DE2656263A1 - Measuring device for properties of suspended particles - has medium flow path to measurement orifice which narrows differently in two orthogonal planes - Google Patents

Abstract

The device for measuring certain properties of particles suspended in a medium has a narrowing flow path ending in a hole which the medium flows owing to a pressure difference. The particles are fed through a capillary tube ending in an exit hole, and carried by the medium flow to a measurement point. The flow path up to the hole (103), which can be of any cross section, narrows at different rates, in two planes (x/z plane, y/z plane). The ratio (A/a, B/b) of the liquid flow width (A, B) at the particle suspension entry point to the hole width (a, b) is different in the two planes.

Description

Vorrichtung zur Messung bestimmter Eigenschaften Device for measuring certain properties

von in einem Medium suspendierten Partikeln Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Oberbegriffes des Patentanspruchs 1. Derartige Vorrichtungen sind bekannt (DT-PS 20 13 799). Die sich dabei ergebende und der Erfindung zugrundeliegende Aufgabenstellung sei im folgenden an hand der Fig. 1 und 2 der beigefügten Zeichnungen erläutert. Es stellen dar: Fig. la und lb bekannte Vorrichtungen der eingangs genannten Art; Fig. 2 die Fluoreszenz-Messung bei einer Vorrichtung nach Fig. la. of particles suspended in a medium The invention relates to a device with the features of the preamble of claim 1. Such Devices are known (DT-PS 20 13 799). The resulting and the invention underlying task is the following with reference to FIGS. 1 and 2 accompanying drawings. It shows: Fig. La and lb known devices of the type mentioned above; 2 shows the fluorescence measurement in a device according to Fig. la.

Die in Fig. la schematisch dargestellte Vorrichtung weist eine erste Kammer 2 auf, die über eine Meßöffnung 3 mit einer zweiten Kammer 4 in Verbindung steht. Der ersten Kammer wird über eine Zuflußöffnung 5 partikelfreier Elektrolyt zugeführt; die zweite Kammer 4 weist eine Abflußöffnung 6 auf. In kurzem Abstand, z.B. 4 mm vor der Meßöffnung 3, befindet sich die Austrittsöffnung 7 einer Kapillare 8, über die Partikelsuspension 9 zugeführt wird Ist nun durch Unterdruck an der Abflußöffnung 6 der Druck in-der zweiten Kammer 4 niedriger als in der ersten Kammer 2, so ergibt sich eine Strömung des Elektrolyten durch die Meßöffnung 3. Diese Strömung erfährt in der ersten Kammer 2 vor der Meßöffnung 3 eine Konzentration.The device shown schematically in Fig. La has a first Chamber 2, which is connected to a second chamber 4 via a measuring opening 3 stands. The first chamber is supplied with particle-free electrolyte via an inlet opening 5 fed; the second chamber 4 has an outflow opening 6. At a short distance e.g. 4 mm in front of the measuring opening 3, there is the outlet opening 7 of a capillary 8, through which the particle suspension 9 is supplied, is now due to negative pressure on the Outflow opening 6 the pressure in the second chamber 4 is lower than in the first chamber 2, the result is a flow of the electrolyte through the measuring opening 3. This flow experiences a concentration in the first chamber 2 in front of the measuring opening 3.

Der Druck in der Kapillare 8 ist so eingestellt, daß er etwas höher als der Druck in der ersten Kammer 2 ist. Daraus folgt, daß die Partikelsuspension 9 aus der Austrittsöffnung 7 austritt. Sie wird durch die sich vor der Meßöffnung 3 verengende Strömung des Elektrolyten ebenfalls, wie durch die Hüll-Linie 10 verdeutlicht, in Richtung auf die Meßöffnung 3 hin verengt (hydrodynamische Fokussierung) und derart durch die Meßöffnung transportiert. In den beiden Kammern 2 und 4 sind ferner Elektroden 11 bzw. 12 angeordnet, zwischen denen ein bestimmter elektrischer Strom fließt. Tritt nun ein Partikel durch die Meßöffnung 3 hindurch, so findet in der Ateßöffnung eine Feldverdrängung und damit eine Widerstandserhöhang statt, die bei eingeprägtem Strom zu einelll Spannungsimpuls zwischen den Elektroden 11, 12 führt. Die Höhe des Spannungsimpulses ist ein Maß für das Volumen des durch die Meßöffnung hindurchtretenden Partikel. Derartige Meßeinrichtungen sind bekannt.The pressure in the capillary 8 is set so that it is slightly higher than the pressure in the first chamber 2. It follows that the particle suspension 9 emerges from the outlet opening 7. It is through the front of the measuring port 3 also narrowing flow of the electrolyte, as illustrated by the envelope line 10, narrowed in the direction of the measuring opening 3 (hydrodynamic focusing) and transported in this way through the measuring opening. In the two chambers 2 and 4 are also Electrodes 11 and 12 arranged between which a certain electric current flows. If a particle now passes through the measuring opening 3, it takes place in the Ateßöffung a field displacement and thus an increase in resistance instead of, the voltage pulse between the electrodes 11, 12 leads. The height of the voltage pulse is a measure of the volume of the through Particles passing through the measuring opening. Such measuring devices are known.

