Brevet FR2244718A1 — publié le 19750418

La presente invention concerne un appareil destiné à orienter des particules en suspension dans un fluide, et plus particulièrement un appareil destiné à orienter des particules de forme aplatie dans une position correcte pour les analyser lorsqui elles passent devant un détecteur dans un instrument de photo métrie à fente d'analyse. Les capteurs optiques de particules fonctionnent sur le principe qui consiste à mesurer la quantité de lumière diffusée ou interceptée lorsqu'un faisceau lumineux intense est projeté à travers un fluide qui s'écoule, contenant des particules en suspension. Des cellules d'écoulement ont été développées pour maintenir avec précision l'échantillon liquide au centre d'un écoulement laminaire circulaire d'une gaine de fluide. Ces cellules d'écoulement ont été réalisées de manière à former un écoulement laminaire, non turbulent, qui était amené à entourer un fluide contenant l'échantillon. Cette disposition autorise le positionnement axial exact de l'échantillon de fluide lorsqu'il passe devant un dispositif d'analyse ou d'observation. Des cellules d'écoulement de ce genre ont été utilises dans des dispositifs de photométrie à fente d'analyse. Dans un dispositif antérieur, un cytofluoromètre est utilisé pour indiquer graphiquement les contours fluorescents d'une cellule à substance fluorescente. Le procédé utilisé permet de distinguer la fluorescence nucléaire de la fluorescence cytoplasmique non spécifique qui est souvent observée dans des particules, telles que les cellules squameuses. La forme de l'impulsion donne une indication sur le rapport entre les surfaces du noyau et du cytoplasme, qui est un indice intéressant. Ces cellules squameuses ont généralement une forme aplatie. Le terme de cellule aplatie est utilisée ici pour désigner des cellules squameuses dont la forme générale est circulaire vue de dessus et comportant un noyau légèrement surélevé qui peut être centré ou non. Le dispositif d'analyse optique mentionné ci-dessus réagit à la surface transversale maximale de la particule, perpendiculairement à la direction du faisceau lumineux du dispositif. En raison de la forme irrégulière et de l'orientation imprévisible des cellules squameuses lorsqu'elles traversent le faisceau d'analyse, la section indiquée par le dispositif varie dans une large mesure. Les données obtenues sont donc très inexactes. L'invention vise à éliminer les inconvénients de la technique antérieure, grâce par exemple à un appareil destiné a orienter des particules en suspension dans un échantillon de fluide, afin de les observer par photométrie à fente d'analyse. Cet appareil comporte une chambre d'écoulement comprenant une entrée qui reçoit l'échantillon de fluide et une sortie de fluide. La chambre d'écoulement a une forme telle que le rapport entre une première et une seconde de ses dimensions augmente de façon monotone dans la direction de l'écoulement du fluide, la première dimension étant perpendiculaire à la seconde. La section transversale de la chambre d'écoulement, perpendiculaire à la direction de I'écoulement du fluide, decroît progressivement et de façon monotone dans la direction de l'écoulement.L'écoulement du fluide dans la chambre doit donc accélérer progressivement et de façon monotone, un dispositif d'observation étant positionné dans la chambre d'écoulement ou l'accélération devient utile. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront au cours de la aescription qui va suivre. Aux dessins annexés, donnés uniquement à titre d'exemple nullement limitatif la Fig. 1 est une coupe longitudinale partielle d'un appareil réalisé selon l'invention la Fig. 2 est une vue de dessous de l'appareil de la Fig. 1 les Fig. 3 et 4 sont des représentations vectorielles de la vitesse du fluide en différents points de l'appareil de la Fig. 1 ; la Fig. 5 est une coupe suivant la ligne 5-5 de la Fig. 1, dans la direction indiquée, et montre une fente dans la région centrale la Fig. 6 est une représentation vectorielle de la vitesse du fluide suivant l'axe longitudinal de l'appareil de la Fig. 1, parallèlement à la fente de la Fig. 5 et, la Fig. 7 est une représentation partielle à grande échelle d'une partie de l'appareil de la Fig. 1. La Fig. 1 représente donc l'appareil à cellule d'écoulement selon l'invention, désigné globalement par 10. Des échantillons de cellules, par exemple des cellules squameuses 12 en suspension, sont introduires à partir d'une source appropriée dans un tube d'échantillon 14, à l'intérieur d'une chambre d'écoulement 16. La chambre d'écoulement 16 est délimitée par des parois 17 visibles sur la Fig. 2 et par des parois 18 visibles sur la Fig. 1. Les parois 17 sbnt parallèles et rectilignes tandis que les parois 18 suivent des courbes exponentielles