Устройство для измерения концентрации многокомпонентных сахарных растворов

 

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к устройствам оптического анализа многокомпонентных растворов, и может быть использовано для автоматического определения концентрации веществ, растворенных в жидкости. Цель изобретения - повышение точности и расширение диапазона измерений. Источник 1 излучения (перестраиваемый лазер инфракрасного диапазона) настраивается на-излучение длины волны, характерной для выбранной а 1 Упрабляемый гешратор блок регистрации СО Os XI Ю СО XI VM

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

I (я)з G 01 N 33/02, 21/21

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

«4

О

«4 (21) 4680373/13 (22) 05.05.89 (46) 23.09.91. Бюл. t4 35 (71) Винницкий политехнический институт (72) Ю.А.Скидан, С.Г.Кривогубченко, В.В.Севастьянов, В.Г,Лысогор, Н.Н,Компайец и Л.В.Касаткина (53) 531.715.1:538,22(088.8) (56) Патент США

N . 4467204, кл. G 01 N 21/21, 1989.

Патент ГДР

N. 231649, кл. G 01 N 21/05, 1986.

Заявка Японии

N 60-55772 кл. G,01 N 21/21, 1985.

„„Я2„„1679371 А1 (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ КОНЦЕНТРАЦИИ МНОГОКОМПО НЕ НТН ЫХ

САХАРНЫХ РАСТВОРОВ (57) Изобретение относится к измерительной технике, в частности к устройствам оптического анализа многокомпонентных растворов, и может быть использовано для автоматического определения концентрации веществ, растворенных в жидкости. Цель изобретения — повышение точности и расширение диапазона измерений. Источник 1 излучения (перестраиваемый лазер инфракрасного диапазона) настраивается на излучение длины волны, характерной для выбранной

1679371

45 функциональной группы исследуемого вещества. Луч оу источника излучения направляется в двулучевой интерферометр, где проходит через измерительный канал, в котором расположена первая камера 2 кюветы, находящаяся под воздействием магнитного поля, создаваемого магнитным источником, и через контрольный канал, в котором расположена вторая камера 3 кюветы, не попадающая под влияние магнитного поля. На выходной призме 12 интерферометра наблюдается интерференционная картина, регистрируеИзобретение относится к измерительной технике, в частности к устройствам оптического анализа многокомпонентных растворов, и может быть использовано для автоматического определения концентрации веЩеств, растворенных в жидкости, Целью изобретения является повышение точности и расширение диапазона измерений.

Существо изобретения заключается в одновременном применении инструмен1anbных средств, используемых при измерениях методом инфракрасной (ИК) спектроскопии и ядерного магнитного резонанса (ЯМР), Сравнение спектров ИК-диапазона и спектра ЯМР исследуемого вещества и остальных компонентов смеси позволяет выделить сигнал о количестве исследуемого вещества в многокомпонентном растворе. .Использование эффекта ЯМР позволяет вводить в состояние ядерного магнитного резонанса определенный протон функциональной группы исследуемого вещества. При одновременном воздействии ИК-излучения, характерного для исследуемой функциональной группы исследуемого вещества, происходит изменение фазы ИК-излучения.

На фиг, 1 представлена схема устройства; на фиг, 2 — ИК-спектр P — 0 — (+) глюкозы; на фиг. 3 — спектр протонного магнитного резонанса Р -0 — (+) глюкозы.

Устройство (фиг. 1) содержит источник 1 излучения, выполненный в виде перестраиваемого лазера ИК-диапазона, кювету в виде двух сообщающихся (не показано) между собой камер 2 и 3, источника магнитного поля, между полюсами 4 и 5 которого расположена первая (измерительная) камера 2 кюветы, управляемый генератор 6, выход которого соединен с радиочастотным контуром 7, и детектор 8 излучения, Камера 2 кюветы расположена внутри радиочастотного контура 7 и помещена в измерительный канал 9 двулучевого интерферометра

Маха-Цандера, а камера 3 — в контрольный мая детектором 8 излучения и отображаемая на элементах индикации блока 15 регистрации. Управляемый генератор 6 создает переменный ток в радиочастотном контуре

7 с частотой, необходимой для воэникновения ядерного магнитного резонанса протона выбранной функциональной группы. При этом изменение фазы луча измерительного канала повлечет эа собой смещение интерференционной картины, что. будет отображено на элементах индикации блока 15 регистрации. 3 ил. канал 10 интерферометра. Двулучевой интерферометр включает светоделительные призмы 11 и 12 и отражатели 13 и 14, Выход детектора 8 излучения соединен с блоком 15 регистрации. Управление работой устройства осуществляется с помощью пульта 16 управления, выходы которого соединены с источником 1 излучения и управляемым генератором 6, 10 В качестве источника излучения ИК-щ апазона использован лазер, изготовленный по технологии получения многокомпонентных твердых растворов и гетероструктур полупроводниковых соединений. B качестве дешифратора излучения может быть применен любой известный способ и устройство определения смещения интерференционных картин.