er dabei erzielte Lauf der Partikel entlang einer definierten bahn kann dazu ausgenützt werden, daß zusätzlich zur erwähnten Volumenmessung oder aber ohne diese die Fluoreszenz der i>artiKel bei Anregung durch eine Anregullgsstrahlung gemessen wird. Vie aus Fig. 2 zu ersehen, weist zu diesem Zweck die VorricJitung Sichtfenster 40 in der IWand der Kammer 2~auf, durch die die hindurchtretenden Partikel bzw. jeweils ein Partikel mit einer Anregungsstrahlung, z.B. der Strahlung eines Lasers, ausgehend von einer Strahlungsquelle 14, angestrahlt wird; die von einem Partikel P, der in Fig. 2 extrem vergrößert dargestellt ist, bei Anregung abgegebene fluoreszente Strahlung wird dann durch das Sichtfenster 30 mit einer Meßvorrichtung 16 gemessen. Dabei fließt der Partikel P in z-Kichtung (vgl. Fig. 1); die z-Achse steht senkrecht nach unten (in die Zeichenebene nach Fig. 2 hinein) auf der in Fig. 2 gezeigten x/y-Ebene. Die Anstrahlung mit der Laser-Strahlung erfolgt in Richtung des Pfeils 13, die Ab strahlung fluoreszenten Lichtes vom Partikel P in Richtung des Pfeils 15.In doing so, he achieved that the particles run along a defined path can be used in addition to the mentioned volume measurement or else without this, the fluorescence of the article when excited by excitation radiation is measured. As can be seen from Fig. 2, the device is provided for this purpose Viewing window 40 in the wall of the chamber 2 ~ through which the particles passing through or one particle each with an excitation radiation, e.g. the radiation of a Laser, starting from a radiation source 14, is irradiated; those of one Particle P, which is shown extremely enlarged in FIG. 2, emitted upon excitation fluorescent radiation is then through the viewing window 30 with a measuring device 16 measured. The particle P flows in the z-direction (see FIG. 1); the z-axis stands vertically downwards (into the plane of the drawing according to Fig. 2) on the in Fig. 2 x / y plane shown. The laser radiation is illuminated in the direction of the arrow 13, the emission of fluorescent light from the particle P in the direction of arrow 15.

Derartige Einrichtungen sind ebenfalls bekannt (Steinkamp u.a., Rev. Sci. Instrum., Bd. 44, No. 9(September 1973), S. 1302; US-PS 3 710 933). Eine etwas andere bekannte Vorrichtung der eingangs genannten Art tHerzenberg u.a., Rev. Scientific American, März 1976, S. 108 ff (112) ) ist schematischen in Fig. Ib dargestellt. Die Zufuhr von Partikelsuslzension erfolgt über eine Kapillare 8', die Zufuhr einer Hüllflüssigkeit durch das sich zur Öffnung 3' hin gleichmäßig konisch verjüngende Rohr 2'. Nach Austritt der Partikel in einem von der Hüllflüssigkeit umgebenen Partikels tromfaden erfolgt die Fluoreszenzmessung durch Anregung mit einer Anregungsstrahlung in Richtung des Pfeils 13' von einer Stralllenquelle und Messung der Fluoreszenz mit einer Meßeinrichtung 16'.Such facilities are also known (Steinkamp et al., Rev. Sci. Instrum., Vol. 44, No. 9 (September 1973), p. 1302; U.S. Patent 3,710,933). A something Another known device of the type mentioned in the opening paragraph tHerzenberg et al., Rev. Scientific American, March 1976, p. 108 ff (112)) is shown schematically in Fig. Ib. The supply of particle suspension takes place via a capillary 8 ', the supply of a Sheath liquid through the conically tapering towards the opening 3 ' Tube 2 '. After the particles emerge in a particle surrounded by the envelope liquid The fluorescence measurement is carried out by means of excitation with an excitation radiation in the direction of arrow 13 'from a source of radiation and measurement of the fluorescence with a measuring device 16 '.

