DE2120342C3 - Anordnung zum automatischen Zählen und Messen von suspendierten Teilchen - Google Patents

Description

ander angeordneten Teilen (2, 3, 4; 15, 16, 17) .5 den Meßvorgang msht ausreichend scharf definiert, besteht, von denen alle drei mit der gleichen so daß mit sehr verdünnten Teilchensuspenswnen

gearbeitet werden muß, um Fehler durch Koinzidenzen zu vermeiden. Aufgrund der Randerscheinungen

Spannung beaufschlagbar sind, jedoch nur der mittlere Teil als Meßelektrode (2; 16) an die Auswerteeinrichtung (13,18) angeschlossen ist.

des Meßfeldes durchwandern die Teilchen Bereiche

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch ue- 20 mit sehr unterschiedlichen Feldstarken. Einerseits ist

das Meßvolumen nicht ausreichend definiert, andererseits wird das Meßsignal in seiner Form von dem Weg abhängig, den das Teilchen durch den Meßbereich nimmt.

Man hat versucht, die Nachteile, die sich insbesondere bei einer Anordnung nach z.B. DT-PS 964 810, Fig. 6 oder 7, ergeben, dadurch zu vermeiden, daß mit Hilfe einer Zentralstrahlanordnung (s. DT-OS 1806512) die Teilchen gezwungen wer-

kennzeichnet, daß der die Meßelektrode bildende mittlere Teil (2) in Durchflußrichtung des Kanals (21) kurz ist.

3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß über Dioden (5.6,7) oder Operationsverstärker an die drei Teile (2,3,4) der einen Elektrode eine Gleichspannung angelegt ist, wobei die beiden äußeren Teile (3,4) je eine kapazitive (8,9) und die gegenüberlie

gende Elektrode (1) eine direkte Verbindung zur 30 den, nur durch eine bestimmte Stelle, vorzugsweise Masse oder zum Minuspol der Spannuncsquelle durch die Mitte der Pore oder Kapillare, hindurchzugehen. Diese Anordnungen sind schwierig herzustellen und zu justieren. Außerdem müssen beim Betrieb die beiden Flüssigkeitsströme mit großem tech-35 nischem Aufwand geregelt werden, was eine entsprecner.de Störanfälligkeit der Meßanordnung bedingt. Trotzdem ist bei dieser bekannten Anordnung das für den Nachweis der Teilchen empfindliche Meßvolumen im Bereich der Pore oder Kapillare

haben.

4. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden (2. 16) mit Wechselspannung bcaufschlagbar sind.

bekannt, mit der eine Flüssigkeit, z. B. in einem Hydrauliksystem, auf ihren Gehalt an festen Teilchen überprüft werden kaün. Hierzu sind in einem

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zum automatischen Zählen und Messen von in einem Strö- ₄₀ groß.

mungsmittel suspendierten Teilchen mit einem kapil- Aus der GB-PS 1 051140 ist eine Vorrichtung

laren Durchflußkanal aus elektrisch isolierendem Material, in dem einander gegenüberliegende Wandteile aus elektrisch leitendem Material als Elektroden

ausgebildet sind, die mit einer elektrischen Spannung _4fi Durchflußfohr, in welchem die Flüssigkeit als Dibeaufschlagbar und an eine Einrichtung zur Auswer- elektrikum wirkt, zwei Elektroden angeordnet, die tung von Meßsignalen angeschlossen sind.

Anordnungen dieser Art werden zum Zählen und Messen von mikroskopisch kleinen Teilchen verwendet, z. B. von Blutkörperchen, Zellen, Bakterien.

