UA42971C2 - Method and device for determining the distribution of sizes of suspended particles in a liquid flow - Google Patents
Method and device for determining the distribution of sizes of suspended particles in a liquid flow Download PDFInfo
- Publication number
- UA42971C2 UA42971C2 UA2000095427A UA200095427A UA42971C2 UA 42971 C2 UA42971 C2 UA 42971C2 UA 2000095427 A UA2000095427 A UA 2000095427A UA 200095427 A UA200095427 A UA 200095427A UA 42971 C2 UA42971 C2 UA 42971C2
- Authority
- UA
- Ukraine
- Prior art keywords
- particles
- pulses
- microparticles
- input
- distribution
- Prior art date
Links
- 239000002245 particle Substances 0.000 title claims abstract description 75
- 238000009826 distribution Methods 0.000 title claims abstract description 52
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 45
- 239000007788 liquid Substances 0.000 title claims abstract description 44
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims abstract description 12
- 230000005855 radiation Effects 0.000 claims abstract description 9
- 230000003993 interaction Effects 0.000 claims abstract description 3
- 239000011859 microparticle Substances 0.000 claims description 56
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims description 37
- 230000001427 coherent effect Effects 0.000 claims description 7
- 238000010606 normalization Methods 0.000 claims description 7
- 238000010276 construction Methods 0.000 claims description 5
- 239000011860 particles by size Substances 0.000 claims description 5
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 claims description 3
- 239000012798 spherical particle Substances 0.000 claims description 3
- 239000000725 suspension Substances 0.000 claims 1
- 238000004422 calculation algorithm Methods 0.000 abstract description 2
- 230000006870 function Effects 0.000 description 16
- 238000000149 argon plasma sintering Methods 0.000 description 11
- WQZGKKKJIJFFOK-GASJEMHNSA-N Glucose Natural products OC[C@H]1OC(O)[C@H](O)[C@@H](O)[C@@H]1O WQZGKKKJIJFFOK-GASJEMHNSA-N 0.000 description 10
- 239000008103 glucose Substances 0.000 description 10
- 239000004793 Polystyrene Substances 0.000 description 8
- 238000005314 correlation function Methods 0.000 description 8
- 229920002223 polystyrene Polymers 0.000 description 8
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 8
- 238000005100 correlation spectroscopy Methods 0.000 description 7
- 241000894006 Bacteria Species 0.000 description 4
- 230000008859 change Effects 0.000 description 4
- 244000005700 microbiome Species 0.000 description 4
- 108091008695 photoreceptors Proteins 0.000 description 4
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 4
- 244000068988 Glycine max Species 0.000 description 3
- 239000004816 latex Substances 0.000 description 3
- 229920000126 latex Polymers 0.000 description 3
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 3
- 238000011160 research Methods 0.000 description 3
- 241000894007 species Species 0.000 description 3
- 238000012795 verification Methods 0.000 description 3
- 235000010469 Glycine max Nutrition 0.000 description 2
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 2
- 238000005315 distribution function Methods 0.000 description 2
- 239000003814 drug Substances 0.000 description 2
- 229920001971 elastomer Polymers 0.000 description 2
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 2
- 238000005286 illumination Methods 0.000 description 2
- 238000001990 intravenous administration Methods 0.000 description 2
- 230000005653 Brownian motion process Effects 0.000 description 1
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 239000000443 aerosol Substances 0.000 description 1
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- 238000011138 biotechnological process Methods 0.000 description 1
- 238000005537 brownian motion Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 239000012154 double-distilled water Substances 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000003912 environmental pollution Methods 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 1
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 1
- 238000012067 mathematical method Methods 0.000 description 1
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 1
- 230000010287 polarization Effects 0.000 description 1
- 230000008569 process Effects 0.000 description 1
- 238000007619 statistical method Methods 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 230000002123 temporal effect Effects 0.000 description 1
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 1
- 238000000844 transformation Methods 0.000 description 1
Abstract
Description
Опис винаходуDescription of the invention
Винахід відноситься до контрольно-вимірювальної техніки, зокрема до оптичних способів і пристроїв 2 контролю дисперсних середовищ і може знайти застосування в мікробіології, фармацевтиці, медицині, електронній і хімічній промисловості, контролі забруднення оточуючого середовища і протікання біотехнологічних процесів.The invention relates to control and measurement technology, in particular to optical methods and devices 2 for controlling dispersed environments and can find application in microbiology, pharmaceuticals, medicine, electronic and chemical industry, control of environmental pollution and the flow of biotechnological processes.
Відомий спосіб визначення розміру мікрочасток, в якому про розмір мікрочастки судять по інтенсивності розсіяного нею світла ІЕЕ. (С. М. Реївзег5, М. А. Сопеп Бішапй,О. .). НіІеег. Зіпдіе Рапісіе Оріісаї 70 зЗігліпа(ЗРОБ) / У. Сої. Іпіеп Зсі. 1990. М 137. Мо2. Р. 350 - 361)|. Для цього в кюветі пристрою, через яку протікає досліджувана рідина з завислими частками, виділяється об'єм, де проводиться підрахунок часток, і всі частки, які з потоком рідини потрапили в даний об'єм, підраховуються по зміні інтенсивності розсіяного ними світла Про розмір частки судять по величині амплітуди імпульсу, який реєструється фотоелектричною системою пристрою в результаті акту розсіяння світла часткою. Для цього попередньо визначають залежність між 12 величиною амплітуди імпульсу інтенсивності розсіяного світла частками заданого розміру, які з потоком рідини потрапили в об'єм, в якому проводиться підрахунок часток, і розміром частки шляхом теоретичного розрахунку або калібровкою пристрою по сферичних частках з відомим показником заломлення і розміром. В лічильниках даного типу, звичайно, як джерело зондуючого випромінювання використовуються лазери, для яких розподіл інтенсивності по перерізу світлового променя змінюється по гаусівському закону. В напрямку поширення світлового променя має місце звуження променя, так звана перетяжка, в якому інтенсивність світлового потоку є максимальна При цьому положення перетяжки променя формується параметрами резонатора лазера і оптичних елементів, які розміщені на шляху проходження світлового променя. Об'єм, в якому проводиться підрахунок часток, можна розглядати як частину світлового потоку в місці перетяжки лазерного променя, який обмежений зображенням діафрагми оптичним об'єктивом, встановлених перед фотоприймачем пристрою. Потік рідини з с 22 завислими частками формується таким чином, щоб він перетинав об'єм, в якому проводиться підрахунок часток, Го) а поперечний переріз потоку рідини поміщався в простір, обмежений зображенням діафрагми оптичним об'єктивом, встановлених перед фотоприймачем пристрою.There is a known method of determining the size of microparticles, in which the size of a microparticle is judged by the intensity of the IEE light scattered by it. (S. M. Reivzeg5, M. A. Sopep Bishapy, O. .). Nope. Zipdie Rapisie Oriisai 70 zZiglipa (ZROB) / U. Soi. Ipiep Zsi. 1990. M 137. Mo2. R. 350 - 361)|. For this purpose, in the cuvette of the device, through which the tested liquid with suspended particles flows, a volume is allocated, where the particles are counted, and all particles that entered this volume with the flow of liquid are counted according to the change in the intensity of the light scattered by them About the size of the particle judged by the magnitude of the pulse amplitude, which is registered by the photoelectric system of the device as a result of the act of light scattering by the particle. For this purpose, the dependence between 12 the value of the pulse amplitude of the intensity of scattered light by particles of a given size, which entered the volume in which the particles are counted with the flow of liquid, and the size of the particle is preliminarily determined by theoretical calculation or by calibrating the device on spherical particles with a known refractive index and size In counters of this type, of course, lasers are used as a source of probing radiation, for which the intensity distribution over the cross-section of the light beam changes according to the Gaussian law. In the direction of propagation of the light beam, there is a narrowing of the beam, the so-called narrowing, in which the intensity of the light flux is maximum. At the same time, the position of the narrowing of the beam is formed by the parameters of the laser resonator and optical elements, which are placed on the path of the light beam. The volume in which the particles are counted can be considered as a part of the light flux at the point where the laser beam is drawn, which is limited by the image of the aperture of the optical lens installed in front of the device's photoreceptor. The liquid flow with 22 suspended particles is formed in such a way that it crosses the volume in which the particles are counted, Go) and the cross section of the liquid flow is placed in the space limited by the image of the aperture of the optical lens installed in front of the device's photo receiver.
