G01N33 / 487 - рідких біологічних матеріалів
G01N11 / 04 - через обмежену ділянку проходження, наприклад через трубу або отвір
Власники патенту RU 2337347:
Винахід відноситься до медицини, а саме до біохімії, і може бути використано для визначення реологічних характеристик біологічних рідин (сеча, кров, лімфа і ін.). Спосіб здійснюють в двох капілярах, про в'язкості досліджуваної рідини судять по її руху щодо еталонної. Попередньо капіляри мають під кутом до горизонту і визначають висоту капілярного підняття еталонної рідини в полі тяжіння і висоту капілярного підняття досліджуваної рідини в полі тяжіння. Потім корпус розташовують горизонтально, вимірюють довжини одночасного розтікання еталонної і досліджуваної рідин по горизонтальних капілярах за допомогою вимірювальної стрічки. Відносну кінематичну в'язкість визначають з математичного співвідношення. Технічним результатом винаходу є збільшення діапазону і підвищення достовірності вимірювань, а також можливість оцінки коефіцієнта поверхневого натягу рідин. 2 мул.
Винахід відноситься до медицини, а саме до біохімії, і може бути використано для визначення реологічних характеристик біологічних рідин (сеча, кров, лімфа і ін.), А також для експрес-аналізу в'язкості рідини.
Недоліком відомого способу є те, що в цьому способі не враховують сили адгезії, які вносять істотний внесок в рух рідини по капіляри, в результаті рівняння руху рідини по вертикальному капіляри істотно відрізняється від рівняння, запропонованого в даному способі.
Найбільш близьким за технічним результату є спосіб вимірювання відносної в'язкості рідини медичним віскозиметром Гесса [Ремізов А.Н. Медична та біологічна фізика. Учеб. для мед. вузів. - М. Вища школа, 1987 - 638 с. стор.176], в якому за двома проградуювати капілярах втягують еталонну і досліджувану рідини, причому спочатку в один з капілярів набирають еталонну рідину до певного рівня і перекривають його за допомогою крана, потім набирають у другій капіляр досліджувану рідину до цього ж рівня, далі, відкриваючи кран, продовжують втягувати обидві рідини в капіляри і по відношенню довжин розтікання в якийсь момент часу визначають в'язкість досліджуваної рідини відносно встановленої.
Недоліками відомого способу є
- малий діапазон виміру відносної в'язкості, так як трубки вибираються однакового діаметра, тому при великому відміну в'язкості вимірювання подібним віскозиметром здійснити досить складно, так як, наприклад, спирт заповнить капіляр дуже швидко, а рідина з високою в'язкістю майже не зрушиться з місця;
- зневага силами адгезії, які вносять істотний внесок в рух рідини по горизонтальному капіляри, особливо в областях переходу від вузького капіляра до широкого і від широкого до вузького, ці вхідні і вихідні ефекти істотно позначаються на пуазейлевском профілі швидкості течії, викликаючи його деформацію, тому коефіцієнт пропорційності між в'язкістю і фізико-геометричними параметрами буде змінюватися в залежності від виду рідини, що ускладнює роботу з подібним приладом.
Суть винаходу полягає в тому, що попередньо визначають висоту капілярного підняття еталонної рідини в полі тяжіння для обох капілярів, потім визначають висоту підняття досліджуваної рідини в полі тяжіння, далі вимірюють довжини одночасного розтікання еталонної і досліджуваної рідин по горизонтальних капілярах і визначають кінематичну в'язкість зі співвідношення
де # X003BD; е. # X003BD; - кінематичні в'язкості еталонної і досліджуваної рідин,
hе. h - висоти капілярного підняття еталонної і досліджуваної рідин в полі тяжіння,
Rе. R - радіуси капілярів, по яких течуть відповідно еталонна і досліджувана рідина,
Lе. L - довжина розтікання еталонної і досліджуваної рідин,
# X003B1; - коефіцієнт пропорційності, який залежить від адгезійних властивостей матеріалу капілярів і профілю швидкості течії рідини по капіляри.
Заявляється спосіб пояснюється роботою пристрою, показаного на фіг.1 і 2.
