RU2106627C1 - Device for monitoring parameters of suspended particles - Google Patents
Device for monitoring parameters of suspended particles Download PDFInfo
- Publication number
- RU2106627C1 RU2106627C1 RU96114681A RU96114681A RU2106627C1 RU 2106627 C1 RU2106627 C1 RU 2106627C1 RU 96114681 A RU96114681 A RU 96114681A RU 96114681 A RU96114681 A RU 96114681A RU 2106627 C1 RU2106627 C1 RU 2106627C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- photodetectors
- particles
- analog
- cuvette
- digital converter
- Prior art date
Links
- 239000002245 particle Substances 0.000 title claims abstract description 68
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 title claims description 3
- 230000005855 radiation Effects 0.000 claims abstract description 36
- 239000000725 suspension Substances 0.000 claims abstract description 25
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims abstract description 12
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 9
- 238000002189 fluorescence spectrum Methods 0.000 claims description 7
- 239000002002 slurry Substances 0.000 claims description 4
- 230000028016 temperature homeostasis Effects 0.000 claims description 2
- 238000012360 testing method Methods 0.000 claims description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 12
- 238000005259 measurement Methods 0.000 abstract description 11
- 238000000034 method Methods 0.000 abstract description 7
- 238000012545 processing Methods 0.000 abstract description 5
- 238000011835 investigation Methods 0.000 abstract description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 3
- 230000008569 process Effects 0.000 abstract description 3
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract description 2
- 230000005284 excitation Effects 0.000 abstract 1
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 abstract 1
- 238000003756 stirring Methods 0.000 abstract 1
- 239000000523 sample Substances 0.000 description 15
- 230000008859 change Effects 0.000 description 11
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 6
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 4
- 239000000975 dye Substances 0.000 description 4
- 230000004913 activation Effects 0.000 description 2
- 238000013461 design Methods 0.000 description 2
- 238000005315 distribution function Methods 0.000 description 2
- 239000007850 fluorescent dye Substances 0.000 description 2
- 238000011160 research Methods 0.000 description 2
- 102000004895 Lipoproteins Human genes 0.000 description 1
- 108090001030 Lipoproteins Proteins 0.000 description 1
- 241000700605 Viruses Species 0.000 description 1
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 description 1
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 239000000443 aerosol Substances 0.000 description 1
- 238000000149 argon plasma sintering Methods 0.000 description 1
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 1
- 229940088623 biologically active substance Drugs 0.000 description 1
- 239000008280 blood Substances 0.000 description 1
- 210000004369 blood Anatomy 0.000 description 1
- 230000002925 chemical effect Effects 0.000 description 1
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 1
- 238000003745 diagnosis Methods 0.000 description 1
- 238000002405 diagnostic procedure Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 239000003814 drug Substances 0.000 description 1
- 238000002795 fluorescence method Methods 0.000 description 1
- 238000005286 illumination Methods 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 1
- 230000005693 optoelectronics Effects 0.000 description 1
- 230000001575 pathological effect Effects 0.000 description 1
- 230000007170 pathology Effects 0.000 description 1
- 230000000704 physical effect Effects 0.000 description 1
- 230000002035 prolonged effect Effects 0.000 description 1
- 238000000790 scattering method Methods 0.000 description 1
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 description 1
- 230000002123 temporal effect Effects 0.000 description 1
Landscapes
- Investigating, Analyzing Materials By Fluorescence Or Luminescence (AREA)
- Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к оптико-электронной промышленности и может быть использовано для комплексного исследования параметров взвеси частиц микронных и субмикронных размеров (10-8 - 10-4 м): распределения частиц по группам с определенными размерами, химического состава частиц, скоростей изменения этих характеристик. Эти исследования могут проводиться при решении практических задач медицинской диагностики, биотехнологии, экологии, химии, биохимии, фармакологии.The invention relates to the optoelectronic industry and can be used for a comprehensive study of the parameters of the suspension of particles of micron and submicron sizes (10 -8 - 10 -4 m): the distribution of particles in groups with certain sizes, the chemical composition of the particles, the rate of change of these characteristics. These studies can be carried out in solving the practical problems of medical diagnostics, biotechnology, ecology, chemistry, biochemistry, pharmacology.
