DE2632962A1

DE2632962A1 - Partikelseparator

Info

Publication number: DE2632962A1
Application number: DE19762632962
Authority: DE
Inventors: Everhard Dr Menke
Original assignee: Max Planck Gesellschaft zur Foerderung der Wissenschaften eV
Current assignee: Max Planck Gesellschaft zur Foerderung der Wissenschaften eV
Priority date: 1976-07-22
Filing date: 1976-07-22
Publication date: 1978-01-26
Also published as: JPS6021334B2; DE2632962C3; DE2632962B2; JPS5313263A; US4168460A

Description

zur l^:örderung der Wissenschaften e.V.

l)3üü

AmH-AkLZ.:

P artikelseparato c

Die iirfindung betrifft einen Partikelseparator, wie er iisi Oberbegriff des Anspruchs'1 angegeben ist.

iJerartige Partikelseparatoren, bei denen das Volumen nach dem Coulter-Prinzip gemessen wird (US-PS 2 656 508) und die danach entsprechend dem Ergebnis der Messung getrennt werden, sind bekannt (US-PS 5 3SO 584; US-PS 3 710 93 5; Steinkamp u.a. ¹¹A New Multiparameter Separator for Microscopic Particles and Biological Cells", Rev. Sei. Instrum._t Bd. 44, Wr. 9, September 1973, S. 1301 bis 1510; FuIwyler, "lilectronic Separation of Biological Cells by Volume", Science Bd. 150 (12.11.1965), S. 910 bis 911).

liin Nachteil derartiger Partikelseparatoren besteht darin, die Störimpulse im Meßstromkreis zwischen den beiden Elektroden zu beseitigen. Trotz zum Teil sehr aufwendiger Abschirmungen

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(vgl. ζ.Ba US-PS 3 710 933, Sp. 7, Zeilen 60 bis 03} ist dies bisher noch nicht gelungen.

Jer Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Partikelseparator der eingangs genannten Art derart weiterzubilden, daß der Mewstroiakreis von Störimpulsen frei ist.

Eine Analyse der Ursachen der auftretenden Störungen ergibt, daß sie hauptsächlich von einer liinlcopplung der L a de impulse von der Ladungselektrode her über den Partikelstrahl auf die in der zweiten Kammer angeordnete Elektrode herrühren.

Die oben genannte Aufgabe wird durch, die im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst. Es ergibt sich damit praktisch ein Kuzrschluß des Strompfades zwischen der Spritzdüse und der zum Meßstromkreis gehörenden, in der zweiten Kammer angeordneten Elektrode, üauit werden diese Störungen vollkommen beseitigt und störungsfreie Messungen möglich. Die Erfindung betrifft ferner mehrere vorteilhafte Weiterbildungen. Sie sind in den Unteransprüchen definiert.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung und ihrer vorteilhaften Weiterbildungen wird im folgenden unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Es stellen dar:

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Fig. la einen bekannten Partikelseparator;

Fig. Ib ein Ersatzschaltbild des Partikelseparators nach Fig. la;

Fig. 2a ein erstes Ausführungsbeispiel;

Fig. 2b ein Ersatzschaltbild des Partikelseparators nach Fig. 2a;

Fig. 3 ein zweites Ausführungsbeispiel.

Der bekannte Partikelseparator nach Fig. la weist eine erste Kammer 1 und eine zweite Kammer 2 auf, die beide über eine Meßöffnung 3 miteinander in Verbindung stehen. Der ersten Kammer 1 wird über die Zuleitung 4 Elektrolyt zugeführt. Der Druck in der zweiten Kammer 2 ist geringer als in der ersten Kammer 1; dadurch entsteht eine Strömung des Elektrolyten durch die Messöffnung 3. In die erste Kammer 1 ragt eine Zuführuugskapillare 5 hinein. Ihre Austrittsöffnung 6 ist kurz vor der Meßöffnung 3 angeordnet. Durch diese Zuführungskapillare S werden in Suspension gehaltene Partikel, deren Volumen gemessen werden soll, in die durch die Meßöffnung 3 hindurchtretende Strömung eingeleitet. In der ersten Kammer-1 ist eine erste Elektrode IL·, in der zweiten Kammer 2 eine zweite Elektrode H-, vorgesehen. Zwischen beiden Elektroden fließt über den Elektrolyten in beiden Kammern und über die ileßöffnung ein