Технічним результатом заявляється способу є збільшення діапазону вимірювання відносної в'язкості за рахунок різних діаметрів капілярів для досліджуваної та еталонної рідин і обліку сил адгезії і профілю швидкості по перетину капілярів, що дозволяє більш достовірно визначити відносну кінематичну в'язкість біологічних рідин.
Технічний результат способу досягається тим, що попередньо капіляри мають під кутом до горизонту і визначають висоту капілярного підняття обох рідин; потім в судини, сполучені з горизонтальними капілярами з різними внутрішніми діаметрами, поміщають дві рідини еталонну і досліджувану з невідомої в'язкістю. З іншого боку капіляри закривають триходовим вентилем, домагаючись при цьому однакового початкового положення рідин. Після цього відкривають вентиль і фіксують одночасний рух рідин, що рухаються під дією сил поверхневого натягу і в'язкості в обох капілярах, кінематичну в'язкість досліджуваної рідини визначають зі співвідношення (1).
Співвідношення (1) можна отримати з розгляду руху рідини по горизонтальному капіляри. Рівняння руху рідини по горизонтальному циліндричному капіляри має вигляд
де m = # x003C1; # x003C0; R 2 L - маса рідини в капілярі,
R - радіус капіляра,
L - довжина розтікання рідини в капілярі,
cos # x003D5; - крайовий кут,
# X003BC; - динамічна в'язкість рідини.
Далі замінимо градієнт швидкості по перетину капіляра середнім значенням
де V - видаткова швидкість, а в визначається з усереднення градієнта швидкості по перетину капіляра. Підставляючи співвідношення (3) в (2), отримаємо диференціальне рівняння щодо довжини розтікання L
Після першого інтегрування отримуємо
Оцінка рівняння (5) показала, що приблизно через 0,1 с експоненціальним членом можна знехтувати. Тоді, блок робить другу інтегрування, отримаємо
Рух рідини в капілярі відбувається головним чином за рахунок сили адгезії, що визначає параметр якої можна виміряти по висоті підняття рідини в капілярі h
де С - коефіцієнт пропорційності, який залежить від адгезійних властивостей матеріалу капіляра. Об'єднуючи співвідношення (6) і (7), отримуємо
Тоді кінематична в'язкість досліджуваної рідини, що розтікається на довжину L за час t по капіляри радіуса R визначається за формулою
де # X003B1; '= С / # x003B8; - коефіцієнт пропорційності, який залежить від матеріалу капіляра і від профілю швидкості досліджуваної рідини в капілярі, h - висота капілярного підняття досліджуваної рідини в полі тяжіння. Кінематична в'язкість еталонної рідини vе. розтікається на довжину Lе. за цей же час t по капіляри радіусу Rе. визначається за формулою
де # X003B1; "= Cе / # x003B8; е - коефіцієнт пропорційності, який залежить від матеріалу капіляра і від профілю швидкості еталонної рідини в капілярі, hе - висота капілярного підняття еталонної рідини в полі тяжіння. Коефіцієнт пропорційності в співвідношенні (1) також залежить від адгезійних властивостей матеріалу капілярів і профілю швидкості по перетину капілярів.
Пояснює спосіб пристрій для визначення відносної в'язкості біологічних рідин складається з корпусу 1, на якому знаходяться судини 2, сполучені з горизонтальними капілярами 3 і 4, виконаними з скляних трубок різних внутрішнім діаметром, які кріпляться до корпусу 1 за допомогою кріпильної планки 5. З іншого боку капіляри 3 і 4 повідомляються за допомогою гнучких трубок 6, які проходять через затискачі 7 корпусу 1 з триходовим вентилем 8. Кріпильна планка 5 кріпиться за допомогою гвинта 9 до однієї зі стійок 10 корпусу 1, інші стійки 10 уд ржівают судини 2 на корпусі 1.
Спосіб вимірювання відносної в'язкості біологічної рідини здійснюється наступним чином.
