Пристрій для автоматизованого вимірювання в’язкості біологічних рідин

Пристрій для автоматизованого вимірювання в'язкості біологічних рідин, що складається із резервуара для рідини та капіляра, який відрізняє ться тим, що резервуар представлений двома кюветами, які знаходяться на підставках, кінці капіляра занурені в кювети, туди ж вміщені електроди, до електричного ланцюга приєднаний вольтметр та амперметр, які через перехідники приєднані до персонального комп'ютера. (19) (21) u200714803 (22) 26.12.2007 (24) 25.03.2008 (46) 25.03.2008, Бюл.№ 6, 2008 рік (72) ШАПЛАВСЬКИЙ МИКОЛА ВОЛОДИМИРОВИЧ, U A, ПІШАК ВАСИЛЬ ПАВЛОВИЧ, U A, СЛОБОДЯН ОКС АНА ВСЕВОЛОДІВНА, U A, ГРИГОРИШИН ПЕТРО МИ ХАЙЛОВИЧ, UA, МИКИТЮК ОРИСЯ ЮРІЇВНА, UA (73) БУКОВИНСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ МЕДИЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ МОЗ УКРАЇНИ, U A 3 корисної моделі, резервуар представлений двома кюветами, які знаходяться на підставках, кінці капіляра занурені в кювети, туди ж вміщені електроди, до електричного ланцюга приєднаний вольтметр та амперметр, які через перехідники приєднані до персонального комп'ютера. На Фіг.1 представлена загальна схема пристрою, що заявляється, де позначено: 1, 2 кювети з досліджуваними пробами рідини; 3 вольтметр (В7-21); 4 - амперметр (В7-21); 5 капіляр в якому рухається досліджувана рідина: 6 підставки для регулювання положення кювет; 7, 8 перехідники до персонального комп'ютера (9). Спільними ознаками найближчого аналога та пристрою, що заявляється, є наявність резервуара із водою та капіляра. Корисна модель відрізняється від найближчого аналога наявністю блока для вимірювання електропровідності із комп'ютерним аналізом. Порівняння способу, що заявляється та способу-прототипу, подано у таблиці. 31236 4 1 pd2 U = . (5) s 4I Ik Кінці капіляра занурювались в об'єми дистиляту і досліджуваного електроліту, із заданим тиском Dр, що зумовлювало рух розподілу їх вздовж капіляра зі швидкістю uк , яка залежить від в'язкості рідин. Якщо при цьому знехтувати змішуванням рідин в капілярі (мізерний діаметр тощо), тоді омічний опір рідин в ньому в певний момент часу t0 дорівнює: l l R = r1 1 + r 2 2 , (6) S S де r 1 і r 2 - питомі електропровідності дистиляту і розчину l1 і l2 їх шля хи, пройдені у капілярі складатимуть: lk = l1 + l2 (7) Підставивши l2 із (7) в (6) одержимо: l l -l (r - r 2 )l 1 r 2l k R = r1 1 + r 2 k 1 = 1 + . (8) S S S S При русі рідин в капілярі: l1(t) = l 1+u kt (9) Для зручності вважаємо, що в початковий Таблиця момент відліку часу І1 = 0, тоді (8) з урахуванням (9) приймеСпосіб визначення електрофізичних вигляд: Найближчий Ознака параметрів l k (r1 - r 2 )uл t r 2електроліту (в'язкості аналог R = + (10) електроліту) (спосіб, що заявляється) S S Вимірювання електропровідності рухомої рідини Ні Вимірюючи попередньо r 1 і r 2 згідно формули так Комп'ютерна реєстрація в'язкості рідини при (5) Ні та визначивши величини lк і S із залежності так протіканні через капіляр R(t) = A × n kt + B, (11) Невеликий об'єм досліджуваної рідини (1мл) Ні (r - r ) r так l де A = 1 2 ; B = 2 k , Одночасне автоматичне визначення швидкості Ні S S так потоку рідини можна знайти швидкість рідин в капілярі. Під час експерименту проводилось Опис пристрою в динамічному стані. У вимірювання залежності I(t) при U=const за запропонованому контактному пристрої для допомогою цифрових вольтамперметрів В7-21, які вимірювання електрофізичних параметрів через інтерфейсні перехідники були підключені до невеликих