Bei Partikeln, die, wie z.B. Hühnererythrozyten, bezüglich der Strömungseinrichtung z nicht rotations symmetrisch sind, ergibt sich nun folgendes Problem: Sie orientieren sich zwar mit ihrer längsten Achse in Strömungsrichtung, also in z-Richtung. Jedoch erfolgt keine definierte Orientierung in der x/y-Ebene. Die Lage eines Partikels P in der x/y-Ebene (Fig. 2) ist vielmehr mehr oder weniger zufällig.In the case of particles, such as chicken erythrocytes, with respect to the flow device z are not rotationally symmetrical, the following problem arises: They orient with their longest axis in the direction of flow, i.e. in the z-direction. However there is no defined orientation in the x / y plane. The location of a particle Rather, P in the x / y plane (FIG. 2) is more or less random.

ts ist aber andererseits leicht ersichtlich, daß die Intensität der mit der Meßeinrichtung 16 gemessenen fluoreszentcn Strahlung in Richtung des Pfeils 15 sehr stark von dieser Orientierung in der x/y-Ebene abhängt. Mangels einer definierten Orientierung entstehen also beachtliche Meßfehler der fluoreszenten Strahlung (vgl. z.ß. auch Gledllill u.a., J. Cell. Physiol. Bd.37, S. 367, 374). Meßfehler mangels definierter Orientierung der Partikel bei Durchtritt durch eine Meßebene oder bei Passieren einer Meßstelle können auch in anderem Zusammenhang auftreten, so bei der an Hand von Fig. la beschriebenen Volumenmessung nach dem Coulter-Verfahren, wenn der elektrische Strom in der Meßöffnung eine radiale Komponente aufweist (vgl. z.B. DT-PS 9U 810, Fig.lO) oder bei der an Hand von Fig. lb dargestellten Vorriciitung bei der Streulichtmessung.ts, on the other hand, it is easy to see that the intensity of the with the measuring device 16 measured fluorescent radiation in the direction of the arrow 15 depends very strongly on this orientation in the x / y plane. In the absence of a defined Orientation therefore results in considerable measurement errors the fluorescent Radiation (cf. also Gledllill et al., J. Cell. Physiol. Vol. 37, pp. 367, 374). Measurement error due to a lack of defined orientation of the particles when passing through a Measuring plane or when passing a measuring point can also be used in a different context occur, so in the case of the volume measurement described with reference to FIG Coulter method when the electric current in the measuring port has a radial component (cf. e.g. DT-PS 9U 810, Fig. 10) or in the case of the one shown in Fig. lb Provision for the measurement of scattered light.

Aufgabe vorliegender Erfindung ist es, eine Meßeinrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, bei der in besonders einfacher Weise eine definierte und stets gleiche Orientierung nicht rotationssymmetrischer Partikel entlang ihrer Strömungsbahn erfolgen kann, um Meßfehler, die auf nicht stets gleicher Orientierung der Partikel beruhen, insbesondere bei Fluoreszenz-Messungen auszuschalten. Diese Aufgabe besteht allgemein bei in einem Medium, also auch z.B. in einem Luftstrom transportierten Partikeln. Zwar sind die Nachteile der bekannten Vorrichtungen bereits erkannt worden (vgl.The object of the present invention is to provide a measuring device of the initially mentioned to create mentioned type, in which a defined in a particularly simple manner and always the same orientation of non-rotationally symmetrical particles along their Flow path can be made to measure errors that are not always the same orientation of the particles are based, especially in the case of fluorescence measurements. These The task is generally in a medium, e.g. also in an air stream transported particles. Although the disadvantages of the known devices are already there has been recognized (cf.

Gledhill, aaO.). Es wird darauf hingewiesen, man könne sie entweder durch eine "planare Strömung" oder aber durch Messung der Orientierung der Partikel ausschalten. Jedocii ist nicht ersichtlich, welcher Art die "planare" Strömung beschaffen sein müßte, um diese Nachteile zu vermeiden.Gledhill, loc. Cit.). It should be noted that you can either by a "planar flow" or by measuring the orientation of the particles switch off. Jedocii it is not clear what type of "planar" Current would have to be created in order to avoid these disadvantages.

Ferner ist offensichtlich, daß die Messung der Orientierung eines Partikels und eine entsprechende, wohl daraus zu folgernde Berücksichtigung bei der Auswertung der Meßergebnisse ein äußerst kompliziertes meßtechnisches Problem darstellen und eine sehr aufwendige elektronische und/oder optische Mesß- und/oder Korrektureinrichtung erfordern würde.It is also evident that measuring the orientation of a Particle and a corresponding consideration that can probably be deduced from it the evaluation of the measurement results an extremely complicated metrological problem represent and a very complex electronic and / or optical measuring and / or Would require correction facility.

Andererseits hat sich bei nachträglicher Prüfung bekannter Vorrichtungen der eingangs genannten Art im Hinblick auf diese Aufgabenstellung ergeben, daß gelegentlich früher bereits unbeabsichtigt definierte Partikelorientierungen gegeben waren. So bei einer Vorrichtung des Erfinders der vorliegenden Anmeldung (vgl. Kachel, 'bIethoden zur Analyse und Korrektur apparativ bedingter Meßfehler beim elektronischen Verfahren zur Teilchengrößenbestimmung nach Coulter', Diss. Berlin, 1972, S. 32, Abb. 2.23 (b) ). Doch ist dabei weder die o.g. Aufgabenstellung, noch deren Lösung als solche bekannt geworden.On the other hand, with subsequent testing of known devices of the type mentioned with regard to this task that occasionally previously unintentionally defined particle orientations were given. So in a device of the inventor of the present application (cf. tile, 'bIethods for the analysis and correction of measurement errors caused by apparatus in the electronic process for particle size determination according to Coulter ', Diss. Berlin, 1972, p. 32, Fig. 2.23 (b)). But there is neither the above-mentioned task nor its solution as such known.

