SU913169A1

SU913169A1 - Способ определения электрических характеристик асимметрических дисперсных частиц 1

Info

Publication number: SU913169A1
Application number: SU802911973A
Authority: SU
Inventors: Aleksandr Yu Ivanov; Viktor M Fomchenkov; Anatolij I Miroshnikov
Original assignee: Inst Biologicheskoi Fiz
Priority date: 1980-04-16
Filing date: 1980-04-16
Publication date: 1982-03-15

Description

Изобретение относится к технике определения электрических характеристик дисперсных частиц, широко применяемой в научных исследованиях для характеризации и исследования физических свойств дисперсных частиц, в частности бактериальных клеток.

Известен способ определения электрических характеристик асимметричных дисперсных частиц, заключающийся в регистрации степени их электроориентации в однородном переменном электрическом поле путем помещения суспензии исследуемых частиц на пути светового потока, наложения на нее однородного электрического поля фиксированной частоты, силовые линии которого направлены поперек направления светового потока и контроля за изменением оптической плотности суспензии.

Однако,этот способ характеризуется недостаточно высокой чувствительностью, необходимой для надеж20

2

ной регистрации и точного измерения степени ориентации частиц, имеющих малую величину электрической поляризации, особенно в области высоких частот, из-за низкого соотношения сигнал-шумг

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является способ определения электрических характеристик асимметричных дисперсных частиц, заключающийся в регистрации степени их электроориентации в неоднородном переменном электрическом поле путем помещения суспензии исследуемых частиц на пути светового потока, наложения на нее неоднородного электрического поля фиксированной частоты, силовые линии которого направлены вдоль направления светового потока и контроля за изменением оптической плотности суспензии при включении поля.

Этот способ также характеризуется недостаточно высокой чувствитель913169

3

ностыо и точностью измерения степени 'электроориентации частиц при их малой концентрации в суспензии, при малой величине их поляризуемости, малой асимметрии их формы и малом размере, особенно в диапазоне высоких частот, где величина электрической поляризуемости мала.

Целью изобретения является увеличение чувствительности и точности измерений при определении электрических характеристик-асимметричных дисперсных частиц.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу определения Электрических характеристик асимметричных дисперсных частиц, заключаю щемся в регистрации степени их электроориентации в неоднородном перемен· ном электрическом поле путем помещения суспензии исследуемых частиц на пути светового потока, наложения на нее неоднородного электрического поля фиксированной частоты, силовые линии которого направлены вдоль направления светового потока, и измерения оптической плотности суспензии , исследуемую суспензию дополнитель· но помещают на пути другого светового потока, накладывают на нее неоднородное поле той же частоты, силовые линии которого ортогональны направлению светового потока, одновременно измеряют оптические плотности суспензии в обеих полях, сравнивают измеренные оптические плотности суспензии и определяют степень ориентации асимметричных дисперсных частиц, по которой судят о их электрических характеристиках.

На фиг. 1 изображена блок-схема устройства, реализующего данный способ; на фиг. 2 - измерительная ячейка, общий вид; на фиг. 3 ~ разрез А-А на фиг. 2; на фиг. 4 - разрез Б-Б на фиг. 3; на фиг. 5 ~ частотная зависимость степени электроориентации бактериальных клеток, их ориентационный спектр, полученный на ячейке 3; на фиг. 6 - ориентационный спектр, полученный на ячей ке 2·; на фиг. 7 " результирующий ориентационный спектр, полученный при использовании обеих ячеек.

Устройство содержит двухлучевую фотометрическую систему^ состоящую из источника света 1, измерительных ячеек 2 и 3, фотоприемников 4 и 5,

4

генератора переменного напряжения

6, последовательно соединенные блок сравнения 7, усилитель 8 и регистратор 9. Выходы фотоприемников 4 и 5

5 соединены со входами блока сравнения

7. Измерительны® ячейки состоят(см. фиг.2-4? из корпуса 10,,выполненного из диэлектрического материала, электродов 11, штуцеров 12 и оптических

10 окон 13. Платиновые электроды выполнены в виде ряда параллельных проводников, расположенных на равных рас- ’ стояниях друг от друга. В одной ячейке соединены и подключены к разным

15 полюсам генератора проводники, расположенные в плоскостях параллельных направлению светового потока (про дольное подключение электродов), а другой - проводники, расположенные

20 в плоскостях перпендикулярных направлению светового потока (поперечное подключение электродов).

Процесс регистрации осуществляет₂₅ ся следующим образом.

Свет от источника 1 в. виде двух

идентичных световых потоков ( показаны стрелками) поступает на измеритель ные ячейки 2 и 3, заполненные сус₃₀ пензией исследуемых частиц. Световые потоки, прошедшие через ячейки 2 и 3 преобразуются фотоприемниками 4 и 5 в электрические сигналы*являющиеся мерой оптической плотности суспензии^ содержащейся в ячейках. Сигналы от

³⁵ фотоприемников поступают в блок сравнения 7, где они сравниваются, затем результирующий сигнал усиливается усилителем 8 и регистрируется самописцем 9. При выключенном генераторе

⁴⁰ 6 поле в ячейках 2 и 3 отсутствует и частицы имеют хаотическую ориентацию, а суспензии - равные оптические плотности, что обеспечивается рав ными объемами и толщиной ячеек. Затем

⁴⁵ включают генератор 6, при этом в ячейках 2 и 3 устанавливается переменное неоднородное электрическое поле_? под действием которого частицы в зависимости от частоты приклады⁵⁰ ваемого поля ориентируются либо вдоль либо поперек силовых линий поля и, соответственно, либо вдоль, либо поперек направления светового потока. Если частицы ориентируются в поле

⁵⁵ длинной осью вдоль силовых линий поля тогда в ячейке 3 с поперечным подключением электродов частицы под действием поля ориентируются вдоль на~

5 9

правления светового потока, что приводит к увеличению потерь световой энергии на рассеяние света, и следовательно, увеличению оптической плотности суспензии. При этом максимальный эффект достигается при использовании неоднородного электрического поля в измерительной ячейке. Одновременно с этим в ячейке 2 с продольным подключением электродов электрическое поле ориентирует частицы поперек светового потока, что приводит к уменьшению оптической плотности суспензии в ячейке 2.