Bekannte Einrichtungen sehen vor, daß eine Pore oder Kapillare zwei Behälter miteinander verbindet, die mit einer Elektrolytlösung gefüllt sind und in die jeweils eine Elektrode eintaucht. Die Teilchensus-Teiie eines Schwingkreises sind, dessen Frequenz durch die von der Flüssigkeit mitgeführten Teilchen verändert wird. Die US-PS 3 221248 beschreibt ^so Vorrichtungen, die dem gleichen Zweck dienen. Das hiernach bekannte Meßprinzip sieht eine größere Kondensatorplatte und dieser gegenüber drei Platten vor, die alle drei am gleichen Potential angeschlossen sind, wobei die mittlere von den zwei äußeren imter

pension wird zum Zählen oder Messen der Teilchen 55 Belassung jeweils einer Lücke flankiert wird. Beim

von einem Behälter aus durch die Kapillare in den anderen Behälter gesaugt oder gedrückt. Beim Passieren der Kapillare löst jedes Teilchen aufgrund der Widerstandsänderung in der Kapillare einen elektrischen Impuls aus, der als. Zähl- und Meßimpuls verwendet wird. Unter bestimmten Voraussetzungen ist die Größe der Widerstandsänderung, die jedes Teilchen beim Passieren der Kapillare verursacht, der Größe des Teilchens proportional. Dieser Sachverhalt kann ausgenutzt werden, um auf elektrischem Wege die Größe von mikroskopisch kleinen Teilchen zu bestimmen.

Um bei solchen Messungen das elektrische Feld Durchgang durch die Lücken, d. h. beim Übergang vom ersten flankierenden zum Mittelfeld und von diesem in das andere flankende Feld, wird von einem zwischen den Platten hindurchgeführten Teilchen mit

^(>0 einer von der Umgebung abweichenden Dielektrizitätskonstante jeweils ein Signal erzeugt. In einer praktischen Ausführungsform ist vorgesehen, auf die in Durchflußrichtung am Ausgang liegende flankierende Platte zu verzichten und die übrigen Platten so

zu formen, daß sie eine Düse bilden. Die dadurch gebildeten Felder sind weitgehend inhomogen, so daß beim Übergang eines Teilchens durch die Lücke im Feld zwischen der ersten und der zweiteii Platte ein

Signal mit großer Amplitude und beim Austritt des Teilchens aus dem immer schwächer werdenden Feld am düsenartigen Ausgang ein Signal mit kleiner Amplitude erzeugt wird, das gegebenenfalls ganz unterdrückt werden kann. Einrichtungen dieser Art dienen im wesentlichen nur zum Zählen der Teilchen und zur Unterscheidung zwischen Teilchen mit Dielektrizitätskonstanten, die größer bzw. kleiner als die der Trägerflüssigkeit sind, so daß ζ. B. in einer Flugzeugtreibstoffleitung zwischen Verunreinigung durch Metall- und durch Kunststoff-Teilchen unterschieden werden kann, da diese Teilchen Signale entgegengesetzter Amplitude erzeugen. An eine Analyse der Signalform an sich, um dadurch Aufschluß über die Eigenschaften von Teilchen zu er- halten, deren Dielektrizitätskonstante sich in gleicher Weise von der der Trägerflüssigkeit unterscheidet, ist bei dieser bekannten Einrichtung nicht gedacht. Bei der Einrichtung ist auch nur wesentlich, daß mit Bezug auf die Teilchengröße der Eintritt in ein Feld 20 haben.

tat oder überall gleichmäßige Dichte zeigen.

Die Erfindung sieht deshalb bei einer Anordnung der eingangs erwähnten Art vor, daß mindestens eine der beiden Elektroden aus drei voneinander isolierten, in Strömungsrichtung hintereinander angeordneten Teilen besteht, von denen alle d.ei mit der gleichen Spannung beaufschlagbar sind, jedoch nur der mittlere Teil als Meßelektrode an die Auswerteeinrichtung angeschlossen ist.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der die Meßeiektrode bildende mittlere Teil in Durchflußrichtung des Kanals kurz.

Eine weitere Ausführungsform der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, daß über Dioden oder Operationsverstärker an die drei Teile der einen Elektrode eine Gleichspannung angelegt ist. wobei die beiden äußeren Teile je eine kapazitive und die gegenüberliegende Elektrode eine direkte Verbindung zur Masse oder zum Minuspol der Spannungsquelle

Bei einer anderen Ausführung ist vorgesehen. d.:l> die Elektroden mit Wechselspannung beaufschlagbar sind.

