Способ определения коэффициента вязкости вещества малого объема и устройство для его осуществления

Группа изобретений относится к определению коэффициента вязкости жидкости малого объема с помощью электрофореза. Способ включает подготовку исследуемой и эталонной жидкостей, погружение лакмусовой бумаги в вещество, размещение электродов. При этом лакмусовую бумагу заправляют под шайбы клемм, к которым прикручены электроды, по центру лакмусовой бумаги помещают нить, смоченную гидроксидом натрия, задают напряжение в электрической цепи постоянного тока не более 80 В и подключается электрический ток, исследование проводят сначала с эталонной жидкостью, затем с исследуемой жидкостью, по изменению цвета лакмусовой бумаги определяется расстояние, пройденное ионом ОН-, фиксируется время, затем вязкость исследуемого вещества определяется с использованием заданного соотношения. Также представлен прибор для определения вязкости вещества малого объема при помощи электрофореза. Достигается возможность исследования жидкостей различной степени вязкости в малых объемах от 0,2 до 1 мл. 2 н.п. ф-лы, 3 ил.

 

Изобретение предназначено для определения коэффициента вязкости жидкости малого объема с помощью электрофореза и может быть использовано в офтальмологии для определения коэффициент вязкости биологических жидкостей малых объемов, например, коэффициента вязкости слезной жидкости.

Способы определения значения коэффициента вязкости жидкостей достаточно хорошо разработаны, но все они применимы для сравнительно больших объемов жидкости.

Капиллярный метод Осальда показан на фиг. 1, использующийся для определения коэффициента вязкости крови, в основе действия которого лежит закон Пуазейля, определяющий объем жидкости, протекающей за время t капилляр длиной

Определенный объем жидкости вливают в широкое колено вискозиметра, а затем с помощью груши поднимают уровень жидкости в узком колене так, чтобы он поднялся чуть выше отметки А. Сняв грушу, наблюдают за понижением этого уровня. Когда мениск проходит метку А, включают секундомер, а при прохождении метки В - выключают. Так находят время прохождения жидкости между метками А и В. С целью исключения определения параметров капилляра и давления проводят последовательно измерения для крови и эталонной жидкости (дистиллированная вода). Из закона Пуазейля определяют коэффициенты вязкости крови и воды для Одного и того же объема капилляра. Находя соотношения между этими коэффициентами, определяют рабочую формулу для определения коэффициента вязкости крови Здесь η и t - коэффициент вязкости крови и время ее протекания через капилляр, η0 и t0 - коэффициент вязкости воды и время ее протекания через капилляр.

Широко распространенным методом измерения коэффициента вязкости биологических жидкостей является метод вискозиметрии Гесса. В основе его действия также лежит закон Пуазейля. Схема прибора показана на фиг. 2. На панели П установлены два совершенно одинаковых капилляра, а и 6, соединенные с проградуированными трубками А и Б. Концы трубок А и Б соединены тройником В с краном Г. В капилляр 6 помощью резиновой трубки Д со стеклянным наконечником Е набирается биологическая жидкость, коэффициент вязкости которой мы измеряем, в капилляр а при закрытом кране Г набирается эталонная жидкость, дистиллированная вода, коэффициент вязкости которой известен заранее. Затем кран Г открывают и одновременно из капилляров с помощью трубки Д и наконечника Е извлекают обе жидкости до тех пор, пока кровь не дойдет до деления 1, а вода, как менее вязкая (по сравнению с исследуемой жидкостью), дойдет до более высокой метки. Время истекания жидкостей из трубок одинаковы, но объемы ушедших из одинаковых трубок жидкостей различны из-за различия коэффициентов вязкости. Находя соотношение объемов жидкостей и принимая VK=1, находим относительную вязкость крови по показаниям делений на капилляре с водой.

Известны методы определения коэффициента вязкости с помощью ротационных вискозиметров, в которых коэффициент вязкости измеряется в пространстве между двумя роторами при ламинарном течении жидкости на основе зависимости вращательного момента сил сопротивления от коэффициента вязкости.