convergentes, et elles convergent vers une sortie 20 du fluide. Les cellules 12 sont analysées par une source lumineuse 22 qui éclaire la chambre d'écoulement, perpendiculairement à la direction de circulation des particules 12. Un dispositif photosensible, par exemple une cellule photo-électrique 24, est positionnée en face de la source lumineuse 22 pour mesurer la quantité de lumière qui traverse la chambre 16. La cellule photoélectrique 24, qui peut consister en un tube photo-multiplicateur, donne une indication sur la quantité de lumière transmise. Cette mesure peut être utilisée pour compter le nombre des cellules qui traversent le faisceau lumineux, et également pour mesurer d'autres propriétés physiques des cellules, telles que leur opacité et leur couleur. La cellule photo-électrique peut également être utilisée pour mesurer la section transversale des échantillons de cellules.En modifiant la source lumineuse ou en colorant les échantillons de cellules, il est possible de mesurer l'electro- luminescence de ces dernières, ce qui facilite également lliden- tification de leur type. La Fig. 1 montre également une conduite 26 reliée à la chambre d'écoulement 16, et destinée à conduire l'écoulement de fluide dans la chambre d'écoulement. Une gaine d'écoulement laminaire, désignée par les flèches 28, est produite par un dispositif 30 de formation de gaine placé dans l'alésage de la conduite 26. Ce dispositif 30 peut consister en un grand nombre de tubes 32 disposés dans la conduite 26, dans la direction de l'écoulement du fluide, et entourant le tube d'échantillon 14. Les tubes 32 ont pour fonction d'empêcher l'écoulement turbulent, de sorte que le fluide qui pénètre dans la chambre d'écoulement 16 est-"collimaté et non turbulent. Lorsque la gaine de fluide pénètre dans la chambre d'écoulement 16, elle se présente sous la forme d'une gaine de fluide en écoulement laminaire. Une description plus détaillée concernant cet écoulement laminaire sera donnée en regard de la Fig. 3. Les Fig. 1 et 2 montrent les cellules 12 provenant du tube 14 et introduites de façon aléatoire dans la chambre d'écnulement 16. Lorsqu'elles pénètrent dans le plan d'observation formé par la source lumineuse 22 et la cellule photo-électrique 24, les cellules se trouvent dans un plan perpendiculaire au faisceau de lumière 33 émis par la source 22. La Fig. 2, qui représente l'appareil vu à partir de la source lumineuse 22, montre chaque cellule orientée de manière que son côté plat soit tourné vers le faisceau lumineux, c' est-à-dire que la plus grande section transversale de chaque particule est perpendiculaire au faisceau lumineux. La Fig. 3 est une représentation vectorielle d'un fluide qui se présente sous la forme d'une gaine en écoulement laminaire, comme cela a été décrit ci-dessus. Cet écoulement lami naire est celui du fluide 28 lorsqu'il pénètre dans la chambre d'écoulement 16. Les flèches horizontales représentent les vecteurs vitesse en différentes positions de la section de la conduite 26 et produisant l'écoulement en gaine dans une conduite à parois parallèles les flèches dont l'une est désignée par 34 étant paral lèles. Le lieu de ces vecteurs est une parabole, la référence 35 représentant la distance entre le vecteur 34 et la paroi. Lorsque l'écoulement laminaire pénètre dans la chambre d'écoulement 16, il en résulte les vecteurs d'écoulement représentés sur la Fig. 4.La vitesse du fluide au voisinage des parois 18 de la chambre d'écoulement 16 varie en raisonde la variation régulière de l'écarte- ment des parois 18. La vitesse du fluide dans la chambre d'écoulement 16 contient maintenant une composante Y déterminée par les parois 18. La composante Y de la vitesse diminue dans le fluide lorsque la distance par rapport aux parois 18 augmente, jusqu'à ce que la vitesse du fluide au centre de l'écoulement ne contienne pratiquement plus aucune composante Y. Selon le principe de Bernouilli, le fluide qui se trouve au centre de l'écoulement sur la Fig. 4, possède la vitesse la plus grande, et la pression est la plus faible au centre de l'écoulement.Celles des cellules qui se trouvent décalées par rapport au centre de l'écoulement sont soumises à une composante Y de pression qui tend à les orienter vers ce centre. Si un échantillon de fluide est introduit à la même vitesse au centre d'un écoulement laminaire, semblable à celui de la Fig. 3, son écoulement reste centré sans traverser aucun plan d'écoulement laminaire. I1 faut remarquer que l'écoulement laminaire peut être obtenu approximativement sans utiliser les tubes 32 si un fluide est introduit à faible vitesse dans une conduite infiniment longue avant de pénetrer dans la chambre d'écoulement 16 de la cellule 10. La configuration convergente des paroirs 18 de la chambre d'écoulement 16 est telle qu'elle