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eingeprägter Strom I,,. Bei Durchtritt eines Partikels durch die Meßöffnung 3 findet eine Feldlinienverdrängung in der Meßöffnung und daher eine Änderung ^ R.. des elektrischen Widerstandes R,, zwischen den beiden Elektroden WL und M^ statt, die, da der Strom I,, eingeprägt ist, zu einem Spannungsimpuls Δ υ,, = A R, j . I,, führt, dessen Amplitude dem Volumen des Partikels proportional ist. Der Spannungsimpuls Δ. U . wird über die Kopplungskapazität C. ausgekoppelt und gelangt an den Verstärker 7. Das verstärkte Signal gelangt an die elektronische Auswerte- und Steuereinheit 8, in der eine Auswertung der Signale stattfindet. Soweit bis jetzt beschrieben, handelt es sich um die bekannte Coulter-Anordnung (US-PS 2 656 508).

In der elektronischen Auswerte- und Steuereinheit 8 erfolgt bei Vorliegen bestimmter Auswerte-Kriterien, die einer Trennung der Partikel zugrunde gelegt werden sollen, also z.B. bei Überschreiten oder Unterschreiten eines bestimmten Wertes des Signals am Ausgang des Verstärkers 7, die Erzeugung eines

Ladeimpulses. Hit Hilfe dieses Ladeimpulses werden ein oder mehrere Tropfen

des Elektrolyten, die einen bestimmten Partikel enthalten, elektrostatisch aufgeladen. Diese Ladung bewirkt bei weiterem Durchtritt dieses Tropfens zwischen den Platten 9 und 10, zwischen denen ein hohes elektrostatisches Feld herrscht, eine Ablenkung dieses Tropfens, die der Aufladung entspricht. Damit können

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Partikel je nach Ergebnis der Messung ihres Volumens und der entsprechenden Aufladung, in verschiedenen Gefäßen 11, 12, 13 bzw. 14 getrennt werden. Diese Trennung erfolgt dadurch, daß der Elektrolyt aus der zweiten Karuiiier 2 durch eine Spritzdüse iJ ausgespritzt wird. Um zum Ausspritzen von elektrolyt aus der Spritzdüse D in der zweiten Kammer Z genügend hohen Druck zu haben und einen unter Umständen starken Druckabfall über der iJeiäoffnung 3 auszugleicuen, erfolgt die Zuführung weiterer iilektrolyt-Flüssigkeit über eine Zuleitung 15. Aus der Spritzdüse D tritt dann ein Partikelstrahl S aus, der sich kurz nach Verlassen der Spritzdüse in Tröpfchen auflöst; dieses Auflösen wird u.U. durcii (nicht gezeigte) Ultraschall-Vorrichtungen begünstigt. Der Partikelstrahl bzw. die einzelnen Tropfen desselben treten danach durch die rohrförmige Ladeelektrode L hindurch. Sie ist mit dom Ausgang der elektronischen Auswerte- und Steuereinheit 3 über die Leitung 10 verbunden. Erfüllt nun eine Messung eines Partikels ein bestimmtes iCriteriuu, Jas in der Auswerte- und Steuereinjieit festgelegt ist, so gibt diese über die Leitung 16 an die Ladeelektrode L mit einer bestimmten zeitlichen Verzögerung, die der Laufzeit des Partikels von der Meßöffnung 3 in die Ladeelektrode L hinein entspricht, einen Ladeimpuls an die Ladeelektrode L ab, der den Tropfen, in.dem sich der Partikel befindet, auflädt. Die elektrische Aufladung eines Tropfens führt dann zu seiner

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Ablenkung beim Durchtritt zwischen den Platten D und lü.

