Спосіб і пристрій для визначення розподілу по розмірах завислих мікрочасток в потоці рідини

1. Спосіб визначення розподілу по розмірах завислих мікрочасток в потоці рідини, який містить попереднє зондування потоку рідини монохроматичним когерентним світлом, реєстрацію сигналів взаємодії зондуючого випромінювання з частками, який відрізняється тим, що попередньо будують двомірний розподіл у вигляді функції виду K(U,t,r) по нормованих значеннях амплітуд та тривалостей реєстрованих імпульсів від сферичних часток заданого розміру і відомим показником заломлення, вибраних для калібрування, для чого з потоком рідини за вибраний проміжок часу всі частки, які перетинають об'єм, в якому проводять підрахунок, реєструють шляхом вимірювання амплітуди і тривалості імпульсів від зондуючих мікрочасток, після чого реєстровані імпульси сортують по амплітуді і тривалості, для чого інтервал амплітуд поділяють на m піддіапазонів, обмежений знизу напругою рівня шумів фотоелектричної системи реєстрації, а зверху напругою насичення вхідного підсилювача, при цьому інтервал тривалостей поділяють на n піддіапазонів і обмежують часом проходження мінімальної відстані знизу і максимальної відстані зверху, в кожному з виділених піддіапазонів значення числових величин амплітуд та тривалостей реєстрованих імпульсів нормують в залежності від процедури вимірювання, визначення розподілу по розмірах досягають зондуванням потоку рідини з шуканим розподілом мікрочасток тим же монохроматичним когерентним світлом в тому ж об'ємі, в якому проводять підрахунок часток, реєструють імпульси від зондуючих мікрочасток і далі сортують реєстровані імпульси шляхом побудови двомірного розподілу їх амплітуд та тривалостей у піддіапазонах з межами, як у випадку зондування A (54) СПОСІБ І ПРИСТРІЙ ДЛЯ ВИЗНАЧЕННЯ РОЗПОДІЛУ ПО РОЗМІРАХ ЗАВИСЛИХ МІКРОЧАСТОК В ПОТОЦІ РІДИНИ 42971 детектор, аналого-цифровий перетворювач, електронно-обчислювальний засіб, причому вихід фотоприймача з'єднаний з входом попереднього підсилювача, а вихід попереднього підсилювача з першим входом пікового детектора і першим входом дискримінатора, а другий вхід дискримінатора з'єднаний з першим виходом електронно-обчислювального засобу, а вихід дискримінатора з'єднаний з першим входом аналого-цифрового перетворювача і першим входом електронно-обчислювального засобу, вихід пікового детектора з'єднаний з другим входом аналого-цифрового перетворювача, вихід якого з'єднаний з другим входом електронно-обчислювального засобу, а другий вихід електронно-обчислювального засобу з'єднаний з другим входом пікового детектора. Винахід відноситься до контрольно-вимірювальної техніки, зокрема, до оптичних способів і пристроїв контролю дисперсних середовищ і може знайти застосування в мікробіології, фармацевтиці, медицині, електронній і хімічній промисловості, контролі забруднення оточуючого середовища і протікання біотехнологічних процесів. Відомий спосіб визначення розміру мікрочасток, в якому про розмір мікрочастки судять по інтенсивності розсіяного нею світла (E.G.V. Pdssars, M.A. Conen Stuart, G.J. Fleer. Single Particle Optical Sizing (SPOS) / J. Col.Іnterf.Sci. 1990. V 137. – N 2. P. 350-361). Для цього в кюветі пристрою, через яку протікає досліджувана рідина з завислими частками, виділяється об'єм, де проводиться підрахунок часток, і всі частки, які з потоком рідини потрапили в даний об'єм, підраховуються по зміні інтенсивності розсіяного ними світла. Про розмір частки судять по величині амплітуди імпульсу, який реєструється фотоелектричною системою пристрою в результаті акту розсіяння світла часткою. Для цього попередньо визначають залежність між величиною амплітуди імпульсу інтенсивності розсіяного світла частками заданого розміру, які з потоком рідини потрапили в об'єм, в якому проводиться підрахунок часток, і розміром частки шляхом теоретичного розрахунку або калібровкою пристрою по сферичних частках з відомим показником заломлення і розміром. В лічильниках даного типу, звичайно, як джерело зондуючого випромінювання використовуються лазери, для яких розподіл інтенсивності по перерізу світлового променя змінюється по гаусівському закону. В напрямку поширення світлового променя має місце звуження променя, так звана перетяжка, в якому інтенсивність світлового потоку є максимальна. При цьому положення перетяжки променя формується параметрами