Недоліком даного способу є низька точність вимірювань зумовлена рядом причин, зокрема: необхідністю визначення з великою точністю розмірів лічильного об'єму | АС 1485069 СССР от 24.06.87, МПК с 01 М 15/02. --The disadvantage of this method is the low accuracy of measurements caused by a number of reasons, in particular: the need to determine the dimensions of the measuring volume with great accuracy | AS 1485069 of the USSR dated 24.06.87, IPC with 01 M 15/02. --
Фотозлектрический способ определения размеров и концентрации взвешенньйх частиц. / И. И. Васильев, Г. И. -Photoelectric method of determining the size and concentration of suspended particles. / I. I. Vasiliev, G. I. -
МИльин. // Опубл. 07.06.89, Бюл. Мо21), неоднорідністю освітлення в лічильному об'ємі, зумовленого неоднорідністю зондуючого випромінювання (АС 857812 СССР от 19.03.79, МПК с 01 М 21/85. Ме.Mylin. // Publ. 07.06.89, Bul. Mo21), the inhomogeneity of illumination in the measuring volume caused by the inhomogeneity of probing radiation (AS 857812 of the USSR dated 19.03.79, IPC p. 01 M 21/85. Me.
Фотозлектрический счетчик дисперсньїх частиц. / В. В. Смирнов. // Опубл. 23.08.81. Бюл. МоЗ1), зміною с освітленості від концентрації частинок | АС 1500913 СССР от 21.09.87, МКП СО 01 М 15/02. Фотозлектрическое 3о устройство для определения размеров и счетной концентрации частиц. / Н. А. Мальгин, М. Н. Кудряшова, К. В. ЗPhotoelectric particle counter. / V. V. Smirnov. // Publ. 23.08.81. Bul. MoZ1), the change in illumination from the concentration of particles | AS 1500913 of the USSR dated 21.09.87, MKP SO 01 M 15/02. Photoelectric device for determining the size and count concentration of particles. / N. A. Malgin, M. N. Kudryashova, K. V. Z
Давьідов. / Опубл. 15.08.89.Бюл. Мо30)|), одночасним попаданням в лічильний об'єм декількох частинок АС 1453257 СССР от 09.06.87, МКП С 01 М 15/02. Устройство для измерения размеров и концентрации азрозольньїх частиц. / В. Н. Ушаков. // Опубл. 23.01.89. Бюл. Моз, АС 1758517 СССР от 19.03.90, МПК С 01 М « 15/02. Фотозлектрический способ определения размеров и концентрации взвешенньх частиц и устройство для З ею осуществления. / С. М. Коломиец. // Опубл. 23.10.89. Бюл. Мо39). с Найбільш близьким за технічною суттю до запропонованого є спосіб кореляційної спектроскопії, в основіDavydov / Publ. 15.08.89. Bul. Мо30)|), by the simultaneous impact of several particles into the counting volume AC 1453257 of the USSR dated 09.06.87, MKP C 01 M 15/02. Device for measuring the size and concentration of aerosol particles. / V. N. Ushakov. // Publ. 23.01.89. Bul. Moz, AS 1758517 of the USSR dated 19.03.90, IPC C 01 M « 15/02. A photoelectric method of determining the size and concentration of suspended particles and a device for its implementation. / S. M. Kolomiets. // Publ. 23.10.89. Bul. Mo39). c The closest in technical essence to the proposed one is the method of correlation spectroscopy, basically
Із» якого - статистичний аналіз світлового поля в реальному масштабі часу |Лебедев А. Н, Левчук Ю. Н, Ломакин А.From which - statistical analysis of the light field in a real time scale |Lebedev A.N, Levchuk Yu.N, Lomakin A.
В., Носкин В. А. Лазерная корреляционная спектроскопия в биологии. - К."Наукова.думка, 1987, 256с|. Спосіб полягає в зондуванні об'єму рідини монохроматичним когерентним світлом та реєстрації спектру флуктуацій інтенсивності розсіяного світла завислими частками в рідині в моменти часу 13, їз до, її, дальшою обробкою шк результатів вимірювання шляхом побудови кореляційної функції (3, 5), що є величиною середнього значення ка добутку випадкових величин Ф(І) результатів двох вимірювань в різні моменти часу | і 2 ее, О(Н, в) - « Ф(Н)х ФІ)» (1) - 50 подальшою обробкою результатів вимірювання шляхом побудови Фур'є-образу кореляційної функції: -V., Noskin V. A. Laser correlation spectroscopy in biology. - K. "Naukova. dumka, 1987, 256 p|. The method consists in probing the volume of liquid with monochromatic coherent light and recording the spectrum of fluctuations in the intensity of scattered light by suspended particles in the liquid at moments of time 13, driving to, her, further processing of the measurement results by constructing the correlation function (3, 5), which is the value of the average value of the product of random variables Ф(І) of the results of two measurements at different moments of time | » (1) - 50 by further processing the measurement results by constructing the Fourier image of the correlation function: -
Ке)- роб ее - но й ; йKe)- do ee - but and ; and
Одержимо параметр (о), який має назву спектр флуктуацій напруженості поля розсіяного світла. Вид (Ф) Фур'є-образу кореляційної функції для кожної конкретної задачі вимірювання має заданий вигляд. В способі г кореляційної спектроскопії коли рух завислих часток в рідині є броунівський, а спектр флуктуацій інтенсивності розсіяння світла реєструється в замкнутому об'ємі рідини, після Фур'є перетворень кореляційної во функції, яка є результатом вимірювання, спектр флуктуацій напруженості поля розсіяного світла має вигляд: (е)- 1, АГ (3) хо іш- г 65 де параметр Г - дифузне розширення г - ба? (4)Let's get the parameter (o), which is called the spectrum of fluctuations of the intensity of the scattered light field. The form (Ф) of the Fourier image of the correlation function for each specific measurement problem has a given form. In method g of correlation spectroscopy, when the movement of suspended particles in a liquid is Brownian, and the spectrum of light scattering intensity fluctuations is recorded in a closed volume of liquid, after Fourier transformations of the correlation function resulting from the measurement, the spectrum of scattered light field intensity fluctuations has the form : (е)- 1, АГ (3) хо иш- г 65 where the parameter Г is the diffuse expansion of г - ba? (4)
У формулах (3) і (4) А - коефіцієнт пропорційності, який функціонально виражає інтенсивність розсіяння частками в розчині, О - коефіцієнт трансляційної дифузії, Я - хвильовий вектор, що передається частці, 7 - швидкість дрейфу часток під дією зовнішніх сил, о - частота хвилі розсіяння, дл - число пі. При певних наближеннях, коли розсіюючі частки малі в порівняні з довжиною хвилі, оптично ізотропні, а поляризованість їх не змінюється з часом, результатом вимірювання дифузного уширення спектру розсіяння в методі кореляційної спектроскопії є коефіцієнт трансляційної дифузії часток Ю. В подальшому по відомій формулі Айнштайна-Стокса: р- Квт фо бал можна оцінити розмір розсіюючих часток. У формулі (5) К - гідродинамічний розмір часток, КБ - постійна 7/5 Больцмана, Т - температура, 4 - в'язкість рідини. У випадку полідисперсної системи, при неперервному розподілі часток, функціональна залежність спектру флуктуацій напруженості поля розсіяного світла частками набуде вигляду: - Т лде гIn formulas (3) and (4), А is the proportionality coefficient, which functionally expresses the intensity of scattering by particles in the solution, О is the translational diffusion coefficient, Я is the wave vector transmitted to the particle, 7 is the particle drift speed under the action of external forces, о - the frequency of the scattering wave, dl is the pi number. Under certain approximations, when the scattering particles are small compared to the wavelength, are optically isotropic, and their polarization does not change over time, the result of measuring the diffuse broadening of the scattering spectrum in the correlation spectroscopy method is the translational diffusion coefficient of particles Y. Further, according to the well-known Einstein-Stokes formula : p- Kv fo bal, the size of scattering particles can be estimated. In formula (5), K is the hydrodynamic size of particles, KB is Boltzmann's constant 7/5, T is temperature, and 4 is liquid viscosity. In the case of a polydisperse system, with a continuous distribution of particles, the functional dependence of the spectrum of fluctuations of the intensity of the scattered light field by particles will take the form: - T lde g
У формулі (6) А(Г) - функція розподілу інтенсивності розсіяння частками заданих розмірів по характерним для них параметрам дифузного розширення.In formula (6), A(G) is a function of the distribution of scattering intensity by particles of given sizes according to their characteristic diffuse expansion parameters.
