DE2405636A1 - Counting and measuring device for microscopic particles - particles are suspended in medium flowing along channel with test point - Google Patents

Counting and measuring device for microscopic particles - particles are suspended in medium flowing along channel with test point

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DE2405636A1 DE19742405636 DE2405636A DE2405636A1 DE 2405636 A1 DE2405636 A1 DE 2405636A1 DE 19742405636 DE19742405636 DE 19742405636 DE 2405636 A DE2405636 A DE 2405636A DE 2405636 A1 DE2405636 A1 DE 2405636A1
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Abstract

A test point is provided in the channel through which the medium containing the microscopic particles flows. The test point consists of a transparent material, and is illuminated transversally by a light source whose light releases an effect, esp. fluorescent, depending on the size and kind of passing particles. A photosensitive detector receives, through an entry window, the light effects coming from the test point. It is connected to an evaluating device. The detector entry window is provided directly at the test point, and is in the form of a filter; or the entry window of a photomultiplier forms at the test point a part of the channel wall. Its entry side is plane.

Description

Vorrichtung zum Zählen und Messen mikroskopisch kleiner Teilchen Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Zahlen und Messen mikroskopisch kleiner Teilchen, die in einem fließfähigen Medium suspendiert sind, das die Teilchen durch einen Durchflußkanal hindurchträgt, der eine Meßstelle enthält, die aus lichtdurchlässigem Material besteht und quer zur Durchflußrichtung von einer Lichtquelle beleuchtet ist, deren Licht bei den die Meßstelle passierenden Teilchen einen von der Art und Größe dieser Teilchen abhängigen Effekt, insbesondere Sluoreszenz, auslöst, wobei eine lichtempfindliche Aufnahmevorrichtung vorgesehen ist, die mit ihrem Eintrittsfenster die von der Meßstelle kommenden Licht effekte aufnimmt und an die eine Auswerteeinrichtung angeschlossen ist0 Die US-PS 3 413 464 (Kamentsky) zeigt eine solche Einrichtung, die einen verhältnismäßig weiten Durchflußkanal aufweist, der an der Meßstelle über einen Kondensor beleuchtet wird. Die Lichteffekte bzwO das von den Teilchen verursachte Eluoreszenzlicht wird durch ein Objektiv hindurch von einem Photomultiplier aufgenommen0 Der Kondensor und das Objektiv müssen bei dieser Einrichtung, um den verhältnismäßig großen ievenschärfenoereich zu erfassen, entsprechend große Brennweiten haben. Das führt dazu, daß nur das in einem kleinen Raumwinkel von jedem Teilchen ausgehende Licht auf den Photomultiplier fällt. Wegen der sehr kleinen Apertur des Meßobjektivs muß bei dieser bekannten Vorrichtung mit einer sehr geringen J?luoreszenz-Lichtausbeute gearbeitet werden. Device for counting and measuring microscopic particles The invention relates to a device for numbering and measuring microscopically small particles suspended in a flowable medium containing the particles passes through a flow channel containing a measuring point made of translucent Material consists and illuminated transversely to the direction of flow by a light source is whose light in the particles passing the measuring point is one of the type and Size of this particle-dependent effect, in particular fluorescence, triggers, whereby a photosensitive recording device is provided with its entrance window the light effects coming from the measuring point and to which an evaluation device 0 U.S. Patent 3,413,464 (Kamentsky) shows such a device which has a relatively wide flow channel, which at the measuring point over a condenser is illuminated. The light effects or that caused by the particles Eluorescence light is picked up by a photomultiplier through an objective With this device, the condenser and the objective must be proportionate to the to capture large range of sharpness, have correspondingly large focal lengths. That leads to the fact that only that which emanates from each particle in a small solid angle Light falls on the photomultiplier. Because of the very small aperture of the measuring objective must with this known device with a very low J? luorescence light yield to be worked.

Bei einer als Smpulßcytophotometer bekannten Einrichtung wird die beim Kamentsky-System auftretende mangelhafte Fokussierung der Teilchen während der Messung dadurch vermieden, daß die Teilchen parallel zur optischen Achse zur Meßstelle geführt und von der Meßstelle durch eine quer zur optischen Achse fließende Spülflüssigkeit fortgewaschen werden; dabei passieren die Teilchen den Tiefenschärfenbereich des Meßobjektivs. Bei dieser Vorrichtung kann deshalb ein Objektiv hoher numerischer Apertur verwendet werden.In a device known as a Smpulßcytophotometer, the inadequate focusing of the particles occurring in the Kamentsky system during the measurement is avoided in that the particles are parallel to the optical axis Measuring point guided and from the measuring point through a flowing transversely to the optical axis Rinsing liquid to be washed away; the particles pass through the depth of field of the measuring lens. With this device, therefore, a lens can be made of high numerical value Aperture can be used.

