Спосіб визначення магнітної сприйнятливості мікрооб’єктів.

Спосіб визначення магнітної сприйнятливості мікрооб'єктів, який включає розташування кювети з рідиною, в складі якої знаходяться досліджувані домішки, і елемент феромагнітної насадки в зовнішньому постійному однорідному магнітному полі, який в і д р і з н я є т ь с я тим, що елемент феромагнітної насадки виконують у вигляді кульки, а магнітну сприй нятливість мікрооб'єкту визначають в межах зони захвату елементом феромагнітної насадки по відомому його куту осаду за формулою 6rib(v-v0) де х ~ ефективна магнітна сприйнятливість мікрооб'єкту; V^ - об'єм неферомагнітної частинки; н - напруженість магнітого поля, яке є суперпозицією зовнішнього постійного магнітного поля електромагніту і високоградієнтного магнітного поля феромагнітної насадки; т| - в'язкість рідини; b - радіус неферомагнітної частинки; v - швидкість руху неферомагнітної частинки в рідині; v0 - середня швидкість потоку рідини поряд феромагнітної насадки. ON NO NO Спосіб застосовується в техніці, медицині, харчовій промисловості та ін. і відноситься до спрощення установки і методу визначення магнітної сприйнятливості дрібнодисперсних мікрооб'єктів, зокрема мікроорганізмів (клітин, бактерій) в рідкому середовищі при дії зовнішнього однорідного постійного магнітного поля. Відомий спосіб визначення магнітної сприйнятливості частинок [Э.А. Хопунов, А.В. Первухин, С.Л. Ворончихин, Е.Н. Рыжкова, Исследования магнитных характеристик отдельных зерен минералов, Обогащение руд (Ленинград). 1989. - № 4. - С. 18-21]. По цьому способу магнітна сприйнятливість частинок є пропорційною силі струму, що протікає через компенсаційну котушку. Тут досліджуваний об'єкт знаходиться всередині запаяної парафінової коробки, яка нерухомо кріпиться до компенсаційної котушки. Недоліками цього способу є низька роздільна здатність установки - не фік* О 26949 суюіься частинки вагою менше 2 мг, недосконалість методу визначення - мікроорганізм в парафіновій коробці при процесах метаболізму може істотно змінювати магнітні властивості свої і середовища, що негативно впливає на правильність визначення результату, недосконалість установки - без буферного середовища в парафіновій коробці мікроорганізм може загинути. Найближчим технічним рішенням є визначення магнітної сприйнятливості клітин крові [ЮА Плявинь, Э.Я. Блум, Магнитные свойства пара- и диамагнитных форез клеток. Магнитная гидродинамика. - 1983. № 4. - С. 3-14]. За цим способом визначення величини магнітної сприйнятливості відбувається по розрахунковій формулі, поправки до якої вносились згідно експериментальних досліджень траєкторій руху клітин крові. Тут в зовнішньому однорідному магнітному полі за допомогою мікроскопу, відеокамери, відеомагнітофону і комп'ютерного забезпечення був організований процес для спостереження руху клітин крові в спеціальній кюветі мікрочарунці, в якій був розміщений елемент феромагнітної насадки - циліндричний феромагнетик. Недоліком такого способу є складність і трудомісткість розрахунків. В основу винаходу поставлено завдання удосконалення способу визначення магнітної сприйнятливості мікрооб'єктів шляхом використання магнітної насадки кулястої форми та подальшого визначення кута його осаду до елементу феромагнітної насадки для забезпечення спрощення методики. Поставлене завдання досягається тим, що в способі визначення магнітної сприйнятливості мікрооб'єктів, який включає розташування кювети з рідиною, в складі якої знаходиться досліджуваний мікрооб'єкт, і елемента феромагнітної насадки в зовнішньому постійному однорідному магнітному полі, згідно з винаходом, елемент феромагнітної насадки виконують у вигляді кульки, магнітну сприйнятливість мікрооб'єкту визначають в межах зони захвату елемента феромагнітної насадки по відомому