Недоліком даного способу є наявність похибок, зумовлених рухом частинок внаслідок градієнту температурв СМ посудині з досліджуваною рідиною, складністю математичного апарату, необхідного для побудови розподілу ге) часток по розмірах за результатами вимірювання спектру флуктуацій напруженості поля розсіяного світла частками. В загальному випадку математична задача встановлення виду функцій А(Г) по (5) пов'язана з рішенням інтегрального рівняння Френгольма першого роду і відноситься до класу некоректно поставлених задач. Це математичне твердження означає, що розв'язання рівняння (6) не є стійким по відношенню до похибок 87 вихідних даних, тобто варіацій лівої частини рівняння. Існують відомі математичні методи вирішення завдань че даного типу (Тихонов А. Н., Арсенин В. Я. Методи решения некорректньїх задач, - М.: Наука. 1986). З математичної точки зору коректний підхід до вирішення даного завдання полягає в наступному: відхилення іа теоретичної кривої від результатів вимірювання в рівнянні (6) повинен бути мінімальним. Тому алгоритмобробки су результатів вимірювання повинен бути направлений, на побудову такої теоретичної кривої яка проходить 32 якнайближче до експериментальних точок вимірювання, залишаючись при цьому рівномірною і неперервною. вThe disadvantage of this method is the presence of errors caused by the movement of particles due to the temperature gradient in the SM vessel with the liquid under study, the complexity of the mathematical apparatus necessary to construct the size distribution of the particles based on the results of measuring the spectrum of fluctuations of the field intensity of scattered light by particles. In the general case, the mathematical problem of establishing the type of functions А(Г) according to (5) is related to the solution of the integral Frengholm equation of the first kind and belongs to the class of incorrectly posed problems. This mathematical statement means that the solution of equation (6) is not stable with respect to the errors of 87 initial data, that is, variations of the left side of the equation. There are well-known mathematical methods of solving problems of this type (A. N. Tikhonov, V. Ya. Arsenyn. Methods of solving incorrect problems, - M.: Nauka. 1986). From a mathematical point of view, the correct approach to solving this problem is as follows: the deviation of the theoretical curve from the measurement results in equation (6) should be minimal. Therefore, the algorithm for processing the measurement results should be aimed at building such a theoretical curve that passes as close as possible to the experimental measurement points, while remaining uniform and continuous. in
Пристрій для визначення розподілу мікрочасток способом кореляційної спектроскопії у випадку гомодинної схеми реєстрації, коли для одержання спектру флуктуацій напруженості світлового поля використовується одне джерело світла, містить наступні основні елементи ІРаїепі 4676641 ОБА їтот 30.06.87., МКП СО 01 М 15/02. «The device for determining the distribution of microparticles by the method of correlation spectroscopy in the case of a homodyne registration scheme, when a single light source is used to obtain the spectrum of light field intensity fluctuations, contains the following main elements IRaiepi 4676641 ОБА итот 30.06.87., MKP СО 01 М 15/02. "
Зувіет ог теазигіпуд (Ше віле аівііршіоп ої рагпісієв адізрегзей іп Яшід| монохроматичне джерело світла, освітлювальний об'єктив, термостабілізовану камеру, посудину для рідини, фокусуючий об'єктив, фотоприймач, но) с мікропроцесорний пристрій, який складається з інтегратора, дискримінатора, автокорелятора, сигнального з» аналізатора, контролера. Роботу пристрою можна простежити на прикладі Посудина з рідиною, в якій містяться мікрочастки, поміщається в термостабілізовану камеру. Монохроматичне світло від джерела освітлювальним об'єктивом фокусується в посудину з рідиною, де розсіюється завислими в рідині мікрочастками. Це розсіяне світло фокусуючим об'єктивом збирається на фотодетекторі і сигнал з фотоприймача в подальшому ть обробляється мікропроцесорним пристроєм. Фотоприймач пристрою за вибраний проміжок часу реєструє зміни ко флуктуацій інтенсивності розсіяного світла, зумовлені броунівським рухом часток. Мікропроцесорний пристрій по реєстрованих змінах флуктуацій інтенсивності розсіяного світла будує кореляційну функцію результатів ее, вимірювання, а по ній визначає розподіл мікрочасток шляхом математичного розв'язку рівняння виду (2), -І 20 пристрій по реєстрованих змінах флуктуацій інтенсивності розсіяного світла будує кореляційну функцію результатів вимірювання, а по ній визначає розподіл мікрочасток шляхом математичного розв'язку рівняння виду - (2).Zuviet og teazigipud (She vile aiviirshiop oi ragpisiev adizregzei ip Yashid| monochromatic light source, illuminating lens, thermally stabilized camera, vessel for liquid, focusing lens, photo receiver, no) with a microprocessor device, which consists of an integrator, a discriminator, an autocorrelator , signal analyzer, controller. The operation of the device can be traced using an example. A vessel with a liquid containing microparticles is placed in a heat-stabilized chamber. Monochromatic light from the source is focused by an illuminating lens into a vessel with a liquid, where it is scattered by microparticles suspended in the liquid. This scattered light is collected by the focusing lens on the photodetector and the signal from the photoreceiver is further processed by a microprocessor device. The photo receiver of the device during the selected period of time registers changes in fluctuations in the intensity of the scattered light caused by the Brownian motion of particles. The microprocessor device builds a correlation function of the measurement results based on the registered changes of the scattered light intensity fluctuations, and based on it determines the distribution of microparticles by mathematically solving the equation of the form (2), -I 20 device builds a correlation function of the measurement results based on the registered changes of the scattered light intensity fluctuations , and it determines the distribution of microparticles by mathematically solving the equation of the form - (2).
В процесі роботи такого пристрою необхідно підтримувати з високою точністю стабільність температури, позбутись вібрацій, що приводить до складності вимірювань і збільшення собівартості процесу виміру. 52 Найбільш близьким за технічною суттю до запронованого є пристрій для визначення концентраціїDuring the operation of such a device, it is necessary to maintain temperature stability with high accuracy, to get rid of vibrations, which leads to the complexity of measurements and an increase in the cost of the measurement process. 52 The device for determining the concentration is the closest in technical essence to the proposed one
Ф! мікрочасток | АС 1758517 СССР от 19.03.90, МПК ОО 01 М 15/02. Устройство для определения концентрации микрочастиц. / А. И. Бильй, В. Б. Гетьман, Б-Г. И. Кучер, В. М. Лукьянец // Опубл. 30.08.92. Бюл. Мо321, який о містить освітлювач, на оптичній осі якого розміщена проточна кювета, з якою оптично спряжений фотоприймач, послідовно з'єднаних дискримінатора, суматора тривалостей імпульсів і блоку реєстрації, причому вихід 60 фотоприймача з'єднаний з входом дискримінатора.F! microparticles | AS 1758517 of the USSR dated 19.03.90, IPC OO 01 M 15/02. Device for determining the concentration of microparticles. / A. I. Byly, V. B. Hetman, B-G. I. Kucher, V. M. Lukyanets // Publ. 30.08.92. Bul. Mo321, which contains an illuminator, on the optical axis of which there is a flow cuvette, with which a photodetector is optically coupled, a discriminator, a pulse duration adder and a registration unit are connected in series, and the output 60 of the photodetector is connected to the input of the discriminator.
Роботу пристрою можна простежити на прикладі. Спалахи розсіяного світла, утворені мікрочастинками, що попали в об'єм, в якому проводиться підрахунок часток, перетворюються фотоприймачем в електричні імпульси, і поступають на вхід дискримінатора. Дискримінатор формує прямокутні імпульси, тривалість яких рівна тривалості імпульсів, що поступають з фотоприймача, а значить часу, за який мікрочастка міститься в об'ємі, 62 де і проводиться підрахунок часток. Імпульси з виходу дискримінатора поступають на вхід суматора, який здійснює сумування трнвалостей реєстрованих імпульсів. Вихідний сигнал з суматора трнвалостей імпульсів поступає на вхід блоку реєстрації, пропорційний концентрації реєстрованих мікрочасток і не залежить від швидкості протоку рідний.The operation of the device can be traced on an example. Flashes of scattered light, formed by microparticles that have entered the volume in which the particles are counted, are converted by the photoreceptor into electrical pulses, and are fed to the input of the discriminator. The discriminator forms rectangular pulses, the duration of which is equal to the duration of the pulses coming from the photoreceptor, which means the time during which the microparticle is contained in the volume, 62 where the particles are counted. Pulses from the output of the discriminator are fed to the input of the adder, which sums the values of the registered pulses. The output signal from the adder of pulse widths is fed to the input of the registration block, proportional to the concentration of registered microparticles and independent of the native flow rate.
Недоліком роботи даного пристрою є його обмежене функціональне використання.The disadvantage of this device is its limited functional use.
