Оптическое измерительное устройство

 

Изобретение относится к оптическому аналитическому приборостроению. Целью изобретения является расширение диапазона измеряемых параметров и повышение точности спектральных измерений. Для этого в устройство введены спектральный изотропный полосовой фильтр, дополнительный плоский отражатель, четыре светоклапанных затвора и дополнительный оптический канал, который содержит переключающее зеркало, механизм ориентации и перемещения кюветы, отражатель и отражательную призму-куб, коаксиально расположенную в центре линзового конденсора. Анализатор выполнен в виде поляризационного светоделителя с двумя ортогонально поляризованными входами и двумя выходами. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (! 1) (s()s G 01 N 21/41

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

l г

° ц О о V

М

С д ю

1 (21) 4469879/25 (22) 04,08.88 (46) 23.08.91. Бюл. ¹ 31 (71) Всесоюзный научно-исследовательский и экспериментально-конструкторский институт продовольственного машиностроения (72) Г,И. Уткин (53) 535. 024(088. 8) (56) Андреев В,С., Попечителев Е.П. Лабораторные приборы для исследования жидких сред. — Л.: Машиностроение, 3981 с. 82128.

Авторское свидетельство СССР

¹ 1295305, кл, G 01 N 21/41, 1987. (54) ОПТИЧЕСКОЕ ИЗМЕРИ! ЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО (57) Изобретение относится к оптическому

Изобретение относится к оптическому аналитическому приборостроению и может быть использовано при проведении научных исследований и промышленного контроля состава и свойств различных химических веществ в биотехнологии, медицине. аналитической химии. а также в микробиологической и пищевой промышленности.

Целью изобретения является расширение диапазона измеряемых параметров и повышение точности спектральных измерений, Устройство позволяет дополнительно измерить поляризационные характеристики флуоресценции образца и индикатрисс рассеянного излучения.

На чертеже приведена структурная схема оптимального измерительного устройства. аналитическому приборостроению, Целью изобретения является расширение диапазона измеряемых параметров и повышение точности спектральных измерений, Для этого в устройство введены спектральный иэотропный полосовой фильтр, дополнительный плоский отражатель, четыре светоклапанных затвора и дополнительный оптический канал, который содержит переключающееся зеркало, механизм ориентации и перемещения кюветы, отражатель и отражательную призму-куб, коаксиально расположенную в центре линзового конденсора, Анализатор выполнен в виде поляриэационного светоделителя с двумя ортогонально поляризованными входами и двумя выходами. 1 з.п, ф-лы, 1 ил, Оптическое измерительное ус1ройство содержит источник 1 излучения, управляемый монохроматор 2, поляризатор 3, лазер

4. светоклапанный затвор 5. кювету 6 с исследуемым раствором, светоклапанный затвор 7, поляризационный анализатор 8, электромеханический привод 9 со встроенным датчиком угол — код, электронный вы.числитель 10, спектральный отрезающий иэотропный фильтр 11, светоклапанный затвор 12 в виде прыгающей ирисовой диафрагмы; отражательную призму-куб 13, фотоприемник 14, отражательную призму

15, линзовый конденсор 16, фотоприемник 17, переключающееся зеркало 18, отражательную призму 19, линейно перемещающуюся каретку 20 для установки и перемещения кювет с измерительным и эталонным растворами, кювету 21 с эталонным раствором, отражательные призмы 22

16 72312 и 23, светоклапанный затвор 24, отражательные призмы 25 и 26.

Оптическое измерительное устройство работает следующим образом, Световое излучение источника 1 через монохроматор 2 направляется на поляризатор 3. разделяющий излучение на два пучка равной интенсивности, на ортогонально поляризованные, При проведении исследований на сильнопоглощающих средах в качестве источника используется лазер 4, излучение которого также разделяется поляризатором 3 на два пучка равной интенсивности, Излучение торцового выхода поляризатора 3 проходит через светоклапанные затворы 5 и 7, плоскопараллельные торцы измерительной кюветы 6 на торцовый вход вращающегося поляризационного анализатора 8, который приводится во вращение электромеханическим приводом 9 со встроенным прецизионным датчиком угол— код, подключенный на угломерный вход электронного вычислителя 10. Поляризационный анализатор 8 разделяет световой пучок, вошедший через торцовый или боковой входы, на два ортогонально поляризованных потока.