Нам известны запатентованные методы определения коэффициента вязкости с использованием ротационных вискозиметров (патент №№164550, заявка №2016106880, класс МПК G01N 11/14, дата приоритета 25.02.2016, дата публикации 10.09.2016). Наряду со многими достоинствам и у ротационных вискозиметров имеется один существенный недостаток - выделение теплоты в слое исследуемой жидкости, что осложняет исследование и заставляет пересчитывать результаты с поправкой на тепловые эффекты.

В лабораторной практике коэффициент вязкости определяют часто методом Стокса, обосновавшего, что вязкость проявляется не только при движении жидкости по трубе, но и при движении тел в жидкости. Поэтому для определения жидкости этим методом в цилиндр, наполненный исследуемой жидкостью плотностью ρж, бросают шарик с известной плотностью ρш.

Рассматривая равномерное прямолинейное движение шарика, что соответствует обтеканию шарика жидкостью при ламинарном движении, составляют уравнение равномерного прямолинейного движения шарика по установленному пути, определяют скорость V движения шарика и, решая уравнение относительно V, определяют коэффициент вязкости по формуле: где r - радиус шарика, g - ускорение свободного падения.

Все рассмотренные методы являются удобными в работе, но для их осуществления требуется большой объем испытываемой жидкости, и они не пригодны для определения коэффициента вязкости жидкостей малых объемов, например, слезной жидкости.

При этом вопрос определения вязкости слезы в диагностической практике является актуальным и очень важным.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является возможность исследования жидкостей различной степени вязкости в малых объемах от 0,2 до 1 мл.

Мы предлагаем способ определения коэффициента вязкости вещества малого объема при помощи электрофореза на лакмусовой бумаге, основанный, как и метод Стокса, на равномерном движении иона OH- под действием постоянного электрического тока. Теоретическое обоснование метода приводится ниже:

В постоянном электрическом поле на ионы в растворе электролита действуют две силы: сила со стороны электрического поля

(здесь q - заряд иона, E - напряженность электрического поля) и сила сопротивления между гидратированным ионом и раствором электролита (исследуемая жидкость)

где R - радиус гидратированного иона, η - вязкость электролита. Движение иона можно рассматривать как равномерное и прямолинейное, поэтому:

Подставляя в данное выражение формулы (1) и (2), получим:

откуда

Если обозначить то

Коэффициент b называют подвижностью ионов. Из формулы (3) следует, что

Подвижность ионов характеризует скорость движения ионов в растворе электролита при напряженности электрического поля 1 В/м. Подвижность ионов зависит от природы иона; температуры, вязкости и концентрации раствора электролита. Подвижность ионов является величиной специфичной, характерной для различных ионов, поэтому по подвижности ионов можно определить вид иона или, если имеется смесь ионов, разделить их в электрическом поле.

Чтобы определить подвижность ионов исследуемого электролита, необходимо знать скорость ионов и напряженность электрического поля Е, в котором они перемещаются. Скорость ионов при равномерном движении можно вычислить по формуле:

где x - расстояние, на которое ион перемещается за время t.

Установим зависимость между напряженностью и разностью потенциалов электрического поля. Работа ΔА, совершаемая силой F электрического поля напряженностью Е по перемещению заряда q из данной точки на расстояние вдоль линии напряженности, равна Эта работа совершается силами поля за счет убыли потенциальной энергии заряда на величину ΔWp=qΔϕ, где Δϕ - соответствующее изменение потенциала.