резонатора лазера і оптичних елементів, які розміщені на шляху проходження світлового променя. Об'єм, в якому проводиться підрахунок часток, можна розглядати як частина світлового потоку в місці перетяжки лазерного променя, який обмежений зображенням діафрагми оптичним об'єктивом, встановлених перед фотоприймачем пристрою. Потік рідини з завислими частками формується таким чином, щоб він перетинав об'єм, в якому проводиться підрахунок часток, а поперечний переріз потоку рідини поміщався в простір, обмежений зображенням діафрагми оптичним об'єктивом, встановлених перед фотоприймачем пристрою. Недоліком даного способу є низька точність вимірювань зумовлена рядом причин, зокрема: необхідністю визначення з великою точністю розмірів лічильного об'єму (АС 1485069 СССР от 24.06.1987, МПК G01N15/02. Фотоэлектрический способ определения размеров и концентрации взвешенных частиц (И.И. Васильев, Г.И. Ильин. // Опубл. 07.06.1989, Бюл. № 21); неоднорідністю освітлення в лічильному об'ємі, зумовленого неоднорідністю зондуючого випромінювання (АС 857812 СССР от 19.03.1979, МКП G01N21/85. Фотоэлектрический счетчик дисперсных частиц. (В.В.Смирнов. // Опубл. 23.08.1981. Бюл. № 31), зміною освітленості від концентрації частинок (АС 1500913 СССР oт 21.09.1987, МКП G01N15/02. Фотоэлектрическое устройство для определения размеров и счетной концентрации частиц. / Н.А. Малыгин, М.Н. Кудряшова, К.В. Давыдов // Опубл. 15.08.1989. Бюл. № 30, одночасним попаданиям в лічильний об'єм декількох частинок (AC 1453257 СССР от 09.06,87, МКП G 01 № 15/02. Устройство для измерения размеров и концентрации аэрозольных частиц. / В.Н. Ушаков. // Опубл. 23.01.1989. Бюл. № 3, АС 1758517 СССР от 19.03.1990, МПК G0115/02. Фотоэлектрический способ определения размеров и концентрации взвешенных частиц и устройство для его осуществления. / С.М. Коломиец // Опубл. 23.10.1989. Бюл. № 39). Найбільш близьким за технічною суттю до пропонованого є спосіб кореляційної спектроскопії, в основі якого - статистичний аналіз світлового поля в реальному масштабі часу (Лебедев А.Н., Левчук Ю.Н., Ломакин А,В., Носкин В.А. Лазерная корреляционная спектроскопия в биологии. - К.: Наук. думка, 1987. - 256 c.). Спосіб полягає в зондуванні об'єму рідини монохроматичним когерентним світлом та реєстрації спектру флуктуацій інтенсивності розсіяного світла завислими частками в рідині в моменти часу t1, t2....tn, дальшою обробкою результатів вимірювання шляхом побудови кореляційної функції G(t1, t2), що є величиною середнього значення добутку випадкових величин j(t) результатів двох вимірювань в різні моменти часу t1 і t2: G ( t1, t 2 ) =, (1) подальшою обробкою результатів вимірювання шляхом побудови Фур'є-образу кореляційної функції: iw( t 2 - t1) I( w) = ò G ( t 2 - t1)e d ( t 2 - t1) . (2) Одержимо параметр I(w), який має назву спектр флуктуацій напруженості поля розсіяного світла. Вид Фур'є-образу кореляційної функції для кожної конкретної задачі вимірювання має заданий вигляд. В способі кореляційної спектроскопії, коли рух завислих часток в рідині є броунівський, а спектр флуктуацій інтенсивності розсіяння світла реєструється в замкнутому об'ємі рідини, після Фур'є перетворень кореляційної функції, яка є результатом вимірювання, спектр флуктуацій напруженості поля розсіяного світла має вигляд: 2 42971 1 гомодинної схеми реєстрації, коли для одержання спектру флуктуацій напруженості світлового поля використовується одне джерело світла, містить наступні основні елементи (Patent 4676641 USA from 30.06.1987., МКП G01N15/02. System for measuring the size distribution of particles dispersed in fluid): монохроматичне джерело світла, освітлювальний об'єктив, термостабілізовану камеру, посудину для рідини, фокусуючий об'єктив, фотоприймач, мікропроцесорний пристрій, який складається з інтегратора,, дискримінатора, автокорелятора, сигнального аналізатора, контролера. Роботу пристрою можна простежити на прикладі. Посудина з рідиною, в якій містяться мікрочастки. поміщається в термостабільовану камеру. Монохроматичне світло від джерела освітлювальним об'єктивом фокусується в посудину з рідиною, де розсіюється завислими в рідині мікрочастками. Це розсіяне світло фокусуючим об'єктивом збирається на фотодетекторі і сигнал з фотоприймача в подальшому обробляється мікропроцесорним пристроєм. Фотоприймач пристрою за вибраний