Световой поток, прошедший через торцовый выход анализатора 8, не меняет своего пространственного положения при вращении анализатора, поэтому постоянно проходит через центральную зону отрезающего изотропного фильтра 11 и светоклапанного затвора 12 в виде прыгающей ирисовой диафрагмы и затем отклоняется передней призмой отражательной призмыкуба 13 на фотоприемник 14. Световой поток, прошедший через боковой выход анализатора 8, отражается призмой 15 и при вращении анализатора сканируется в пространстве по кольцевой зоне фильтра 11 и светоклапанного затвора 12. коаксиально расположенной по отношению к отражательной призме-кубу 13 и оси вращения анализатора, а затем концентрируется линзовым конденсатором 16 на фотоприемнике

17. Фотоприемники 14 и 17 подключены на информационные входы электронного вычислителя 10.

Подобная конструкция вращающегося анализатора обеспечивает одновременное измерение интенсивности ортогон аль но поляризованныхх компонент принимаемого излучения, что повышает информативность и помехоустойчивость всего процесса измерений.

При проведении спектрофотометрических измерений кювета 6 с помощью линейно перемещающейся каретки 20 перемещается в положение 27. В этом слу5

55 чае излучение, вышедшее с бокового выхода поляризатора 3, отклоняется переключающимся зеркалом 18, проходит через торцовые окна кюветы с исследуемым образцом, отклоняется призмой 19 и отражается диагональной поверхностью призмы-куба 13 через центральную зону линзового конденсора 16 на фотоприемник 17, который вырабатывает сигнал, пропорциональный спектральному коэффициенту пропускания образца на данной длине волны, В качестве опорного фотометрического канала используется описанный поляриметрический канал, работающий в фотометрическом режиме следующим образом. На месте кюветы 6 с исследуемым раствором с помощью каретки 29 размещается кювета

21 с эталонным растворителем и аналогичная по конструкции кювете 6, а одновременно входной зрачок прыгающей диафрагмы уменьшается так, что экранирует попадание светового потока из бокового выхода анализатора 8 на фотоприемник 17. Затем при вращении анализатора 8 пропускание поляриметрического канала непрерывно меняется по закону Малюса, поэтому в момент, когда сигналы с фотоприемников 14 и 17 становятся равными, электронный вычислитель 10 считывает показания, вырабатываемые прецизионным датчиком угол — код, и по ним определяет величину коэффициента поглощения.

B режиме рефрактометрических нефелометрических измерений переключающееся зеркало 18 выведено из оптического тракта и светоклапанные затворы 5 и 7 закрыты, поэтому световой поток с бокового выхода поляризатора 3 призмами 22 и 23 пропускается через открытый светоклапанный затвор 24 и боковые клиновидные грани кюветы 6. Система призм 25 и 26 полного внутреннего отражения, жестко соединенная с анализатором 8, вращается вместе с ним, при совпадении оптической оси отклоненного боковыми окнами кюветы 6 потока фотоприемники 74 и 17 вырабатывают импульс, по которому электронный вычислитель 10 считывает показания прецизионного датчика угол — код привода 9 и определяет по ним величину показателя преломления.