Auf Grund der erfindupgsgemäßen Anordnung werden zwischen den mittleren Teilen der Elektroden und damit in einem genau definierten Bereich, dessen Volumen sehr klein gehalten werden kann, in elektrischer Hinsicht völlig homogene Verhältnisse hergestellt. Im Gegensatz zu bekannten Vorrichtungep ist

scharf definiert ist, während das Feld im übrigen nicht homogen zu sein braucht.

Aus der US-PS 3 039 051 ist eine Vorrichtung zur Überprüfung von Textilfaden bekannt, die ebenfalls eine Kondensatoreinrichtung benutzt, die auf der einen Seite eine längliche Platte und dieser gegen über drei Einzelplatten aufweist, die mit Abständen zueinander angeordnet sind und von denen die mitt lere etwa die doppelte Länge der beiden äußeren

Platten hat. Beim Durchlauf von einem Faden wird 30 bei einer erfindungsgeniäßen Anordnung die l.age ständig das mittlere Feld mit den beiden äußeren des Weges, durch den ein zu messendes Teilchen den Feldern, zusammengenommen, verglichen. Bei einer Meßbereich in der Kapillare passiert, ohne Einfluß hinreichend kurzen Fehlerstelle ergibt sich dann ein auf das Meßergebnis. In der neuen Anordnung lösen charakteristisches Signal, das von periodischen und gleiche Teilchen gleiche Signale aus. und /war unab- über größere Abschnitte sich erstreckenden Schwan- 35 hängig davon, ob die Teilchen nahe an den Platten kungen der Fadendicke unterschieden ist. Da nur oder in der Mitte der Kapillare durch das elektrische Relativwerte verglichen werden, ist in diesem Fall Feld zwischen den Meßclektrodcn hindurchgehen, die Homogenität des Feldes und die Lage des Fadens Dadurch, daß der eigentliche Meßbereich sehr kurz beim Durchgang durch die Felder von sekundärer ausgeführt werden kann, werden gegenüber bisheri-Bedeutung. 40 gen Meßanordnungen auch der Anteil der Koinzi-

Für den unmittelbaren Vergleich von elektrischen denzen an dem Meßergebnis ganz beträchtlich ver- und mechanischen Größen ist die sogenannte Stromw ringen.

waage bekannt. Um zu möglichst genauen Meßergeb- Die Erfindung gestattet auch, auf Anordnungen zu

nissen zu gelangen, ist es bekannt, die an dem verzichten, bei denen die zu messende Suspension als Waagebalken hängende und mit dem Balken beweg- 45 Zentraistrahl zusammen mit einem Hüllstrom durch

liehe Kondensatorplatte mit einer feststehenden Ringplatte zu umgeben, einem sogenannten Schutzring, der leitend mit der Erde oder auch mit der Mittelplatte verbunden sein kann (s. Grimseh

eine Kapillare geführt wird, um den Meßbereich auf den Teil eines Feldes zwischen zwei Elektroden zu beschränken, in dem die Feldlinien zumindest ange-.... _Va. ~! ...,ov.t,, nähen parallel oder die Felddichtc konstant und

Lehrbuch der Physik, 2. Bd., 12. Auflage, Leipzig 5° nicht durch Randerscheinungen beeinflußt ist. Ert'in-1951, S. 57). dunaseemäß braucht nur mit einem einziaen Flüssig-

Bei fortschreitender Steigerung der Anforderungen keitsstrom, bestehend aus der Teilchensuspension. an die Meßergebnisse hat sich gezeigt, daß auch bei gearbeitet zu werden.

der bekannten Anordnung von Elektroden in einer " ß_ci Beaufschlagung der Elektroden mit Wechsel-Kapillare die Meßstelle und damit das Meßvolumen 55 spannung kann die Kapillare in der erfindu jeweils nur unzureichend definiert sind. ß_en Anordnung als Wechs.Mstromwiderstaiu

Der Erfindung liegt die Aufgabe zuemnde. eine ~-- . . _ ......

