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Meßdüse zur Erfassung der in einem Elektrolyten sußpendier-
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ten Teilchen Anwendungsgebiet der Erfindung: Die Erfindung betrifft
eine Meßdüse zur Erfassung der in einem Elektrolyten suspendierten Teilchen. Die
Meßdüse ist ein Hauptbestandteil von Teilchenzähiern oder -aaaly3atoren, die vorteilhaft
überall dort eingesetzt werden, wo mikroskopisch kleine Teilchen, die in natürlichen
oder künstlich hergestellten Suspensionen enthalten sind, zu zählen und/ oder ihrer
Größe nach zu klassieren sind.
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Charakteristik der bekannten technischen Lösungen: Die elektronische
Teüchenzählung beruht auf der unterschiedlichen elektrischen Leitfähigkeit der zu
zählenden Teilchen gegenüber der Flüssigkeit, in der sie suspendiert sind. Die Teilchen
werden einzeln durch eine stromdurchflossene Meßdüse geführt. Das elektrische Feld
wird durch beiderseits der Meßdüse angeordnete Elektroden erzeugt, die in einen
von einer Strom- oder Spannungsquelle gespeisten Meßkreis eingeschlossen sind. Die
Teilchen verursachen beim Durchgang durch die Meßdüse impÜlsartige Widerstandsänderungen
im Meßkreis,
die als Strom- oder Spannungsimpulse erscheinen und
nach Verstärkung einem Zähler und/oder einer Klassiereinrichtung zugeführt werden
(US-PS 2 656 508).
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Bei der Erfassung der Impulse treten Störungen auf, die von der Turbulenz
der Flüssigkeit und von Randerscheinungen des elektrischen Feldes in und an der
Meßdüse verursacht werden.
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A1s besondere Störung sind beim Austritt der Suspension aus der Meßdüse
entstehende Wirbel zu nennen, die bereits gemessene Teilchen in den Bereich des
Meßfeldes zurückbefördern. Teilchen, die auf solche Weise rezirkuliert werden, lösen
erneut eine Änderung des gemessenen Potentialunterschiedes aus, wodurch das Meßergebnis
verfälscht wird. Der Meßfehler ist besonders dann groß, wenn der Größenbereich der
Teilchen sehr groß ist, wie z. B. bei der gemeinsamen Zählung von Thrombozyten und
Erythrozyten. Eine Unterscheidung zwischen den Impulsen kleiner Teilchen und den
Rezirkulationsimpulsen ist dann unmöglich.
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Die Beseitigung dieser Störung wurde sowohl auf mechanischem als auch
auf elektrischem Wege versucht.
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So wurde vorgeschlagen, den Partikelstrom tydrodynamisch zu fokussieren,
so daß er nur das Zentrum der Meßdüse und damit den Bereich einer homogenen elektrischen
Feldstärke durchströmt (R. Thom: Vergleichende Untersuchungen zur elektronischen
Zellvolumen-Analyse, Telefunken - Sonderdruck). Hierbei wird die Meßdüse von zwei
getrennten Flüssigkeiten durchströmt;, von der Teilchensuspension, die aus einer
zentralen Düse angesaugt wird, und von einer partikelfreien Lösung, die aus dem
die zentrale Düse umgebenden Halbraum in die Me£düse strömt. Dieses Verfahren ist
in der Fachwelt auch als Zentralstrahlverfahren bekannt. Es ist durch einen hohen
apparativen aufwand und eine komplizierte Technologie der Düsenfertigung gekennzeichnet.
Die mit einer Zentralstrahldüse ausgestatteten Teilchendetektoren können nur in
einer Durchflußrichtung betrieben werden.
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Bin anderer Vorschlag (DS-OS 2 750 447) sieht die Erzeugung einer
Querstrdmuag zur Abführung rezirkulierender Teilchen
vor. Hierzu ist ein zusätzliches pneumatisches System erforderlich, das nach einer
komplizierten feinwerktechnischen Technologik zu fertigen ist und erhöhten Aufwand
bedeutet.