Das Impulscytophotometer ist zwar in dieser Hinsicht dem Kamentsky-System überlegen, erfordert aber ebenfalls eine genaue Justierung der Optik und zusätzlich eine kompliziert gebaute Durchflußkammer mit engen Kanälen, bei denen die Gefahr der Verstopfung durch zu große Teilchen und in Verbindung damit eine Unterbrechung des Meßvorganges droht.The pulse cytophotometer is in this respect the Kamentsky system superior, but also requires precise adjustment of the optics and in addition a complicated one built through flow chamber with narrow channels those at risk of clogging due to and in connection with particles that are too large an interruption of the measuring process threatens.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine zum Zählen und Messen mikroskopisch kleiner Teilchen geeignete Einrichtung zu schaffen, die trotz baulicher Vereinfachung im Vergleich zu dem Kamentsky-System wesentlich größere Mengen des von den Teilchen abgegebenen Yluoreszenslichtes zu erfassen gestattet0 Diese Aufgabe wird nach der Erfindung für eine Vorrichtung der eingangs erwähnten Art dadurch gelöst, daß das Eintrittsfenster der lichtempfindlichen Aufnahmevorrichtung, insbesondere eines Photomultipliers, unmittelbar an der Meßstelle angeordnet ist. Vorzugsweise ist dieses Eintrittsfenster als Filter ausgebildet.The invention is based on the object of one for counting and measuring microscopic particles to create suitable facility that despite structural Simplification compared to the Kamentsky system significantly larger amounts of the It is possible to detect fluorescent light emitted by the particles0 This task is characterized according to the invention for a device of the type mentioned solved that the entrance window of the photosensitive recording device, in particular a photomultiplier, is arranged directly at the measuring point. Preferably this entry window is designed as a filter.

Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung bildet das Eintrittsfenster des Photomultipliers im Bereich der Meßstelle einen Teil der Wandung des Durchflußkanals.According to a further feature of the invention, the entrance window forms of the photomultiplier part of the wall of the flow channel in the area of the measuring point.

Eine besonders vorteilhafte Anordnung ergibt sich dadurch, daß erfindungsgemäß die Eaptllare des Durchflußkanals im Bereich der Meßstelle mit dem Filter und dem Photoempfänger als kompakte starre Einheit hergestellt wird.A particularly advantageous arrangement results from the fact that according to the invention the Eaptllare of the flow channel in the area of the measuring point with the filter and the Photo receiver is manufactured as a compact rigid unit.

