele der größeren und offenbar störenden Signale in- mindestens eine Wechselstromquelle ein. Doch wird

folge der ungleichmäßigen Stromdichte im wirksa- die Arbeitsweise des Geräts auch dann erheblich ver-

men Abschnitt der Tastöffnung nicht erzeugt werden. bessert, wenn eine Gleichstrom- oder niederfrequente

Die F i g. 3 und 4 zeigen eine Meßblende 60, bei io Stromquelle verwendet wird.

der sich an die Tastöffnung 62 auf beiden Seiten F i g. 6 zeigt einen senkrechten, vergrößerten, zen-

nach außen offene konische Kammern 64 bzw. 66 tralen Schnitt durch die linke Seite des Meßrohres 78

anschließen. Bei dieser Meßblende erhält man das nach Fig. 5. Die ebene Fläche 48 der Meßblende 4C

erhöhte Auflösungsvermögen auf beiden Seiten der zeigt nach außen und ist normalerweise gegenübei

Tastöffnung 62. Zudem ist diese Meßblende weniger 15 der Glasfläche 84 etwas erhöht,

zerbrechlich und dadurch während des Anbringens Falls sich Ablagerungen in der Tastöffnung befin-

an einem Glasrohr einfacher zu handhaben. Die An- den, so erstrecken sie sich im allgemeinen über die

bringung an dem Rohr kann mit der Fläche 68 oder Tastöffnung 42, oder ein Teil »hängt« in die Tastöff-

70 erfolgen, so daß während des Zusammenbaus nung hinein und ragt etwas heraus. Fährt man mil

nicht eine bestimmte Seite ausgewählt werden muß. 20 dem Finger oder einem anderen Hilfsmittel über die

Die Stärke der Meßblende ist bei 72 beträchtlich grö- Fläche, so werden die Ablagerungen in den meisten

ßer, als dies bei nur einer konischen Kammer der Fall Fällen beseitigt. Dies ist nicht so einfach, wenn dei

ist. Bei Geräten mit von Hochfrequenzstrom durch- Zugang zur Tastöffnung unter der Außenfläche dei

flosstnen Tastöffnungen liegt deshalb das Signal- Meßblende liegt. Hierbei sei angenommen, daß die

Rausch-Verhäitnis über demjenigen von Meßblenden 25 Suspension in F i g. 6 in Richtung des Pfeiles fließt,

mit nur auf einer Seite konischer Kammer. Bei der Anordnung nach F i g. 7 wird bei normalem

F i g. 5 zeigt die praktische Verwendung einer Gebrauch des Gerätes die zu untersuchende Suspen-Meßblende mit einem Abtastelement 78, bestehend sion 81 vom Boden des Gefäßes 83 durch die Tastaus einem Meßrohr aus Glas, an dessen Wand 80 ge- öffnung 42 zum Flüssigkeitsanteil 85 bewegt,
maß Fig. 6 eine Meßblende 40 an der Außenfläche 3° Die Meßblende 40 gemäß den Fig. 5 und 6 ist mil 84 am unteren Ende der Wand 80 befestigt ist. der Wand 80 des Rohres 78 über eine annähernd ko·

Das Abtastelement 78 besitzt die bekannte Form nische Mündung 86 verschmolzen, die durch Glas-

mit einer erweiterten Mündung 77 zur Verbindung blasen oder eine andere Glasbehandlung hergestelli

mit einem geschlossenen üblichen Saugsystem. Ein ist. Diese Mündung ist relativ groß, aber kleiner als

Teil der in einem solchen System üblichen Glasteile 35 der Durchmesser der Meßblende 40. Die Fläche 4f

ist bei 79 angedeutet. Soweit ein solches Abtastele- mit der Kammer 44 ist nach innen gerichtet, d. h

ment 78 verwendet wird, wird es in die Suspension nach der Austrittseite der Flüssigkeitsströmung

81 in einem Gefäß 83 getaucht. Dieses besitzt die durch die Tastöffnung 42.

Form eines kleinen Bechers oder einer Küvette. In Bei der Herstellung der Meßblende ist der Winke

die zu untersuchende Suspension 81 ragt das untere 40 der konischen Kammer so zu wählen, daß die Strom

Ende des Abtastelementes 78. Das Innere des Ab- dichte im Konus nicht so hoch ist, daß nach den

tastelementes 78 und das übrige System enthalten Durchgang des Teilchens durch die Tastöffnunj

einen zweiten Flüssigkeitsanteil 85, dessen Zusam- noch ein wesentliches Signal erzeugt wird. Anderer

mensetzung normalerweise von geringer Bedeutung seits soll der Winkel nicht zu flach sein. Der g^

ist, vorausgesetzt, er ist leitfähig. Er kann beispiels- 45 wählte Winkel von 90° ergab unter den Anwen weise aus einer vorher eingefüllten Salzlösung oder dungsverhältnissen ausgezeichnete Resultate. Aucr

aus den Resten vorher untersuchter Proben bestehen. geeignete Abweichungen davon führten zu vorteil

Die Elektroden 87 und 89 in den beiden Flüssig- haften Ergebnissen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

1 2 Länge in der gleichen Größenordnung liegen und an Patentansprüche: deren einem Ende sich eine in die Scheibenfläche frei ausmündende, in Bewegungsrichtung der Suspension