Приравниваем два последних равенства: откуда

где U - напряжение, - расстояние, на котором происходит падение напряжения. Подставив (5) и (6) в выражение (4), получим формулу для вычисления подвижности ионов:

Сравнивая выражение (7) с выражением получаем

Откуда определим для исследуемой жидкости

Как мы уже говорили, подвижность ионов является величиной специфичной, характерной для различных ионов. Если мы, не меняя условий опыта, повторим опыт для другой жидкости, коэффициент вязкости этой жидкости определится как

Составляя отношение формул (8) и (9), получим

Из этого соотношения следует, что если коэффициент вязкости второй жидкости известен (это даст нам основание назвать вторую жидкость эталонной), и экспериментально определить путь, пройденный за одно и то же время одинаковым ионом в каждой из этих жидкостей, то можно определить коэффициент вязкости исследуемой жидкости как

Предлагается способ определения коэффициента вязкости вещества малого объема при помощи электрофореза на лакмусовой бумаге. При этом методе определяются пути, пройденные ионом OH- на лакмусовой бумаге, смоченной исследуемой жидкостью, x1, и смоченной эталонной жидкостью, x2, известным коэффициентом динамической вязкости, между электродами, подключенными к источнику постоянного тока. Напряжение постоянного тока рациональнее взять не более допустимого по технике безопасности, т.е. не более 80 В. Нижнюю границу можно определить от 1В. В качестве источника постоянного тока следует взять аппарат для гальванизации, применяемый в клиниках для осуществления электрофореза. Фактически аппараты для гальванизации являются выпрямителями переменного тока.

Опыт показывает, что при таких напряжениях за время 2-3 минуты ион ОН- проходит путь около 2÷3 мм, что удобно для измерения штангенциркулем. Поскольку путь, проходимый ионом за время 2-3 минуты, оказывается не более 3 мм, то и длина лакмусовой бумаги может быть выбрана не более 5 см, что сильно сокращает объем исследуемой жидкости для смачивания лакмусовой бумаги.

Ион ОН- вносится в поле на простой нити, смоченной гидроксидом натрия, NaOH, помещаемой поперек лакмусовой бумаги по ее центру (рис. 3). При движении к положительно заряженному электроду, ион ОН- окрашивает бумагу в синий цвет.

Сущность заявленного технического решения и аналоги показаны на фиг. 1, фиг. 2, фиг. 3, где на фиг. 1 и фиг. 2 показаны аналоги, на фиг. 3 заявленное устройство для выполнения способа.

Для выполнения способа определения коэффициента вязкости вещества малого объема при помощи электрофореза предлагается прибор, включающий подложку под лакмусовую бумагу, два электрода, источник тока, вольтметр фиг. 3. На фиг. 3 обозначено:

1 - подложка из диэлектрика (вещество, с удельным сопротивлением

2 - лакмусовая бумага, заправленная под шайбы клемм, к которым прикручены электроды;

3 - нить, смоченная в гидроксиде натрия;

4 - след длиной x, оставляемый на лакмусовой бумаге ионом ОН- во время эксперимента;

5 - вольтметр;

- расстояние между электродами.

Подчеркиваем, что условия проведения измерений, т.е. расстояние между электродами, значения напряжения и время измерения, должны быть одинаковы как для исследования с исследуемой жидкостью, так и для исследования с эталонной жидкостью. После проведения исследования коэффициент вязкости определяем по предлагаемой формуле, формуле (11),

где:

η1 - коэффициент вязкости исследуемого вещества;

η2 - коэффициент вязкости вещества с известной вязкостью (эталонная жидкость);

x1 - расстояние на лакмусовой бумажке, пройденное ионом ОН- в исследуемом веществе (длина окрашенного следа, оставленного ионом;

x2 -- расстояние на лакмусовой бумажке, пройденное ионом ОН- в вещества с известной вязкостью (эталонная жидкость).

Расстояния x1 и x2 измеряются с помощью штангенциркуля в двух последующих друг за другом экспериментах - сначала с эталонной жидкостью, затем с исследуемой жидкостью. При этом строго выполняется требование - напряжение и время измерения строго одинаковы для обоих исследований.

Признаки формулы изобретения, «лакмусовая бумага», «электрический ток», «электрическое напряжение», «расстояние», «фиксация времени», являются существенными.

Предлагаемый способ и прибор позволяют измерять вязкость жидкостей, забор которых возможен в очень маленьких объемах, например слезная жидкость. Все признаки формулы изобретения в совокупности позволяют достигать заявленный технический результат. При этом использование только лакмусовой бумаги и нити, смоченной гидроксидом натрия, позволяют проводить исследования жидкости именно в малых объемах, что является важным и актуальным при диагностике в офтальмологии.