Erfindungsgemäß wird die gesamte Aufgabe durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst. Die Erfindung betrifft ferner mehrere vorteilhafte Weiterbildungen.According to the invention, the entire task is achieved by the characteristics of claim 1 specified features solved. The invention also relates to several advantageous further training.

Ausführungsbeispiele der Erfindung und ihrer vorteilhaften Weiterbildungen werden im folgenden an Hand der Fig. 3 bis 12 beschrieben. Es stellen dar: Fig. 3a einen Querschnitt entlang der Linie IIIa-IIIa in Fig. 1, Fig. 3b einen Partikel P in der Ebene von Fig. 3a, Fig. 4a u. 4b schematische Darstellung weiterer Vorrichtungen, bei denen dieselben Nachteile auftreten, Fig. 5 eine schematische Darstellung der an einem Partikel P gemäß der Erfindung angreifenden Strömungskräfte, Fig. 6 ein Schema zur Erläuterung der Erfindung, Fig. 7 ein erstes Ausführungsbeispiel, Fig. 8 einen Schnitt entlang der Linie VIII-VIII in Fig. 7, Fig. 9 die schematische Darstellung einer photographischen Aufnahme der Strömung von Partikeln durch die Meßöffnung beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 7, 8, Fig. 10 ein zweites Ausführungsbeispiel, Fig. 11 einen Schnitt entlang der Linie XI-XI in Fig.lO, Fig. 12 die schematische Darstellung einer photographischen Aufnahme der Strömung von Partikeln durch die Meßöffnung beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 10, 11.Embodiments of the invention and its advantageous developments are described below with reference to FIGS. 3 to 12. FIG. It shows: Fig. 3a shows a cross section along the line IIIa-IIIa in FIG. 1, FIG. 3b shows a particle P in the plane of Fig. 3a, Fig. 4a and 4b schematic representation of further devices, in which the same disadvantages occur, Fig. 5 is a schematic representation of the Flow forces acting on a particle P according to the invention, FIG. 6 Scheme to explain the invention, FIG. 7 a first exemplary embodiment, FIG. 8 shows a section along the line VIII-VIII in FIG. 7, FIG. 9 shows the schematic representation a photograph of the flow of particles through the measuring opening in the embodiment according to FIGS. 7, 8, 10 a second embodiment, 11 shows a section along the line XI-XI in FIG. 10, Fig. 12 the schematic representation of a photograph of the flow of particles through the measuring opening in the embodiment according to FIGS. 10, 11.

Vor Beschreibung der Ausführungsbeispiele sei zunächst die Strömung der Partikel P durch die Vorrichtung nach Fig. 1 noch einmal betrachtet. Wie aus Fig. 3a ersichtlich, ergibt sich bei kreisförmigem Querschnitt der ersten Kammer 2 und der Meßöffnung 3, daß die Strömungsverengung entlang der z-Achse rotationssymetrisch ist, wie durch die jeweils gleich langen Pfeile angedeutet. In Fig. 3b ist stark vergrößert ein einziger Partikel P in Draufsicht in der x/y-Ebene gezeigt. Es ist ersichtlich, daß an jedem Punkt, so an den Punkten P1 und P2, Strömungskräfte f bzw. fy angreifen, die gleich groß sind.Before describing the exemplary embodiments, let us first consider the flow of the particles P viewed again through the device according to FIG. 1. How out 3a, results in a circular cross-section of the first chamber 2 and the measuring opening 3 that the flow constriction along the z-axis is rotationally symmetrical is, as indicated by the arrows of the same length. In Fig. 3b is strong enlarged a single particle P shown in plan view in the x / y plane. It is it can be seen that at each point, so at points P1 and P2, flow forces f or attack fy, which are the same size.

und fy sind jeweils die resultierenden Kräfte der durch den Index angegebenen Richtung. Es ist also fx = fy Bezüglich der z-Achse, die senkrecht in die Bildebene nach Fig. 3b hineingeht (x/y-Ebene), ergibt sich kein resultierendes Drehmoment5 Der Partikel P befindet sich also in jeder Lage im Gleichgewicht. Die Orientierung ist somit nicht einheitlich und zufällig.and fy are each the resultant forces of the index specified direction. So it is fx = fy with respect to the z-axis which is perpendicular in the image plane according to FIG. 3b goes in (x / y plane), there is no resulting Torque5 The particle P is thus in equilibrium in every position. the Orientation is therefore not uniform and random.