В основу винаходу поставлено завдання удосконалити спосіб і пристрій для визначення розподілу по розмірах завислих мікрочасток в потоці рідини шляхом реєстрації мікрочасток по зміні інтенсивності розсіяного ними світла, яке дозволить забезпечити побудову функції виду К(М, 0), яка виражає статистичні характеристики інтенсивності розсіяння світла частками і по ній одержати розподіл часток по розмірах, шляхом рішення 7/0 інтегрального рівняння Френгольма першого роду, а введення додаткових елементів у пристрої дозволить розширити функціональні можливості пристрою.The invention is based on the task of improving the method and device for determining the size distribution of suspended microparticles in a liquid stream by registering microparticles according to the change in the intensity of light scattered by them, which will allow the construction of a function of the form K(M, 0), which expresses the statistical characteristics of the intensity of light scattering by particles and using it to obtain the distribution of particles by size, by solving the 7/0 integral equation of Frengholm of the first kind, and the introduction of additional elements into the device will allow to expand the functional capabilities of the device.
Поставлене завдання вирішується так, що у відомому способі для визначення розподілу по розмірах завислих мікрочасток в потоці рідини, який містить попереднє зондування потоку рідини монохроматичним когерентним світлом, реєстрацію сигналів взаємодії зондуючого випромінювання з частками, попередньо будується двохмірннй розподіл у вигляді функції виду К(Ш, ї, г) по нормованих значеннях амплітуд та тривалостей реєстрованих імпульсів від сферичних часток заданого розміру і відомим показником заломлення, вибраних для калібрування, для чого з потоком рідини за вибраний проміжок часу всі частки, що перетинають об'єм, в якому проводиться підрахунок, реєструються шляхом вимірювання амплітуди і тривалості імпульсів від зондуючих мікрочасток, після чого реєстровані імпульси сортуються по амплітуді і тривалості, для чого інтервал амплітуд поділяється на т піддіапазонів і обмежений знизу напругою рівня шумів фотоелектричної системи реєстрації, а зверху напругою насичення вхідного підсилювача, а інтервал трнвалостей поділяється на п піддіапазонів і обмежується часами проходження мінімальної відстані знизу і максимальної відстані зверху, в кожному з видалених піддіапазонів значення чисельних величин амплітуд та тривалостей реєстрованих імпульсів нормуються в залежності від процедури вимірювання, визначення розподілу по розмірах досягається сч г Зондування потоку рідини з шуканим розподілом мікрочасток тим же монохроматичним когерентним світлом в тому ж об'ємі, в якому проводиться підрахунок часток, реєстрацією імпульсів від зондуючих мікрочасток і і) дальшим сортуванням реєстрованих імпульсів шляхом побудови двохмірного розподілу їх амплітуд та тривалостей у піддіапазонах з межами, як у випадку зондування часток, вибраних для калібрування, нормуванням чисельних значень величин амплітуди та тривалості імпульсів в кожному з піддіапазонів, «- зо побудовою по нормованих значеннях функції виду К(Ш, ) ії дальшим находженням розподілу мікрочасток по розмірах за рівнянням: - г, віШо- ТК плід ФThe task is solved in such a way that in a known method for determining the size distribution of suspended microparticles in a liquid flow, which includes preliminary probing of the liquid flow with monochromatic coherent light, registration of signals of the interaction of probing radiation with particles, a two-dimensional distribution is preliminarily constructed in the form of a function of the form К(Ш, i, d) according to the normalized values of the amplitudes and durations of the registered pulses from spherical particles of a given size and a known refractive index selected for calibration, for which, with the flow of liquid for the selected time interval, all particles crossing the volume in which the calculation is carried out are registered by measuring the amplitude and duration of pulses from probing microparticles, after which the registered pulses are sorted by amplitude and duration, for which the amplitude interval is divided into t sub-bands and limited from below by the voltage of the noise level of the photovoltaic system of registration, and from above by the saturation voltage of the input amplifier, and inte the trnvalolity gap is divided into n sub-ranges and is limited by the times of passing the minimum distance from the bottom and the maximum distance from the top, in each of the removed sub-ranges, the numerical values of the amplitudes and durations of the registered pulses are normalized depending on the measurement procedure, the determination of the size distribution is achieved by probing the fluid flow with the desired distribution of microparticles by the same monochromatic coherent light in the same volume in which particle counting is carried out, registration of pulses from probing microparticles and i) further sorting of registered pulses by constructing a two-dimensional distribution of their amplitudes and durations in subranges with boundaries, as in the case of particle probing , selected for calibration, by normalizing the numerical values of the amplitude and duration of pulses in each of the sub-ranges, "- with the construction of the normalized values of the function of the form К(Ш, ) and further finding the distribution of microparticles by size according to the equation: - r, viSho- TC pl from F
Гак с де гтіп і Гтах - верхня і нижня межа діапазону розмірів часток, що реєструються; « п(г) - функція розподілу часток за розмірами.Gak c de gtip and Gtakh - the upper and lower limits of the size range of the registered particles; « n(g) is a function of distribution of particles by size.
Поставлене завдання вирішується так, що у відомому пристрої для визначення розподілу по розмірах завислих мікрочасток в потоці рідини, що складається з освітлювача, на оптичній осі якого розміщена проточна кювета, і з нею оптично спряжений фотоприймач, дискримінатор, додатково введено попередній підсилювач, « дю піковий детектор, аналого-дифровий перетворювач, електронно-обчислювальний засіб, причому вихід -о фотоприймача з'єднаний з входом попереднього підсилювача, а вихід попереднього підсилювача з першим с входом пікового детектора і першим входом дискримінатора, а другий вхід дискримінатора з'єднаний з першим :з» виходом електронно-обчислювального засобу, а вихід дискримінатора з'єднаний з першим входом аналого-дифрового перетворювача і першим входом електронно-обчислювального засобу, вихід пікового детектора з'єднаний з другим входом аналого-дифрового перетворювача, вихід якого з'єднаний з другим входом їз 15 електронно-обчислювального засобу, а другий вихід електронно-обчислювального засобу з'єднаний з другим входом пікового детектора. ко На фіг.1 зображено функціональну блок-схему пристрою для реалізації способу. До складу пристрою входять со лазерний освітлювач 1, проточна кювета 2, збираючий об'єктив З, діафрагма 4, фотоприймач 5, дискримінатор 7, попередній підсилювач 6, піковий детектор 8, аналого-дифровий перетворювач 9, елекгронно-обчислювальнні -070 засіб 10. ще На фіг.2 зображено залежність результатів вимірювання розподілу мікрочасток у відносних одиницях модельної суміші полістирольних латексів розмірами 0.18 і О0.6б7мкм в інтервалі розмірів від 0,1 до 2,Омкм.The task is solved in such a way that in a known device for determining the size distribution of suspended microparticles in a liquid stream, which consists of an illuminator, on the optical axis of which a flow cuvette is placed, and a photodetector, a discriminator, optically coupled to it, a pre-amplifier, "du peak" is additionally introduced detector, analog-to-digital converter, electronic computing device, and the output of the photodetector is connected to the input of the preamplifier, and the output of the preamplifier is connected to the first input of the peak detector and the first input of the discriminator, and the second input of the discriminator is connected to the first: with" the output of the electronic computing device, and the output of the discriminator is connected to the first input of the analog-to-digital converter and the first input of the electronic computing device, the output of the peak detector is connected to the second input of the analog-to-digital converter, the output of which is connected to the second 15 of the electronic computer is the input, and the second output is the electronic computer device is connected to the second input of the peak detector. Figure 1 shows a functional block diagram of the device for implementing the method. The device includes a laser illuminator 1, a flow cell 2, a collecting lens Z, an aperture 4, a photodetector 5, a discriminator 7, a pre-amplifier 6, a peak detector 8, an analog-to-differential converter 9, and an electronic computing device 10. Fig. 2 shows the dependence of the results of measuring the distribution of microparticles in the relative units of the model mixture of polystyrene latexes with sizes of 0.18 and 0.6-7 µm in the size range from 0.1 to 2.0 µm.
На фіг.3 зображено залежність результатів вимірювання вмісту у відносних одиницях мікроорганізмівFigure 3 shows the dependence of the results of measuring the content in relative units of microorganisms
Місгососсиз ІШщецйвз в 5956 розчині глюкози свіжоприготовленому(крива 1), через 24 години(крива 2) і через 48 годин(крива 3) в інтервалі розмірів від 0,1 до 2,Омкм.Misgosossiz Ishshchetsyvz in 5956 glucose solution freshly prepared (curve 1), after 24 hours (curve 2) and after 48 hours (curve 3) in the size range from 0.1 to 2.Om.