проміжок часу реєстру міни флуктуацій інтенсивності розсіяного світла, зумовлені броунівським рухом часток. Мікропроцесорний пристрій по реєстрованих змінах флуктуацій інтенсивності розсіяного світла будує кореляційну функцію результатів вимірювання, а по ній визначає розподіл мікрочасток шляхом математичного розв'язку рівняння виду (2). В процесі роботи такого пристрою необхідно підтримувати з високою точністю стабільність температури, позбуватись вібрацій, що приводить до складності вимірювань і збільшення собівартості процесу виміру. Найбільш близьким за технічною суттю до пронованого є пристрій для визначення концентрації мікрочасток (АС 1758517 СССР от 19.03.1990, МПК G01N15/02. Устройство для определения концентрации микрочастиц. / А.И. Билый, В.Б. Гетьман, Б.-Г.И. Кучер В.М. Лукьянец // Опубл. 30.08.1992. Бюл. № 32), який містить освітлювач, на оптичній осі якого розміщена проточна кювета, з якою оптично спряжений фотоприймач, послідовно з'єднаних дискримінатора, суматора тривалостей імпульсів і блоку реєстрації, причому вихід фотоприймача з'єднаний і входом дискримінатора. Роботу пристрою можна простежити на прикладі. Спалахи розсіяного світла, утворені мікрочастинками, що попали в об'єм, в якому проводиться підрахунок часток, перетворюються фотоприймачем в електричні імпульси, і поступають на вхід дискримінатора. Дискримінатор формує прямокутні імпульси, тривалість яких рівна тривалості імпульсів, що поступають з фотоприймача, а значить часу. за який мікрочастка міститься в об'ємі, де і проводиться підрахунок часток. Імпульси з виходу дискримінатора поступають на вхід суматора, який здійснює сумування тривалостей реєстрованих імпульсів. Вихідний сигнал з суматора тривалостей імпульсів поступає на вхід блоку реєстрації, пропорційний концентрації реєстрованих мікрочасток і не залежить від швидкості протоку рідини. Недоліком роботи даного пристрою є його обмежене функціональне використання. АГ (3) , 2 2 p (w - qn ) + Г де: параметр Г – дифузне розширення: 2 Г = Dq (4) У формулах (3) і (4) А - коефіцієнт пропорційності, який функціонально виражає інтенсивність розсіяння частками в розчині, D - коефіцієнт трансляційної дифузії, `q - хвильовий вектор, що передається частці, `n - швидкість дрейфу часток під дією зовнішніх сил, w - частота хвилі розсіяння, p - число пі. При певних наближеннях, коли розсіюючі частки малі в порівняні з довжиною хвилі, оптичне ізотропні, а поляризованість їх не змінюється з часом, результатом вимірювання дифузного уширення спектру розсіяння в методі кореляційної спектроскопії є коефіцієнт трансляційної дифузії часток D. В подальшому по відомій формулі Айнштайна-Стокса: I( w) = × D= k БТ 2 , (5) 6hpR можна оцінити розмір розсіюючих часток. У формулі (5) R - гідродинамічний розмір часток, kБ - постійна Больцмана, Т - температура, h - в'язкість рідини. У випадку полідисперсної системи, при неперервному розподілі часток, функціональна залежність спектру флуктуацій напруженості поля розсіяного світла частками набуде вигляду: 1 ¥ A( Г )ГdГ I( w) = (6) ò p 0 w2 + Г 2 У формулі (6) А(Г') - функція розподілу інтенсивності розсіяння частками заданих розмірів по характерним для них параметрам дифузного розширення. Недоліком даного способу с наявність похибок, зумовлених рухом частинок внаслідок градієнту температур в посудині з досліджуваною рідиною, складністю математичного апарату. необхідного для побудови розподілу часток по розмірах за результатами вимірювання спектру флуктуацій напруженості поля розсіяного світла частками. В загальному випадку математична задача встановлення виду функції А(Г) по I(w) пов'язана з рішенням інтегрального рівняння Френгольма першого роду і відноситься до класу некоректно поставлених задач. Це математичне твердження означає, що розв'язання рівняння (6) не є стійким по відношенню до похибок вихідних даних, тобто варіацій лівої частини рівняння. Існують відомі математичні методи вирішення завдань даного типу (Тихонов А.Н., Арсенин В.