Anordnung der eingangs erwähnten An so auszugestalten, daß sich ein scharf definierter Meßbereich ergibt.

Grundgedanke der Erfindung ist, daß die Teilchen beim Passieren der Kapillare Signale erzeugen sollen, die allein durch die Teilchen selbst und nicht zusätzlich durch die Lage des Durchlaufweges bedingt sind.

und zwar sowohl bei Systemen, die mit Änderung der Leitfähigkeit arb.itcn. als auch bei solchen, die auf Frequenzänderungen beruhen. In beiden Fällen sollen im Meßbereich die Felder grundsätzlich Parallelifindungsgemä-1 \erwen-

liiv werden. Bei jedem Durchtritt eines Teilchens ciuich diese Kapillare kommt es /u einer Änderung der Frequenz in einem elektrischen Schwingkreis, /u dem die Kapillare als Wechsclsirotiiuideistand gehört. Da die Meßwerte lür die 1 cilchengrößen mehr oder weniger starke Frequcnzänderungen daistcllen. ist die erfindunasgemäße Anordnung von äußeren Störfeldern weitgehend unabhängig. Di<s ist ein besonderer Vorteil für das Zählen und Messen sehr kleiner Teilchen. /. B. Bakterien. L-Ii 11 weiterer, damit verbündend wesentlicher Vorteil besieht darin, daß als Dispersionsmetiium jede beliebige Flüssigkeit und

auch Gase geeignet sind. Sie stellen das Dielektrikum zwischen den gegenüberliegenden Platten dar. Damit ist eine erfindungsgemäßc Zähl- und Meßanordnung in dieser Ausführungsform von einer Elektrolytlösung mit genau eingestellter Leitfähigkeit unabhüngig, die bei bekannten Anordnungen einen Einfluß auf die Größe der Zähl- und Meßsignalc hat.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend an Hand der Zeichnungen beschrieben. Es zeigt 'ο

F i g. 1 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Anordnung,

F i g. 1 a eine schaubildliche Ansicht einer Kapillare,

F i g. 2 eine der F i g. 1 entsprechende Darstellung einer zweiten Ausführungsform der Erfindung und

F ic. 3 einen Schnitt entlang der Linie A-B der Fig.2.

Die Anordnung nach Fig. 1, weist einen kapillarförmigen Durchflußkanal 21 für eine Teilchensuspension auf. Diese Kapillare 21 wird von einer Platte aus elektrischen Strom leitendem Material 1 als eine Kapillarwand und drei die gegenüberliegende Kapillarwand darstellende Platten 2,3,4, die durch elektrischen Strom nicht leitendes Tvlaterial 14 gegeneinander isoliert sind, sowie je einer Bodenplatte 20 und Deckplatte 19 aus elektrischen Strom nicht leitendem Material als weitere zwei Kapillarwände gebildet. An der einzelnen Platte 1 liegt der Minuspol einer Gleichspannungsquelle 11 oder die Masseverbindung. Die drei gegenüberliegenden Platten 2,3,4 sind je eine Diode 5,6,7 und einen Lastwiderstand 12 mit dem Pluspol der Gleichspannungsquelle 11 bzw. der Stromzuführung verbunden. Die Platten 3 und 4 sind über je einen Kondensator 8.9 mit der Masse verbunden.

Von der mittleren Platte 2 besteht über den Koppiungskondensator 10 eine elektrische Verbindung zu den an sich bekannten Verstärkungs-, Zähl- und Klassifizierungseinrichtungen 13. Zwischen der einen Platte 1 auf der einen Seite und den drei Platten 2,3 und 4 auf der gegenüberliegenden Seite der Kapillare bildet sich ein elektrisches Feld aus, das bei entsprechend dünnen Isolierungen 14 zwischen den drei Platten 2. 3, 4 der einen Seite im Bereich der Platte 2 völlig parallele Feldlinien aufweist. Die Widerstandsänderungen, die die Teilchen beim Durchwandern der Kapillare 21 im Bereich der Platten 3 und 4 und damit in inhomogenen elektrischen Feldern auslosen, werden durch kapazitive Masseverbindungen 8,9 verworfen. Nur im Bereich der Platte 2 entsteht in einem homogenen elektrischen Feld ein größenproportionales Meßsignal beim Durchwandern eines Teilchens durch die Kapillare 21, das zu den an sich bekannten Zähl- und Meßeinrichtungen 13 weitergeleitet wird. Dadurch gehen inhomogene Anteile des elektrischen Feldes an den Enden eier Kapillare 21 nicht in den Meßwert ein.