ГФ) На фіг.4. зображено залежність результатів вимірювання вмісту у відносних одиницях мікроорганізмівGF) In Fig. 4. the dependence of the results of measuring the content in relative units of microorganisms is shown
ГФ Езспегіспіа соїї в 595 розчині глюкози свіжоприготовленому(крива 1) і через 48 годин(крива 2) в інтервалі розмірів від 0,1 до 2,0О0мкм.GF Ezspegispia soybean in 595 glucose solution freshly prepared (curve 1) and after 48 hours (curve 2) in the range of sizes from 0.1 to 2.00 μm.
Відомий спосіб кореляційної спектроскопії визначення розподілу завислих часток в рідині дозволяє 60 визначати розподіл по розмірах мікрочасток в закритому об'ємі рідини шляхом вимірювання часових змін флуктуацій інтенсивності розсіяного світла частками, побудовою на основі результатів вимірювання кореляційної функції, яка залежить від часу вимірювання. По одержаній кореляційній функції розподіл часток за розмірами одержується шляхом розв'язання інтегрального рівняння Френгольма першого роду. Пропонований спосіб визначення розподілу завислих часток в рідині дозволяє визначати розподіл по розмірах мікрочасток в потоці бо рідини вимірюванням інтенсивності розсіяного світла відомим способом визначення розміру мікрочасток, в якому про розмір мікрочастки судять по інтенсивності розсіяного нею світла, а обробку результатів проводити по аналогії з способом кореляційної спектроскопії шляхом побудови функції, яка залежить від двох параметрів: амплітуди та тривалості імпульсів, які реєструються в результаті зондування рідини світлом, і по одержаній функції одержати розподіл мікрочасток за розмірами шляхом розв'язання інтегрального рівняння Френгольма першого роду. Так як спосіб визначення розміру частки по величині інтенсивності розсіяного нею світла передбачає обов'язкове виділення в потоці рідини об'єму, де проводиться підрахунок часток, і попереднє находження залежності між величиною амплітуди імпульсу розсіяного світла та розміром частки, для коректного рішення поставленої задачі необхідно забезпечити попереднє находження залежностей між параметрами 7/0 Зондуючих імпульсів від часток з відомими розмірами шляхом побудови функції, так звана процедура калібровки, яка б визначала статистичні характеристики розсіяного частками світла. Процедура находження розподілу по розмірах завислих часток полягає в забезпеченні проведення вимірювань при однакових умовах, як у випадку процедури калібровки, побудові на основі результатів вимірювань функції, яка б визначала статистичні характеристики розсіяного частками світла, і математичним способом розкласти дану функцію на складові, 7/5 одержані в результаті процедури калібровки. Дані умови можна досягнути проведенням попередньої процедури калібровки шляхом зондуванням мікрочасток сферичної форми, заданого розміру і відомим показником заломлення монохроматичним когерентним світлом у виділеному об'ємі, в якому проводиться підрахунок часток, реєстрацією фотоелектричною системою імпульсів від зондуючих мікрочасток і дальшою побудовою масиву калібровочних фунцій для кожної вибраної частки, шляхом сортування реєстрованих імпульсів по амплітуді і тривалості. Для цього інтервал амплітуд поділяється на т піддіапазонів, і обмежений знизу напругою рівня шумів фотоелектричної системи реєстрації а зверху напругою насичення вхідного підсилювача. Інтервал тривалостей поділяється на п піддіапазонів і обмежується часами проходження мінімальної відстані знизу і максимальної відстані зверху виділеного об'єму. Для того щоб виключити залежність кінцевих результатів від часу вимірювання, проводиться операція нормування. У випадку, коли процедура вимірювання передбачає для с одержання результату вимірювання проведення лише однієї операції заміру, процедура нормування полягає в о проведенні операції ділення чисельного значення величини в кожному з піддіапазонів на суму чисельних значень величин в усіх піддіапазонах, на які розбиті інтервали амплітуд і тривалостей зареєстрованих імпульсів. У випадку, коли процедура вимірювання передбачає для одержання результату вимірювання проведення принаймні двох операцій заміру: основного і повірочного, процедура нормування полягає в операції ділення «- зр чисельних значень величин в кожному з піддіапазонів, на які розбиті інтервал амплітуд і тривалостей зареєстрованих імпульсів для операцій заміру основної і повірочної на час заміру даної операції, і дальшим - відніманням в кожному піддіапазоні чисельних значень величин, отриманих для повірочного заміру від Ге! контрольного заміру і проведенні операції ділення чисельного значення величини в кожному з піддіапазонів на суму чисельних значень величин в усіх піддіапазонах, на які розбиті інтервали амплітуд і тривалостей с з5 Зареєстрованих імпульсів. По нормованих значеннях чисельних величин амплітуд та тривалостей реєстрованих «г імпульсів будується двохмірний розподіл у вигляді функції виду К(О/г), яка виражає статистичні характеристики інтенсивності розсіяння світла для кожної окремо взятої мікрочастки сферичної форми, заданого розміру і відомим пропонованому способі полягає в проведенні процедури зондування тим же монохроматичним когерентним світлом у тому ж виділеному об'ємі як у випадку процедури калібровка, реєстрацією « фотоелектричною системою імпульсів від зондуючих мікрочасток і дальшим сортуванням реєстрованих в с імпульсів шляхом побудови двохмірного розподілу їх амплітуд та тривалостей на піддіапазони з межами, як у випадку процедури калібровки, нормуванням чисельних значень величин амплітуди та тривалості імпульсів в ;» кожному з піддіапазонів, побудови з нормованих значень функції виду Р(Ш, О), яка виражає статистичні характеристики інтенсивності розсіяння світла досліджуваними частками, і дальшим находженням розподілуThe well-known method of correlation spectroscopy for determining the distribution of suspended particles in a liquid allows 60 to determine the size distribution of microparticles in a closed volume of liquid by measuring the temporal changes of fluctuations in the intensity of scattered light by particles, by constructing a correlation function based on the measurement results that depends on the measurement time. According to the obtained correlation function, the distribution of particles by size is obtained by solving the integral Frenholm equation of the first kind. The proposed method of determining the distribution of suspended particles in a liquid allows you to determine the size distribution of microparticles in the flow of a liquid by measuring the intensity of scattered light using a known method of determining the size of microparticles, in which the size of a microparticle is judged by the intensity of light scattered by it, and the results are processed by analogy with the method of correlation spectroscopy by constructing a function that depends on two parameters: the amplitude and duration of the pulses that are registered as a result of probing the liquid with light, and using the obtained function to obtain the size distribution of microparticles by solving the integral Frengholm equation of the first kind. Since the method of determining the size of a particle based on the intensity of the light scattered by it requires the mandatory selection of a volume in the liquid flow where the particles are counted, and the preliminary finding of the dependence between the amplitude of the pulse of the scattered light and the size of the particle, for the correct solution of the given problem it is necessary to ensure preliminary finding of dependencies between the parameters of 7/0 Probing pulses from particles with known dimensions by constructing a function, the so-called calibration procedure, which would determine the statistical characteristics of light scattered by particles. The procedure for finding the size distribution of suspended particles consists in ensuring that measurements are carried out under the same conditions as in the case of the calibration procedure, building a function based on the results of measurements that would determine the statistical characteristics of the light scattered by particles, and mathematically decomposing this function into components, 7/5 obtained as a result of the calibration procedure. These conditions can be achieved by carrying out a preliminary calibration procedure by probing spherical microparticles of a given size and a known refractive index with monochromatic coherent light in a dedicated volume in which the particles are counted, recording pulses from the probing microparticles by a photoelectric system, and further building an array of calibration functions for each of the selected fraction, by sorting the registered pulses by amplitude and duration. For this, the amplitude interval is divided into t sub-bands, and is limited from the bottom by the noise level voltage of the photovoltaic registration system and from the top by the saturation voltage of the input amplifier. The interval of durations is divided into n sub-ranges and is limited by the times of passing the minimum distance from the bottom and the maximum distance from the top of the selected volume. In order to exclude the dependence of the final results on the measurement time, a normalization operation is performed. In the event that the measurement procedure involves only one measurement operation to obtain the measurement result, the normalization procedure consists in dividing the numerical value of the quantity in each of the sub-ranges by the sum of the numerical values of the quantities in all sub-ranges into which the intervals of amplitudes and durations of the registered pulses In the event that the measurement procedure involves at least two measurement operations to obtain the measurement result: the main and the verification one, the normalization procedure consists in the operation of dividing "- by the numerical values of the quantities in each of the sub-ranges into which the interval of amplitudes and durations of the registered pulses for the measurement operations is divided of the main and verification at the time of measurement of this operation, and further - subtraction in each subrange of the numerical values of the quantities obtained for the verification measurement from Ge! control measurement and carrying out the operation of dividing the numerical value of the quantity in each of the sub-ranges by the sum of the numerical values of the quantities in all sub-ranges, into which the intervals of amplitudes and durations of the registered pulses are divided. Based on the normalized values of the numerical values of the amplitudes and durations of the registered "g" pulses, a two-dimensional distribution is constructed in the form of a function of the form K(O/g), which expresses the statistical characteristics of the intensity of light scattering for each individual microparticle of a spherical shape, of a given size, and the known proposed method consists in carrying out probing procedure with the same monochromatic coherent light in the same selected volume as in the case of the calibration procedure, registration by the photoelectric system of pulses from probing microparticles and further sorting of pulses registered in c by constructing a two-dimensional distribution of their amplitudes and durations into sub-ranges with boundaries, as in in the case of the calibration procedure, by normalizing the numerical values of the amplitude and duration of pulses in ;" to each of the subranges, construction from the normalized values of a function of the form Р(Ш, О), which expresses the statistical characteristics of the intensity of light scattering by the investigated particles, and further finding the distribution
Мікрочасток за розмірами шляхом розв'язку рівняння т г (7 т віш)- Ті пп(а г,Microparticles by size by solving the equation t g (7 t vysh) - Ti pp(a g,
Ге) ве -І 20 де гтіп і Ггтіу 7 верхня і нижня межа інтервалу розмірів часток, що реєструються, піг) - функція розподілу що часток за розмірами.Ge) ve -I 20 where gtip and Ggtiu 7 are the upper and lower limits of the interval of the sizes of the registered particles, pig) - the distribution function of the particles by size.