об'ємів водних розчинів електролітів, LPT порта комп'ютера, а складена програма досліджувану рідину пропускають через полімерну дозволяла спостерігати на дисплеї комп'ютера трубку (капіляр) діаметром d » 0,1-1,0мм графічні часові залежності експериментальної довжиною Ік £ 700мм. Кінці трубки занурені в 1 об'єми рідин з перерізом D >> d, куди вміщені І=f2(t) та обчислюслювальної = f 2 (t ) функцій при l електроди для вимірювання пропускання U=const (Фіг.1 та 2). електричного струму порядка 10мкА ~ 0,1нА U (Фіг.1). За таких умов практично все електричне Оскільки R(t ) = , то на дисплеї комп'ютера поле зосереджується вздовж капіляра, тому I( t) градієнт потенціалу в біля-електродній зоні є можна спостерігати пряму залежність R(t)=A×u kt+B, мізерним і вимірювання проводять за дії звідки програмою визначалась ефективна постійного струму. швидкість рідини в капілярі за формулою: Теоретичне та експериментальне 1 обґрунтування дії пристрою, що заявляється. uk = tg a (11) A Зазначені умови дозволяють визначити де a - кут нахилу дотичної для залежності R(t) питому електропровідність а розчину електроліту з до вісі часу t. виразу закона Ома у ди ференційній формі: Для круглої циліндричної трубки рівняння j = sE, (1) Навьє-Стокса має вигляд [3]: I 4I де j = = 2 ; (2) 1 d du Dp S pd (r )=(12) r dr dr hlk U E = . (3) lk де r = x 2 + y 2 - відстань до вісі трубки, а розподіл швидкостей рідин по перерізу трубки має 4I l Тоді s = 2k , (4) вигляд: pd U а питомий опір r = 5 Dp (R2 - r 2 ) (13) 4hlk k Тоді секундна витрата об'єму визначається за формулою Пуазейля: 31236 невеликих об'ємів рідини та отримати об'єктивний результат. u (r) = Vсек = рідини 4 pRk Dp 8hlk де Vсек = ò ru(r )dS = Vеф × S = const (15) T Вимірявши зміну маси рідини в одному з об'ємів рідини за час t: mсек = ò ru(r )dS = const T можна обчислити в'язкість рідини: 4 pRk Dp . (16) m 8lk ( ) t Ефективна швидкість рідини в капілярі згідно (13) запишемо у вигляді: Dp uк = С , (17) h Знайшовши uк із (11), h із (16) та вимірявши Dр, знайдемо із (17) константу С для даного капіляра. Далі ефективну в'язкість рідин в даному капілярі будемо визначати для фіксованих Dр із (17): Dp h= C (18) uk Таким чином на різних рідинах показано, що даним способом можна досліджувати зміну питомої електропровідності s, ефективну швидкість руху рідин у капілярі та ефективну в'язкість рідин при U = const. Як зазначалось для вимірювання в'язкості створена програма, яка будує залежності I(t) та 10/I(t) - Фіг.2. Приклад практичного використання способу. Дослідження проводились при t=20°С. Спочатку використовували еталонні рідини: 1 дистильована вода ή = 1,005мПа×с, r = 0,9982; 2 фізрозчин ή = 1,022мПа×с - 0,9% розчин NaCl. Для них програма розрахувала ефективн у швидкість потоку рідин в капілярі v = 3.89мм/с. Знаючи різницю висот рівнів дистильованої води та фізрозчину h = 2,00см і враховуючи, що r = rgh (19) при g = 9,8м/с2, розрахували постійну установки С = 2,014×10-6мН×с2. Після цього можна досліджувати в'язкість довільної біологічної рідини, попередньо замірявши її густин у за допомогою прецензійного зважування досліджуваного об'єму рідини. У процесі дослідження програма розрахувала швидкість руху плазми в капілярі v = 3,554мм/с. Попередньо вимірявши значення питомої густини плазми r = 1,027г/см 3 відповідно до формул (18, 19) одержуємо значення динамічної в'язкості досліджуваної плазми крові (h = 1,141мПа×с). Технічний результат: використання пристрою, що заявляється дозволяє виміряти в'язкість h= 6