Wie aus Fig. 4a und 4b hervorgeht, können sich dieselben Verhältnisse auch bei nicht rotationssymetrischen Querschnitten ergeben, so z.B. bei zwei zueinander senkrecht stehenden Symetrieebenen, wenn in ihnen die Strömungskonzentration entlang der z-Achse gleich groß ist. Bei der Kammer nach Fig. 4a folgt das daraus, daß die Kammer 2 und die Meßöffnung 3 jeweils quadratischen Querschnitt haben. Sowohl in x- als auch in y-Richtung ergibt sich eine Strömungsverengung im Verhältnis von ca. 1:6. Bei der Kammer 2 bzw. der Meßöffnung 3 nach Fig. 4b erfolgt sowohl in x-, als auch in der y-Richtung eine Strömungsverengung entlang der z-Achse im Verhältnis von ca. 1:4. Auch hier sind die Strömungskräfte in beiden Richtungen gleich.As can be seen from FIGS. 4a and 4b, the same conditions can arise even with non-rotationally symmetrical cross-sections revealed so E.g. with two mutually perpendicular planes of symmetry, if the flow concentration is in them is the same along the z-axis. In the case of the chamber according to FIG. 4a, it follows that that the chamber 2 and the measuring opening 3 each have a square cross-section. As well as In the x and in the y direction there is a flow constriction in the ratio of approx. 1: 6. In the case of the chamber 2 or the measuring opening 3 according to FIG. as well as in the y-direction a flow constriction along the z-axis in relation from approx. 1: 4. Here, too, the flow forces are the same in both directions.

Fig. 5 erläutert nun das Prinzip der Erfindung. Durch entsprechende Gestaltung der Strömungsverhältnisse ist dafür zu sorgen, daß die in x- und y-Richtung auf einen Partikel P bezüglich seiner Drehachse (die im Beispiel in der z-Achse liegt) einwirkenden resultierenden Kräfte f und fy nicht mehr gleich groß sind. Dann ergibt sich an jeder Stelle des Partikels P, z.B. an den Stellen P1 und P2, ein resultierendes Drehmoment M. Diese Drehmomente üben eine Orientierungskraft auf die Partikel P aus. Sie werden nach Fig. 5 nur dann gleich Null, wenn der Partikel so orientiert ist, daß seine längere Querschnittsachse senkrecht zu derjenigen Koordinatenachse liegt, in deren Richtung die größeren Strömungskräfte auf den Partikel einwirken. Das ist z.B. in Fig. 5, in der fy> fx ist, die längere Querschnittsachse, in der die x-Achse liegt.Fig. 5 now explains the principle of the invention. Through appropriate Design of the flow conditions is to ensure that the in x and y directions on a particle P with respect to its axis of rotation (that in the example in the z-axis is) acting resulting forces f and fy are no longer the same. Then at each point of the particle P, e.g. at points P1 and P2, a resulting torque M. These torques exert an orientation force on the particles P. According to FIG. 5, they are only zero when the particle is oriented so that its longer cross-sectional axis is perpendicular to that coordinate axis is in the direction of which the greater flow forces the particle act. This is e.g. in Fig. 5, in which fy> fx, the longer cross-sectional axis, in which the x-axis lies.

Fig. 6 zeigt im Prinzip, wie eine Kammer 2 bzw. eine Meßöffnung 3 oder, genauer gesagt, ihre Größenverhältnisse zueinander ausgebildet sein müssen, damit sich die in Fig. 5 angegebenen Strömungskräfte ausbilden. In y-Richtung erfährt die Strömung eine Verengung von A auf a, also im Verhältnis A/a, das im Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 ca. 12 ist; in Richtung erfährt sie eine Verengung von B auf b, also ba Verhältnis B/b, das im Ausführungsbeispiel nach Fig. 5 ca. 2,6 ist. Da also A/a>B/b ist, ist auch fy >fx, so daß sich im Lauf der Strömung in z-Richtung die in Fig. 6 gezeigte waagerechte Orientierung des Partikels P einstellt.FIG. 6 shows in principle how a chamber 2 or a measuring opening 3 or, more precisely, their proportions must be designed to each other, so that the flow forces indicated in FIG. 5 develop. Learns in the y-direction the flow a narrowing from A to a, that is in the ratio A / a, that in the embodiment of Figure 3 is about 12; in the direction it experiences a narrowing from B to b, that is ba ratio B / b, which in the exemplary embodiment according to FIG. 5 is approx. 2.6. So since A / a> B / b is, then fy> fx, so that in the course of the flow in the z-direction the one shown in Fig. 6 sets the horizontal orientation of the particle P shown.