Способов измерения вязкости слезной жидкости, доступных для использования в поликлиниках и стационарах небольших региональных больниц, не известно.

При этом дорогостоящие импортные приборы не всегда доступны по цене. Предлагаемый способ определения коэффициента вязкости вещества малого объема и прибор с успехом могут применяться в порядке импортозамещения и по эффективности не уступать зарубежным аналогам.

1. Способ определения коэффициента вязкости вещества малого объема при помощи электрофореза, включающий подготовку исследуемой и эталонной жидкостей, погружение лакмусовой бумаги в вещество, размещение электродов, отличающийся тем, что лакмусовую бумагу заправляют под шайбы клемм, к которым прикручены электроды, по центру лакмусовой бумаги помещают нить, смоченную гидроксидом натрия, задают напряжение в электрической цепи постоянного тока не более 80 В и подключается электрический ток, исследование проводят сначала с эталонной жидкостью, затем с исследуемой жидкостью, по изменению цвета лакмусовой бумаги определяется расстояние, пройденное ионом OH-, фиксируется время, затем вязкость исследуемого вещества определяется с использованием соотношения:

где:

η1 - коэффициент вязкости исследуемого вещества;

η2 - коэффициент вязкости вещества с известной вязкостью (эталонная жидкость);

x1 - расстояние на лакмусовой бумажке, пройденное ионом OH- в исследуемом веществе (длина окрашенного следа, оставленного ионом;

x2 - расстояние на лакмусовой бумажке, пройденное ионом ОН- в веществе с известной вязкостью (эталонная жидкость).

2. Прибор для определения вязкости вещества малого объема при помощи электрофореза, включающий источник тока, вольтметр, два электрода, подложку, отличающийся тем, что на подложке, выполненной из вещества с удельным электрическим сопротивлением ρ>108 Ом⋅м, расположена лакмусовая бумага, по центру которой размещается нить, смоченная в растворе гидроксида натрия (NaOH).



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к медицине, а именно фармакологии и токсикологии, и может быть использовано для определения N-[3-(4-нитрофениламино)-индол-2-илметилен]аминогуанидина метансульфоната в плазме крови.

Изобретение относится к диагностике, а именно к способу дифференциальной диагностики воспалительных заболеваний кишечника (ВЗК) у детей. Способ дифференциальной диагностики воспалительных заболеваний кишечника у детей, предусматривает определение уровня aнти-GP2 IgA-антител и уровня секреторных sIgA-антител в копроэкстракте обследуемого методом иммуноферментного анализа, сопоставление полученного значения соотношения GP2 IgA/sIgA с уровнем порогового критерия, равного 0,784, и при значении соотношения GP2 IgA/sIgA ниже 0,784 у обследуемого диагностируют воспалительное заболевание кишечника, а если рассчитанное значение соотношения GP2 IgA/ sIgA выше 0,784, у обследуемого исключают диагноз воспалительного заболевания кишечника.

Группа изобретений относится к биосенсорам для определения концентрации аналита в пробе жидкости. Тестовый сенсор для определения концентрации аналита в биологической жидкости содержит: сенсорную пластинку, включающую в себя зону приема жидкости и область вставки в порт; один или более контактов сенсора, расположенных в области вставки в порт; первый ряд оптически прозрачных и непрозрачных позиций, образующих кодовую комбинацию калибровки, расположенную в первой зоне области вставки в порт; и второй ряд оптически прозрачных и непрозрачных позиций, образующих кодовую комбинацию синхронизации, расположенную во второй зоне области вставки в порт, причем вторая зона отличается от первой зоны, так что один или более контактов сенсора расположены между первой зоной и второй зоной.

Изобретение относится к медицине, а более конкретно к лабораторной диагностике, и может быть использовано в амбулаторной и стационарной стоматологической практике.
Изобретение относится к медицине, а именно к лабораторной диагностике, и может быть использовано для оценки активности инфекционного процесса, вызванного неферментирующими грамотрицательными бактериями (НФГОБ) в бронхолегочной системе у пациентов с муковисцидозом.

