FI75427C - Foerfarande foer maetning av sedimentation. - Google Patents

Description

75427

Sedimentaation mittausmenetelmä

Keksinnön kohteena on menetelmä nesteessä olevien partikkelien sedimentaation mittaamiseksi. Menetelmää voidaan käyttää esimerkiksi senkan mittaukseen.

5

Partikkelisuspensioiden sedimentaatio mitataan tavallisesti siten, että suspension annetaan seistä astiassa niin kauan, että astian yläosassa esiintyy nk. erottumista, toisin sanoen, astian yläosaan jää kirkas alue hiuk-10 kasten laskeutuessa vähitellen painovoiman vaikutuksesta.

Tämän kaltainen sedimentaation seuraaminen on usein hidasta, varsinkin silloin, kun sedimentoituvien partikkelien tiheys on vain hiukan suurempi kuin ympäröivän nesteen. Myös hitaan sedimentaation jatkuva mittaaminen silloin, 15 kun selkiytyneen alueen korkeus on millimetrin osia, on tavallisin optisin tai visuaalisin keinoin erittäin hankalaa.

Klassinen esimerkki sedimentaatiosta on Kokoveren punasolujen laskeutuminen 20 mm:r. (WestergrerJ kapillaari-20 putkessa. Antikoaguloidun kokoveren yläpään Kellertävä?, plasmakerroksen korkeus millimetreinä, mitattuna tunnin kuluttua asettamishetkestä, antaa senkan 1. laskon arvon. Tällainen pitkäkestoinen päätepistemittaus on epätarkka, minkä vuoksi senkka diagnosointikriteerinä ei olekaan ko-: 25 vin luotettua; kts. esim. Lancet 1 (8271), 570-1 (1982).

Fototerminen ilmiö on tunnettu jo runsaan vuosisadan ajan. 1940-luvulla kehitettiin ensimmäiset fotoakustiset mittalaitteet, joilla tutkittiin kaasuja, mittaamalla epä-. suorasti kaasun lämpölaajenemisen aiheuttamaa paineaallon 30 voimakkuutta. 1970-luvulla luotiin vihdoin käyttökelpoinen teoria; Parker Appi. Opt. 12, 297^, (1975), Rosen-cwaig & Gersho J. Appi. Phys. 47, 64, (1976), minkä jälkeen fototermisen ilmiön menetelmäsovellutuksia on esitetty runsaasti.

- 35 Folotermistä ilmiötä hyväksikäyttäen on tutkittu ennen kaikkea kiinteiden aineiden ominaisuuksia. Mittaukset voidaan suorittaa joko epäsuorasti mikrofonia tai pietso- 2 75427 sähköistä anturia käyttäen tai suorasti termisen säteily-ilmaisimen avulla.

Keksinnön mukaisessa, patenttivaatimuksissa kuvatussa sedimentaation mittausmenetelmässä kohdistetaan intensiteettimodu-5 loitu valonsäde tutkittavaan partikkeleita sisältävään neste-näytteeseen. Käytettävän valon tulee olla väriltään sellaista, että se absorboituu partikkeleihin. Partikkeleita ympäröivän nesteen valon läpäisyominaisuuden on taas oltava käytetyllä valolla mahdollisimman suuri. Osa herätteenä käytettävästä va-10 losta muuntuu lämmöksi ja aikaansaa näin termisen vasteen, joka modulaation johdosta diffuntoituu termisen aallon muodossa läpi partikkeleita ympäröivän nesteen. Terminen aalto etenee nesteessä tietyllä nopeudella samalla vaimentuen voimakkaasti. Tähän vaikuttavat nesteen termiset ominaisuudet 15 tiheys, lämmönjohtavuus ja ominaislämpö. Sekä termisen aallon amplitudi että vaihe ovat lämpölähteestä mitattavan etäisyyden funktioita. Partikkelien synnyttämän termisen aallon amplitudi ja vaihe voidaan mitata, ja tuloksista saadaan laskemalla selville partikkelien etäisyys rajapinnasta.

20 Partikkelien sedimentoitumisnopeus voidaan selvittää mittaa- ; maila esimerkiksi vaiheen muutosnopeus.

Kuva 1 havainnollistaa senkan mittausta keksinnön mukaista menetelmää käyttäen, kuvat 2...k havainnollistavat eri tapoja termisen vasteen mittaamiseksi ja kuva 5 esittää 25 graafisia tulostuksia eräistä suoritetuista mittauksista.

: Kuvassa 1 on sedimentoituvia punasoluja 1 : lasialustalle 2 asetetussa antikoaguloidussa kokoveripisarassa 3· Kuva l.A. esittää tilannetta näytteen asettamishetkellä (t = 0). Solut 1 ovat tasaisesti 30 levinneet kokoveripisarassa. Hetkeä myöhemmin l.B*(t > 0) on laskeutuvan punasolukerroksen 2 ylle muodostunut ohut plasmakerros 4. Tämä näkyy selvemmin suurennetusta osakuvasta l.C.

