DE2122445C3

DE2122445C3 - Flow opening of an electrical counting and measuring device for particles suspended in a liquid

Info

Publication number: DE2122445C3
Application number: DE2122445A
Authority: DE
Inventors: Ernst Dipl.-Phys.Dr. 3400 Goettingen Berkhan; Wolfgang Dr. 4400 Muenster Goehde
Original assignee: PHYWE AG 3400 GOETTINGEN
Current assignee: PHYWE AG 3400 GOETTINGEN
Priority date: 1971-05-06
Filing date: 1971-05-06
Publication date: 1975-03-20
Also published as: DE2122445B2; DE2122445A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Durchflußöffnung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a flow opening according to the preamble of claim 1.

Partikelzahl- und Meßgeräte, die mit einer solchen Meßporenanordnung ausgestattet sind, werden insbesondere verwendet, um die Anzahl und das Volumen von in einer Elektrolytlösung suspendierten Teilchen. z. B. roten und weißen Blutkörpercl :n. Bakterien usw.. zu ermitteln.Particle number and measuring devices that are equipped with such a measuring pore arrangement are in particular used to measure the number and volume of particles suspended in an electrolyte solution. z. B. red and white blood cells: n. Bacteria etc .. to investigate.

F.S ist bekannt, daß Teilchen, die durch eine enge Verbindung zwischen zwei mit einer F.lektrolytlösung gefüllten Gefäßen gesaugt oder gedrückt werden. Änderungen des elektrischen Widerstandes in dieser engen Verbindung auslösen, wenn sich in den beiden Gc- *o fiißen Elektroden befinden, an denen ein Gleichspannungspotentiai anliegt. In bereits bekannten Anordnun gen wird diese Erscheinung dazu benutzt. Partikel auf elektronischem Wege zu zählen. Bei derartigen Geräten besteht die enge Verbindung im einfachsten Fall aus einer Pore in der Trennwand der zwei Gefäße oder aus einer kurzen Kapillare /wischen beiden Gefäßen. Es wird davon ausgegangen, daß die Teilchen beim Durchgang durch die Pore Signale oder Widerstandsänderungen auslösen, die dem Teilchenvolumen proportiona! sind. Auf Grund dieser Voraussetzung kann mit Hilfe eines solchen Meßgerätes die Größenverteilung der Teilchen ermittelt werden.F.S is known that particles passing through a close Connection between two vessels filled with an electrolyte solution can be sucked or pressed. Changes of the electrical resistance in this close connection, if in the two Gc- * o electrodes are located at which a direct voltage potential is applied. In already known Anordnun conditions this phenomenon is used. Particles on counting electronically. With such devices, the close connection exists in the simplest case from a pore in the dividing wall of the two vessels or from a short capillary / between the two vessels. It is assumed that the particles give signals or changes in resistance as they pass through the pore trigger which is proportional to the particle volume! are. On the basis of this prerequisite, the size distribution of the particles can be determined with the aid of such a measuring device.

Es ist aber auch bekannt, daß die Größe der elektrischen Signale neben dem Teilchenvolumen unter andetem davon abhängt, ob die Teilchen durch die Mitte der Pore bzw. der Kapillare von einem Gefäß in das andere gelungen oder ob sie außerhalb der Mitte oder sogar am Rande der Pore bzw. der Kapillare von einem Gefäß in das andere hinüberwandern. Gleiche Teilchen können so elektrische Signale auslösen, die in Abhängigkeit von der Durchtrittsstelle durch die Pore oder Kapillare um mehr als den Faktor 2 voneinander differieren. It is also known that the size of the electrical signals in addition to the particle volume under andetem depends on whether the particles are managed through the center of the pore and the capillary from one vessel to the other or whether the off-center, or even on the edge The pore or the capillary migrate from one vessel to the other. The same particles can thus trigger electrical signals that differ from one another by more than a factor of 2, depending on the point of passage through the pore or capillary.