Die Fig. 7 und 8 zeigen nun ein Ausführungsbeispiel, bei dem eine horizontale Orientierung der Partikel erfolgt. In einem Block 100, der mit einem Deckglas 101 abgedeckt ist, ist in Form eines Prismas die erste Kammer 102 eingeschnitten. isrie aus der Draufsicht nach Fig. 7 zu ersehen, verjüngt sich die Kammer 102 in Richtung auf die Meßöffnung 103, die mit der zweiten Kammer 104 in Verbindung steht. Die Meßöffnung 103 hat folgende Abmessungen: Länge 4OOft , Breite 150 , Tiefe 75/Ä. In der Draufsicht verjüngt sich die erste Kammer 102 mit einem Winkel 2 ; o( ist gleich 60. In vertikaler Richtung verjüngt sich die erste Kammer um den Winkel ß , der ca. 260 ist. Die Partikelsuspension tritt durch die Eapillare 108 ein, die Zufuhr von Elekrolyt erfolgt über die Zuflußöffnung 107. Die für die Strömungsverengung in Strömungsrichtung maßgebenden Zahlen sind A/a u 6 und B/b was27. Entsprechend verhalten sich die Strömungskräfte in horizintaler bzw. vertikaler Richtung, die auf die Partikel in der Partikelströmung einwirken. Erwartungsgemäß ergibt sich dabei eine horizontale Orientierung der Partikel P an der Stelle, an der das Objektiv 111 angeordnet ist. Durch das Objektiv 111 können die Verhältnisse in der Meßöffnung beobachtet werden oder auch die Fluoreszenz bei Anregung durch eine (nicht gezeigte) Strahlungsquelle gemessen werden. Dies ist also beim Ausführungsbeispiel die "bleßstelle", die natürlich auch anders, z.B. vor oder hinter der Meßöffnung angeordnet sein kann. Fig. 9 zeigt schematisiert eine Aufnahme von Partikeln P in der Meßöffnung 103, die das erwähnte Ergebnis eindeutig bestätigt. Eine entsprechende Photographie liegt dieser Anmeldung bei.7 and 8 now show an embodiment in which a horizontal orientation of the particles takes place. In a block 100 that starts with a Cover glass 101 is covered, the first chamber 102 is cut in the form of a prism. As can be seen from the top view according to FIG. 7, the chamber 102 tapers in Direction of the measuring opening 103, which is in communication with the second chamber 104. The measurement opening 103 has the following dimensions: length 400 feet, width 150, depth 75 / Å. The first chamber 102 tapers in plan view with a Angle 2; o (is equal to 60. The first chamber tapers in the vertical direction by the angle ß, which is approx. 260. The particle suspension passes through the Eapillary 108 a, the supply of electrolyte takes place via the inlet opening 107. The for the Flow constriction in the direction of flow are decisive numbers A / a u 6 and B / b what27. The flow forces behave accordingly in a horizontal or vertical direction Direction that act on the particles in the particle flow. As expected This results in a horizontal orientation of the particles P at the point on which the lens 111 is arranged. Through the lens 111, the ratios can be observed in the measurement opening or the fluorescence when excited a radiation source (not shown) can be measured. So this is the embodiment the "bleßstelle", which of course also different, e.g. in front of or behind the measuring opening can be arranged. 9 shows schematically a recording of particles P in the measuring port 103, which clearly confirms the result mentioned. A corresponding Photograph is enclosed with this application.

Das Ausführungsbeispiel nach Fig. 10 und 11 führt zu vertikaler Orientierung der hindurchströmenden Partikel, da die Strömungskonzentration in Strömungsrichtung in horizontaler Richtung sehr viel größer als in vertikaler Richtung ist.The embodiment according to FIGS. 10 and 11 leads to a vertical orientation of the particles flowing through, as the flow concentration in the direction of flow is much larger in the horizontal direction than in the vertical direction.

Es ist A/a ç 55 und B/b w 8. Die Meßeinrichtung weist eine erste Kammer 202 auf, die mit einem Deckglas 201 abgedeckt ist, und über eine Meßöffnung 203 in einer zweiten Kammer 204 verbunden ist. Der Zufluß von Partikelsuspension erfolgt über die Kapillare 208, der Zufluß von Elektrolyt über die Zuflußöffnung 205, der Abfluß aus der Kammer 204 über die Abflußöffnung 206. Die gesamte Anordnung befindet sich in einem Block 200. Über der Meßöffnung befindet sich ein Objektiv 211, über das die Verhältnisse in der Meßöffnung beobachtet werden können, insbesondere auch die Fluoreszenz bei Anregung durch eine (nicht gezeigte) Strahlungsquelle gemessen werden kann. Der Winkel c des die erste Kammer 202 bildenden Einschnittes im Block 200 in horizontaler Richtung beträgt 900, der Winkel ve des vertikalen Einschnittes 250.It is A / a ç 55 and B / b w 8. The measuring device has a first chamber 202, which is covered with a cover glass 201, and a measuring opening 203 is connected in a second chamber 204. The inflow of particle suspension takes place via the capillary 208, the inflow of electrolyte via the inflow opening 205, the Drain from chamber 204 via drain port 206. The entire assembly is located is in a block 200. A lens 211 is located above the measuring opening, above that the conditions in the measuring opening can be observed, in particular also the fluorescence measured when excited by a radiation source (not shown) can be. The angle c of the incision in the block forming the first chamber 202 200 in the horizontal direction is 900, the angle ve of the vertical incision 250.