його куту осаду за формулою: 6ТПІЬ(У-У 0 ) 5 10 15 20 25 є суперпозицією зовнішнього постійного магнітного поля електромагніту } високоградієнтного магнітного поля феромагнітної насадки; ц - в'язкість рідини; b - радіус неферомагнітної частинки; v - швидкість руху неферомагнітної частинки в рідині; v0 - середня швидкість потоку рідини поряд феромагнітної насадки. Причинно-наслідковий зв'язок між запропонованими ознаками та технічним результатом буде в наступному. При рухові мікрооб'єкту в рідині в зовнішньому магнітному однорідному постійному полі, яке є сумою магнітного поля електромагніту і елемента феромагнітної насадки на останній діє магнітна сила і в'язка сила Стокса. Для того, щоб магнітна сила могла утримати неферомагнітну частинку поряд феромагнітної насадки, потрібно, щоб вона була більша за значенням від в'язкої сили Стокса. Враховуючи вищесказане, рівняння руху неферомагнітної частинки поряд феромагнітної насадки буде мати вигляд: Глі ЗО де F ст , = 1/2x V* gradrV FCT - 6ят|Ь ( v ~ v 0 ) - відповідно магнітна сила і в'язка сила Стокса. Тут х ~ ефективна магнітна сприйнятливість, яка дорівнює різниці магнітної сприйнятливос35 ті неферомагнітної частинки Х ф ' рідини и Унф ~ об'єм неферомагнітної частинки - напруженість магнітного поля, яке є суперпозицією зовнішнього постійного маг40 нітного поля електомагніту і високоградієнтного магнітного .поля феромагнітної насадки; ц - вязкість рідини; b - радіус неферомагнітної частинки; v - швидкість руху неферомагнітної частинки в рідині; 45 v0 - середня швидкість потоку рідини поряд феромагнітної насадки. Рівняння можна переписати у вигляді: m v =Х Ч,ф/б7П1ь 9 r a d Н2 + v0 =c grad Й г + v 0 , 50 де с = х VH(J/6nr|b. Враховуючи, що Oz декартової системи координат напрямлена вздовж векторна Н запишемо рівняння покомпонентно. V^gradH2 ' де X ~ ефективна магнітна сприйнятли- 55 вість, яка дорівнює різниці магнітної сприйнятливості неферомагнітної частинки х„ф і рідини xD; Ч«Ф " об'єм неферомагнітної частинки; Н - напруженість магнітого поля, яке 26949 Підставляючи фізичні характеристики середовища і мікрооб'єкта з систему рівнянь, можна визначити положення мікрооб'єктів в будь-який момент часу, що дасть змогу узнати кут його осаду на елемент феромагнітної насадки. Тобто задача зводиться до розв'язання системи рівнянь і знаходження формули, яка виражає залежність кута осаду мікрооб'єкту на елемент феромагнітної насадки від його магнітноїсприйнятливості, за якою можна буде визначити магнітну сприйнятливість останнього, якщо відомо кут осадку на насадку. На фіг.1 зображена блок-схема установки для спостереження за процесами взаємодії високоградієнтної феромагнітної насадки з неферомагнітними частинками; на фіг. 2 - схема розміщення установки в зовнішньому постійному однорідному .магнітному полі. Спосіб полягає в наступному. Рідину з добавленими неферомагнітними домішками пропускають через кювету, в центрі якої розміщений елемент феромагнітної насадки (залізна кулька). В зовнішньому магнітному полі відбувається осад домішок на насадку в межах зони захвату. Коли товщина шару домішок становить 2-3 моношару, то тоді фіксують значення кутів осадженої речовини, так як її границі добре помітні на екрані монітора. Підставляючи значення експериментально отриманого кута конкретної домішки в , . 