У випадку, коли інтервал розмірів, в якому реєструються частки - перервний, а функція розподілу часток не монотонна і розривна, спосіб визначення розподілу по розмірах завислих мікрочастинок в потоці рідини відрізняється від описаного тим, що розподіл мікрочасток по розмірах визначається шляхом розв'язування 22 системи рівнянь:In the case when the size interval in which the particles are registered is intermittent, and the particle distribution function is not monotonic and discontinuous, the method of determining the size distribution of suspended microparticles in the liquid flow differs from the one described in that the size distribution of microparticles is determined by solving 22 of the system equations:
Ф) ге рт 8 юю бр зкеоп 8) 60 де 1 - число опідціагазонів, на які розбивається діапазон розмірів контрольованих частокF) ger rt 8 yuyu br zkeop 8) 60 where 1 is the number of subdivisions into which the size range of controlled particles is divided
Детітьч Келих | пі - відносне число часток, розмір яких знаходиться у межахBaby Goblet pi - the relative number of particles, the size of which is within the limits
Ід-ппраре г Он - інтервал амплітуд і тривалостей імпульсів, Кр калібровочна матриця, 1/(2))- відносне число часток у рідині, що контролюється, амплітуда і тривалості яких потрапили у відповідний інтервал. 65 Пристрій для визначення розміру мікрочасток завислих в потоці рідини, що містить лазерний освітлювач 1, на оптичній осі якого розміщена проточна кювета 2, з якою збираючим об'єктивом З і діафрагмою 4 оптично спряжений фотоприймач 5, дискримінатор 7, для визначення розподілу мікрочасток по розмірах додатково введені попередній підсилювач б, піковий детектор 8, аналого-дифровий перетворювач «9, електронно-обчислювальний засіб 10, причому вихід фотоприймача з'єднаний з входом попереднього Підсилювача, а вихід попереднього підсилювача з першим входом пікового детектора і першим входом дискримінатора, а другий вхід дискримінатора з'єднаний з першим виходом електронно-обчислювального засобу, а вихід дискримінатора з'єднаний з першим входом аналого-дифрового перетворювача і першим входом електронно-обчислювального засобу, вихід пікового детектора з'єднаний з другим входам аналого-дифрового перетворювача! вихід якого з'єднаний з другим входом електронно-обчислювального засобу, а другий вихід 7/0 електронно-обчислювального засобу з'єднаний з другим входом пікового детектора.Id-pprare g On - the interval of amplitudes and durations of pulses, Kr is the calibration matrix, 1/(2)) is the relative number of particles in the controlled liquid, the amplitude and duration of which fell into the corresponding interval. 65 Device for determining the size of microparticles suspended in a liquid flow, containing a laser illuminator 1, on the optical axis of which a flow cuvette 2 is placed, with which a collecting lens C and a diaphragm 4 optically coupled photo receiver 5, discriminator 7, for determining the size distribution of microparticles pre-amplifier b, peak detector 8, analog-to-digital converter "9, electronic computing device 10 are additionally introduced, and the output of the photodetector is connected to the input of the pre-amplifier, and the output of the pre-amplifier is connected to the first input of the peak detector and the first input of the discriminator, and the second the input of the discriminator is connected to the first output of the electronic computing device, and the output of the discriminator is connected to the first input of the analog-to-digital converter and the first input of the electronic computing device, the output of the peak detector is connected to the second input of the analog-to-digital converter! the output of which is connected to the second input of the electronic computing device, and the second output 7/0 of the electronic computing device is connected to the second input of the peak detector.
Пристрій працює таким чином. Промінь лазера 1 перетинає потік досліджуваної рщинн в проточній кюветі 2, розміщеній на оптичній осі лазерного освітлювача При цьому перетяжка лазерного променя формується оптичною системою лазерного освітлювача навпроти вхідного штуцера проточної кювети, який формує потік рідини заданої форми перпендикулярно до напрямку поширення зондуючого лазерного променя. Світло, /5 розсіяне мікрочастинками, які з потоком рідини перетинають освітлену зону, фокусується збираючим об'єктивомThe device works like this. The laser beam 1 intersects the flow of the investigated slit in the flow cuvette 2, located on the optical axis of the laser illuminator. At the same time, the laser beam is formed by the optical system of the laser illuminator opposite the inlet fitting of the flow cell, which forms a liquid flow of a given shape perpendicular to the direction of propagation of the probing laser beam. Light, /5 scattered by microparticles that cross the illuminated area with the flow of liquid, is focused by a collecting lens
З у площині польової діафрагми 4, перетворюється фотоприймачем 5 у фотоелектричні імпульси, які поступають на вхід попереднього підсилювача 6. При цьому об'єм, в якому проводиться підрахунок часток, в пристрої формується оптичною системою освітлювача і утвореним збираючим об'єктивом в місці перетяжки лазерного променя зображенням діафрагми, встановленої перед фотоприймачем. Електричні сигнали, які поступають з 2о виходу попереднього підсилювача, подаються на входи дискримінатора 7 та пікового детектора 8. Поріг спрацювання дискримінатора 7 задається програмно електронно-обчислювальним засобом 10 і вибирається більшим від рівня шумів, зумовлених фоновими засвітками та молекулярним розсіянням контрольованої рідини.From in the plane of the field aperture 4, is transformed by the photoreceptor 5 into photoelectric pulses that are fed to the input of the preamplifier 6. At the same time, the volume in which the particles are counted is formed in the device by the optical system of the illuminator and the collecting lens formed at the point where the laser beam image of the aperture installed in front of the photo receiver. Electrical signals coming from the 2o output of the pre-amplifier are fed to the inputs of the discriminator 7 and the peak detector 8. The trigger threshold of the discriminator 7 is programmed by the electronic computing device 10 and is selected higher than the noise level caused by background lights and molecular scattering of the controlled liquid.