Известны флуориметры, в которых размерные параметры взвеси частиц и их химический состав измеряются с помощью одновременного применения метода светорассеяния и метода флуоресценции ([1], с. 95-96). Для этого частицы при прокачке взвеси с помощью насоса по микроскопическому капилляру по одной подаются в поле коротковолнового излучения, возбуждающего флуоресцентное излучение молекул красителя, которым предварительно насыщаются эти частицы (по спектру и интенсивности этого излучения судят о химическом составе, точнее, о содержании в частицах химических компонентов, изменяющих спектры флуоресценции), и в поле монохроматического коллимированного излучения, рассеивающегося на частицах (по индикатрисе рассеяния которого определяют размеры частиц). Для набора числа измерений, необходимого для представительности статистической выборки Nst (т.е. достаточно большого, чтобы статистические шумы были несущественны), сигналы от проходящих частиц накапливаются в течение времени Δt порядка десятков минут. Это вносит ограничение по временному разрешению измерений, что не позволяет исследовать динамику относительно быстрых процессов (с характерным временем t' порядка или меньше Δt и достаточно надежно определять скорости изменения измеряемых величин, особенно при их изменении со временем (скорость q' изменения некоторой характеристики q вычисляется по результатам измерений q1 и q2 в моменты времени t1 и t2: q'(t= t2 ... t1) ≈ (q2-q1)/(t2-t1), поэтому значение Δt ограничивает возможность уменьшения временного интервала t2 - t1, в течение которого можно определить одно значение q'. Конструкция такова, что Nst существенно меньше общего числа частиц в пробе Nsum. Это вносит ограничение снизу на число частиц в пробе. Кроме того, конструкция содержит технологически сложные микроскопические элементы, время измерения сигнала от одной частицы мало - несколько микросекунд, интенсивность излучения-сигнала мала; все это существенно усложняет производство и эксплуатацию таких приборов. Поэтому они дороги и используются в основном при научных исследованиях.Fluorimeters are known in which the dimensional parameters of a suspension of particles and their chemical composition are measured using the simultaneous application of the light scattering method and the fluorescence method ([1], pp. 95-96). For this purpose, particles are pumped through a microscopic capillary through a suspension and pump one by one into the field of short-wave radiation that excites the fluorescence radiation of the dye molecules that pre-saturate these particles (the chemical composition, more precisely, the chemical components that change the fluorescence spectra), and in the field of monochromatic collimated radiation scattered by particles (which is determined by the scattering indicatrix The dimensions of the particles). To set the number of measurements necessary for the representativeness of the statistical sample N st (i.e., large enough so that the statistical noise is not significant), the signals from the passing particles accumulate over a time Δt of the order of tens of minutes. This introduces a restriction on the temporal resolution of measurements, which does not allow one to study the dynamics of relatively fast processes (with a characteristic time t 'of the order of or less than Δt and it is sufficiently reliable to determine the rate of change of the measured quantities, especially when they change over time (the rate q' of a change in some characteristic q according to the measurement results q 1 and q 2 at time t 1 and t 2 : q '(t = t 2 ... t 1 ) ≈ (q 2 -q 1 ) / (t 2 -t 1 ), therefore, the value Δt limits the possibility of reducing the time interval t 2 - t 1 during which you can about limit one value q '. The design is such that N st is significantly less than the total number of particles in the sample N sum . This introduces a lower limit on the number of particles in the sample. In addition, the design contains technologically sophisticated microscopic elements, the measurement time of the signal from one particle is small - a few microseconds, the intensity of the radiation-signal is small; all this significantly complicates the production and operation of such devices. Therefore, they are expensive and are used mainly in scientific research.
Наиболее близкими к описываемому изобретению являются сайзеры (гранулометры), в частности Mastersizer, серийно выпускаемые фирмой Malvern Instruments Ltd. (Великобритания) [2], в которых по рассеянию света на малые (от 0 до 10o) и большие (от 10 до 180o) углы определяются распределения по размерам. Для этого взвесь частиц приводится в движение (перемешивается) в камере, подается по трубке в проточную кювету и возвращается в камеру по другой трубке (причем размеры кюветы, характерные времена и интенсивности излучения-сигнала значительно больше, чем в вышеописанных флуориметрах, что существенно снижает стоимость прибора). Кювета просвечивается монохроматическим коллимированным лазерным излучением, которое рассеивается на частицах. Невозмущенное и рассеянное на углы от 0 до 10o излучение фокусируется оптической собирающей линзой на набор фотоприемников малоуглового рассеяния (число которых M равно 30-40 шт.), находящихся в ее фокальной плоскости, а излучение, рассеянное взвешенными частицами в пределах углов от 10 до 180o регистрируется фотоприемниками бокового рассеяния. По измеряемой индикатрисе рассеяния определяют распределение частиц по размерам, для чего сигналы от всех фотоприемников через аналого-цифровой преобразователь подают на ЭВМ и производят их совместную математическую обработку. При этом одновременно измеряются сигналы не от одной, а от значительного числа частиц N (от 100 до 10000, в зависимости от размеров), что хотя еще значительно меньше Nst, но позволяет сократить время накопления статистики Δt до значений порядка трех-десяти секунд. Значение N существенно меньше общего числа частиц в пробе Nsum, так как объем освещенной части кюветы намного меньше объема камеры и трубок. Это вносит ограничение снизу на число частиц в пробе.Closest to the described invention are sizer (granulometers), in particular Mastersizer, commercially available from Malvern Instruments Ltd. (United Kingdom) [2], in which the size distribution is determined by the scattering of light by small (from 0 to 10 o ) and large (from 10 to 180 o ) dimensions. To do this, a suspension of particles is set in motion (mixed) in the chamber, fed through a tube to a flow cell and returned to the chamber through another tube (moreover, the dimensions of the cell, characteristic times and intensities of the radiation signal are much larger than in the fluorimeters described above, which significantly reduces the cost appliance). The cuvette is illuminated by monochromatic collimated laser radiation, which is scattered by the particles. The undisturbed and scattered by angles from 0 to 10 o radiation is focused by an optical collecting lens onto a set of small-angle scattering photodetectors (the number of which M is 30-40 pcs.) Located in its focal plane, and the radiation scattered by suspended particles within the angles from 10 to 180 o recorded by photodetectors of lateral scattering. According to the measured scattering indicatrix, the particle size distribution is determined, for which the signals from all photodetectors are fed through an analog-to-digital converter to a computer and their combined mathematical processing is performed. At the same time, signals are measured not from one but from a significant number of particles N (from 100 to 10,000, depending on size), which, although it is still much smaller than N st , can reduce the statistics accumulation time Δt to values of the order of three to ten seconds. The value of N is significantly less than the total number of particles in the sample N sum , since the volume of the illuminated part of the cell is much smaller than the volume of the chamber and tubes. This introduces a lower limit on the number of particles in the sample.