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Schließlich ist eine Vorrichtung zur Teilchenanalyse bekannt (DE-OS
2 824 831), die ein elektronisches Zeitfenster zur Erfassung der Teilchen beim Passieren
der Xeßdüse erzeugt. Hierzu ist in der Keßdüse eine ringförmige Hilfselektrode angeordnet,
die mit einer elektronischen Torschaltung in Verbindung steht.
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Die Fertigung der Keßdüse mit eingeschlossener Hilfselektrode ist
technologisch schwierig zu beherrschen. Die Torschaltung stellt einen zusätzlichen
Aufwand dar.
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Allen drei Verfahren ist gemeinsam. daß sie in bestehende Xeßanordnungen
nicht nachgerilstet werden können.
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Ziel der Erfindung: Die Erfindung hat den Zweck, den Einfluß der die
Meßdüse nicht ii Zentrum passierenden Teilchen auf die Größenbewertung einsuschränken,
die Fehlerquote bei der gleichzeitigen Erfassung von Teilchen unterschiedlicher
Größenordnung zu senken, den apparetiven und technologischen nutwand hierfür zu
reduzieren und den Betrieb der Meßdües in beiden Strömungsrichtungen sowie ihren
Einsatz in vorhandene Teilchenzäblern und -analysatoren zu ermöglichen.
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Darlegung des Wesens der Erfindung: Der Erfindung lag dis Aufgabe
zugrunde, eine Meßdües mit homogener Feldzone ia Austrittabereich der Teilchen zu
schaffen.
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Die Lösung dieser Aufgabe besteht erfindungsgemäß darin, daß mindestens
eine der beiden Stirnseiten der Meßdüse, vorzugsweise die iii Austrittsbereich der
Teilchen befindliche Stirnseite, mit einer leitfähigen Schicht versehen ist. In
zwecmäßtgen Ausführungen wird sie durch einen Quecksilbertropfen oder durch eine
aufgedampfte Edelmetallschicht gebildet. Sis kann auf ein zwischen den Heßelektroden
befindliches Bezugspotential gelegt werden.
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Ausführungsbeispiel; In der zugehörigen Zeichnung zeigen: Fig. 1 den
Prinzipaufbbu eines Teilchendetektors Fig. 2 das Feldbild einer Meßdüse bekannter
Ausführung Fig. 3 au Impulsdisgramm einer benannten Meßdd.se Pig. 4 die erfindungsgemäße
Meßdüse und ihr Feldbild Ein Neßrohr 1, das in der Nähs seines Bodens eine Nikrobohrung,
die Heßdüse 2, aufweist und ans nichtleitende Material besteht, taucht in ein mit
einer elektrolytischen Flüssigkeit 3, s. B.
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verdünntem Blut, gefülltes Probengefäß 4 ein (Fig.1). In dem Meßrohr
1 und in des Probengefäß 4 sind Je eine Elektrode 5g6 angeordnet. Diese Elektroden
5;6 sind an eine Strom- oder Spannungsquelle angeschlossen, so daß sich zwischen
ihnen durch die Keßdüse 2 hindurch ein elektrisches Strömungsfeld ausbildet.
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Das Meßrohr 1 steht mit einer nicht dargestellten Pumpe in Verbindung.
die die Flüssigkeit 3 durch die Keßdües 2 in das Meßrohr 1 saugt. Dabei erzeugen
die durch die Meßdüse 2 trctendea Teilchen Änderungen des durch die Elektroden 5;6
begrenzten elektrolytischen Wideretandes, die ihrerseits Strom- und/oder Spannungsänderungen
an den Elelrtrodee 5;6 bewirken.
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In Fig.2 ist das elektrische Feld in und um eine Meßdües 2 bekannter
Ausführung dargsstellt. Es ist durch die Äquipotentiallinien 7 und die Stromlinien
8 gekennzeichnet. Im Zentrum der Meßdüse 2 und ia der beiderseitigen Verlängerung
existiert praktisch ein homogene Feld0 In der Nähe der die Meßdüse 2 einschließenden
Wand 9 des Meßrohres 1, insbesondere an den Kanten, besteht eine hohe Feldstärke
und eine hohe Stromdichte.