Я. Методы решения некорректных задач. - М.: Наука, 1986). З математичної точки зорy коректний підхід до вирішення даного завдання полягає в наступному: відхилення теоретичної кривої від результатів вимірювання в рівнянні (6) повинен бути мінімальним. Тому алгоритм обробки результатів вимірювання повинен бути направлений на побудову такої теоретичної кривої яка проходить якнайближче до експериментальних точок вимірювання, залишаючись при цьому рівномірною і неперервною. Пристрій для визначення розподілу мікрочасток способом кореляційної спектроскопії у випадку q 3 42971 В основу винаходу поставлено завдання удосконалити спосіб і пристрій для визначення розподілу по розмірах завислих мікрочасток в потоці рідини шляхом реєстрації мікрочасток по зміні інтенсивності розсіяного ними світла, яке дозволить забезпечити побудову функції виду F(U, t), яка виражає статистичні характеристики інтенсивності розсіяння світла частками і по ній одержати розподіл часток по розмірах, шляхом рішення інтегрального рівняння Френгольма першого роду, а введення додаткових елементів у пристрої дозволить розширити функціональні можливості пристрою. Поставлене завдання вирішується так, що у відомому способі для визначення розподілу по розмірах завислих мікрочасток в потоці рідині, який містить попереднє зондування потоку рідини монохроматичним когерентним світлом, реєстрацію сигналів взаємодії зондуючою випромінювання з частками, попередньо будується двохмірний розподіл у вигляді функції виду K (U, t, r) по нормованих значеннях амплітуд та тривалостей реєстрованих імпульсів від сферичних часток заданого розміру і відомим показником заломлення, вибраних для калібрування, для чого з потоком рідини за вибраний проміжок часу всі частки, що перетинають об'єм, в якому проводиться підрахунок, реєструються шляхом вимірювання амплітуди і тривалості імпульсів від зондуючих мікрочасток, після чого реєстровані імпульси сортуються по амплітуді і тривалості, для чого інтервал амплітуд поділяється на m піддіапазонів і обмежений знизу напругою рівня шумів фотоелектричної системи реєстрації, а зверху напругою насичення вхідного підсилювача, а інтервал тривалостей поділяється на n піддіапазонів і обмежується часами проходження мінімальної відстані знизу і максимальної відстані зверху, в кожному •з виділених піддіапазонів значення чисельних величин амплітуд та тривалостей реєстрованих імпульсів нормуються в залежності від процедури вимірювання, визначення розподілу по розмірах досягається зонування потоку рідини з шуканим розподілом мікрочасток тим же монохроматичним когерентним світлом в тому ж об'ємі, в якому проводиться підрахунок часток, реєстрацією імпульсів від зондуючих мікрочасток і дальшим сортуванням реєстрованих імпульсів шляхом побудови двохмірного розподілу їх амплітуд та тривалостей у піддіапазонах з межами, як у випадку зондування часток, вибраних для калібрування, нормуванням чисельних значень величин амплітуди та тривалості імпульсів в кожному з піддіапазонів, побудовою по нормованих значеннях функції виду F(U, t) і дальшим находженням розподілу мікрочасток по розмірах за рівнянням: rmax F( U, t ) = ò K( U, t, r )n( r )d( r ) , rmin де rmin і rmax - верхня і нижня межа діапазону розмірів часток, що реєструються, n(r) - функція розподілу часток за розмірами. Поставлене завдання вирішується так, що у відомому пристрої для визначення розподілу по розмірах завислих мікрочасток в потоці рідини, що складається з освітлювача на оптичній осі якого розміщена проточна кювета, і з нею оптичне спряжений фотоприймач. дискримінатор, додатково введено попередній підсилювач, піковий детектор, аналого-цифровий перетворювач, електроннообчислювальний засіб, причому вихід фотоприймача з'єднаний з входом попереднього підсилювача, а вихід попереднього підсилювача з першим входом пікового детектора і першим входом дискримінатора, а другий вхід дискримінатора з'єднаний з першим виходом електронно-обчислювального засобу, а вихід дискримінатора з'єднаний з першим входом аналого-цифрового перетворювача і першим входом електронно-обчислювального засобу, вихід пікового детектора з'єднаний з другим входом аналого-цифрового перетворювача, вихід якого з'єднаний з другим входом електроннообчислювального засобу, а другий вихід електронно-обчислювального засобу з'єднаний з другим входом пікового детектора На фіг. 1 зображено функціональну блоксхему пристрою для реалізації способу. До складу пристрою входять лазерний освітлювач 3, проточна кювета 2, збираючий об'єктив 3, діафрагма 4, фотоприймач 5, дискримінатор 7, попередній підсилювач 6, піковий детектор 8, аналого - цифровий перетворювач 9, електронно-обчислювальний засіб 10. На фіг. 2 зображено залежність результатів вимірювання