В данном приборе измеряются только размеры частиц. Only particle sizes are measured in this device.
Задача изобретения - расширение функциональных возможностей прибора за счет одновременного измерения и распределения частиц по размерам, и их химического состава, а также увеличения точности определения скоростей изменения статистических характеристик. The objective of the invention is the expansion of the functionality of the device due to the simultaneous measurement and distribution of particle sizes, and their chemical composition, as well as increasing the accuracy of determining the rate of change of statistical characteristics.
Технический результат - получение относительно дешевого и простого в применении автоматизированного прибора комплексной диагностики размерных и химических параметров частиц, требующего относительно малого числа частиц в пробе (Nsum порядка Nst), обеспечивающего диагностику быстропротекающих процессов (вплоть до десятых = сотых долей секунды), а также значительно более точное определение функции распределения по размерам (на основе увеличения числа фотоприемников, например, до 1000 и более).EFFECT: obtaining a relatively cheap and easy-to-use automated device for complex diagnostics of particle size and chemical parameters of particles, requiring a relatively small number of particles in the sample (N sum of the order of N st ), providing diagnostics of fast processes (up to tenths = hundredths of a second), and also a much more accurate determination of the size distribution function (based on an increase in the number of photodetectors, for example, up to 1000 or more).
Сущность изобретения заключается в том, что в приборе для мониторинга параметров взвешенных частиц, содержащем установленные последовательно на оптической оси X источник монохроматического коллимированного излучения, кювету для размещения пробы, содержащей исследуемую взвесь частиц, собирающую линзу и набор фотоприемников малоуглового рассеяния, находящихся в ее фокальной плоскости, а также фотоприемники бокового рассеяния для регистрации излучения, рассеянного взвешенными частицами пределах углов от 10 до 180o, оси которых пересекают кювету под соответствующими углами к оси X, систему приведения в движение пробы исследуемой взвеси частиц, аналого-цифровой преобразователь, на соответствующие входы которого подключены выходы всех фотоприемников, ЭВМ, на вход которой подключен выход аналого-цифрового преобразователя, в отличие от прототипа введен источник коротковолнового излучения для освещения кюветы, вход которого подключен к выходу ЭВМ, и система регистрации спектров флуоресценции, число фотоприемников малоуглового рассеяния превышает 50, объем кюветы выбран не меньше объема пробы исследуемой взвеси частиц, система приведения в движение пробы исследуемой взвеси частиц выполнена в виде постоянного магнита, размещенного в кювете, и источника переменного магнитного поля.The essence of the invention lies in the fact that in the device for monitoring the parameters of suspended particles, containing a source of monochromatic collimated radiation installed in series on the optical axis X, a cuvette for placing a sample containing the studied suspension of particles, collecting a lens and a set of small-angle scattering photodetectors located in its focal plane and side scatter photodetectors for detection of radiation scattered by particles suspended within angles from 10 to 180 o, the axes of which intersect t a cuvette at appropriate angles to the X axis, a system for driving the sample of the studied suspension of particles, an analog-to-digital converter, to the corresponding inputs of which the outputs of all photodetectors are connected, a computer, the input of which is connected to the output of the analog-to-digital converter, in contrast to the prototype, the source short-wave radiation for illumination of the cell, the input of which is connected to the computer output, and a system for recording fluorescence spectra, the number of small-angle scattering photodetectors exceeds 50, the volume of the cell is chosen as less sample volume under study slurry particles Propelling system investigated sample slurry particles formed as a permanent magnet, placed in a cuvette, and the alternating magnetic field.