Näytepisaraan kohdistetaan intesiteettimoduloitu va-• 35 loheräte 5» esim. lasersäde. Kun valo 5 kohtaa plasman H

. ja punasolukerroksen 1 rajapinnan, osa säteilystä absor- 3 75427 boituu punasoluihin. Tästä aiheutuu terminen aalto 6, joka diffundoituu edelleen plasmakerroksen 4 läpi.

. Kuvat 2..havainnollistavat erilaisia tapoja muodostuvan termisen aallon 6 mittaamiseksi.

5 Kuva 2 esittää fotoakustista kennoa. Näyte 3 on sul jettu ilmatiiviiseen kennoon 7, jossa periodisen herätteen 5 aiheuttamaa painevaihtelua seurataan mikrofonilla 8.

Kuvan 3 sovellutuksessa on pietsosähköinen anturi, joka koostuu kiteestä 9 ja siihen liitetystä kvartsilasis-10 ta 10. Näytteessä 3 muodostunut lämpö aiheuttaa näyte-lasirajapinnassa lasin lämpölaajenemista. Näin syntyvä mekaaninen aalto mitataan pietsosähköisellä kiteellä 9. Tässä tapauksessa terminen aalto siis di ffundoituukin se-dimentoituvan partikkeliston läpi.

Kuvan ^ tapauksessa muodostunut lämpöaalto 6 mitataan suoraan infrapunadetektcrilla 11.

Kuva 5 esittää kahden suoritetun sedimentaatiomittauk-sen (a ja b) piirturitulostuksia. Mittauksissa on seurattu sekä amplitudia (M) että vaihetta (P) ajan funktiona.

: 20 Vasteet on mitattu kahden eri henkilön kOKOveriannoksista, joiden senkat (Westergren) noin tuntia ennen mittausta olivat 5 mm/h (a) ja 20 mm/h (b). Modulaatiotaan uus oli 30 Hz. Piirturipaperin liikenopeus oli 20 s/inch ja . viisi vaihemuutoksen yksikköä vastaa 10°.

Fototermisen menetelmän piirturitulostuksista saatiin tapaukselle a keskimääräiseksi sedimentoitumisnopeudeksi 11 ym/min ja tapaukselle b 35 ym/min.

Mikäli sedimentoitumisnopeus olisi vakio, niin edellä esitetyn perusteella saataisiin tuntiarvoiksi 0,66 mm/h ja 2,1 mm/h. Verrattaessa näitä mitattuihin senkan arvoihin, havaitaan kertaluvun ero. Tämä ero johtuu siitä, et-tä fototermisesti määritettiin tulos muutaman ensimmäisen : minuutin aikana sedimentoitumistapahtuman käynnistyttyä.

Tällöin ei agregoituminen ole ennättänyt oleellisesti li-*' 35 sätä laskeutumisnopeutta. Standardiin tunnin senkkaan sen sijaan vaikuttaa kolme vaihetta.

75427 Η

Keksinnön mukaista menetelmää voidaan käyttää minkä tahansa solususpension sedimentaation mittaukseen. Tarvittaessa solut värjätään sopivalla väriaineella.

Menetelmää voidaan käyttää myös esimerkiksi mittaa-5 maan pienten muovihelmien laskeutumisnopeutta. Jos erilaiset muovihelmet värjätään eri tavalla, saadaan niiden laskeutumisnopeudet erikseen määritetyksi.

· # » m

Claims (9)

75427

1. Menetelmä nestemäisessä näytteessä olevien partikkelien (1) sedimentaation mittaamiseksi tunnettu siitä, että nesteen ylärajapinnan läpi suunnataan moduloi- 5 tu herätevalonsäde (5 ), joka absorboituu partikkeleihin, mutta ei oleellisesti nesteeseen, ja mitataan nesteen rajapinnasta herätevalon partikkeleissa aikaansaaman lämpö-tilavaihtelun synnyttämän termisen vasteaallon (6) amplitudi-tai vaihesiirto herätevalonsäteeseen nähden# 10

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä tunnettu siitä, että mittaus suoritetaan fotoakus-tista kennoa (8) käyttäen.

3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä t u n- 15. e t t u siitä, että mittaus suoritetaan infrapuna- detektoria (11) käyttäen.

4. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä tunnettu siitä, että mittaus suoritetaan pietso-sähköistä anturia (9) käyttäen.

5. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä t u n - : n e t t u siitä, että partikkelit ovat soluja (1).

6. Patenttivaatimuksen 5 mukainen menetelmä tunnettu siitä, että solut ovat punasoluja.

7· Patenttivaatimuksen 5 mukainen menetelmä t u n - 25. e t t u siitä, että väliaine on plasmaa (4).

8. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä tunnettu siitä, että partikkelit ovat muovihelmiä.

9. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä tunnettu siitä, että mitataan samanaikaisesti useiden 30 eri väristen partikkeleiden sedimentaatiota. j