розподілу мікрочасток у відносних одиницях модельної суміші полістирольних латексів розмірами 0,18 і 0,67 мкм в інтервалі розмірів від 0,1 до 2,0 мкм. На фіг. 3 зображено залежність результатів вимірювання вмісту у відносних одиницях мікроорганізмів Micrococcus luteus в 5% розчині глюкози свіжоприготовленому (крива 1) і через 24 години (крива 2) і через 48 годин (крива 3) в інтервалі розмірів від 0,1 до 2,0 мкм. На фіг. 4. зображено залежність результатів вимірювання місту у відносних одиницях мікроорганізмів Escherichia coli в 5% розчині глюкози свіжоприготовленому (крива 1) і через 48 годин (крива 2) в інтервалі розмірів від 0,1 до 2,0 мкм. Відомий спосіб кореляційної спектроскопії визначення розподілу завислих часток в рідині дозволяє визначати розподіл по розмірах мікрочасток в закритому об'ємі рідини шляхом вимірювання часових змін флуктуацій інтенсивності розсіяного світла частками, побудовою на основі результатів вимірювання кореляційної функції, яка залежить від часу вимірювання. По одержаній кореляційній функції розподіл часток за розмірами одержується шляхом розв'язання інтегрального рівняння Френгольма першого роду. Пропонований спосіб визначення розподілу завислих часток в рідині дозволяє визначати розподіл по розмірах мікрочасток в потоці рідини вимірюванням інтенсивності розсіяного світла відомим способом визначення розміру мікрочасток, в якому про розмір мікрочастки судять по інтенсивності розсіяного нею світла, а обробку результатів проводити по аналогії з способом кореляційної спектроскопії шляхом побудови функції, яка залежить від двох параметрів: амплітуди та тривалості імпульсів, які реєструються в результаті зондування рідини світлом, і по одержаній функції одержати розподіл мікрочасток за розмірами шляхом розв'язання інтегрального рівняння Френгольма першого роду. Так як спосіб визначення розміру частки по величині інтенсивності розсіяно 4 42971 го нею світла передбачає обов'язкове виділення в потоці рідини об'єму, де проводиться підрахунок часток, і попереднє находження залежності між величиною амплітуди імпульсу розсіяного світла та розміром частки, для коректного рішення поставленої задачі необхідно забезпечити попереднє находження залежностей між параметрами зондуючих імпульсів від часток з відомими розмірами шляхом побудови функції, так звана процедура калібровки, яка б визначала статистичні характеристики розсіяного частками світла. Процедура находження розподілу по розмірах завислих часток полягає в забезпеченні проведення вимірювань при однакових умовах, як у випадку процедури калібровки, побудові на основі результатів вимірювань функції, яка б визначала статистичні характеристики розсіяного частками світла, і математичним способом розкласти дану функцію на складові, одержані в результаті процедури калібровки. Дані умови можна досягнути проведенням попередньої процедури калібровки шляхом зондуванням мікрочасток сферичної форми, заданого розміру і відомим показником заломлення монохроматичним когерентним світлом у виділеному об'ємі, в якому проводиться підрахунок часток, реєстрацією фотоелектричною системою імпульсів від зондуючих мікрочасток і дальшою побудовою масиву калібровочних функцій дня кожної вибраної частки, шляхом сортування реєстрованих імпульсів по амплітуді і тривалості Для цього інтервал амплітуд поділяється на m піддіапазонів, і обмежений знизу напругою рівня шумів фотоелектричної системи реєстрації, а зверху напругою насичення вхідного підсилювача. Інтервал тривалостей поділяється на n піддіапазонів і обмежується часами проходження мінімальної відстані знизу і максимальної відстані зверху виділеного об'єму Для того щоб виключити залежність кінцевих результатів від часу вимірювання, проводиться операція нормування. У випадку, коли процедура вимірювання передбачає для одержання результату вимірювання проведення лише однієї операції заміру, процедура нормування полягає в проведенні операції ділення чисельного значення величини в кожному з піддіапазонів на суму чисельних значень величин в усіх піддіапазонах, на які розбиті інтервали амплітуд і тривалостей зареєстрованих імпульсів. У випадку, коли процедура вимірювання передбачає для одержання результату вимірювання проведення принаймні двох операцій заміру основного і повірочного, процедура нормування полягає в операції ділення чисельних значень величин