Для тарировки в судини 2 пристрої наливають еталонну рідину, наприклад спирт. Корпус 1 поміщають під кутом до горизонту (в експериментах цей кут становив 30 # x000B0;) і визначають висоту капілярного підняття рідини в капілярах 3 і 4. Потім корпус 1 розташовують горизонтально, за допомогою груші або шприца видувають рідини з капілярів і перекривають триходовий вентиль 8 . за допомогою затискачів 7 корпусу 1 домагаються однакового початкового положення рідин в капілярах 3 і 4. Далі відкривають триходовий вентиль 8 і при одночасному русі рідини фіксують довжини її розтікання по капілярах 3 і 4 за допомогою вимірювальної ле ти, укріпленої на корпусі 1. Отримані дані підставляють в співвідношення (1), приймаючи # X003BD; = # x003BD; е. визначають коефіцієнт пропорційності який залежить від адгезійних властивостей матеріалу капілярів і профілю швидкості по перетину капілярів (експеримент показав, що коли в якості еталонної рідини беруть або спирт, або трансформаторне масло, то # X003B1; в межах точності експерименту виявився однаковий і становив # X02248; 1,3).
Після цього в одну з ємностей 2, що сполучається з капіляром 3, які мають більший діаметр, наливають досліджувану рідину з більшою в'язкістю і знову корпус 1 поміщають під кутом до горизонту і визначають висоту капілярного підняття досліджуваної рідини. Потім корпус 1 розташовують горизонтально, за допомогою груші або шприца видувають рідини з капілярів і перекривають триходовий вентиль 8. За допомогою затискачів 7 корпусу 1 знову домагаються однакового початкового положення рідин в капілярах 3 і 4. Далі відкривають триходовий вентиль 8 і при одночасному русі еталонної рідини в капілярі 4 і досліджуваної в капілярі 3 фіксують довжини їх розтікання за допомогою вимірювальної стрічки. Отримані дані підставляють в співвідношення (1) і отримують значення відносної в'язкості досліджуваної рідини.
Досягнутий в пропонованому способі вимірювання в'язкості біологічних рідин позитивний ефект полягає в наступному:
1. Збільшується діапазон виміру відносної кінематичної в'язкості за рахунок збільшення діаметра капіляра для досліджуваної рідини (в експериментах була отримана в'язкість технічного масла Мобіл # X002DC; 100 мПа # x000B7; з відносно етилового спирту, при діаметрах капілярів 0,59 мм і 0,31 мм відповідно), а облік сил адгезії і профілю швидкості по перетину капілярів дозволяє визначати це значення більш вірогідно.
2. Додається додаткова можливість оцінки коефіцієнта поверхневого натягу рідин по максимальній висоті підняття рідини в капілярах.
Взагалі кажучи, використання різних капілярів для відносного вимірювання в'язкості пов'язане з неоднозначністю трактування відносного руху. Так як капіляри, виготовлені навіть з однієї марки скла, можуть мати різні адгезійні властивості, які залежать як від способу виготовлення скляного капіляра, так і від історії його використання. У передбачуваному способі помилка, що виникає за рахунок невідомих адгезійних властивостей різних капілярів, зводиться до мінімуму.
Спосіб визначення відносної кінематичної в'язкості біологічної рідини в двох капілярах, при якому судять про в'язкості досліджуваної рідини по її руху щодо еталонної, що відрізняється тим, що попередньо капіляри мають під кутом до горизонту і визначають висоту капілярного підняття еталонної рідини в полі тяжіння і висоту капілярного підняття досліджуваної рідини в полі тяжіння, потім корпус розташовують горизонтально, вимірюють довжини одночасного розтікання еталонної і досліджуваної рідин по гір зонтальним капілярах за допомогою вимірювальної стрічки і визначають відносну кінематичну в'язкість зі співвідношення
де # X003BD; е. # X003BD; - кінематичні в'язкості еталонної і досліджуваної рідин,
hе. h - висоти капілярного підняття еталонної і досліджуваної рідин в полі тяжіння,
Rе. R - радіуси капілярів, по яких течуть відповідно еталонна і досліджувана рідина,
Lе. L - довжина розтікання еталонної і досліджуваної рідин,
# X003B1; - коефіцієнт пропорційності.