Die Erfindung beruht auf dem Grundgedanken, daß von dem Fluoreszenzlicht, das von jedem Teilchen ohne Vorzugerichtung ausgeht, das Licht eines bestimmten Raumwinkels von dem Phtomultiplier aufgenommen wird. Dieser Raumwinkel wird im Falle der Erfindung allein durch den Winkel der Totalreflexion an den Übergängen von der Flüssigkeit zum Glas, nämlich zum Filter oder Fenster des Photomultipliers, bestimmt. Da das Penster des Photomultipliers mit mehreren Zentimetern Durchmesser im Verhältnis zu den Teilchen, deren Durchmesser kleiner als ein Millimeter ist, sehr groß ist, ist bei der Messung die Lage eines Teilchens innerhalb des Durchflußkanals, dessen Durchmesser auch kleiner als eine Millimeter ist, ohne Einfluß. Obwohl die Teilchen den Meßbereich in unterschiedlichem Abstand vom Eintrittsfenster des Pbtomultipliers passieren können, ist der Raumwinkel des ausgenutzten Fluoreszenzlichtes immer gleich groß. Daher entfallen bei einer erfindungsgemäßen Einrichtung die bisher auftretenden Pokussierungsschwierigkeiten; In einer erfindungsgemäßen Einrichtung kann ein einfach gebauter Durchflußkanal mit relativ großem Durchmesser verwendet werden, so daß auch eine Verstopfung des Kanals und damit eine Unterbrechung der Messung nicht befürchtet zu werden braucht. Da zwischen den zu messenden Teilchen und der Aufnahmevorrichtung, d.ho insbesondere einem Photomultiplier, die bislang verwendete Linse entfällt, ist auch keine besondere Justierung erforderlich. Insgesamt ermöglicht die Erfindung daher bei einfacherer Ausführung der Meßanordnung eine erhebliche Verbesserung in der Ausbeute des für die Messung zu nutzenden Lichtes, Weitere Vorzüge und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen sowie aus der nachfolgenden Beschreibung und der Zeichnung, in denen die Erfindung ausführlich erläutert und dargestellt ist. Es zeigen: Sigo 1 eine schematische Gesamtdarstellung einer erfindungsgemäßen Einrichtung, Figo 2 eine schematische Darstellung der eigentlichen Meßstelle einer Einrichtung nach Fig. 1 und Pig. 3 einen Teil der in Fig. 2 gezeigten Meßanordnung, gesehen in einer um 900 gegenüber Figo 2 verschwenkten Richtung.The invention is based on the basic idea that of the fluorescent light, that emanates from every particle without a preferred direction, the light of a certain one Solid angle is recorded by the Phtomultiplier. This solid angle becomes in the case of the invention solely by the angle of total reflection to the Transitions from the liquid to the glass, namely to the filter or window of the photomultiplier, certainly. Because the penster of the photomultiplier is several centimeters in diameter in relation to the particles whose diameter is less than one millimeter, is very large, when measuring the position of a particle within the flow channel, whose diameter is also less than a millimeter, without any influence. Although the Particles cover the measuring range at different distances from the entry window of the Pbtomultiplier can happen, the solid angle of the fluorescent light used is always the same great. In a device according to the invention, the previously occurring ones are therefore omitted Focusing difficulties; In a device according to the invention, a simple Built flow channel can be used with a relatively large diameter, so that neither a blockage of the channel and thus an interruption of the measurement needs to be feared. Since between the particles to be measured and the recording device, d.ho in particular a photomultiplier, the lens previously used is no longer necessary, no special adjustment is required either. Overall, the invention enables therefore, with a simpler design of the measuring arrangement, a considerable improvement in the yield of the light to be used for the measurement, further advantages and features of the invention emerge from the claims and from the following description and the drawings in which the invention is explained and illustrated in detail is. Show it: Sigo 1 is a schematic overall representation of a device according to the invention, Figo 2 is a schematic representation of the actual Measuring point of a device according to Fig. 1 and Pig. 3 part of that shown in FIG Measuring arrangement, seen in a direction pivoted by 900 with respect to FIG.