в кожному з піддіапазонів, на які розбиті інтервал амплітуд і тривалостей зареєстрованих імпульсів для операцій заміру основної і повірочної на час заміру даної операції, і дальшим відніманням в кожному піддіапазоні чисельних значень величин, отриманих для повірочного заміру від контрольного заміру і проведенні операції ділення чисельного значення величини в кожному з піддіапазонів на суму чисельних значень величин в усіх піддіапазонах, на які розбиті інтервали амплітуд і тривалостсй зареєстрованих імпульсів. По нормованих значеннях чисельних величин амплітуд та тривалостей реєстрованих імпульсів будується двохмірний розподіл у вигляді функції виду K(U,t,r), яка виражає статистичні характеристики інтенсивності розсіяння світла для кожної окремо взятої мікрочастки сферичної форми, заданого розміру і відомим показником заломлення. Визначення розподілу по розмірах завислих мікрочасток у пропонованому способі полягає в проведенні процедури зондування тим же монохроматичним когерентним світлом у тому ж виділеному об'ємі, як у випадку процедури калібровка- реєстрацією фотоелектричною системою імпульсів від зондуючих мікрочасток і дальшим сортуванням реєстрованих імпульсів шляхом побудови двохмірного розподілу їх амплітуд та тривалостей на піддіапазони з межами, як у випадку процедури калібровки, нормуванням чисельних значень величин амплітуди та тривалості імпульсів в кожному з піддіапазонів, побудови з нормованих значень функції виду F(U,t), яка виражає статистичні характеристики інтенсивності розсіяння світла досліджуваними частками, і дальшим находженням розподілу мікрочасток за розмірами шляхом розв'язку рівняння: rmax F( U, t ) = ò K ( U, t, r )n ( r )dr , (7) rmin де: rmin і rmax - верхня і нижня межа діапазону розмірів часток, що реєструються; n(r) - функція розподілу часток за розмірами. У випадку, коли інтервал розмірів, в якому реєструються частки - перервний, а функція розподілу часток не монотонна і розривна, спосіб визначення розподілу по розмірах завислих мікрочастинок в потоці рідини відрізняється від описаного тим, що розподіл мікрочасток по розмірах визначається шляхом розв'язування системи рівнянь: f j ( z j ) = å k ji ( z j )n i , (8) i де: j - число піддіапазонів, на які розбивається діапазон розмірів контрольованих часток [rmin, r1],…, [ri-1, ri],…,[rj-1, rmax], ni - число часток, розмір яких знаходиться у межах [nі-1, ni], zj=zj(Uj, Uj+1, tj, tj+1) інтервал амплітуд і тривалостей імпульсів, kji(zj)= калібровочна матриця, fj(zj) - відносне число часток у рідині, що контролюється, амплітуда і тривалості яких потрапили у відповідний інтервал. Пристрій для визначення розміру мікрочасток завислих в потоці рідини, що містить лазерний освітлювач 1, на оптичній осі якого розміщена проточна кювета 2, з якою збираючим об'єктивом 3 і діафрагмою 4 оптично спряжений фотоприймач 5, дискримінатор 7, для визначення розподілу мікрочасток по розмірах додатково введені попередній підсилювач 6, піковий детектор 8, аналого-цифровий перетворювач 9, електронно-обчислювальний засіб 10, причому вихід фотоприймача з'єднаний з входом попереднього підсилювача, а вихід попереднього підсилювача з першим входом пікового детектора і першим входом дискримінатора, а другий вхід дискримінатора з'єднаний з першим виходом електронно-обчислювального засобу, а вихід дискримінатора з'єднаний з першим входом аналого-цифрового перетворювача і першим входом електронно-обчислювального засобу, вихід пікового детектора з'єднаний з другим входам аналого-цифрового перетворювача, вихід якого з'єднаний з другим входом електронно-обчислювального засобу, а другий вихід електронно-обчислювального засобу з'єднаний з другим входом пікового детектора. 