Soweit der P artikel separator bis jetzt beschrieben viorden ist, ist er bekannt (vgl. die eingangs genannten Literaturstellen). Wie im folgenden anhand von Fig. Ib erläutert wird, ist dabei nachteilig, daß die Ladeimpulse den Meßkreis zwischen den Elektroden M- und M₂ stören. Im. Ersatzschaltbild nach Fig. Ib ist R- der Widerstand zwischen der Elektrode IL und der Meßöffnung 3, R-. der Widerstand der Meßöffnung, R₂ der Widerstand zwischen der Meßöffnung 3 und der Elektrode IL,. uie Elektrode IL liegt an Erde. IU ist derjenige Teil des Widerstandes zwischen der Spritzdüse D und der Elektrode Ii₂, der nicht voia Strom L, durchflossen wird. Die Ladeelektrode L und die Spritzdüse D sind über die Kapazität C₂ verbunden. Dies ist die Kapazität der Ladeelektrode L gegenüber dem Partikelstrahl S, der seinerseits galvanisch mit der Spritzdüse D in Verbindung steht.

Gelangt nun an die Ladeelektrode L ein Ladeimpuls IJ(t) , so fließt über die Widerstände R^ und R., ^e^^lx Ladestrom von der Größe It ⁼ C₂ » dU(t)/dt. Dieser Ladeimpuls überlagert sich dem Meßstrom I,., der zwischen den beiden Elektroden IL und IL fließt, und wirkt als Störung, d.h. in der Meßstrecke zwischen den Elektroden M-, und M₂ überlagern sich den Meß-

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impulsenÄU,j Störimpulse IjR?· Außerdem werden die Spannungen, die sich über den Widerständen R₇ und R, infolge des Ladestroms I, ausbilden, also Ur = (R₂ ⁺R.,) ·Ιγ» kapazitiv über die in Fig. Ib strichpunktiert eingezeichneten Kapazitäten in die erste Kammer 1 eingekoppelt und führen damit zu Fehlanzeigen und/oder Verfälschungen der eigentlichen Heßimpulse. Diese Störungen bei den bekannten Vorrichtungen machen ihren routinemäßigen Einsatz fur serienweise Untersucnungen bisher praktisch unmöglich,

Auf dieser Analyse der Störungen bei den bekannten Geräten aufbauend, sieht ein Ausführungsbeispiel der Erfindung nach Fig.2a vor, daß in unmittelbarer Nähe der Spritzdüse D im Innern der zweiten Kammer 2 eine weitere großflächige Elektrode E angeordnet ist. Gleichzeitig wird die Elektrode M^ so nahe wie möglich an der Meßöffnung 3 angeordnet. Die Elektrode E ist, wie die Elektrode M₂, geerdet, liegt also auf demselben Potential. Die Verbindung erfolgt außerhalb der Kammer 2 über die Leitung 17. Die Anordnung der ülektrode E in unmittelbarer Nähe der Spritzdüse D schließt den Strompfad zwischen Spritzdüse D und Elektrode M,, wie er durch den Widerstand R₃ gebildet wird, kurz und beseitigt damit die üinkopplung des Ladeimpulses in den Meßstromkreis. Es kommt nicht mehr zu den oben beschriebenen Störimpulsen bzw. -spannungen. Der Ladestrom fließt nunmehr über die Leitung 17 ab. Es erfolgt dadurch eine Trennung des fleßkreises zwischen den Elektroden M.. und M₂

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und dem Ladestromkreis, der nun von der Ladeelektrode L zur Spritzdüse D und von dort direkt zur Elektrode Ji verläuft. Das Ersatzschaltbild ergibt sich aus Fig. 2b. Die Anordnung der Elektrode E ist desto günstiger, je mehr sie in Jähe der Spritzdüse D verlegt wird. Beim Ausfüiirungsbeispiel nach Fig. wird die lösungselektrode durch einen Metallring li> gebildet, der eine Bohrung aufweist, die die Spritzdüse D bildet. Ansonsten ist das Ausführungsbeispiel nach Fig. 5 gleich dem Ausführuiigsbeispiel nach Fig. 2a.

Bei den beiden Ausführungsbeispielen wurde die Elektrode E geerdet, da auch die Elektrode M₂ geerdet ist. Die Verbindung beider erfolgt durch die Leitung 17, deren Widerstand möglichst gering sein soll, d.h. die durch einen besonders guten elektrischen Leiter hergestellt ist, so daß sich möglichst -J eine bzw«, nur vernachlässigbar geringe Spannungsabfälle entlang dieser Leitung ergeben. Verallgemeinert man dies, so bedeutet dies, daß die in Nähe der Spritzdüse D angeordnete Elektrode E auf demselben Potential liegen muß wie die Elektrode Ii₂ und daß die Verbindung beider Elektroden über eine Leitung erfolgen nuß, deren Widerstand im Vergleich zum Widerstand des Elektrolyten zwischen den beiden Elektroden gering ist.