Дополнительно может быть введена система терморегулирования кюветы в составе термоизмерительного прибора, выход которого подключен на соответствующий вход аналого-цифрового преобразователя, и нагревателя или холодильника, вход которого подключен к выходу ЭВМ. Может также быть дополнительно введена система определения оптической плотности исследуемой взвеси в составе двух светоделительных пластин, внесенных в поле монохроматического коллимированного излучения до и после прохождения кюветы, и двух фотоприемников для регистрации монохроматического коллимированного излучения, оси которых пересекают соответствующие светоделительные пластины, а выходы подключены на входы аналого-цифрового преобразователя. Additionally, a system of thermoregulation of the cuvette can be introduced as part of a heat measuring device, the output of which is connected to the corresponding input of an analog-to-digital converter, and a heater or refrigerator, the input of which is connected to the output of the computer. A system can also be introduced for determining the optical density of the suspension under investigation consisting of two beam splitting plates introduced into the field of monochromatic collimated radiation before and after passing through the cell, and two photodetectors for recording monochromatic collimated radiation, the axes of which intersect the respective beam splitting plates, and the outputs are connected to the inputs analog-to-digital converter.
Система регистрации спектра флуоресценции может содержать, например, набор фотоприемников флуоресцентного излучения, оси которых проходят через кювету, а выходы подключены на вход аналого-цифрового преобразователя. The registration system of the fluorescence spectrum may contain, for example, a set of photodetectors of fluorescence radiation, the axes of which pass through the cuvette, and the outputs are connected to the input of an analog-to-digital converter.
На чертеже изображена принципиальная схема прибора. The drawing shows a schematic diagram of the device.
Кювета 1, в которую помещают взвесь исследуемых частиц, просвечивается источником монохроматического коллимированного излучения 2. Прошедшее через кювету 1 излучение, не испытавшее рассеяния или рассеянное частицами на углы до 10o, фокусируется оптической собирающей линзой 3, и распределение по расстояниям от оптической оси X интенсивности излучения (определяющее индикатрису рассеяния) измеряется набором фотоприемников малоуглового рассеяния, находящихся в фокальной плоскости линзы 3. Интенсивность излучения, рассеянного частицами на углы от 10 до 180o (ось Y), измеряется фотоприемниками бокового рассеяния 5. Кювета освещается также источником коротковолнового излучения 6, яркость флуоресценции частиц (для нескольких спектральных диапазонов) измеряется набором фотоприемников флуоресцентного излучения 7. Пространственная однородность исследуемой взвеси обеспечивается приведением в движение, например, с помощью источника переменного магнитного поля 8, вращающего магнит 9, который может свободно перемещаться в объеме кюветы 1. При необходимости температурный режим взвеси обеспечивается нагревателем или холодильником 10 и контролируется термоизмерительным прибором 11 (например, термопарой). Оптическая плотность взвеси может контролироваться путем сравнения сигналов двух фотоприемников монохроматического коллимированного излучения 12, оси которых проходят через две светоделительные пластины 13, отражающие определенную часть излучения до и после прохождения кюветы 1. Выходы измерительных устройств 4, 5, 7, 11, 12 подключены к входу аналогом цифрового преобразователя 14, соединенного с входом ЭВМ 15, входы исполнительных устройств 2, 6, 8, 10 соединены с выходом ЭВМ 15.The cuvette 1, in which a suspension of the studied particles is placed, is illuminated by a source of monochromatic collimated radiation 2. The radiation transmitted through the cuvette 1, which has not been scattered or scattered by particles at angles of up to 10 o , is focused by an optical collecting lens 3, and the distribution over the distances from the optical axis X of the intensity radiation (which determines the scattering indicatrix) is measured by a set of small-angle scattering photodetectors located in the focal plane of the lens 3. The intensity of radiation scattered by particles on gly from 10 to 180 o (axis Y), measured by side scatter photodetectors 5. The cuvette also illuminated short-wave radiation source 6, the brightness of the fluorescence of the particles (for multiple spectral bands) set of photodetectors measured fluorescence 7. Spatial uniformity investigated slurry provided actuation motion, for example, using a source of alternating magnetic field 8, a rotating magnet 9, which can freely move in the volume of the cell 1. If necessary, the temperature regime of suspension provided by a heater or refrigerator 10 and controlled by a temperature measuring device 11 (for example, a thermocouple). The optical density of the suspension can be controlled by comparing the signals of two photodetectors of monochromatic collimated radiation 12, the axes of which pass through two beam-splitting plates 13 that reflect a certain part of the radiation before and after the passage of the cell 1. The outputs of the measuring devices 4, 5, 7, 11, 12 are connected to the input analog of the digital Converter 14 connected to the input of the computer 15, the inputs of the actuators 2, 6, 8, 10 are connected to the output of the computer 15.