5 42971 Пристрій працює таким чином. Промінь лазера 1 перетинає потік досліджуваної рідину в проточній кюветі 2, розміщеній на оптичній осі лазерного освітлювача. При цьому перетяжка лазерного променя формується оптичною системою лазерного освітлювача навпроти вхідного штуцера проточної кювети, який формує потік рідини заданої форми перпендикулярно до напрямку поширення зондуючого лазерного променя. Світло, розсіяне мікрочастинками, які з потоком рідини перетинають освітлену зону, фокусується збираючим об'єктивом 3 у площині польової діафрагми 4, перетворюється фотоприймачем 5 у фотоелектричні імпульси, які поступають на вхід попереднього підсилювача 6. При цьому об'єм, в якому проводиться підрахунок часток, в пристрої формується оптичною системою освітлювача і утвореним збираючим об'єктивом в місці перетяжки лазерного променя зображенням діафрагми, встановленої перед фотоприймачем. Електричні сигнали, які поступають з виходу попереднього підсилювача, подаються на входи дискримінатора 7 та пікового детектора 8. Поріг спрацювання дискримінатора 7 задається програмно електронно-обчислювальним засобом 10 і вибирається більшим від рівня шумів, "зумовлених фоновими засвітками та молекулярним розсіянням контрольованої рідини. Сигнал, зумовлений проходженням частки об'єму, в якому проводиться підрахунок часток, на виході дискримінатора відобразиться у вигляді прямокутного імпульс. Його тривалість вимірюється і трактується як час, за який мікрочастка міститься в об'ємі, в якому проводиться підрахунок часток. Задній фронт імпульсу дискримінатора, дає сигнал на перший вхід аналого-цифрового перетворювача 9 на початок вимірювання амплітуди сигналу, який поступає з виходу пікового детектора на другий вхід аналого-цифрового перетворювача. Цифровий сигнал з виходу аналого-цифрового перетворювача запам'ятовується в електронно-обчислювальним засобом 10, і трактується як амплітуда зареєстрованого сигналу. Після запису амплітуди відбувається скидання напруги пікового детектора сигналом, який приходить з другою виходу електроннообчислювального пристрою на другий вхід пікового детектора, і система готова до реєстрації наступного імпульсу. Інформація про параметри імпульсу: амплітуду та тривалість - поступає в елетронно-обчислювальний засіб 10 дня подальшої обробки та зберігання інформації. Надалі, всі імпульси, які реєструються фотоелектричною системою реєстрації, за вибраний проміжок часу електроннообчислювальним засобом сортуються по величині амплітуди та тривалості у вигляді побудови двохмірного розподілу амплітуд та тривалостей зареєстрованих імпульсів, при цьому інтервал амплітуд поділяється на m піддіапазонів і обмежений знизу напругою рівня шумів фотоелектричної системи реєстрації, а зверху напругою насичення вхідного підсилювача, а інтервал тривалостей поділяється на n піддіапазонів і обмежується часами проходження мінімальної відстані знизу і максимальної відстані зверху в об'ємі, в якому проводиться підрахунок часток, подальшим нормуванням електронно-обчислювальним засобом всіх чисельних значені, величин в кожному з виділених піддіапазонів, подальшою побудовою електронно-обчис лювальним засобом по нормованих значеннях величин амплітуди та тривалостей реєстрованих імпульсів функції виду F(U, t), яка виражає статистичні характеристики інтенсивності розсіяння світла досліджуваними частками, і дальшим надходженням розподілу мікрочасток за розмірами, шляхом розв'язку електронно-обчислювальним засобом рівняння виду (7), де вигляд функції виду K(U,t,r), яка виражає статистичні характеристики інтенсивності розсіяння світла для кожної окремо взятої мікрочастки сферичної форми, заданого розміру і відомим показником заломлення зберігається в пам'яті електронно-обчислювального пристрою. Можливість реалізації способу покажемо на наступних прикладах. Приклад 1 Готуємо модельну суміш із атестованих полістирольних латексів, наприклад, з розмірами 0,18 і 0,67 мкм. Для цього двічі продистильовану воду, яка не містить домішок, в чистому приміщенні, наберімо у простерилізовану і двічі промиту продистильованою водою посудину об'ємом 200 мл. У цю посудину з водою додали 0,5 мл 1% розчину атестованого полістирольного латексу розміром 0,18 мкм і 0,5 мл 1% розчину атестованого полістирольного латексу розміром 0,67 мкм. Закриємо посудину і збовтуємо розчин. Після цього, наливаємо розчин в проточну кювету і проводимо дослідження. Результати дослідження інтенсивності розсіяння світла даної суміші в інтервалі розмірів 0,1-2,0 мкм на пристрої, який був попередньо калібрований по сферичних полістирольних латексах з показником заломлення n=1,56 відображено на фіг. 2. На гістограмі розподілу мікрочасток бачимо два піки з максимумами при 0,18 і 0,67 мкм з приблизно однаковим розподілом по вертикалі, які відповідають мікрочастинкам полістирольннх латексів з розмірами, вибраними для експерименту. Приклад 2 Готуємо для досліджень розчин з мікроорганізмами, які мають сферичну форму. На прикладі, бактерії виду Micrococcus lutens, які