Eine erfindungsgemäße Einrichtung, siehe Figo 1 und 2, weist einen kapillaren Durchflußkanal 10 auf, der von einem Behälter 12, welcher die Suspension der zu messenden Teilchen enthält, nach einem Auffangbehälter 14 führt Die aus den Teilen 10, 12 und 14 bestehende Anordnung kann in bekannter Weise mit hier nicht näher dargestellten Ventilen und Pump- oder Saugvorrichtungen ausgebildet sein, um die Suspension in einem gesteuerten Ausmaß durch einen als Meßstelle ausgebildeten Abschnitt 16 des Durchflußkanales 10 hindurch zu führend Der Durchflußkanal 10, siehe Sig. 2, kann auch in bekannter Weise als Hüllstromanordnung ausgebildet sein, wobei über einen Anschlußkragen 11 der Hüllstrom zugeführt wird0 Im Bereich der Meßstelle 16 läuft der Durchflußkanal 10 und damit die Buhrung fur die Teilchensuspension rechtwinklig zur optischen Achse einer aus Lichtquelle 18 und Kondensor 20 bestehenden BeleuchtungsanordnungO Die Lichtquelle 18 kann ein Laser sein, dessen Licht entweder parallel eingestrahlt oder, wie dargestellt, durch einen Linse, gegebenenfalls eine Zylinderlinse, mit großer Brennweite zur möglichst gleichmäßigen Ausleuchtung des gesamten Querschnittes des Durchflußkanals 10 auf die Meßstelle 16 fokussiert wird0 In den Fig, 2 und 3 ist der Lichtstrahl durch einen Pfeil 19 angedeutet0 Die durch die Meßstelle von der Suspension hindurchgeführten Teilchen verursachen in dem auf die Meßstelle fallenden Licht Lichteffekte; insbesondere erzeugen die Teilchen Fluoreszenzlichts Von dem von jedem Teilchen ohne Vorzugsrichtung ausgehenden Fluoreszenzlicht gelangt das Licht eines bestimmten Raumwinkels R, Figo 2, auf einen Photomultiplier 24o Dieser Raumwinkel R wird allein durch den Winkel der Totalreflexion an den Übergängen von der Slüssigkeit-zum Glas bestimmt, Dieses Glas ist vorzugsweise unmittelbar das Eintrittsfenster 25 des Photomultipliers 24. Dieses Eintrittsfenster ist als Filter ausgebildet0 Obwohl die Teilchen, siehe Sigo 2, die Meßstelle 16 in unterschiedlichem Abstand vom Fenster 25 des Phtomultipliers 24 passieren können, ist der Raumwinkel R des ausgenutzten Fluoreszenzlichtes immer gleich großO Daher entfallen bei der erfindungsgemäßen Einrichtung die üblichen FokussierungsproblemeO Das Filter 25 beseitigt den Einfluß des Erregerlichtes aus der Lichtquelle 18o Wird als Lichtquelle z0B0 eine Quecksilber-Hochdrucklampe oder eine Xenonlampe verwendet, ist zusätzlich ein Erregerlichtfilter zwischen Lichtquelle und Meßstelle zur Aussonderung der für die Fluoreszenzanregung nicht geeigneten Wellenlängenbereiche erforderlich0 Der Photomultiplier 24, siehe Sigo 1, ist an eine Hochspannungsquelle 22 angeschlossen0 Der Ausgang des Photomultipliers 24 ist mit einem Verstärker 26 verbunden, an den ein Beobachtungsoszillograph 28, ein Zähler 30 und ein Vielkanalanalysator 32 angeschlossen sind0 Der Ausgang des Vielkanalanalysators 32 ist mit einer Datenausgabe 34 verbunden.A device according to the invention, see FIGS. 1 and 2, has a capillary flow channel 10, from a container 12, which the suspension contains the particles to be measured, after a collecting container 14 leads from the Parts 10, 12 and 14 of the existing arrangement cannot be used in a known manner here valves and pumping or suction devices shown in more detail be designed, around the suspension to a controlled extent by means of a measuring point Section 16 of the flow channel 10 to be passed through The flow channel 10, see Sig. 2, can also be designed in a known manner as a sheath flow arrangement, the enveloping current being fed in via a connecting collar 11 in the area of the Measuring point 16 runs the flow channel 10 and thus the bore for the particle suspension at right angles to the optical axis of a light source 18 and a condenser 20 Illumination arrangement O The light source 18 can be a laser, the light of which is either irradiated in parallel or, as shown, through a lens, possibly a Cylindrical lens with a large focal length for the most uniform possible illumination of the entire cross section of the flow channel 10 is focused on the measuring point 160 In FIGS. 2 and 3, the light beam is indicated by an arrow 19 through the the measuring point caused by the suspension particles in the the measuring point falling light lighting effects; in particular, the particles generate fluorescent light From the fluorescent light emanating from each particle without a preferred direction arrives the light of a certain solid angle R, Figo 2, on a photomultiplier 24o This solid angle R is determined solely by the angle of total reflection at the transitions Determined from the liquid to the glass, this glass is preferably immediate the entry window 25 of the photomultiplier 24. This entry window is as Filter formed0 Although the particles, see Sigo 2, the measuring point 16 in different Distance from the window 25 of the phtomultiplier 24 can happen is the solid angle R of the fluorescent light used is always the same sizeO Therefore, the device according to the invention, the usual focusing problems eliminates the influence of the excitation light from the light source 18o. Used as a light source z0B0 uses a high pressure mercury lamp or a xenon lamp is additional an excitation light filter between the light source and the measuring point to separate the for the fluorescence excitation does not require suitable wavelength ranges0 Der Photomultiplier 24, see Sigo 1, is connected to a high voltage source 22 The output of the photomultiplier 24 is connected to an amplifier 26 to which a Observation oscilloscope 28, a counter 30 and a multi-channel analyzer 32 are connected0 The output of the multichannel analyzer 32 is connected to a data output 34 connected.

Der Durchflußkanal 10 hat im Bereich der Meßstelle 16, siehe auch Fig. 3, vorzugsweise einen rechteckigen Querschnitt.The flow channel 10 has in the area of the measuring point 16, see also Fig. 3, preferably a rectangular cross-section.

Dabei ist in weiterer Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, daß der Durchflußkanal im Bereich der Meßstelle 16 mit dem Pilter 25 und dem Photomultiplier 24 zu einer baulichen Einheit zusammengefaßt ist.It is provided in a further embodiment of the invention that the flow channel in the area of the measuring point 16 with the pilter 25 and the photomultiplier 24 is combined into a structural unit.

In der hier gezeigten Darstellung liegen Lichtquelle und Aufnahmeeinrichtung an der Meßstelle einander gegenüber.In the illustration shown here, the light source and the recording device are located opposite each other at the measuring point.