Прибор функционирует следующим образом. Исследуемые частицы в количестве порядка Nst помещают в жидкость (раствор), которая может содержать один или смесь нескольких красителей - флуоресцентных зондов (для возможности определения характеристик химического состава по флуоресценции). Взвесь частиц помещают в кювету 1. В отличие от проточной кюветы прототипа данная кювета имеет лишь одно отверстие для входа и выхода взвеси суспензии исследуемых частицей содержит все частицы пробы Nsum, что снижает ограничения на Nsum и Δt по сравнению с прототипом. Автоматически (под управлением ЭВМ 15) функционирует система перемешивания взвеси (источник переменного магнитного поля 8, вращающий магнит 9) и система термостатирования (нагреватель или холодильник 10 с термоизмерительным прибором 11), по результатам сравнения показаний фотоприемников монохроматического коллимированного излучения 12 происходит определение оптической плотности взвеси и производится проверка ее соответствия требованиям применимости используемых методов диагностики. Как правило, производится активация частиц - специальное дозированное химическое или физическое воздействие, которое меняет условия существования частиц и вызывает их определенную наблюдаемую реакцию (например, в суспензию биологических клеток добавляется дозированное количество биологически активного вещества или изменяется температура взвеси). Характеристики процессов реакции исследуемых частиц на активацию и должны быть основным предметом исследования с помощью данного прибора. После активации в соответствии с заранее составленной программой автоматически в определенные моменты времени производятся измерение статистических характеристик исследуемых частиц. Может происходить включение и выключение источников излучения 2 и 6. Источник излучения 6, как правило, включается лишь на временные интервалы, когда производится измерения спектров флуоресценции, так как длительное облучение коротковолновым излучением может повлиять на состояние частиц взвеси (например, большие дозы коротковолнового излучения могут активировать или даже убить биологические клетки). Излучение источника 2 менее активно и возможен также вариант непрерывного его действия. Запись в память ЭВМ 15 результатов измерения производится после обработки в аналого-цифровом преобразователе 14 сигналов, регистрируемых фотоприемниками 4 (информация о размерах относительно крупных частиц - порядка более 1 мкм), фотоприемниками 5 (сигналы от субмикронных частиц), и системой регистрации спектра флуоресценции - фотоприемники 7 (данные о количественном содержании химических компонентов, присутствие которых влияет на излучение молекул красителей, возбужденных коротковолновым излучением источника 6). Одновременно производится оперативная обработка и отображение на мониторе ЭВМ 15 информации в терминах функции распределения частиц по размерам, параметров их химического состава, скоростей изменения указанных характеристик и степени отклонения этих скоростей от заранее определенных ("нормальных") значений. Результаты окончательной автоматической совместной обработки всех сигналов могут отображаться на экране ЭВМ 15, переноситься на бумажные или магнитные носители.The device operates as follows. The investigated particles in an amount of the order of N st are placed in a liquid (solution), which may contain one or a mixture of several dyes - fluorescent probes (for the possibility of determining the characteristics of the chemical composition by fluorescence). A suspension of particles is placed in cuvette 1. Unlike the flow cell of the prototype, this cuvette has only one hole for entering and exiting the suspension of the suspension of the test particle contains all particles of the sample N sum , which reduces the restrictions on N sum and Δt compared to the prototype. Automatically (under the control of a computer 15), a suspension mixing system (source of alternating magnetic field 8, a rotating magnet 9) and a temperature control system (heater or refrigerator 10 with a heat measuring device 11) are functioning, and the optical density of the suspension is determined by comparing the readings of photodetectors of monochromatic collimated radiation 12 and it is checked for its compliance with the requirements of applicability of the used diagnostic methods. As a rule, particles are activated — a special metered chemical or physical effect that changes the conditions for the existence of particles and causes a certain observed reaction (for example, a metered amount of a biologically active substance is added to a suspension of biological cells or the temperature of the suspension changes). Characteristics of the reaction processes of the studied particles to activation and should be the main subject of research using this device. After activation, in accordance with a pre-compiled program, the statistical characteristics of the particles under investigation are automatically measured at certain points in time. Turning on and off the radiation sources 2 and 6. The radiation source 6, as a rule, is switched on only at time intervals when fluorescence spectra are measured, since prolonged exposure to short-wave radiation can affect the state of suspended particles (for example, large doses of short-wave radiation can activate or even kill biological cells). The radiation of source 2 is less active and its continuous action is also possible. Record in the computer memory 15 of the measurement results after processing in the analog-to-digital converter 14 the signals recorded by the photodetectors 4 (information about the sizes of relatively large particles - of the order of more than 1 μm), photodetectors 5 (signals from submicron particles), and the registration system of the fluorescence spectrum - photodetectors 7 (data on the quantitative content of chemical components whose presence affects the emission of dye molecules excited by the short-wavelength radiation of source 6). At the same time, the information is processed and displayed on the computer monitor 15 in terms of the particle size distribution function, the parameters of their chemical composition, the rates of change of these characteristics and the degree of deviation of these speeds from predetermined ("normal") values. The results of the final automatic joint processing of all signals can be displayed on the computer screen 15, transferred to paper or magnetic media.