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Die im zentralen Bereich die Meßd[lse 2 passierenden Teilchen 10 folgen
auf ihre. Weg den Stromlinien. Die von ihnen erzeugten Impulse sind im Figur 3 dargestellt,
und zwar ein Impuls 11 von Erythrozytten und ein Impuls 12 von Thrombozyten. Ein
den randnahen Bereich der Meßdüse 2 durchströmendes Teilchen 13 folgt nach Verlassen
der Meßdüse 2 nicht mehr der Stromlinie 8, sondern beschreibt infolge der hohen
Feldstärke eine zu den Kanten der Meßdüse 2 zurückführende Bahn 14. Das Teilchen
13
gelangt dabei zurück in den Bereich der Meßdüse 2 und verursacht
einen kleinen Impuls 15. Im gewählten Beispiel wird er durch ein Brythrozyt, das
rezirkuliert, erzeugt. Aus Fig.3 ist ersichtlich, daß seine Amplitude etwa so groß
wie die Amplitude eines von einem Thrombozyt erzeugten Impulses 12 ist.
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Eine an den Meßkreis angeschlossene Auswerteschaltung wird den Impuls
15 nicht von einem Impuls 12 unterscheiden können und ihn als solchen behandeln.
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Fig. 4 zeigt die erfindungsgemäße Meßdüse und das in ihr und in ihrer
Nahe ausgebildete elektrische Feld. Sie ist auch hier eine Bohrung in der Wand 9
eines Meßrohres 1. Die Bohrung mündet auf der Austrittsseite der Teilchen 16g17,
d. h. im Rohrinneren in eine flache Einsenkung 18, die von Quecksilber ausgefüllt
ist. Das Quecksilber bildet eine leitfähige Schicht 19 auf der im Austrittsbereich
befindlichen Stirnseite 20 der Meßdüse 2. Das Beld dieser Meßdüse 2 ist anders aufgebaut
als das Feld einer bekannten Meßdüse (Fig. 2). Der Unterschied ist besonders im
Austrittsbereich der Teilchen 16;17 groß. Auf der Stirnseite 20 kann eine Verdichtung
der Stromlinien 8 nicht auftreten; die leitfähige Schicht 19 bildet eine Äquipotentiallinie.
Das elektrische Feld im gesamten Austrittsbereich um die Meßdüse 2 herum ist praktisch
homogen. Turbulenzen auf Grund der Strömungsdynamik im Austiittereich sind gering.
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Die meisten den randnahen Bereich der Meßdüse 2 passierenden Teilchen
werden aus dem Austrittsbereich ohne Rezirkulation weggeführt. Die sehr wenigen
rezirkulierenden Teilchen 17 erzeugen jedoch Impulse, deren Amplitude geringer ist
als die Amplitude der Impulse 15, die von rezirkulierenden Teilchen 13 im Austrittsbereich
herkömmlicher Meßdusen verursacht werden (Fig. 2;3). Sie können durch eine Schwellwertschaltung
unterdrückt werden.
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Zweckmäßig ist es, die leitfähige Schicht 19 auf ein Bezugspotential
zu legen, das der gewünschten Äquipotentiallinie zwischen den Meßelektroden 5;6
entspricht.
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Aufstellung der verwendeten Bezugszeichen: 1 Meßrohr 2 Meßdüse 3 elektrolytische
Flüssigkeit 4 Probengefäß 5 Elektrode 6 elektrode 7 Äquipotentiallinien 8 Stromlinien
9 Wand von 1 10 Teilchen 11 Teilchen 12 Impuls 13 Teilchen 14 Bahn 15 Impuls 16
Teilchen 17 Teilchen 18 einsenkung 19 leitfähige Schicht 20 Stirnseite #R Widerstandsänderung
im Strömungsfeld von 2 t Zeit