являють собою сферичні клітини діаметром 0,5-2,0 мкм (Определитель бактерий Берджи. / Под ред. Дж-Хоулта, Н. Крига, П. Снита, Дж. Стейли, С. Уилльямса. - М.: Мир, 1997. - Т. 2. - С. 539). Для цього з банку даних виберемо клітини виду Місіососсик Intteus і після культивування при 30°С на протязі 24 - 28 годин проведемо розведення проби в стерильному фізіологічному розчині до концентрації 10 мільярдів клітин на мілілітр. Візьмемо стерильний 5% розчин глюкози для внутрівенного введення в посудині ємністю 200 мл., герметично закритий гумовою пробкою з алюмінієвим ободом, який серійно випускається фармацевтичною промисловістю (в нашому випадку використовувалась глюкоза виробництва ДП "Львівдіалік", м. Львів). В чистій кімнаті стерилізованим шприцом наберемо 2 мілілітри заготовленого розчину і введемо його в посудину з розчином глюкози. Проведемо дослідження інтенсивності розсіяння світла мікрочастинками в одержаному розчині з інтервалом 24 години. Для цього одержаний розчин поділимо на три частини і проведемо вимірювання згідно способу. Результати вимірювання інтенсивності розсіяння світла клітинами виду Micrococcus lutteus в 5% розчині глюкози свіжоприготовленого (кри 6 42971 ва 1), через 24 години (крива 2), через 48 годин (крива 3) на пристрої, який був попередньо калібрований в інтервалі розмірів 0,1-2,0 мкм по сферичних полістирольних латексах з показником заломлення n=1,56 наведені на фіг. 3. З гістограм розподілу мікрочасток видно, що на кривій 1 є два максимуми при 0,54 і 0,25 мкм, інтенсивність яких з часом міняється. Інтенсивність максимуму при 0,54 мкм падає і зміщується в інтервал менших розмірів, а інтенсивність при 0,25 мкм зростає. На кривій 3 уже спостерігається інтенсивний максимум при 0,27 мкм і слабоінтенсивний максимум при 0,42 мкм. При цьому загальна концентрація мікрочасток в розчинах в усіх трьох випадках залишається однаковою. Приклад 3 Готуємо для досліджень розчин з мікроорганізмами, які мають паличкоподібну форму. На прикладі, бактерії виду Escherichia соli, які являють собою прямі палочки 1,1-1,5х2,0-6,0 мкм (Определитель бактерий Берджи / Под ред. Дж. Хоулта, Н. Крига, П. Снита, Дж. Стейли, С. Уилльямса. // М.: Мир, 1997. - T. 1. - С. 185). Для цього з банку даних виберемо клітини виду Escherichia coli і після культивування при 30°С на протязі 24-28 годин проведемо розведення проби в стерильному фізіологічному розчині до концентрації 10 мільярдів клітин на міллілітр. Візьмемо стерильний 5% роз чин глюкози для внутрівенного введення в посудині ємністю 200 мл., герметично закритий гумовою пробкою з алюмінієвим ободом, який серійно випускається фармацевтичною промисловістю (в нашому випадку використовувалась глюкоза виробництва ДП "Львівдіалік", м. Львів). В чистій кімнаті стерилізованим шприцом наберемо 2 міллілітри заготовленого розчину і введемо його в посудину з розчином глюкози. Проведемо дослідження інтенсивності розсіяння світла мікрочастками в одержаному розчині з інтервалом 48 години, Для цього одержаний розчин поділимо на дві частини і проведемо вимірювання згідно способу. Результати вимірювання інтенсивності розсіяння світла клітинами виду Escherichia coli в 5% свіжоприготовленому розчині глюкози (крива 1), через 48 години (крива 2)- на пристрої, який був попередньо каліброваннй в інтервалі розмірів 0,1-2,0 мкм по сферичних полістирольних латексах з показником заломлення n=1,56 наведені на фіг. 4. З гістограм розподілу мікрочасток видно, що на кривій 1 спостерігається одна широка смуга в інтервалі розмірів 0,2-1,5 мкм з максимумом при 0,45 мкм. Через 48 годин на кривій 2 спостерігаються дві смуги з максимумами при 0,25 мкм і 0,40 мкм. При цьому, загальна концентрація мікрочасток й розчинах в обох випадках залишається однаковою. Фіг. 1 7 42971 Фіг. 2 Фіг. 3 8 42971 Фіг. 4 __________________________________________________________ ДП "Український інститут промислової власності" (Укрпатент) Україна, 01133, Київ-133, бульв. Лесі Українки, 26 (044) 295-81-42, 295-61-97 __________________________________________________________ Підписано до друку ________ 2002 р. Формат 60х84 1/8. Обсяг ______ обл.-вид. арк. Тираж 50 прим. Зам._______ ____________________________________________________________ УкрІНТЕІ, 03680, Київ-39 МСП, вул. Горького, 180. (044) 268-25-22 ___________________________________________________________ 9