Указанными взвесями могут являться, например, популяции клеток человека, животных, растений, (в т.ч. в присутствии вирусов), взвеси аэрозолей и суспензии (в т.ч. при гетерогенных реакциях). По скоростным характеристикам реакции частиц на дозированное воздействие часто можно судить о начальном состоянии данной пробы частиц (например, о патологии клеточной популяции). Такие исследования могут проводиться для целей медицинской диагностики, биотехнологии, экологии, химии, биохимии, фармакологии. The indicated suspensions can be, for example, populations of human, animal, plant cells (including in the presence of viruses), aerosol suspensions and suspensions (including in case of heterogeneous reactions). By the speed characteristics of the reaction of particles to a dosed effect, one can often judge the initial state of a given sample of particles (for example, the pathology of the cell population). Such studies can be carried out for the purposes of medical diagnostics, biotechnology, ecology, chemistry, biochemistry, pharmacology.
Следует отметить, что одновременное измерение скоростей изменения размеров и химического состава одной и той же пробы частиц (что и позволяет проводить описываемый прибор) должно позволить получить значительно более полную и надежную характеристику их начального состояния, чем измерения на различных специализированных приборах, проведенные для различных проб или разнесенные по времени (например, многие биологические частицы часто быстро меняют свои функциональные свойства, на их состояние могут воздействовать красители). It should be noted that the simultaneous measurement of the rates of change in the size and chemical composition of the same particle sample (which allows the described device to be carried out) should make it possible to obtain a much more complete and reliable characteristic of their initial state than measurements on various specialized devices carried out for various samples or spaced in time (for example, many biological particles often quickly change their functional properties, dyes can affect their condition).
Существенно также повышение точности измерения распределений частиц по размерным группам (которые часто имеют качественно различную природу, например, клетки другого типа или в другом функциональном состоянии, в частности ослабленные, патологические, соединившиеся по несколько штук): например, при применении прибора в медицине чем меньшие отклонения от нормы можно надежно регистрировать, тем более ранний и подробный диагноз может быть поставлен. Такое повышение точности достигнуто на основе существенного увеличения числа фотоприемников малоуглового рассеяния - до M 1000 шт. и более. При этом значительно увеличивается значение Nst - до 500000 - 1000000, и вопросы набора статистики становятся особенно актуальными.It is also significant to increase the accuracy of measuring particle size distributions (which often have a qualitatively different nature, for example, cells of a different type or in a different functional state, in particular weakened, pathological, connected by several pieces): for example, when using the device in medicine, the smaller deviations from the norm can be reliably recorded, the earlier and detailed diagnosis can be made. This increase in accuracy was achieved on the basis of a significant increase in the number of small-angle scattering photodetectors - up to M 1000 pcs. and more. At the same time, the value of N st significantly increases - up to 500,000 - 1,000,000, and the issues of statistics collection become especially relevant.
То, что одновременно в кювете находятся все частицы пробы Nsum (а не их небольшая часть, как в прототипе), приводит к тому, что одновременно снимается сигнал, статистически усредненный по числу частиц, превышающему Nst, что исключает необходимость повторных измерений для набора статистики и многократно снижает ограничения на время Δt измерения каждой из статистических характеристик исследуемых частиц до единиц миллисекунд и ниже.The fact that at the same time in the cuvette there are all particles of the sample N sum (and not their small part, as in the prototype), leads to the fact that at the same time a signal is taken that is statistically averaged over the number of particles exceeding N st , which eliminates the need for repeated measurements for the set statistics and many times reduces the restrictions on the time Δt of measuring each of the statistical characteristics of the studied particles to units of milliseconds and below.
Вместе с вышеуказанным повышением точности определения статистических характеристик частиц это позволяет решить задачу увеличения точности определения скоростей изменения статистических характеристик. Действительно, относительную погрешность Δq′/q′ определения скорости q' изменения статистической характеристики q по формуле q' (t = t2 ... t1) ≈ (q2 - q1)/(t2 - t1), можно оценить как сумму относительных погрешностей измерения q и t. Δq/q′ ≈ Δq/q+Δt/t, , а в данном приборе достигается снижение и Δq/q, и Δt/t. .Together with the above increase in the accuracy of determining the statistical characteristics of particles, this allows us to solve the problem of increasing the accuracy of determining the rates of change of statistical characteristics. Indeed, the relative error Δq ′ / q ′ of determining the rate q ′ of the change in the statistical characteristic q by the formula q ′ (t = t 2 ... t 1 ) ≈ (q 2 - q 1 ) / (t 2 - t 1 ), we can estimate as the sum of the relative measurement errors q and t. Δq / q ′ ≈ Δq / q + Δt / t, and in this device both Δq / q and Δt / t are reduced. .
Немаловажным преимуществом данного прибора является и относительно малое требуемое число частиц в пробе Nsum - порядка необходимого для статистической обработки Nst (например, очевидна нежелательность забора больших объемов крови у пациента).An important advantage of this device is the relatively small required number of particles in the sample N sum - the order required for statistical processing N st (for example, the undesirability of taking large volumes of blood from a patient is obvious).