Изобретение относится к области биотехнологии. Предложен способ детекции полинуклеотида или полинуклеотидной последовательности в образце.

Изобретение относится к сельскому хозяйству, а именно способу контроля инкубации птичьего эмбриона в яйце для получения выборки яиц путем определения пола, стадии развития и/или жизнеспособности птичьего эмбриона.

Группа изобретений относится к области измерения глюкозы. Система для измерения концентрации глюкозы содержит: биодатчик, включающий по меньшей мере два электрода с ферментом; и измерительный прибор, содержащий: устройство измерения температуры, микроконтроллер, соединенный с источником питания, памятью и множеством электродов биодатчика.

Изобретение относится к области медицины и представляет собой способ раннего обнаружения и диагностирования злокачественной опухоли в биологических образцах внеклеточных текучих веществ у субъектов без диабета, включающий стадии: a) определение уровня образования метилглиоксаля (МГ) в биологическом образце субъекта из внеклеточного текучего вещества; b) сравнение указанного уровня с уровнем МГ у субъектов без злокачественных опухолей (контрольное значение); где, если уровень образования МГ в указанных биологических образцах выше, чем указанное контрольное значение, то указанных субъектов считают страдающими злокачественной опухолью.

Изобретение касается способа контроля концентраций нескольких аналитов в пробе жидкости с использованием тест-элемента, выполненного для анализа пробы в отношении первого и второго аналитов, и портативного измерительного прибора, содержащего дисплей, процессор и запоминающее устройство и взаимодействующего с одним или несколькими тест-элементами для определения концентрации по меньшей мере первого и второго аналитов в пробе жидкости, нанесенной на указанный один или несколько тест-элементов, где первый аналит представляет собой гидроксибутират, а второй аналит представляет собой глюкозу.

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для определения сдвиговой вязкости расплавов полимеров. Предложено измерительное сопло для определения сдвиговой вязкости расплавов полимеров во время его обработки с имеющим прямоугольное поперечное сечение проточным каналом, который между впускным участком (1) и выпускным участком (2), соответственно, постоянного поперечного сечения имеет переходной участок (3), который между двумя противолежащими друг другу стенками (6 или 7) канала в направлении (8) течения сужается по гиперболе.

Изобретение относится к области промысловой геологии и может быть использовано в процессе добычи углеводородов из подземных геологических формаций. В данном документе описан способ измерения вязкости неньютоновской жидкости для поточного измерения и управления процессом.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения коэффициента динамической вязкости текучих сред со сложными реологическими свойствами, зависящими от сдвиговых скоростей деформаций, давления и температуры.

Изобретение относится к области реологии разбавленных растворов полимеров, а также поверхностно-активных веществ (ПАВ), и может быть использовано для определения эффективности противотурбулентных присадок (ПТП), используемых при перекачке углеводородных жидкостей по трубопроводам.

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к способам измерения вязкости жидкостей. Способ определения вязкости неньютоновских жидкостей включает прокачку их через канал, а вязкость определяется из выражения , где: ηС - вязкость неньютоновской жидкости, Па·с; NС - полезная мощность, затрачиваемая на секундный сдвиг, Вт; r - радиус внутренней поверхности трубы, м; rСР - средний радиус потока неньютоновской жидкости, м; - средняя скорость потока водной суспензии, м·с-1; t - время истечения струи суспензии из насадки, с.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения коэффициента динамической вязкости текучих сред со сложными реологическими свойствами, зависящими от скорости сдвига, давления и температуры.

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к измерениям вязкости анизотропных жидкостей, т.е. жидкостей, которые имеют разные величины вязкости в зависимости от геометрии измерений и скорости сдвигового потока.

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к способам измерения вязкости жидкостей. .

Изобретение относится к охране природных ресурсов и может быть использовано при мониторинге природных сред в нефтедобывающих районах. .
Наверх