Сигнал, зумовлений проходженням частки об'єму, в якому проводиться підрахунок часток, на виході дискримінатора відобразиться у вигляді прямокутного імпульсу. Його тривалість вимірюється і трактується як сч ов час, за який мікрочастка міститься в об'ємі, в якому проводиться підрахунок часток. Задній фронт імпульсу дискримінатора, дає сигнал на перший вхід аналого-дифрового перетворювача 9 на початок вимірювання і) амплітуди сигналу, який поступає з виходу пікового детектора на другий вхід аналого-дифрового перетворювачаThe signal caused by the passage of a fraction of the volume in which the fractions are counted will be displayed at the output of the discriminator in the form of a rectangular pulse. Its duration is measured and interpreted as the time during which the microparticle is contained in the volume in which the particles are counted. The trailing edge of the discriminator pulse gives a signal to the first input of the analog-to-digital converter 9 at the beginning of measuring i) the amplitude of the signal coming from the output of the peak detector to the second input of the analog-to-digital converter
Цифровий сигнал з виходу аналого-дифрового перетворювача запам'ятовується в електронно-обчислювальним засобом 10, і трактується як амплітуда зареєстрованого сигналу. Після запису амплітуди відбувається скидання «- зо напруги пікового детектора сигналом, який приходить з другого виходу електронно-обчислювальйого пристрою на другий вхід пікового детектора, і система готова до реєстрації наступного імпульсу. Інформація про - параметри імпульсу: амплітуду та тривалість - поступає в елетронно-обчислювальиий засіб 10 для подальшої Ге! обробки та зберігання інформації. Надалі, всі імпульси, які реєструються фотоелектричною системою реєстрації, за вибраний проміжок часу електронно-обчислювальним засобом сортуються по величині амплітуди та с тривалості у вигляді побудови двохмірного розподілу амплітуд та тривалостей зареєстрованих імпульсів, при «Е цьому інтервал амплітуд поділяється на т піддіапазонів і обмежений знизу напругою рівня шумів фотоелектричної системи реєстрації, а зверху напругою насичення вхідного підсилювача, а інтервал тривалостей поділяється на п піддіапазонів і обмежується часами проходження мінімальної відстані знизу і максимальної відстані зверху в об'ємі, в якому проводиться підрахунок часток, подальшим нормуванням « електронно-обчислювальним засобом всіх чисельних значень величин в кожному з виділених піддіапазонів, у с подальшою побудовою електронно-обчислювальним засобом по нормованих значеннях величин амплітуди та . тривалостей реєстрованих імпульсів функції виду К(ц,О), яка виражає статистичні характеристики інтенсивності и? розсіяння світла досліджуваними частками, і дальшим надходженням розподілу мікрочасток за розмірами, шляхом розв'язку електронно-обчислювальним засобом рівняння виду (7), де вигляд функції виду К(Ш,ї г), якаThe digital signal from the output of the analog-to-digital converter is stored in the electronic computing device 10, and is interpreted as the amplitude of the registered signal. After recording the amplitude, the voltage of the peak detector is reset by a signal that comes from the second output of the electronic computing device to the second input of the peak detector, and the system is ready to register the next pulse. Information about - pulse parameters: amplitude and duration - enters the electronic computing device 10 for further Ge! processing and storage of information. In the future, all pulses registered by the photoelectric registration system for the selected period of time are sorted by the amplitude and duration in the form of a two-dimensional distribution of the amplitudes and durations of the registered pulses, while the amplitude interval is divided into t sub-bands and limited from below by the voltage of the noise level of the photovoltaic registration system, and above by the saturation voltage of the input amplifier, and the interval of durations is divided into n sub-bands and is limited by the times of passing the minimum distance from the bottom and the maximum distance from the top in the volume in which the particles are counted, further normalization by an electronic computer of all the numerical values of the values in each of the selected sub-ranges, with subsequent construction by an electronic computer based on the normalized values of the amplitude values and . durations of registered pulses of the function of the form К(ц,О), which expresses the statistical characteristics of the intensity и? scattering of light by the studied particles, and further arrival of the distribution of microparticles by size, by solving the equation of the form (7) with an electronic computing device, where the form of the function of the form К(Ш,х г), which
Виражає статистичні характеристики інтенсивності розсіяння світла для кожної окремо взятої мікрочастки їх сферичної форми, заданого розміру і відомим показником заломлення зберігається в пам'яті електронно-обчислювального пристрою. ю Можливість реалізації способу покажемо на наступних прикладах.Expresses the statistical characteristics of the light scattering intensity for each individual microparticle of their spherical shape, given size and known refractive index stored in the memory of the electronic computing device. We will show the possibility of implementing the method in the following examples.
Ге) Прикладі.Ge) Examples.
Готуємо модельну суміш із атестованих полістирольннх латексів, наприклад, з розмірами 0.18 і 0,6б7мкм. ДляWe prepare a model mixture of certified polystyrene latexes, for example, with sizes of 0.18 and 0.6 by 7 μm. For
Ш- цього двічі продистильовану воду, яка не містить домішок, в чистому приміщенні, наберемо у простерилізовану і як двічі промиту продистильованою атестованого полістнрольного латексу розміром 0,18мкм і О,5мл 195 розчину атестованого полістнрольного латексу розміром 0,67мкм. Закриємо посудину і збовтуємо розчин. Після цього наливаємо розчин в проточну кювету і проводимо дослідження. Результати дослідження інтенсивності розсіяння ов Світла даної суміші в інтервалі розмірів 0.1 - 2,0мкм на пристрої, який був попередньо калібрований по сферичних полістирольних латексах з показником заломлення п - 1.56 відображено на фіг.2. На гістограміThis double-distilled water, which does not contain impurities, in a clean room, will be collected in a sterilized and twice washed pro-distilled certified polystyrene latex with a size of 0.18 μm and 0.5 ml of 195 solution of certified polystyrene latex with a size of 0.67 μm. Close the vessel and shake the solution. After that, we pour the solution into the flow cuvette and conduct research. The results of the study of the light scattering intensity of this mixture in the size range of 0.1 - 2.0 μm on the device, which was previously calibrated on spherical polystyrene latexes with a refractive index n - 1.56, are shown in Fig. 2. On the histogram
Ф) розподілу мікрочасток бачимо два піки з максимумами при 0.18 і 0.6б7мкм з приблизно однаковим розподілом по ка вертикалі, які відповідають мікрочастинкам полістирольних латексів з розмірами, вибраними для експерименту.F) distribution of microparticles, we see two peaks with maxima at 0.18 and 0.6b7μm with approximately the same vertical distribution, which correspond to microparticles of polystyrene latex with the sizes selected for the experiment.
Приклад 2. во Готуємо для досліджень розчин з мікроорганізмами, які мають сферичну форму. На прикладі, бактерії видуExample 2. We prepare a solution for research with microorganisms that have a spherical shape. For example, bacteria species
Місгососсиз Ішецв, які являють собою сферичні клітини діаметром 0,5 - 2.Омкн |Определитель бактерий Берджи. / Под. ред. Дж.Хоулта, ШСрига, ПСнита, Дж.Стейлн, С.УилльямсауУ/М.: Мнр.1997., Т.2., С.5394. Для цього з банку даних виберемо клітини виду Місгососсиз Ішеиз і після культивування при З0"С на протязі 24 - 28 годин проведемо розведення проби в стерильному фізіологічному розчині до концентрації 10 мільярдів клітин на 65 мілілітр. Візьмемо стерильний 595 розчин глюкози для внутрівенного введення в посудині ємністю 200мл., герметично закритий гумовою пробкою з алюмінієвим ободом, який серійно випускається фармацевтичною промисловістю(в нашому випадку використовувалась глюкоза виробництва ДП "Львівдіалік", м. Львів). В чистій кімнаті стерилізованим шприцом наберемо 2 мілілітри заготовленого розчину і введемо його в посудину з розчином глюкози. Проведено дослідження інтенсивності розсіяння світла мікрочастинками в одержаному розчині з інтервалом 24 години. Дня цього одержаний розчин поділимо на три частини і проведемо вимірювання згідно способу. Результати вимірювання інтенсивності розсіяння світла клітинами виду Місгососсив ІШЩеийв в 590 розчині глюкози свіжоприготовленого(крива 1), через 24 години(крива 2), через 48 годин(крива 3) на пристрої, який був попередньо калібрований в інтервалі розмірів 0,1 - 2,0мкм по сферичних полістирольних латексах з показником заломлення п - 1,56 наведені на фіг.3. З гістограм розподілу мікрочасток видно, що на кривій 1 є /о два максимуми при 0,54 і О0,25мкм, інтенсивність яких з часом міняється. Інтенсивність максимуму при 0,54мкм падає і зміщується в інтервал менших розмірів, а інтенсивність при 0,25мкм зростає. На кривій З уже спостерігається інтенсивний максимум при 0,27мкм і слабоінтенсивний максимум при 0,42мкм. При цьому загальна концентрація мікрочасток в розчинах в усіх трьох випадках запишається однаковою.Mysgosossiz Ishets, which are spherical cells with a diameter of 0.5 - 2.Omkn | Determiner of Berghi bacteria. / Sub. ed. J. Hoult, ShSryga, PSnita, J. Steiln, S. WilliamsauU/M.: Mnr. 1997., T. 2., P. 5394. To do this, we will select cells of the Misgosossiz Isheiz species from the data bank and, after cultivation at 30"C for 24-28 hours, we will dilute the sample in a sterile physiological solution to a concentration of 10 billion cells per 65 milliliters. We will take a sterile 595 glucose solution for intravenous administration in a vessel with a capacity 200 ml., hermetically sealed with a rubber stopper with an aluminum rim, which is serially produced by the pharmaceutical industry (in our case, we used glucose produced by SE "Lvivdialik", Lviv). In a clean room, use a sterilized syringe to draw 2 milliliters of the prepared solution and introduce it into the vessel with the solution of glucose. A study of the intensity of light scattering by microparticles in the resulting solution was carried out with an interval of 24 hours. On this day, the resulting solution will be divided into three parts and we will measure according to the method. The results of measuring the intensity of light scattering by cells of the species Misgosossiv IshScheiyv in a 590 solution of freshly prepared glucose (curve 1), after 24 hours (curve 2), after 48 hours (curve 3) on the device, which was pre-calibrated in the size range of 0.1 - 2.0 μm on spherical polystyrene latexes with a refractive index n - 1.56 are shown in Fig. 3. It can be seen from the histograms of the distribution of microparticles that curve 1 has two maxima at 0.54 and 0.25 μm, the intensity of which changes over time. The intensity of the maximum at 0.54 μm falls and shifts to the interval of smaller sizes, and the intensity at 0.25 μm increases. An intense maximum at 0.27 μm and a weakly intense maximum at 0.42 μm are already observed on curve C. At the same time, the total concentration of microparticles in the solutions is recorded as the same in all three cases.