Рассмотрим применимость методов. Число частиц в световом поле
N=nXYZ,
где
X, Y, Z - размеры светового поля в направлениях осей X, Y, Z. Условие применимости метода малоуглового рассеяния: оптическая плотность τx в направлении излучения (оси X) должна быть значительно меньше единицы. С другой стороны, отношение сигнал/шум пропорционально τx. . Оптимальное значение τx, равное τ*, лежит в области значений порядка 0,2. Это обеспечивается выполнением соотношения
τx= Xσn = τ*, ,
где
σ = πd2/4 площадь среднего поперечного сечения частиц;
d и n - их характерный размер и концентрация.Consider the applicability of the methods. The number of particles in the light field
N = nXYZ,
Where
X, Y, Z are the dimensions of the light field in the directions of the X, Y, Z axes. The condition for applicability of the small-angle scattering method: the optical density τ x in the direction of radiation (X axis) should be significantly less than unity. On the other hand, the signal-to-noise ratio is proportional to τ x . . The optimal value of τ x equal to τ * lies in the range of values of the order of 0.2. This is ensured by the relation
τ x = Xσn = τ * ,,
Where
σ = πd 2/4 average cross-sectional area of the particles;
d and n are their characteristic size and concentration.
Аналогично, условие применимости метода рассеяния на большие углы, например на углы порядка 90o, обеспечивается при
τy= Yσn = τ*, ,
где
τy - оптическая плотность в направлении оси Y.Similarly, the condition of applicability of the method of scattering at large angles, for example, at angles of the order of 90 o , is provided when
τ y = Yσn = τ * ,,
Where
τ y is the optical density in the direction of the Y axis.
Достаточное значение N (не менее Nst), для заданных d и C = Z/X, например, при равных X и Y обеспечивается выбором n из условия
n = [Cτ
n = [Cτ
Например, при N = Nst = 106, d = 5 мкм, C = 2, отсюда следует X = Y = 7 мм, n = 2•106 частиц на мл. При больших размерах, например X = Y = 10 мм, и выборе n при соблюдении условия, что τx равно τ*, , получается N = 2•106 > Nst, т. е. надежность измерения статистических характеристик в этом случае обеспечивается.For example, with N = N st = 10 6 , d = 5 μm, C = 2, this implies X = Y = 7 mm, n = 2 • 10 6 particles per ml. For large sizes, for example, X = Y = 10 mm, and choosing n, subject to the condition that τ x is equal to τ * , N = 2 • 10 6 > N st is obtained, i.e., the reliability of measuring the statistical characteristics in this case is ensured .
Список литературы. List of references.
l. Добрецов Г.Е. Флуоресцентные зонды в исследовании клеток, мембран и липопротеинов. M.: Наука. 1989. l. Dobretsov G.E. Fluorescent probes in the study of cells, membranes and lipoproteins. M .: Science. 1989.
2. Mastersizer: Reference Manual (Preliminary Manual - Software Version 2.1 and later). Worcs.: Malvern Instruments Ltd., 1996 (Справочное руководство пользователя прибора Mastersizer, версия программного обеспечения 2.1 и выше). 2. Mastersizer: Reference Manual (Preliminary Manual - Software Version 2.1 and later). Worcs .: Malvern Instruments Ltd., 1996 (Mastersizer Instrument User Guide, software version 2.1 and higher).
Claims (4)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU96114681A RU2106627C1 (en) | 1996-07-22 | 1996-07-22 | Device for monitoring parameters of suspended particles |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU96114681A RU2106627C1 (en) | 1996-07-22 | 1996-07-22 | Device for monitoring parameters of suspended particles |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2106627C1 true RU2106627C1 (en) | 1998-03-10 |
| RU96114681A RU96114681A (en) | 1998-09-10 |
Family
ID=20183571
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU96114681A RU2106627C1 (en) | 1996-07-22 | 1996-07-22 | Device for monitoring parameters of suspended particles |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2106627C1 (en) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2186362C1 (en) * | 2000-11-30 | 2002-07-27 | Институт автоматики и электрометрии СО РАН | Laser analyzer of microparticles and biological microobjects |
| RU2200314C1 (en) * | 2001-06-22 | 2003-03-10 | Кузнецов Александр Александрович | Method establishing statistical distribution of particles by sizes |
| WO2008007998A1 (en) * | 2006-07-14 | 2008-01-17 | Vladimir Alexeevich Gudovskikh | X-ray fluorescence analyser for determining a sulphur content in liquid hydrocarbons |
| RU2479836C2 (en) * | 2007-11-30 | 2013-04-20 | Икс-Рей Оптикал Системс, Инк. | Film-precoated accurate dosing cells for x-ray diffraction analyser |
| RU174054U1 (en) * | 2016-10-24 | 2017-09-27 | Общество с ограниченной ответственностью Фотокор | Inverted Nanoparticle Trajectory Analyzer |