Infolge der oben angegebenen Werte für A/a und B/b, also einer sehr viel stärkeren Strömungskonzentration in horizontaler Richtung als in vertikaler Richtung, ergibt sich eine vertikale Orientierung des Partikels. Schematisiert ist die Strömung von Partikeln P durch die Meßöffnung 203 in Fig. 12 dargestellt. Eine entsprechende Photographie, die diesen Verhältnissen entspricht, liegt dieser Anmeldung bei.As a result of the values given above for A / a and B / b, so one very much stronger flow concentration in the horizontal direction than in the vertical direction Direction, there is a vertical orientation of the particle. Is schematized the flow of particles P through the measuring opening 203 is shown in FIG. One corresponding photograph that corresponds to these conditions is part of this application at.

Die Erfindung läßt sich auch mit einer Anordnung realisieren, wie sie in den Fig. 13 bis 17 gezeigt ist und etwa als Weiterbildung der in Fig. lb gezeigten Anordnung Verwendung finden kann. Wesentlich ist dabei die Querschnittveränderung, die zu unterschiedlichen Strömungskräften in verschiedenen Ebenen führt. Fig. 13 zeigt ein Rohr 41 in Draufsicht mit elliptischem Einlauf 42, zylindrischem Auslauf 4o und einer Kapillare 50; danach folgt in Strömungsrichtung (in die Ebene der Zeichnung hinein) eine (nicht gezeigte) Aleßanordnung (wie in Fig. 2). Fig. 14 zeigt ein Rohr 44 mit zylindrischem Einlauf 45, elliptischem Auslauf 46 und einer Kapillare 52.The invention can also be implemented with an arrangement such as it is shown in Figs. 13 to 17 and approximately as further education the arrangement shown in Fig. Lb can be used. It is essential the change in cross-section, which leads to different flow forces in different Levels leads. 13 shows a pipe 41 in plan view with an elliptical inlet 42, cylindrical outlet 4o and a capillary 50; then follows in the direction of flow (into the plane of the drawing) an ale arrangement (not shown) (as in Fig. 2). 14 shows a tube 44 with a cylindrical inlet 45, an elliptical outlet 46 and a capillary 52.

Schließlich ist in den Fig. 15 bis 17 eine Anordnung gezeigt, wie sie durch Quetschung eines zylindrischen Rohres 47 über einen bestimmten Bereich in ein nicht zylindrisches Rohrteil 48 entstehen kann. Im Übergangsbereich 49 entstehen die in zwei verschiedenen Ebenen unterschiedlichen Strömungskräfte, die hindurchfließende Partikel orientieren. Das ist bei Durchfluß von Partikeln in beiden Richtungen (von links nach rechts, von rechts nach links) der Fall. Ergänzend ist zu diesem Ausführungsbeispiel zu bemerken, daß die zur hydrodynamischen Fokussierung erforderliche Verengung des gesamten Querschnitts vor oder hinter dem gezeigten Stück Rohr stattfinden muß.Finally, in FIGS. 15 to 17, an arrangement is shown how they by squeezing a cylindrical tube 47 over a certain area can arise in a non-cylindrical tubular part 48. In the transition area 49 arise the flow forces that are different in two different levels and that flow through them Orient particles. This is when particles flow in both directions (from left to right, right to left) the case. This is a supplement to this exemplary embodiment to note that the narrowing of the required for hydrodynamic focusing entire cross-section must take place in front of or behind the piece of pipe shown.

Mit Hilfe der Erfindung kann demnach eine einwandfreie Orientierung der Partikel erreicht werden. Bei Messungen, deren Meßergebnisse von der Orientierung abhängen, können Fehler, die auf nicht eindeutig definierten Orientierungen beruhen, ausgeschaltet werden. Dabei kann selbstverständlich die Meßstelle für eine Messung der Fluoreszenz auch hinter der Meßöffnung 7 angeordnet sein. Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß eine Partikelorientierung dadurch erreicht werden kann, daß die Strömungsverhältnisse des die Partikelsuspension umgebenden Elektrolytstroms so gestaltet werden, daß sich in zwei voneinander unterschiedlichen Symetrieebenen entlang der Strömungsrichtung unterschiedlich starke Strömungskräfte, die auf einen Partikel einwirken, ergeben. Das führt in allen'Drehlagen bzw. Orientierungen eines Partikels außer in einer bestimmten stabilen Lage dann zu einem resultierenden Drehmoment, das hier definierte Orientierung herbeiführt.With the help of the invention, therefore, a perfect orientation of the particles can be achieved. For measurements, their measurement results Depending on the orientation, errors can result which are not clearly defined Orientations are based on being turned off. Of course, the The measuring point for measuring the fluorescence is also arranged behind the measuring opening 7 be. The invention is based on the knowledge that a particle orientation thereby can be achieved that the flow conditions surrounding the particle suspension Electrolyte flow can be designed so that it is in two different from each other Levels of symmetry along the direction of flow of different strengths of flow forces, acting on a particle result. This leads in all rotational positions or orientations of a particle except in a certain stable position then to a resulting one Torque that brings about the orientation defined here.

