Оптический измеритель численной концентрации наночастиц

Полезная модель относится к оптическим приборам, предназначенным для измерения численной концентрации и скорости седиментации наночастиц в жидкости и может быть использована для фундаментальных и прикладных исследований в физике, химии, биологии, медицине.
Известны устройства для измерения концентрации наночастиц, содержащие лазер с оптическим трактом для транспортировки лазерного излучения, на пути которого установлена горизонтально расположенная оптическая ячейка, содержащая исследуемую жидкость с наночастицами и установленной над оптической ячейкой видеокамерой, снабженной объективом микроскопа для регистрации в реальном масштабе времени текущего количества частиц, визуализация которых осуществляется за счет рассеяния лазерного излучения на частицах (см., например, Sizing and phenotyping of cellular vesicles using Nanoparticle Tracking Analysis, R.A. Dragovic, at all, Nanomedicine: Nanotechnology, Biology, and Medicine 7 (2011) 780-788).
К недостаткам известных устройств следует отнести сложность подбора оптимальных параметров измерения, трудоемкую процедуру приготовления образцов с необходимой концентрацией наночастиц и невозможность наблюдения перемещения частиц в жидкости в вертикальном направлении.
Наиболее близким к предложенному техническому решению по технической сущности и достигаемому эффекту является прибор, содержащий лазер с блоком фокусировки, устройство управления, оптическую ячейку, выполненную в виде флуориметрической кюветы с полированным дном и с находящейся в ней съемной вставкой, объектив и видеокамеру, установленные под оптической ячейкой (см. RU 174054 U1).
К недостаткам описанного устройства следует отнести сложность работы на таком приборе с образцами, в которых дисперсная фаза оседает на дно, создавая помехи для наблюдения, обусловленную использованной в нем оптической схемой с расположением объектива и видеокамеры под кюветой.
Техническим результатом, на получение которого направлена полезная модель, является упрощение процедур приготовления образцов, настройки, проведения измерений и получение возможности анализа движения наночастиц в вертикальной плоскости.
Технический результат достигается в устройстве, подключенном к компьютеру, выполненному с возможностью управления устройством и обработки получаемых данных, содержащий лазер, цифровую камеру, оптические линзы, оптическую ячейку, объектив и блок синхронизации работы лазера и цифровой камеры, отличающийся тем, что лазерный луч и оптическая ось объектива располагаются в горизонтальной плоскости, с возможностью выполнения анализа рассеянного в образце света, выходящего в боковую оптическую поверхность оптической ячейки.
В устройстве значительно упрощается процесс измерений и настройки. Становится возможным использование сменных кювет без полированного дна.
Описанное исполнение устройства позволяет использовать его при исследовании, например, коллоидных дисперсий, дисперсных загрязнений, иммунологических реакций и т.п., с возможностью одновременного измерения численной концентрации частиц и скорости их седиментации.
На Фиг. представлена структурная схема устройства, вид сверху.
Оптический измеритель численной концентрации наночастиц содержит лазер 1, луч которого формируется собирающей оптической линзой 2 и цилиндрической оптической линзой 3 и подается в кювету 4. В качестве кюветы используется стандартная флуориметрическая кювета. Кювета располагается так, чтобы луч лазера проходил через образец близко к той боковой стороне кюветы, на которую направлен объектив 6.
Свет от лазера рассеивается на наночастицах, находящихся в образце. Свет, рассеянный под 90° из небольшого объема образца, через боковую стенку кюветы собирается объективом микроскопа 6 и подается на матрицу цифровой видеокамеры 8. Визуализированное таким образом положение каждой наночастицы записывается в реальном масштабе времени. Сигнал с цифровой камеры подается в компьютер 7, программное обеспечение которого определяет количество объектов интереса в рассеивающем объеме. Блок синхронизации работы лазера и цифровой камеры 5 позволяет на короткие интервалы времени увеличивать мощность лазера и одновременно с этим проводить запись изображения видеокамерой, реализуя таким образом эффект освещения образца схожей с эффектом фотовспышки.