1. Meßblende eines elektrischen Zähl- und sich erweiternde Ausnehmung konzentrisch zur Tast-Klassiergerätes für in einer Flüssigkeit suspen- 5 öffnung anschließt, während das andere Ende der dierte Teilchen nach dem Coulter-Prinzip, beste- Tastöffnung in die andere Scheibenflache ausmundet, hend aus einer an einem Durchlaß in dier Seiten- Bei bekannten Geräten zur Untersuchung einzelwand eines Meßrohres befestigbaren dünnen ner in Suspension befindlicher Teilchen, z. B. nach Scheibe aus einem elektrisch isolierenden harten der französischen Patentschrift 1 379 960, werden, Material mit im wesentlichen parallelen Flächen, io soweit diese Geräte nach dem sogenannten Coultereiner in der Scheibe mittig angeordneten, zu den Prinzip arbeiten, die Impedanzeigenschaften eines Seitenflächen senkrechten, annähernd zylin- elektrischen Feldes in meßbarer Weise verändert, drischen Tastöffnung, deren Durchmesser und wenn ein Teilchen in der flüssigen Suspension das axiale Länge in der gleichen Größenordnung lie- auf einer sehr klein dimensionierten Bahn erzeugte gen und an deren einem Ende sich eine in die 15 elektrische Feld passiert. Derartige Geräte arbeiten Scheibenfläche frei ausmündende, in Bewegungs- mit einer die Bahn bildenden mikroskopischen Tastrichtung der Suspension sich erweiternde Aus- öffnung in einer elektrisch isolierenden Meßblende, nehmung konzentrisch zur Tastöffnung an- wobei je eine Elektrode in die Flüssigkeitsteile auf schließt, während das andere Ende der Tastöff- gegenüberliegenden Seiten der Meßblende gebracht nung in die andere Scheibenfläche ausmündet, 20 und diese Elektroden mit einer Stromquelle verbundadurch gekennzeichnet, daß die sich den werden, so daß ein elektrischer Strom durch die erweiternde Ausnehmung von einer konischen Tasiöffnung fließt. Die Stromdichte dieses Stromes Kammer (44) gebildet ist, deren axiale Länge we- ist auf dem Weg durch die Flüssigkeitsteile zu der sentlich größer als die axiale Länge der Tastöff- Tastöffnung sehr klein, wird jedoch auf dem Weg nung (42) ist. 25 durch die Flüssigkeit in der Tastöffnung relativ hoch.

2. Meßblende nach Anspruch 1, dadurch ge- Ein ebenfalls an die Elektroden angeschlossener Dekennzeichnet, daß die Tastöffnung (42) mit dem tektor spricht immer dann auf Impedanzänderungen von der Kammer (44) abgekehrten Ende in die der Flüssigkeit in der Tastöffnung an, wenn ein Teil-Scheibenfläche (48) direkt übergeht. chen die Tastöffnung passiert. Die Theorie ist an sich

3. Meßblende nach Anspruch 1, dadurch ge- 30 bekannt. Etwas vereinfacht kann man das normale kennzeichnet, daß eine zweite, praktisch gleiche Teilchen als einen die Tastöffnung passierenden, isokonische Kammer (66) in der Scheibe (60) spie- lierenden Körper betrachten, der die leitfähige Vergelbildlich zur ersten Kammer (64) angeordnet ist dünnung in der Tastöffnung um sein Volumen ver- und daß beide Enden der Tastöffnung (62) in die drängt. Die durch das Vorhandensein eines Teilchens spitzen Enden der konischen Kammern (64, 66) 35 verursachte Volumenabnahme der leitfähigen Flüsübergehen. sigkeit erhöht die Impedanz der Flüssigkeit in der

4. Meßblende nach Anspruch 1 oder 2, da- Tastöffnung um einen meßbaren Betrag, der der durch gekennzeichnet, daß der konische Winkel Menge der verdrängten Flüssigkeit proportional ist. der Kammer (44) etwa 90° beträgt. Man versucht die Tastöffnung eines solchen Gerätes

5. Meßblende nach einem der Ansprüche 1,2 40 möglichst klein zu halten. In der Praxis geben noch oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Spitze Tastöffnungen mit über lOOfachem Volumen der zu (SO) der Kammer (44) leicht abgerundet ist und untersuchenden Teilchen befriedigende Resultate. So daß der Krümmungsradius dieser Abrundung un- hat man beispielsweise bei roten Blutkörperchen mit gefahr das Dreifache des Durchmessers der Tast- einem äquivalenten, sphärischen Durchmesser von öffnung (42) ist. 45 etwa 5,5 Mikron unter Verwendung von Tastöffnun-

6. Meßblende nach einem der Ansprüche 1 gen mit einem Durchmesser von etwa 70 Mikron bis bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der zu einem '. ' hrfachen dieses Betrages mit Erfolg geKammer (44, 64, 66) und der Tastöffnung (42, arbeitet. Γ ^ Problem, die Abmessungen einer Tast-62) ein scharfer Übergang vorhanden ist. öffnung j^s ■ Größe stabil zu halten, hat man

50 durch Vfi -vLiidung von Meßblenden aus einem elektrisch is; >f .xnden harten Material gelöst, in die man mikroskopische Löcher gebohrt hat, nach in der Uhrenindustrie üblichen Verfahren zur Herstellung von