Пульт управления содержит доступные оператору органы управления перестройкой частоты управляемого генератора и длиной волны источника излучения. В качестве управляемого генератора, радиочастотного контура, магнитного источника могут быть использованы соответствующие модули, входящие в состав серийно выпускаемого промышленностью радиоспектрометра ядерного магнитного разрешения типа РЯ2305.

Пусть имеется раствор, состоящий иэ компонентов: А, В, С, Д, Е, Ф, глюкозы.

ИК-спектр включает компоненты А, В, С и. спектр глюкозы, а ЯМР-спектр включает компоненты Д, Е, Ф и ЯМР-спектр глюкозы.

Тогда, используя ИК-спектроскопию, можно определить суммарный вклад глюкозы и компонентов А, В, С. Аналогично использование ЯМР-спектроскопии даст возможность определить суммарный вклад глюкозы и компонент Д, Е, Ф.

ИК-спектр многокомпонентного раствора (фиг. 2) содержит эоны 1-валентные колебания QH, И- валентные колебания СНА! 1-смена решеток, IY-валентные колебания СО.

Спектр ЯМР этого же раствора.(фиг. 3) содержит резонансные частоты протонов f

1679371

ДЯинй 80AHbl, +++

40 ДЮ О 70 ВЛ Я0Ю 12 Ф 16

7Я,о 80 бО 00

Ъ, Ь го

4100 ЛИ ЯИ бО

Щ

ZS_#_ Z000 та 1600 7460 12т тс 8пО дГ5

Ц7а 3 а cif-1

4ьГ. 2 — На, II — ОН, П! — Нв, IV — Hx, Нд,Ч вЂ” СН VI — остаточный сигнал растворителя. Спектр получен при напряженности магнитного поля 14 кГс. рабочей частоте 60 МГц и частоте развертки 600 Гц.

По этим спектрам для конкретной функциональной группы, например, группы С—

Н, входящей в состав глюкозы. определяют характерную длину волны поглощения в ИКспектре. Для глюкозы она равна 3,43 мкм.

Аналогично по спектру ЯМР определяют значение частоты переменного тока, наводимого в радиочастотном контуре 7, задаваемой управляемым генератором 6для возникновения ЯМР-потока функциональной группы СН, при напряженности магнитного поля

14 кГс, создаваемой магнитным источником.

Используя полученные данные из ИК- и

ЯМР-спектров глюкозы, оператор с пульта настраивает источник излучения — перестраиваемый лазер И К-диапазона — на излу, чение с длиной волны 3,43 мкм. При этом управляемый генератор 6 закрыт и в радиочастотном контуре 7 радиочастотное поле не наводится, Луч от источника излучения проходит через камеру 2 кюветы, находящуюся под воздействием магнитного поля, создаваемого магнитным источником. Одновременно луч контрольного канала проходит через камеру 3 кюветы, не попадающую под влияние магнитного поля, и направляется на призму 12 интерфердметра, на которой наблюдается интерференционная картина, Оператор устанавливает детектор 8 излучения в центр темной или светлой полосы интерференционной картины, Точность установки определяется разрядностью блрка 15 регистрации. Затем оператор с пульта 16 управления открывает управляемый генератор 6. Управляемый генератор в радиочастотном контуре 7 создает переменный ток с частотой, необходимой для возникновения ЯМР-протона функциональной группы

5 С-Н. При этом изменяется фаза первого луча в измерительном канале 9, что повлечет за собой смещение интерференционной картины. Величина смещения пропорциональна количеству функциональных групп

10 С вЂ” Н, протоны которых находятся в состоянии ЯМР, следовательно, величина смещения пропорциональна количеству глюкозы в данном растворе.

Формула изобретения

15 Устройство для измерения концентрации многокомпонентных сахарных растворов, содержащее кювету, источник излучения, источник магнитного поля, детектор излучения, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью

20 повышения точности и расширения диапазона измерений, оно дополнительно содержит управляемый генератор радиочастотных колебаний с радиочастотным контуром, двулучевой интерферометр Маха — Цандера с

25 измерительным и контрдльным каналами, пульт управления, при этом источник излучения представляет собой перестраиваемый лазер инфракрасного диапазона, кювета выполнена в виде двух сообщаю30 щихся камер, причем первая камера расположена внутри радиочастотного контура между полюсами источника магнитного поля и размещена в измерительном канале, а вторая камера — в контрольном канале двулучевого

35 интерферометра, двулучевой интерферометр расположен между источником излучения и детектором излучения, а пульт управления связан с источником излучения и управляемым генератором радиочастотных колеба40 ний.

1679371 ц 1чъ с) с Р ® Я о с ) .аамотбиобу

Составитель А. Роговский

Редактор О. Хрипта Техред М.Моргентал Корректор М. Кучерявая

Заказ 3209 Тираж 398 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