| WO2018101861A1 (en) * | 2016-11-30 | 2018-06-07 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Гемакор Лабс" | Device for monitoring the spatial and temporal dynamics of thrombin |
| CN114859076A (en) * | 2022-07-06 | 2022-08-05 | 之江实验室 | Acceleration measurement method and device based on optical suspension multi-microsphere array |
-
1996
- 1996-07-22 RU RU96114681A patent/RU2106627C1/en active
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 1. Добрецов Г.Е. Флуоресцентные зонды в исследовании клеток, мембран и липопротеинов. - М.: Наука, 1989, с. 95, 96. 2. Mastergizer: Reference Manual (Preliminary Manual - Software Version 2.1 and later). Worcs: Malvern Instruments Ltd., 1996. * |
Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2186362C1 (en) * | 2000-11-30 | 2002-07-27 | Институт автоматики и электрометрии СО РАН | Laser analyzer of microparticles and biological microobjects |
| RU2200314C1 (en) * | 2001-06-22 | 2003-03-10 | Кузнецов Александр Александрович | Method establishing statistical distribution of particles by sizes |
| WO2008007998A1 (en) * | 2006-07-14 | 2008-01-17 | Vladimir Alexeevich Gudovskikh | X-ray fluorescence analyser for determining a sulphur content in liquid hydrocarbons |
| RU2479836C2 (en) * | 2007-11-30 | 2013-04-20 | Икс-Рей Оптикал Системс, Инк. | Film-precoated accurate dosing cells for x-ray diffraction analyser |
| RU174054U1 (en) * | 2016-10-24 | 2017-09-27 | Общество с ограниченной ответственностью Фотокор | Inverted Nanoparticle Trajectory Analyzer |
| WO2018101861A1 (en) * | 2016-11-30 | 2018-06-07 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Гемакор Лабс" | Device for monitoring the spatial and temporal dynamics of thrombin |
| EA037013B1 (en) * | 2016-11-30 | 2021-01-26 | Общество с ограниченной ответственностью "ГемаКор Лабс" (ООО "ГемаКор Лабс") | Device for monitoring the spatial and temporal dynamics of thrombin |
| US11237178B2 (en) | 2016-11-30 | 2022-02-01 | Obschestvo S Ogranichennoy Otvetstvennostyu <<Hemacore Labs>> | Device for monitoring the spatial and temporal dynamics of thrombin |
| CN114859076A (en) * | 2022-07-06 | 2022-08-05 | 之江实验室 | Acceleration measurement method and device based on optical suspension multi-microsphere array |
| CN114859076B (en) * | 2022-07-06 | 2022-10-21 | 之江实验室 | Acceleration measurement method and device based on optical suspension multi-microsphere array |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US6087182A (en) | Reagentless analysis of biological samples | |
| US4421860A (en) | Homogeneous fluoroimmunoassay involving autocorrelation processing of optically sensed signals | |
| US5815262A (en) | Apparatus for parallelized two-photon fluorescence correlation spectroscopy (TPA-FCS), and the use thereof for screening active compounds | |
| US4747685A (en) | Biological microparticle inspection apparatus | |
| US20150293130A1 (en) | Method for testing microfluids by a multichannel system with a multichannel disc | |
| RU2343456C1 (en) | Thrombocyte aggregation behavior and blood coagulability tester | |
| JP2007501415A (en) | Apparatus and method for process monitoring | |
| US4407964A (en) | Homogeneous fluoroimmunoassay involving sensing radiation for forward and back directions | |
| JP2007532878A (en) | Disposable test equipment and sample measurement / mixing method | |
| JP2002529729A (en) | Particle inspection method and system and device used in the method | |
| US4988630A (en) | Multiple beam laser instrument for measuring agglutination reactions | |
| EP4129485A1 (en) | Biological sample-analyzing system, components, and methods thereof | |
| US20100129855A1 (en) | Blood cell analyzer, blood cell analyzing method, and computer program product | |
| RU2106627C1 (en) | Device for monitoring parameters of suspended particles | |
| US11029249B2 (en) | Sample detection device | |
| JP2001272404A (en) | Antigen/antibody reaction by fluorescent correlation spectroscopy | |
| JP6991436B2 (en) | Porous optical fiber for detecting specimens in fluids | |
| US5432096A (en) | Simultaneous multiple, single wavelength electromagnetic wave energy absorbtion detection and quantifying spectrophotometric system, and method of use | |
| JP2001512827A (en) | Detector | |
| JPS61110033A (en) | Measuring apparatus for agglutination reaction | |
| EP4187228A1 (en) | System, apparatus, and method for measuring erythrocyte sedimentation rate | |
| Aristov et al. | Use of lying drop photometry for clinical laboratory diagnostics | |
| US7427509B2 (en) | Method and apparatus for measuring fluorescence polarization in lab-on-a-chip | |
| Isebe et al. | Disruptive technologies in haematology for POCT market | |
| JPH0875735A (en) | Laboratory-test apparatus |