Werden diese Signale als Maße für die Volumina der 6$ Teilchen benutzt, resultieren daraus Volumenverteilungen, die in erheblichem Maße fehlerhaft sind. Es ist bereits eine Anordnung bekannt, bei der diese Fehler quelle dadurch ausgeschaltet wird, daß mit Hilfe einer Zentralstrahlanordnung; die Teilchensuspension an defi nierter Stelle, in der Regel im Zentrum der Pore oder Kapillare, die die leitende Verbindung zwischen Jen beiden Gefäßen darstellt, von einem Gefäß in das ande re gesaugt oder gedruckt werden. Auf diese Weise bedingen gleich große Teilchen auch gleich große Widerstandsänderungen bei ihrem Durchtritt durch die Pore oder Kapillare. If these signals are used as measures for the volumes of the particles, the result is volume distributions that are significantly erroneous. An arrangement is already known in which this source of error is eliminated in that with the aid of a central beam arrangement; the particle suspension at a defined point, usually in the center of the pore or capillary, which represents the conductive connection between the two vessels, can be sucked or pressed from one vessel into the other. In this way, particles of the same size also cause changes in resistance of the same size when they pass through the pore or capillary.

Eine derartige Zentralstrahlanordnung ist sehr kom pliziert, sie erfordert einen großen technischen Aul wand. Da der Durchmesser der Pore oder Kapill.ne sehr klein ist, für Blutkörperchen /.. B. 70 μιη bis 100 μηι. erfordert eine derartige Zentralstrahlanord- nung zudem einen erheblichen Aufwand beim Zusam ,nenbau und insbesondere auch bei der justierung der Zuleitung für die Teilchensuspension und der Pore oder Kapillare, damit die Teilchen tatsächlich an definierter Stelle, z.B. in der Mitte der Pore oder Kapillare. \on einem' Gefäß in das andere hiniiberwa;.vL: η. Fm u euerer wesentlicher Nachteil der Zentralsirahlanordnung besteht darin, daß mit zwei verschiedenen Flüssigkeiten gearbeuet werden muß. Durch eine getrennte Zuführung muß nämlich der die Teilchen enthaltende /entralstrahl von einem teilchenfreien Mantelstrom umhüllt werden. Es ist erforderlich, daß ein geeignetes Verhältnis von Dispersionsstrom zu llüllstrom eingehalten wird, was weitere Einstell- bzw. justierungspmbleme aufgibt. Such a central beam arrangement is very com plicated, it requires a large technical Aul wall. Since the diameter of the pore or Kapill.ne is very small, for blood cells / .. B. 70 μm to 100 μm. Such a central beam arrangement also requires considerable effort when assembling and, in particular , when adjusting the feed line for the particle suspension and the pore or capillary so that the particles are actually at a defined point, for example in the middle of the pore or capillary. \ from one vessel to the other; .vL: η. Your main disadvantage of the central tube arrangement is that you have to work with two different liquids. Because of a separate feed, the jet containing the particles / entral beam must be enveloped by a particle-free sheath flow. It is necessary that a suitable ratio of dispersion flow to fill flow is maintained, which gives rise to further adjustment and adjustment problems.