6r|b(v-v 0 ) формулу ^ = тт^—г - і яка виражає за• лежність кута осаду мікрооб'єкту на елемент феромагнітної насадки від його магнітної сприйнятливості, визначають магнітну сприйнятливість мікрооб'єкту. П р и к л а д . Запропонована, наприклад, установка (фіг.1) для спостереження ефективності захвату неферомагнітних домішок феромагнітною насадкою і визначення їх кутів на насадці є зручною з точки зору визначення результату, так як вона дозволяє візуально спостерігати як за самим процесом, так і визначити значення кутів. Вона має проточну систему, яка складається із кювети 1 з вхідним 4 і вихідним 5 патрубками. На дні кювети розміщено вікно 3, а по центру кріпиться на тримачі феромагнітна частинка 2 яка має форму кульки. Робоча рідина, яка містить неферомагнітні домішки, із об'єму 7 через регулятор швидкості витікання рідини 6 поступає в патрубок 4. Відпрацьована ощина через патрубок 5 поступає в 5 10 15 20 25 ЗО 35 40 45 50 55 об'єм для збору відпрацьованої рідини 9. Для постійного підтримування неферомлгнітних частинок в завислому стані об'єм з робочою рідиною оснащений механічним змішувачем 8 з блоком керування швидкості змішування 10. Система візуалізації процесу захвату складається із підсвіткч 11, мікроскопу 12, відеокамери 13 і монітору 14. Ця система дозволяє спостерігати об'єкт спостереження дисперсністю не менше 1 мкм із збільшенням в 1000 разів. Телевізійна установка має стандарт розгортки через рядковий 625 рядків при 25 кадрах в секунду. Роздільна здатність по горизонталі в центрі не менше 500 ліній. Швидкість потоку рідини визначається за часом проходження домішкової частинки екрана монітора. Розмір екрана прокалібрований в мікрометрах. На фіг. 2 показано розміщення електромагніту 3, який створює зовнішнє магнітне моле по відношенню до кювети 1. Величина напруженості магнітного поля керується блоком керування струму, протікаючого по обмотках електромагніту 4. Потік робочої рідини і зовнішнє магнітне поле є взаємно перпендикулярними по відношенню один до одного. Модельна рідина готувалась на основі високомолекулярної органічної сполуки поліетилен оксиду. Ця речовина добре розчиняється у воді, що полегшує роботу з розчином. В'язкість розчину становила 20 сСт. Пропускання рідини відбувалось із вхідного патрубка через кювету в вихідний патрубок зі швидкістю 0,35 м/год. Феромагнітна насадка розміром 110 мкм розміщується в центрі кювети між зазорами електромагніту і кріпиться до мідної полки. Як зовнішнє джерело постійного однорідного магнітного поля використовувався електромагніт, поле якого під час експерименту становило 2000 Е. Модельну рідину з почергово розчиненими в ній неферомагнітними домішками оксидів гольмію Ho2Oj, гадолінію Gd2O3, неодиму Nd2O3 з магнітними сприйнятливостями відповідно: Но2О3 - % = 22910 6 , 2 3 Gd2O - х = 135 Nd Nd2O3 - х = 29 102 б 2 6 (таблиця фізичних величин)) пропускали в зовнішньому постійному однорідному магнітному полі, яке при цьому було напрямлене перпендикулярно напрямку руху рідини. Для кожної із домішок було проведено по п'ять експериментів по визначенню усередненого кута захвату їх високогра-дієнтною феромагнітною насад 8 26949 кою, що становив для Но2О3 - 28,9°, Gd2O3 - 32,7°, Nd ? (X - 40,0° (таблиця). Визначення кутів відбувалось на екрані монітора в полярній системі координат, тут полюс знаходиться в центрі насадки, а радіусом є радіус насадки. Ці ж кути були розраховані теоретично по вищеописаній методиці при заданих параметрах системи (в'язкість розчину 20 сСт, розмір феромагнітної насадки 110 мкм, зовніш- 10 нє постійне однорідне магнітне поле 2000 Е) за формулою X - (1-0,03ф+ 0.43)/(131,9ф -1727,8), де Y . - магнітна сприйнятливість неферомагнітної частинки; Ф - кут осаду її на елемент феромагнітної насадки. Як видно з таблиці, теоретичні результати добре узгоджуються з експериментальними. Домішка Кут осадження мікрооб'єктів, отриманий експериментально Кут осадження мікрооб'єктів, отриманий теоретично Гольмій Но2О3 Гадоліній Ga 2 O 3 Неодим Nd 2 O 3 28,9 32,7 40,0 28,23 31,80 40,18 10 я 7 > Фіг 2 Упорядник Техред М. Келемеш Коректор О.Обручйр Замовлення 541 Тираж Підписне Державне патентне відомство України, 254655, ГСП, Київ-53, Львівська пл„ 8 Відкрите акціонерне товариство "Патент", м. Ужгород, вул. Гагаріна, 101