provoque une accé lération constante de l'écoulement du fluide vers la sortie 20.La largeur de la section transversale de la chambre d'écoulement près de la zone de détection, qui peut être considérée comme infiniment large comparée à sa hauteur, oblige l'écoulement du fluide à prendre une forme non seulement laminaire, mais laminaire plane. La largeur pratiquement infinie est obtenue avec une fente 36 centrée sur un axe longitudinal de moindre pression et elle diminue encore les effets d'une paroi longitudinale sur l'écoulement du fluide. Les Fig. 2 et 5 montrent que Ia fente 36 peut s'étendre sur toute la largeur de la chambre d'écoulement 16. Cette fente est disposée dans une direction à peu près perpendiculaire au plan du faisceau lumieux émis par la source 22. Cette fente definit un plan axial de plus grande vitesse qui, selon le principe de Bernouilli, constitue un plan de moindre pression, ce qui assure une -orientation optimale des particules qui se placent dans une position dans laquelle leur côté aplati est perpendiculaire au faisceau 33 de la source lumineuse 22 de la Fig. 1. La région axiale de moindre pression qui est formée par la fente 36 dans les parois 17 de la chambre d'écoulement 16 determine un gradient de pression nul dans une direction perpendiculaire à l'axe de l'écoulement du fluide vers les parois 17.Les parois formées par la fente 36 sont plus éloignées du centre axial de l'écoulement du fluide et n'ont qu'un effet négligeable sur cet écoulement. La Fig. 6 est une représentation vectorielle des vitesses dans la chambre d'écoulement 16 de la Fig. 5, centrées le long de l'axe longitudinal de cette chambre, parallèlement à la fente 36 de la Fig. 5. Comme le montre cette figure, la vitesse dans cette région est à peu près constante sur toute la longueur de la fente 36, ce qui représente une région de moindre variation de pression, comme cela a été décrit ci-dessus. I1 y a lieu de supposer que lorsqu'une particule se trouve dans la chambre d'écoulement 16, le fluide en contact avec son bord avant a une vitesse plus grande que le fluide en contact avec son bord arrière. Cela applique vraisemblablement une tension sur la particule qui a tendance à l'aligner sur la direction de l'écoulement. En outre, toute particule qui est inclinée par rapport à la direction de l'écoulement, est ramenée par la composante de vitesse perpendiculaire à la direction de l'écoulement, au centre de la chambre d'écoulement car il est probable qu'en raison de l'écartement décroissant des parois 18 de la chambre, la composante de vitesse dirigée vers l'intérieur, qui est plus importante en aval qu'en amont, est produite perpendiculairement à la direction de l'écoulement décalé par rapport à l'axe.Cette composante perpendiculaire de la vitesse est nulle au centre de la chambre d'écoulement. Les particules s'orientent donc d'ellesmêmes le long de cet axe de moindre pression comme cela a été décrit ci-dessus, de manière que le plan contenant la plus grande section transversale des particules aplaties coïncide avec un plan parallèle au plan axial de moindre pression, et perpendiculaire au faisceau 33 émis par la source lumineuse 22. La coupe de la Fig. 5 montre l'entrée de la chambre d'écoulement 16. Cette entrée est réalisée de manière à présenter une forme oblongue allongée, similaire à celle des échantillons de cellules squameuses qui doivent être analysées. Le tube d'échantillon 14 est positionné au centre de la chambre d'écoulement et présente également la même forme oblongue allongée que la chambre d'écoulement 16, dans l'axe de laquelle il se trouve. Des cellules squameuses qui sont éjectées par le tube14 dans la chambre d'écoulement 16 se trouvent au centre de cette chambre, comme cela a été décrit ci-dessus, les parois les plus écartées du centre déterminant une région axiale et longitudinale de moindre pression. Comme cela a été mentionné ci-dessus, il y a lieu de penser que la pression du fluide augmente avec la distance du centre de l'écoulement, de sorte que les cellules qui sont inclinées par rapport au plan de symétrie sont poussées vers ce plan par la pression plus élevée sur ceux de leurs points qui sont les plus éloignés de ce plan. Des mesures sont ensuites faites sur les cellules en projetant, au moyen d'une lentille cylindrique, un faisceau de lumière 33 perpendiculaire à la direction de l'écou- lement, comme le montre la Fig. 7. Ce faisceau de lumiere 33 rencontre les cellules 13 en un point ou les parois 18 convergent encore vers l'orifice 20. Lorsqu'elles atteignent le faisceau lumineux, les cellules squameuses de forme aplatie sont orientées au centre de l'écoulement, dans une direction longitudinale vers l'axe de moindre pression, a peu près perpendiculairement au faisceau 33. Chaque cellule présente donc sa plus