Es ist bereits vorgeschlagen worden, bei Meßgeraten dieser Art das Auflösungsvermögen, das durch das Volumen der Pore bedingt ist, zu vergrößern und die Schwierigkeiten, die durch die plötzliche Erhöhung der Stromdichte am Eingang der Pore entstehen, zu beseitigen, indem der Eingang zur Pore unter Verwenduni.' einer entsprechend dickeren Trennwand aus nichtleitendem Material trichterförmig ausgeführt wird. Die elektrisch wirksame Länge der Pore wird nach diesem Vorschlag beträchtlich vergrößer· und damit auch der Nachteil in Kauf genommen, daß gegenüber Poren ohne den vorgeschalteten trichterförmigen Eingangs teil das Meßergebnis einen größeren Anteil an Koinzidenzen enthält.It has already been proposed, in measuring devices of this type, the resolving power, which is determined by the volume The pore is conditioned to enlarge and the difficulty caused by the sudden increase in the Current density at the entrance of the pore to be eliminated, by the entrance to the pore under use. ' a correspondingly thicker partition made of non-conductive Material is funnel-shaped. The electrically effective length of the pore is after this Proposal is considerably larger · and thus the disadvantage that compared to pores is accepted Without the upstream funnel-shaped input part, the measurement result has a larger proportion of coincidences contains.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Konzentrierung des Tcilchendurchganges durch die Meßpore auf den axialen Bereich der Pore zu erreichen, ohne daß eine aufwendige Zentralstrahlcnanordnung verwendet werden muß. Diese Aufgabe wird für eine Durchfallöffnung der eingangs erwähnten Art nach der Erfindung durch die im Kennzeichen des Anspru dies 1 beschriebenen Merkmale gelöst.The invention is based on the object of a concentration to achieve the passage of particles through the measuring pore on the axial area of the pore, without an expensive central beam arrangement having to be used. This task is for a Diarrhea opening of the type mentioned according to the invention by the in the characterizing part of claims this solved 1 features described.

In dem der eigentlichen Meilpore vorgeschalteten Raum, tier wahrend des Zähl- und Mclivorganges von einem laminaren Suspensionsstrom durchflossen wird, findet nach bekannten Gesetzen der Slrömungsphysik (Eleven International Congress of Applied Mechanics München 1964 - Bericht S. 902 bis 907 -) eine Entmischung der Suspension in der Weise stan, daß nach Zurücklegen einer gewissen Länge eine Grenzschicht mit einer Dicke von etwa 5 Teilchendurchmessern frei von Teilchen ist. According to known laws of fluid physics (Eleven International Congress of Applied Mechanics Munich 1964 - report p. 902 to 907 -), in the space upstream of the actual meil pore, a laminar suspension flow flows through it in such a way that after covering a certain length a boundary layer with a thickness of about 5 particle diameters is free of particles.

Dadurch befinden sich beim Passieren der Pore aus nicht leitendem Material alle Teilchen in einem bestimmten Abstand vom Porenrand; somit wandern alle Teilchen in einem Bereich der Pore von einem Gefäß in das andere, in dem die wesentliche Voraussetzung dafür erfüllt ist, daß jedes Teilchen einen seiner Größe entsprechenden elektrischen Impuls beim DurchtrittAs a result, when passing through the pore made of non-conductive material, all the particles are at a certain distance from the pore edge; so they all wander Particles in an area of the pore from one vessel to the other, in which the essential requirement for each particle to have one of its size is fulfilled corresponding electrical impulse when passing through

(lurch die Pore auslöst. (through the pore triggers.

Um tins für cJie Zählung und Messung der Teilchen empfindliche Volumen im Bereich der Pore zur Vermeidung eines zu hohen. Koinzidenzameiles möglichst klein /u halten, ist die Pore besonders kurz; einen ausreichenden inneren elektrischen Widerstund des verwendeten Materials vorausgeset/t, beträgt die Länge tier Pore nur einige μηι, während der vorgesetzte Raum mit elektrisch leitenden Wandungen mindestens so lang ist, daß alle Teilchen beim Passieren dieser Kapillare den für die genaue Messung der Teilchen erforderlichen Abstand von der Wand der Pore haben; für mikroskopische Teilchen, z. B. für Blutkörperchen, ist eine Länge von 500 μηι ausreichend.To tins for cJie counting and measuring the particles sensitive volume in the area of the pore to avoid too high. Coincidence proportion as possible keep small / u, the pore is particularly short; a sufficient internal electrical resistance of the used Material presupposed / t, the length of the tier pore is only a few μm, while the preceding one Room with electrically conductive walls is at least long enough for all particles to pass through this capillary are the distance from the wall of the pore required for accurate measurement of the particles; for microscopic particles, e.g. B. for blood cells, a length of 500 μm is sufficient.

Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile bestehen insbesondere darin, daß alle zu messenden Teilchen in einem Bereich den Querschnitt der Pore passieren, in dem sie Widerslandsünderungen in dieser leitenden Verbindung auslösen, die den Teilchengrößen proportional sind. Randbereiche der Pore, in denen arlifiziell zu grolle Widerslandsänderungen und damit falsche Signale ausgelöst werden, werden bei der hier beschriebenen Anordnung nicht von den Teilchen durchwanden. Damit sind auf elektronischem We_o'e genaue Gröttenmessungen von mikroskopisch kleinen Teilchen möglich. Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht «laiin, daß gegenüber anderen bekannten Anordnungen, die der gleichen Aufgabe dienen, keinerlei |ustierungen erforderlich sind. Weiterhin ist es von großem Vorteil, daß nur mit einem Flüssigkeitsstrom, dem Suspensiens. gearbeitet wird: das reduziert den technischen Aufwand, den derartige Geräte erfordern, gan/ erheblich. Die Vorschaltung eines zylindrischen oder leicht konischen Raumes mit elektrisch leitenden Wandungen vor eine besonders kurze Pore mit elektrisch nicht leitenden Wandungen führt in vorteilhafter Weise dazu, daß das für die Zählung und Messung der Teilchen empfindliche Meßvolumen besonders klein ist; damit ist bei derartigen Messungen der Koinzidenzanteil klein, c¹ h.. der Anteil von Zähl- oder Meßereignissen, in denen sich mehr als nur ein einzelnes Teilchen in demThe advantages that can be achieved with the invention are in particular that all of the particles to be measured pass the cross-section of the pore in an area in which they trigger contradictions in this conductive connection, which are proportional to the particle sizes. Edge areas of the pore, in which apparently too great contradicting changes and thus false signals are triggered, are not traversed by the particles in the arrangement described here. Thus exact Gröttenmessungen of microscopic particles are possible by electronic We _o 's. Another advantage of the invention is that, compared with other known arrangements which serve the same task, no adjustments are required. Furthermore, it is of great advantage that only with one flow of liquid, the suspens. work is being carried out: this reduces the technical effort that such devices require, gan / considerably. The upstream connection of a cylindrical or slightly conical space with electrically conductive walls in front of a particularly short pore with electrically non-conductive walls leads in an advantageous manner to the fact that the measurement volume, which is sensitive for counting and measuring the particles, is particularly small; so the coincidence component is small in such measurements, c ¹ h .. the proportion of counting or measuring events in which there is more than just a single particle in the

empfindlichen Meßbereich befindet.sensitive measuring range is located.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigtAn embodiment of the invention is shown in the drawing and is described in more detail below. It shows

Fig. I ein Gefäß 1 mit der Teilehensuspension, die durch eine Druckdifferenz während des Zähl- und Meßvorganges durch eine kleine Pore 2 in ein zweites Ciciaß i gelangt. In den beiden Gefäßen I, Ϊ befinden sich je eine Elektrode 4, 5, an denen ein Gleichspan·1 shows a vessel 1 with the suspension of the particles which, due to a pressure difference during the counting and measuring process, passes through a small pore 2 into a second Ciciaß i . In each of the two vessels I, Ϊ there is an electrode 4, 5 on which a constant voltage

ίο nungspoteniial anliegt 6. Die Widerstandsänderjng-.'ti, die die Teilchen beim Passieren der Pore auslösen, werden als elektrische Spannungssignale an dem Arbeitswiderstand 10 von an sich bekannten Anordnungen 7 gezahlt und entsprechend ihrer Größe klassifiziertίο voltage potential is applied 6. The change in resistance -. 'ti, which the particles trigger when they pass through the pore, are transmitted as electrical voltage signals to the work resistor 10 paid by per se known arrangements 7 and classified according to their size