При ориентации частиц поперек силовых линий поля (что имеет место в ряде случаев в диапазоне высоких частот? наблюдается противоположный результат: оптическая плотность суспензии в ячейке 3 уменьшается, а в ячейке 2 увеличивается. В результате в обоих случаях на выходе блока сравнения 7, осуществляющего вычитание сигнала от фотоприемника 5,Получаем вдвое больший сигнал, чем при использовании одной измерительной ячейки. При этом происходит значительное снижение влияния шумов, обусловленных флуктуацией интенсивности источника света, так как они поступают в блок сравнения с одинаковым знаком, где и вычитаются. Полезные сигналы поступают в блок сравнения, имея разные знаки, и, следовательно, при вычитании складываются. Величина полезного сигнала характеризует степень ориентации частиц в поле: чем больше сигнал, тем выше степень ориентации. Знак результирующего сигнала характеризует направление ориентации частиц в поле. При вычитании сигнала от фотоприемника 4 из сигнала от фотоприемника 5 увеличение результирующего сигнала при включении поля характеризует продольную, а его уменьшение - поперечную ориентацию частиц относительно силовых 'линий поля. При увеличении числа проводников, составляющих электроды, в направлении вдоль или поперек светового потока увеличивается объем суспензии и число частиц, дающих вклад в полезный сигнал, и следовательно, увеличивается чувствительность измерений. Изменяя частоту электрического поля получают частотную зависимость степени ориентации частиц - их ориентационный спектр, который содержит информацию о элек69 6

трических и геометрических параметрах частиц.

Пример осуществления способа. Исследуют электроориентацию фиксированных бактериальных клеток ЕзсНегίсКΐасо1ΐ МКЕ-600. Исследуемую суспензию с электропроводностью 2 * 1О^^ом^м'^и рН 7,0 при концентрации клеток 10^мл'^ заливают в измерительные ячейки 2 и 3. Затем включают электрическое поле и регистрируют изменение оптической плотности тремя способами.

В первом способе регистрируют сигнал только от фотоприемника 5, который обусловлен изменением оптической плотности суспензии в ячейке 3 с поперечным подключением электродов. Во втором - только сигнал от фотоприемника 4, обусловленный изменением оптической плотности суспензии в ячейке 2 с продольным подключением электродов. В третьем способе - результирующий сигнал, после вычитания сигнала от фотоприемника 4 из сигнала от фотоприемника 5. Путем изменения частоты электрического поля получают ориентационные спектры для всех трех способов регистрации (см. фиг. 5“7^. Ориентационный спектр (см.фиг.5? полученный на ячейке 3, характеризуется малой величиной сигнала в диапазоне высоких частот. Аналогично ведет себя и спектр полученный на ячейке 2, за исключением того, что в этом случае регистрируемый сигнал имеет противополож- ный знак (см.фиг.6). Результирующий спектр (см. фиг. 7), полученный при использовании обеих ячеек 2 и 3, характеризуется вдвое большей амплитудой эффекта во всем диапазоне частот при значительно меньшем уровне шумов. В данном случае это особенно важно в диапазоне высоких частот, где степень электроориентации частиц мала.

Следует отметить, что бактериальные клетки Е.соП характеризуются большой асимметрией формы и, следовательно, большой величиной эффекта в области низких и средних частот.

При исследовании частиц, имеющих малую степень асимметрии или малые размеры, величина регистрируемого эффекта мала во всем диапазоне частот и, следовательно, увеличение чувствительности необходимо для надежной регистрации электроориентации не только

Ί

913169

на высоких но и на низких и средних частотах. В данном способе достигается вдвое большая чувствительность и в несколько раз большая точность измерений при регистрации электроориен- 5 тации асимметричных дисперсных частиц, что особенно важно при исследовании частиц с малой величиной электрической поляризуемости, малой асимметрии формы и малых размеров. 10

Claims

Формула изобретения

Способ определения электрических характеристик асимметричных дисперсных частиц, заключающийся в регистрации степени их электроориентации в неоднородном переменном электрическом поле путем помещения суспензии исследуемых частиц на пути светового потока, наложения на нее неоднородного электрического поля фиксированной частоты, силовые линии которого направлены вдоль направления 25 светового потока, и измерения оптической плотности суспензии, о т 8

личающийся тем, что, с целью увеличения точности и чувствительности способа, исследуемую сус пензию дополнительно помещают на пути другого светового потока, накладывают на нее неоднородное поле той же частоты, силовые линии которого ортогональны направлению светового потока, одновременно измеряют оптические плотности суспензии в обоих полях, сравнивают измеренные оптические плотности суспензии и определяют степень ориентации асимметричных дисперсных частиц, по кото15 рой судят об их электрических характеристиках.