Patentansprüche: LeerseitePatent claims: Blank page

Claims (7)

Patentansprüche 1. Vorrichtung zur Messung bestimmter Eigenschaften von in einem Medium suspendierten Partikeln mit einem sich verengenden Strömungspfad, der in einer öffnung endet, und bei der infolge einer Druckdifferenz eine Strömung des Mediums durch die Öffnung stattfindet, und bei der die Partikel durch eine mit ihrer Austrittsöffnung vur der erstgenannten Öffnung endende Kapillare eingeführt und durch die Strömung an eine Meßstelle herangeführt werden, dadurch gekennzeichnet, daß der Strömungspfad bis zur Öffnung (103, 203), die beliebigen Querschnitt haben kann, in zwei voneinander verschiedenen Ebenen (x/z-Ebene; y/z-Ebene) dadurch unterschiedlich verengt wird, daß in beiden Ebenen das Verhältnis (A/a; B/b) der Breite (A, B) der Flüssigkeitsströmung an der Stelle des Eintritts der Partikelsuspension in diese zur Breite (a, b) der Öffnung unterschiedlich ist. Claims 1. Device for measuring certain properties of particles suspended in a medium with a narrowing flow path, which ends in an opening, and in which there is a flow due to a pressure difference of the medium takes place through the opening, and in which the particles pass through a with their outlet opening vur the first-mentioned opening ending capillary introduced and brought up to a measuring point by the flow, characterized in that that the flow path up to the opening (103, 203) have any cross-section can be different in two different planes (x / z plane; y / z plane) is narrowed that in both planes the ratio (A / a; B / b) of the width (A, B) of the Liquid flow at the point of entry of the particle suspension into this to the width (a, b) of the opening is different. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch geennzeichnet, daß der Strömungspfad durch ein zylindrisches Itohr (45) und eine Öffnung (46) mit elliptischem Querschnitt gebildet wird.2. Apparatus according to claim 1, characterized in that the flow path through a cylindrical Itohr (45) and an opening (46) with an elliptical cross-section is formed. 3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Strömungspfad durch ein Rohr elliptischen Querschnitts (42) mit kreisförmiger Öffnung (43) gebildet wird.3. Apparatus according to claim 1, characterized in that the flow path formed by a tube of elliptical cross-section (42) with a circular opening (43) will. 4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Strömungspfad durch eine Kammer (102) gebildet wird, die als ein mit einer Platte (101) abgedeckter prismatischer Einschnitt in einem Block (100) ausgebildet ist und sich in waagerechter und in senkrechter Richtung trichterförmig verjüngt.4. Apparatus according to claim 1, characterized in that the flow path is formed by a chamber (102), which is covered as a with a plate (101) prismatic incision is formed in a block (100) and is horizontal and tapers in a funnel shape in the vertical direction. 5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkel (2ob ) der trichterförmigen Verjüngung in horizontaler Ebene ca. 12°, die Breite der Meßöffnung (3) in horizontaler Ebene 150µ, der Winkel (ß) der trichterförmigen Verjüngung in vertikaler Ebene ca. 25°, die Breite der Meßöffnung (3) in vertikaler Ebene 75t und der Abstand der Austrittsöffnung der Kapillare (108) und AlesS-öfi£nung (103) ca. 4 mm beträgt.5. Apparatus according to claim 4, characterized in that the angle (2ob) the funnel-shaped taper in the horizontal plane approx. 12 °, the width the measuring opening (3) in the horizontal plane 150μ, the angle (ß) of the funnel-shaped Tapering in the vertical plane approx. 25 °, the width of the measuring opening (3) in the vertical plane Level 75t and the distance between the outlet opening of the capillary (108) and AlesS opening (103) is approx. 4 mm. 6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Strömungspfad durch eine Kammer (202) gebildet wird, die als ein sich im Querschnitt zur Meßöffnung (203) hin verjüngender Einschnitt in einen Block (200) ausgebildet ist.6. Apparatus according to claim 1, characterized in that the flow path is formed by a chamber (202), which as a cross-section to the measuring opening (203) tapering incision is formed in a block (200). 7. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkel (X) der Verjüngung ca. 200 - 300 beträgt, die Breite der Meßöffnung (203) in vertikaler Richtung 250»H, und der Abstand der Kapillare (208) zur Meßöffnung (203) 2,5 mm beträgt.7. Apparatus according to claim 5, characterized in that the angle (X) of the taper is approx. 200-300, the width of the measuring opening (203) in a vertical direction Direction 250 »H, and the distance between the capillary (208) and the measuring opening (203) 2.5 mm amounts to.