Аналогично работает прибор при съеме индикатриссы рассеяния с тем отличием, что вычислитель 10 считывает с определенным угловым шагом информацию с датчика угол — код и фотоприемников 14 и 17 и вычисляет по этим данным форму индикатриссы для различно поляризованных компонент рассеянного излучения, 1672312

При проведении измерений пофлуоресцентной поляриметрии светоклапанный затвор 5 открыт, а светоклапанные затворы 7 и 24 открыты, прыгающая диафрагма раскрыта, Возбуждающее коротковолновое излучение. выходящее из торцового выхода поляризатора 3, освещает кювету 6 с образцом, возбуждая в ней поляризованное флуоресцентное излучение, Флуоресцентное излучение, рассеянное ортогонально направлению падающего пучка. отражается призмами 25 и 26 на боковой вход анализатора 8, который разлагает его на две ортогонально поляризованные компоненты, выходящие через торцовый и боковой выходы анализатора 8 и проходящие через изотропный спектральный отрезающий фильтр

11, поглощающий возбуждающее рассеянное излучение и пропускающий вторичное флуоресцентное излучение. После этого обе компоненты регистрируются приемниками

14 и 17. Фотометрический канал во время флуоресцентных измерений перекрыт с помощью качающегося зеркала 18.

Благодаря совместной работе поляриметрического. рефрактометрического,спектрометрического и флуорометрического канала измерительного устройства расширяются его функциональные возможности при исследовании состава и структуры сложных многокомпонснтных обьек.ов типа молекул органических веществ. При этом существенно сокращается необходимый объем парка аппаратуры, используемой в лабораториях, особенно производственных, увеличивается коэффициент использования прибора. уменьшается соответсгвенно площадь производственных помещений, занимаемая измерительной аппаратурой.

Конструктивные отличия устройства позволяют повысить производительность комплексных измерений оптико-физических параметров объектов в 1,5-2 раза, точность спектрофотометрических измерений в 3-5 раз, повысить надежность работы прибора.

Эти преимущества позволяют широко испольэовать предлагаемое устройство пои проведении исследований в области биотехнологии, аналитической химии и пищевой промышленности, 35

45 виде призм с диагональным воздушным зазором, а собственные линейные поляриэационные базисы ортогональных каналов

50 анализатс ра ориентированы под углом 45 к плосKýñ ги лавного сечения призмы.

Формула изобретения

1. Оптическое измерительное устройство, содержащее источник излучения и последовательно установленные на ходу излучения монохроматор, поляризатор и анализатор в виде поляризационных светоделителей, снабженный приводом вращения с датчиком угол — код, четыре плоских отражателя, попарно и жестко соединенных и оптически связанных с поляризатором и анализатором, кювету с плоскими торцовыми и клиновидными боковыми окнами. а также два фотоприемника, подключенные к входам электронного блока, о т л и ч а ю щ ее с я тем, что, с целью расширения диапазона измеряемых параметров и повышения точности спектральных измерений, в него введены спектральный изотропный полосовой фильтр, дополнительный плоский отражатель, четыре светоклапанных затвора, линзовый конденсор и дополнительный оптический канал, содержащий переключающееся зеркало, отражатель и отражательную призму-куб, расположенную на оптической оси линзового конденсора между ним и изотропным полосовым фильтром, при этом линзовый конденсор оптически связан с боковым выходом поляриэ." ода, а анализатор в виде поляризационного светоделителя выполнен с двумя ортоггнально поляризованными входами и двумя пртого. ьно поляризованными выходами. дополн1ельный плоский отражатегь у-..тановлен на боковом выходе анэлизагора и образует с ним двугранный у1о... ребро которого перпендикулярно оси вп;-,:.ния анализа;ора, выходы анализатор . .через спектральный изотропчый полосовой фь.ль1р оптически связаны с линзовым конденсором и отражательной призмойкубом, а кювета снабжена механизмом перемещения.

2. Устройство по п.1, о г л и ч з ю щ ее - я тем. что, с целью обеспечения измерения степени циркулярной поляризации иэлучения образца. анализатор выполнен в

1672312

Составитель С.Голубев

Редактор А.Шандор Техред M.Ìoðãåíòàë Корректор О.ципле

Заказ 2834 Тираж 384 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент". г. Ужгород, ул.Гагарина, 101