In dem Ausführungsbeispiel nach Fig.2a ist ferner die Elektrode Ii₉ bezüglich einer durch die Meßöffnung und die Spritzdüse

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gehenden Achse Λ rechts der Meßöffnung 3, hingegen die
Elektrode E links davon angeordnet. Diese Anordnung sichert unter Einhaltung der Forderung nach möglichst naher Anordnung beider Elektroden an der Meßöffnung 3 bzw. der
Spritzdüse l) einen möglichst weiten Abstand zwischen beiden Elektroden und damit einen möglichst großen Widerstand R^
im Ersatzschaltbild nach Fig. 2b, und damit einen möglichst wirksamen Kurzschluß über die Elektrode E.

Ansprüche;

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Claims

PATENTANWALT Dr. fur. UWE DREfSS 7 STUTTGART 1

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Telefon (0711) 24 5734 Tetearommadress^MP« .

Anmelden ^Μβϊη zachen=

Max-Planck-Gesellschaft MPG - 360 zur Förderung der Wissenschaften e.V.

Göttingen ^Am"- ^Au- ^z-^r

Ansprüche

Partikelsepärator mit zwei durch eine MefSöffnun^ verbundenen Kammern, bei der in die erste Kammer Elektrolyt eingeführt wird, der durch die Meßöffnung strömt und bei der in die Strömung vor der Meßöffnung die Partikel eingeführt werden und bei der ferner in beiden Kammern je eine Elektrode angeordnet ist, zwischen denen bei Durchtritt eines Partikels durch die Meßöffnung Meßimpulse entstehen, die in einer Auswerte- und Steuereinheit ausgewertet werden, die bei Vorliegen bestimmter, für die Trennung der Partikel maßgebenden Kriterien, entsprechende Ladeimpulse an eine Ladeelektrode abgibt und dadurch die Tropfen eines Partikelstrahls auflädt, der durch Ausspritzen des iilektrolyten aus einer Spritzdüse D aus der zweiten Kammer entsteht und bei der ferner die Tropfen danach in Abhängigkeit der ihnen erteilten Ladung zwischen Platten, zwischen

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denen ein elektrisches oder magnetisches Feld besteht, abgelenkt

dadurch sortiert werden, dadurch gekennzeichnet, daß in der zweiten Kammer (2) in Nähe der Spritzdüse (ti) eine x/eitere Blektrode (E) vorgesehen ist, die dasselbe Potential wie die erstgenannte in der zweiten Kamaer angeordnete Elektrode (M₉) aufweist.

2. Partikelseparator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die weitere Elektrode (E) und die erstgenannte in der zweiten Kammer (2) angeordnete Elektrode (Ii₂) geerdet sind.

3. Partikelseparator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die weitere Elektrode (E) mit der in der zweiten Kammer (2) angeordneten erstgenannten Elektrode GU) über eine Leitung (17) verbunden ist, deren Widerstand klein ist im Vergleich zum Widerstand des Elektrolyten zwischen den beiden Elektroden (E, M?) ·

4. Partikelseparator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die weitere Elektrode (E) großflächig ausgebildet ist.

5. Partikelseparator nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Spritzdüse (U) als Bohrung in der weiteren Elektrode (L) ausgebildet ist.

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Partikelseparator nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die weitere Elektrode (Ii) bezüglich einer durch die Spritzdüse durchgehenden Achse (A) asymmetrisch angeordnet und die in der zweiten Kammer (2) angeordnete erstgenannte Elektrode (M₂) bezüglich der Achse (A) der weiteren Elektrode (Ii) gegenüberliegend angeordnet ist.

7. Partikelseparator nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die erstgenannte in der zweiten Kammer (2) angeordnete Elektrode (M₂) direkt neben und in Nähe der Meßöffnung (3) angeordnet ist.