Приклад ЗExample C
Готуємо для досліджень розчин з мікроорганізмами, які мають паличкоподібну форму. На прикладі, бактерії виду Езспегіспіа соїї, які являють собою прямі палочки 1,1 - 1,5 х 2,0 - б Омкм (Определитель бактерийWe prepare a solution for research with microorganisms that have a rod-like shape. For example, bacteria of the species Ezspegispia soii, which are straight rods 1.1 - 1.5 x 2.0 - b Ohm (Determinator of bacteria
Берджи./ Под.ред. Дж.Хоулта, НКрига, ПСнита, ДисСтейли, С.Уилльямса. // М.:Мир.1997. Т.1., С. 185.). Для цього з банку даних виберемо клітини виду ЕзспПегіспіа соїї і після культивування при З0"С на протязі 24 - 28 годин проведемо розведення проби в стерильному фізіологічному розчині до концентрації 10 мільярдів клітин на Міллілітр. Візьмемо стерильний 595 розчин глюкози для внутрівенного введення в посудині ємністю 20Омл., герметично закритий гумовою пробкою з алюмінієвим ободом, який серійно випускається фармацевтичною промисловістю(в нашому випадку використовувалась глюкоза виробництва ДП "Львівдіалік", м.Львів). В чистій кімнаті стерилізованим шприцом наберемо 2 міллігатри заготовленого розчину і введемо його в посудину з розчином глюкози. Проведемо дослідження інтенсивності розсіяння світла мікрочастками в одержаному розчині сч дв З інтервалом 48 години. Для цього одержаний розчин поділимо на дві частини і проведемо вимірювання згідно способу. Результати вимірювання інтенсивності розсіяння світла клітинами виду Езспегіспіа соїї в 595 свіжо і) приготовленому розчині глюкози(крива 1), через 48 години(крива 2), на пристрої, який був попередньо калібрований в інтервалі розмірів 0,1 - 2,0мкм по сферичних полістирольних латексах з показником заломлення по - 1,56 наведені на фіг.4. З гістограм розподілу мікрочасток видно, що на кривій 1 спостерігається одна «- зо широка смуга в інтервалі розмірів 0,2 - Тї,5мкм з максимумом при 0.45мкм. Через 48 годин на кривій 2 спостерігаються дві смуги з максимумами при 0,25мкм і 0,4Омкм. При цьому загальна концентрація мікрочасток в - розчинах в обох випадках залишається однаковою. б сBerdzhi./ Sub-ed. J. Hoult, NKryga, PSnyt, DisStayla, S. Williams. // M.: Myr. 1997. Vol. 1., p. 185.). To do this, we will select cells of the EzspPegispia soya species from the data bank and, after cultivation at 30"C for 24-28 hours, we will dilute the sample in a sterile physiological solution to a concentration of 10 billion cells per milliliter. We will take a sterile 595 glucose solution for intravenous administration in a vessel with a capacity of 20 Oml ., hermetically sealed with a rubber stopper with an aluminum rim, which is serially produced by the pharmaceutical industry (in our case, we used glucose produced by Lvivdialik State Enterprise, Lviv). In a clean room, use a sterilized syringe to draw 2 milligrams of the prepared solution and inject it into a vessel with a glucose solution . We will conduct a study of the intensity of light scattering by microparticles in the resulting solution with an interval of 48 hours. For this, we will divide the resulting solution into two parts and perform measurements according to the method. The results of measuring the intensity of light scattering by Ezspegispia soya cells in 595 fresh and) prepared glucose solution (curve1), after 48 hours (curve 2), on the device, which was previously calibrated in the size range of 0.1 - 2.0 μm for spherical polystyrene latexes with a refractive index of - 1.56 are shown in Fig. 4. From the histograms of the distribution of microparticles, it can be seen that on curve 1 there is a single wide band in the size range of 0.2 - 1.5 μm with a maximum at 0.45 μm. After 48 hours, curve 2 shows two bands with maxima at 0.25 µm and 0.4 µm. At the same time, the total concentration of microparticles in solutions remains the same in both cases. b c
Claims (5)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| UA2000095427A UA42971C2 (en) | 2000-09-22 | 2000-09-22 | Method and device for determining the distribution of sizes of suspended particles in a liquid flow |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| UA2000095427A UA42971C2 (en) | 2000-09-22 | 2000-09-22 | Method and device for determining the distribution of sizes of suspended particles in a liquid flow |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| UA42971C2 true UA42971C2 (en) | 2003-12-15 |
Family
ID=74185852
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| UA2000095427A UA42971C2 (en) | 2000-09-22 | 2000-09-22 | Method and device for determining the distribution of sizes of suspended particles in a liquid flow |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| UA (1) | UA42971C2 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2008013512A1 (en) * | 2006-07-25 | 2008-01-31 | Gosudarstvennyj Nauchno-Issledovatelskij Kontrolnyj Institut Veterinarnych Preparatov I Kormovych Dobavok | Method for determining the quantity of microbiological objects during cultivation thereof |
-
2000
- 2000-09-22 UA UA2000095427A patent/UA42971C2/en unknown
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2008013512A1 (en) * | 2006-07-25 | 2008-01-31 | Gosudarstvennyj Nauchno-Issledovatelskij Kontrolnyj Institut Veterinarnych Preparatov I Kormovych Dobavok | Method for determining the quantity of microbiological objects during cultivation thereof |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CA2919724C (en) | Characterization of polymer and colloid solutions | |
| Xu | Light scattering: A review of particle characterization applications | |
| Maltsev | Scanning flow cytometry for individual particle analysis | |
| Groner et al. | New optical technique for measuring erythrocyte deformability with the ektacytometer. | |
| US5194909A (en) | Apparatus and method for measuring volume and hemoglobin concentration of red blood cells | |
| EP0029662B1 (en) | Automated method for cell volume determination | |
| US4850707A (en) | Optical pulse particle size analyzer | |
| US4989978A (en) | Method and apparatus for determining the count per unit volume of particles | |
| US20040217256A1 (en) | Auto focus for a flow imaging system | |
| CN104089855A (en) | Method and device for measuring particles by polarized light scattering | |
| EP0095386B1 (en) | Measurement of sperm motolity | |
| EP3646001A1 (en) | A method for the characterization of objects by means of scattered radiation analysis and related instrumentations | |
| Yastrebova et al. | Spectral approach to recognize spherical particles among non-spherical ones by angle-resolved light scattering | |
| US5747667A (en) | Particle counter verification method | |
| EP3840664B1 (en) | System and method for measuring vibrational spectra in living cells and tissue over time | |
| UA42971C2 (en) | Method and device for determining the distribution of sizes of suspended particles in a liquid flow | |
| JPH04337460A (en) | Device for analyzing cell in urine | |
| Aristov et al. | Use of lying drop photometry for clinical laboratory diagnostics | |
| RU2426990C1 (en) | Method of optical analysis of thrombocyte aggregation | |
| RU2360229C2 (en) | Photoelectric device for measuring concentration and dispersion composition of aerosols | |
| Makarov et al. | High-precision measurements and regulation for low liquid flow rates | |
| Doubrovski et al. | Optical digital registration of erythrocyte sedimentation and its modeling in the form of the collective process | |
| RU2016407C1 (en) | Method of determining total quantity of bacteria in milk | |
| Aristov et al. | Micromethod of an estimate of erythrocyte sedimentation rate | |
| JPH0619349B2 (en) | Body fluid component analysis method and apparatus |