Diese Anordnung ist jedoch nur ein Ausführungsbeispiel. Die Achsen von Beleuchtungs- und Aufnahmeanordnung können in einer rechtwinklig zur Durchflußachse an der Meßstelle 16 stehenden Ebene auch einen anderen Winkel miteinander einschließen. Wesentlich ist, daß der-vom Filter bzw0 Eintrittsfenster 25 der Aufnahmeeinrichtung und der übrigen Wandung des Durchflußkanales bzw. dem Hüllstrom an der Meßstelle umschlossene Raum, durch den die zu messenden Teilchen hindurchfließen, einen konvexen Querschnitt hat und das Fenster bzw. Filter 25 mit ebener Fläche die Meßstelle begrenzt.However, this arrangement is only an exemplary embodiment. The axes of lighting and recording arrangement can be in a right angle to the flow axis at the measuring point 16 also include a different angle with each other. It is essential that the filter or entry window 25 of the receiving device and the remaining wall of the flow channel or the sheath flow at the measuring point enclosed space through which the particles to be measured flow, a convex one Has cross-section and the window or filter 25 delimits the measuring point with a flat surface.

Es ist ferner zu beachten, daß im vorliegenden Fall mit "Eintrittsfenster" das unmittelbar am Photomultiplier angeordnete Eintrittsfenster gemeint ist, also nicht etwa der Eintrittsquerschnitt eines faseroptischen Lichtleiters, welcher die Aufnahmeeinrichtung mit der Meßstelle verbindet. Das Fenster bzw. das das Fenster bildende Filter ist im wesentlichen eine Platte aus Glas oder ähnlichem Material.It should also be noted that in the present case with "entry window" the entry window arranged directly on the photomultiplier is meant, that is not about the entry cross-section of a fiber optic light guide, which the Recording device connects to the measuring point. The window or the window The forming filter is essentially a sheet of glass or similar material.

- Ansprüche -- Expectations -

Claims (4)

ANSPRÜCHE 1. CLAIMS 1. Einrichtung zum Zählen und Messen mikroskopisch kleiner Teilchen, die in einem fließfähigen Medium suspendiert sind, daß die Teilchen durch einen Durchflußkanal hindurchträgt, der eine Meßstelle enthält, die aus lichtdurchlässigem Material besteht und quer zur Durchflußrichtung von einer Lichtquelle beleuchtet ist, deren Licht bei den die Meßstelle passierenden Teilchen einen von der Art und GrößeXieser Teilchen abhängenden Effekt, insbesondere Fluoreszenz, auslöst, wobei eine lichtempfindliche Aufnahmevorrichtung vorgesehen ist, die mit einem Eintrittsfenster die von der Meßstelle kommenden Lichteffekte aufnimmt und an eine Auswerteeinrichtung angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet,'daß das Eintrittsfenster (25) der Aufnahmevorrichtung (24) unmittelbar an der Meßstelle (16) angeordnet ist.Device for counting and measuring microscopically smaller Particles that are suspended in a fluid medium that the particles pass through carries a flow channel through which contains a measuring point made of translucent Material consists and illuminated transversely to the direction of flow by a light source is whose light in the particles passing the measuring point is one of the type and SizeX of this particle-dependent effect, in particular fluorescence, triggers, whereby a photosensitive recording device is provided with an entrance window picks up the light effects coming from the measuring point and sends it to an evaluation device is connected, characterized in that the entry window (25) of the receiving device (24) is arranged directly at the measuring point (16). 2o Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Eintrittsfenster als Filter (25) ausgebildet ist, 3o Einrichtung nach Anspruch 1 - 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Eintrittsfenster (25) eines Photomultipliers (24) im Bereich der Meßstelle (16) einen Teil der Wandung des Durchflußkanals (10) bildet, 2o device according to claim 1, characterized in that the entry window is designed as a filter (25), 3o device according to claims 1 - 2, characterized in that that the entry window (25) of a photomultiplier (24) in the area of the measuring point (16) forms part of the wall of the flow channel (10), 4. Einrichtung nach Anspruch 1 - 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Eingangsseite des Eintrittsfensters (25) eben ist.4. Set up after Claim 1 - 3, characterized in that the entry side of the entry window (25) is flat. So Einrichtung nach Anspruch 1 - 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Kanal (10) im Bereich der Meßstelle (16) rechteckigen Querschnitt hat0 6o Einrichtung nach Anspruch 1 - 5, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich der Meßstelle (16) der kapillare Durchflußkanal (10'), das Filter (25) und der Photomultiplier (24) zusammen eine kompakte, starre Einheit bilden, L e e r s e i t eSo device according to claim 1 - 4, characterized in that the Channel (10) in the area of the measuring point (16) has a rectangular cross-section according to claims 1-5, characterized in that in the area of the measuring point (16) the capillary flow channel (10 '), the filter (25) and the photomultiplier (24) together form a compact, rigid unit, L e r s e i t e
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