grande section trans versale à ce faisceau. Cela apporte dans les mesures par photométrie à fente d'analyse, des résultats de la valeur recherchée qui n'avait encore pu être obtenus jusqu'à présent. Après être sorti par l'orifice 20, le liquide éliminé peut être déposé sur une feuille pour un autre examen de particules individuelles ou être aiguillé par des tuyauteries appropriées vers un dispositif d'évacuation ou de recyclage. REVENDICATIONS 1. Appareil destiné à orienter des échantillons de particules en suspension dans un fluide, pour les observer par photométrie à fente d'analyse, et comprenant une chambre-d'écoulement avec une entrée destinée à recevoir l'échantillon de fluide et une sortie de fluide, appareil caractérisé en ce que ladite chambre d'écoulement (16) a une forme telle que le rapport entre une première (Z) et une seconde (Y) de ses dimensions augmente de façon monotone dans la direction (X) de l'écoulement du fluide, la première dimension (Z) étant perpendiculaire à la seconde (Y), et la section transversale de ladite chambre d'écoulement (16) perpendiculaire à la direction de l'écoulement du fluide décroissant progressivement et de façon monotone dans la direction de l'écoule- ment du fluide, de manière que cet écoulement dans ladite chambre (16) accélère progressivement et de façon monotone, un dispositif d'observation (22, 24) étant positionné dans ladite chambre d'écou- lement (16) à l'endroit ou ladite accélération devient utile. 2. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif (14) destiné à introduire le fluide dans une région axiale centrale de ladite chambre d'écoulement (16) qui comporte-des parois (18) dont la forme est telle dans la direction de l'écoulement du fluide, que ledit fluide accélère progressivement et de façon monotone, lesdites parois (18) convergeant pour former une sortie (20) pour ledit fluide, située en un point qui se trouve à peu près au centre de l'écoulement du fluide, ledit dispositif d'observation (22, 24) étant positionné dans le voisinage de ladite sortie (20). 3. Appareil selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que ladite entrée se trouve à l'opposé de ladite sortie (20) qui présente une forme oblongue allongée. 4. Appareil selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que ladite chambre d'écoulement (16) comporte une fente (36) qui positionne un plan longitudinal définissant une zone de basse pression le long dudit plan longitudinal. 5. Appareil selon l'une quelconque des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que lesdites parois (18) convergent exponentiellement dans la direction de l'écoulement du fluide. 6. Appareil selon l'une des revendications 4 ou 5, caractérisé en ce que ladite sortie (20) comprend ladite fente (36) et s'étend dans une première direction en travers de ladite entrée, et perpendiculairement à une seconde direction de ladite entrée. 7. Appareil selon l'une quelconque des revendications 2 à 6, caractérisé en ce que ledit dispositif destiné à introduire ledit fluide comprend un dispositif destiné à produire un écoulement du fluide sous forme d'une gaine entourant ledit échantillon de fluide, et un tube d'échantillon (14) pénétrant dans ladite chambre d'écoulement, suivant ladite région axiale centrale. 8. Appareil selon la revendication 7, caractérisé en ce que ledit dispositif destiné à produire ledit écoulement du fluide sous forme d'une gaine comprend un dispositif destiné à produire un écoulement régulier, sans turbulence, du fluide dans ladite chambre d'écoulement, et constitué par un grand nombre de tubes (32) disposés dans la direction de l'écoulement du fluide de manière que ladite gaine de fluide soit laminaire à l'entrée de ladite chambre d'ecoulement. 9. Appareil selon l'une des revendications 7 ou 8, caractérisé en ce que 1'entrez de ladite chambre d'écoulement est pratiquement centrée sur l'écoulement du fluide en gaine 10. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que des echantillons de particules aplaties en suspension dans un fluide sont injectées par le tube à échantillon (14) au centre d'un écoulement de fluide qui1 s'il n'est pas laminaire plan au point d'injection, le devient très peu de temps après, ladite sortie (20) étant opposée à ladite entrée et se présentant sous la forme d'une fente (36) disposée dans une direction suivant le plan le longitudinal de ladite chambre d'écoulement (16) et perpendiculaire à la largeur de ladite entrée. 11. Appareil selon l'une quelconque des revendications 7 à 10, caractérisé en ce que ledit tube à échantillon (14) pénètre dans ladite chambre d'écoulement (16) par le centre de ladite entrée. 12. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que la forme de la chambre d'écoulement suivant ladite pre mière dimension est à peu près constante.