F i g. 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer als Vei ■ bindung zwischen den beiden Geläßen dienenden Durchflußöffnung. Die Trennwand 12 zwischen dun beiden Gefäßen I, 3 weist ein relativ großes Fenster 8 auf. In dieses Fenster 8 ist eine besonders dünne Platte aus elektrisch nicht leitendem Material 9 eingefügt, die sclbM eine die elektrisch leitende Vei bindung zwischen den beiden Gefäßen 1, 3 Jarsiellendc Pore 2 enthalt: diese stellt die eigentliche !.^:eBpore dar. in ihr und in ihrer näheren Umgebung befindet sich das für den Nachweis von Teilchen empfindliche Volumen des verwendeten Elektrolyts. An der Seite der dünnen Platte 4. die in die Richtung weist, aus der die Suspension geströmt kommt, ist eine leicht konische oder zylindrische Kapillare aus elektrisch leitendem Material 11 angebracht. In dieser werden während des Durchströmens der Suspension alle Teilchen so ausgerichtet, daß sie die Pore in einem bestimmten Abstand vom Porenrand passieren. Durch die Randbereiche der Pore wandern keine Teilchen, so daß fehlerhaft /v, große Meßsignale nicht ausgelöst werden. Bestimmte an sich bekannte Anordnungen dienen dazu, daß während eines jeden Zähl- oder Meßvorganges ein bestimmtes Suspensionsvolumen durch die Pore gedrückt oder gesaugt wird, damit eine erhaltene Teilchenzahl einem Flüssigkeiisvolumen zugeordnet werden kann.F i g. 2 shows an exemplary embodiment of a flow opening serving as a connection between the two vessels. The partition 12 between the two vessels 1, 3 has a relatively large window 8. In this window 8 a particularly thin plate made of electrically non-conductive material 9 is inserted, which contains an electrically conductive connection between the two vessels 1, 3 Jarsiellendc pore 2: this represents the actual! ^: eBpore. in it and in its immediate vicinity is the volume of the electrolyte used which is sensitive for the detection of particles. A slightly conical or cylindrical capillary made of electrically conductive material 11 is attached to the side of the thin plate 4 that points in the direction from which the suspension is flowing. In this, while the suspension is flowing through, all the particles are aligned in such a way that they pass the pore at a certain distance from the pore edge. No particles migrate through the edge areas of the pore, so that incorrect / large measurement signals are not triggered. Certain arrangements known per se serve to push or suck a certain volume of suspension through the pore during each counting or measuring process so that a obtained number of particles can be assigned to a volume of liquid.

Hierzu I Blatt ZeichnungenFor this purpose I sheet drawings

Claims

Patent claims:

1. Durchfallöffnung eines, elektrischen Zähl- und Meßgerätes für in einer Flüssigkeit suspendierte Teilchen, das zwei beiderseits der öffnung angeordnete, an einen elektrischen Schaltkreis angeschlossene Elektroden /um Aufbau eines durch die Teilchen beim Durchgang der Suspension durch die öffnung modulierten elektrischen Feldes aufweist, bestehend aus der Meßpore mit elektrisch nichtleitenden Wandungen und einem in Sirömungsrichuing davor angeordneten mit der Pore fluchtenden und in diese bündig mündenden begrenzten Raum, dadurch gekennzeichnet, daß der Raum im wesentlichen zylindrisch oder leicht konisch ausgebildet ist und elektrisch leitende Wandungen aufweist.1. Diarrhea opening, electrical counting and Measuring device for particles suspended in a liquid, the two electrodes arranged on both sides of the opening and connected to an electrical circuit / in order to build up a through the particles as the suspension passes through the Has opening modulated electrical field, consisting of the measuring pore with electrically non-conductive walls and one in front of it arranged in Sirömungsrichuing with the pore in alignment and in this flush delimited space, characterized in that the space is essentially cylindrical or slightly conical and has electrically conductive walls.

2. Flow opening according to claim 1, characterized in that it is formed by a corresponding ao bore in -eiiier with a thin plastic layer (9) provided plate (11) made of electrically conductive material.