Die Kapillare nach F i g. 1 a ist in eine Wand 22 ausgebildet, die aus elektrischen Strom nicht leitendem Material besteht und einen kapillarförmigen Durchlaß 21 für die Teilchensuspension enthält. Die eine Wand der öffnung besteht aus einer Platte 1, die gegenüberliegende andere Wand aus Platten 2,3.4, die ebenfalls gegeneinander elektrisch isoliert sind.

F i g. 2 zeigt eine weitere Ausgestaltung der Erfindung. Platten 2, 3,4 und 15, 16, 17 aus elektrischen Strom leitendem Material bilden zusammen mit einer Boden- und einer Deckplatte 20 bzw. 19 aus elektrischen Strom nicht leitendem Material (s. F i g. 3) eine Kapillare 21 und stellen einen Wechselstromwiderstand dar. Jedes Teilchen, das durch die Kapillare 21 wandert, ändert die Frequenz in einem Schwingkreis, dessen funktionswesentliches Teil der genannte Wechselstromwiderstand ist. Die Änderung der Frequenz ist in ihrem Ausmaß der Teilchengröße proportional und wird als Zähl- und Meßsignal mit Hilfe von an sich bekannten Anordnungen verstärkt, gezählt und klassifiziert.

Mit Hilfe von an sich bekannten Anordnungen, z. B. einer Kolbenpumpe oder einer Quecksilbermanometeranordnung wird immer ein bestimmtes Volumen Teilchensuspension durch die Kapillare 21 gedrückt oder gesaugt, damit die Zuordnung %'on registrierter Teilchenzahl und Suspensionsvolumen möglich ist.

F i g. 3 zeigt einen Schnitt durch die in F i g. 1 und F i g. 2 dargestellten Anordnungen von A nach B. Die Kapillare 21 wird von den gegenüberliegenden Platten 2 und 16 sowie deren benachbarten Platten 3, 4 und 15, 17 sowie der Boden- und der Deckplatte 19 die in F i g. 1 und F i g. 2 nicht dargestellt sind, gebildet.

Hierzu 3 Blatt Zeichmingen

Claims (1)

Patentansprüche:

1. Anordnung zum automatischen Zählen und Messen von in einem Strömungsmittel suspendierten Teilchen mit einem kapillaren Durchflußkanal aus elektrisch isolierendem Material, in dem einander gegenüberliegende Wandteile aus elektrisch leitendem Material als Elektroden ausgebildet sind, die mit einer elektrischen Spannung schärfer zu begrenzen, ist in der DT-PS 964 810 vorgeschlagen worden, die Elektroden an gegenüberliegenden Innenseiten einer isolierten rechteckigen Röhre anzubringen, durch welche die die Teilchen tragende Flüssigkeit geleitet wird. In einet Weiterentwicklung (US-PS 3 502 973) sind zwei Elektrodenpaare im räumlichen Abstand zueinander und um 90° gegeneinander verdreht in einer rechteckigen Röhre angeordnet, um von jedem durch die

beaufschla₂bar und an eine Einrichtung zur Aus- io Röhre fließenden_ Teilchen zwei verschiedene Signale wertung von Meßsignalen angeschlossen sind, zu eewinnen, die miteinander und mit den von dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine der beiden Elektroden aus drei voneinander isolierten, in Strömungjrichtung hinterein-

zu gewinnen,

anderen Teilchen gewonnenen Signalen in Beziehung gesetzt werden. Trotz dieser Anordnung der Elektroden innerhalb der Kapillare sind die Felder für