Спектрофотометр

 

Изобретение относится к оптическому спектральному приборостроению. Целью изобретения является расширение диапазона измерений в сторону оптически более плотных веществ. Излучение от источника (монохроматора) 1 попадает на светоделительное зеркало 3 двухлучевого интерферометра , в плечах которого размещена кювета 7 и компенсатор 8. Зеркало 6 выполнено подвижным. Элемент 13 принимает излучение в момент прохождения зеркалом 6 среднего положения. На выходе элемента 13 помимо несущей информацию переменной части сигнала с амплитудой I0k Vr присутствует постоянный сигнал 1/2 |0 + 1/21о т. где lo - интенсивность; k - постоянная приемника; т-пропускание образца. Постоянный сигнал удаляется с помощью фильтра 15 низкой частоты. На индикаторе 17 возникают показания, пропорциональные Данными спектрофотометром можно измерять оптические параметры веществ с оптической плотностью 4-6, 1 ил. Ё

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 G 01 J 3/42

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4734465/25 (22) 05.09.89 (46) 23.04.92, Бюл. М 15 (71) Черновицкий государственный университет (72) Б.М. Тимченко, M,Þ, Сахновский и С.Н, Дидык (53) 535.853 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

N 819591, кл. G 01 J 3/42, 1979.

Авторское свидетельство СССР

N. 1173201, кл. G 01 J 3/42, 1984. (54) СПЕКТРОФОТОМЕТР (57) Изобретение относится к оптическому спектральному приборостроению. Целью изобретения является расширение диапазона измерений в сторону оптически более плотных веществ. Излучение от источника Ы 1728б74 А1 (монохроматора) 1 попадает на светоделительное зеркало 3 двухлучевого интерферометра, в плечах которого размещена кювета

7 и компенсатор 8. Зеркало 6 выполнено подвижным. Элемент 13 принимает излучение в момент прохождения зеркалом 6 среднего положения. На выходе элемента 13 помимо несущей информацию переменной части сигнала с амплитудой 4К Vt присутствует постоянный сигнал 1/2 I + 1/21 т где

Io — интенсивность; М вЂ” постоянная приемника; z пропускание образца. Постоянный сигнал удаляется с помощью фильтра 15 низкой частоты. На индикаторе 17 возникают показания, пропорцирнальные Vt. Данными спектрофотометром можно измерять оптические параметры веществ с оптической плотностью 4-6, 1 ил.

1728674

30

Изобретение относится к области оптического спектрального приборостроения.

Известен двухлучевой спектрофотометр, содержащий систему формирования двух оптических каналов, модулятор, устройство пространственного обьединения потоков излучения из оптических каналов, монохроматор с диспергирующим элементом и приводом, приемно-регистрирующее устройство.

К недостаткам устройства относится ограниченность диапазона измерений, обусловленная прямой пропорциональностью измеряемого потока излучения коэффициенту пропускания г, а также конечной величиной чувствительности фотоприемника приемного устройства, Наиболее близким к изобретению является светофотометр, содержащий оптически связанные источник монохроматическо-о излучения, одно из плеч которого содержит компенсатор, а другое — кювету с образцом, модулятор и приемное устройство, включающее фотоприемник. Интерферометром служит интерферометр типа Жамена, модулятор выполнен в виде диска и расположен между пластинами интерферометра, причем диск модулятора имеет по крайней мере одну щель.

К недостаткам устройства относится достаточно ограниченный диапазон измерений, обусловленный амплитудной модуляцией сигнала в устройстве, а следовательно, прямой пропорциональностью измеряемого потока излучения коэффициенту пропускания материала образца r 1.

Целью изобретения является расширение диапазона измерений в сторону оптически более плотных веществ.

Указанная цель достигается тем, что спектрофотометр, содержащий оптически связанные источник монохроматического излучения, первый согласующий оптический элемент, двухлучевой интерферометр, снабженный двумя поворотными зеркалами, в одном из плеч которого размещен компенсатор, снабженный приводом, а в другом— кювета для образца, модулятор, второй согласующий оптический элемент и фотоприемное устройство со светочувствительным элементом, а также регистрирующее устройство, соединенное с приводом компенсатора, дополнительно содержит фильтр низкой частоты и датчик положения, в качестве модулятора использовано одно из дополнительных зеркал двухлучевого интерферометра, установленное с возможностью плоскопараллельного перемещения с амплитудой не менее половины длины волны излучения источника монохроматического излучения и кинематически связанное с датчиком положения, фотоприемное устройство дополнительно снабжено управляющим ключом, имеющим вход, выход и управляющий вход, управляющий вход управляющего ключа соединен с датчиком положения, вход управляющего ключа соединен со светочувствительным элементом, а выход через фильтр низкой частоты соединен с регистрирующим устройством, На чертеже представлена схема спектрофотометра.

Спектрофотометр содержит монохроматор 1, оптически связанный через первый согласующий оптический элемент 2 с двухлучевым интерферометром, собранным из светоделительных зеркал 3 и 4, а также поворотных зеркал 5 и 6, причем одно из плеч каналов интерферометра содержит кювету

7 для образца, а другое — компенсатор 8 разности хода с приводом 9 компенсатора разности хода, привод 10 поворотного зеркала 6 при возвратно-поступательном движении, датчик 11, вторую согласующую оптическую систему 12, обеспечивающую проекцию выходной. щели монохроматора 1 на неселективный светочувствительный элемент 13, электрически связанный с управляющим ключом 14, который электрически связан с датчиком 11 положения и последовательно через фильтр 15 низкой частоты и усилитель 16 приемного сигнала с индикатором 17, выход которого соединен с приводом 9 компенсатора 8 разности хода.

Спектрофотометр работает следующим образом.

Излучение из монохроматора 1 с интенсивностью (о через оптический элемент 2 попадает на светоделительное зеркало 3 двухлучевого интерферометра, где происходит деление монохроматического излучения на два равных по интенсивности луча по

1/2lo каждый, которые направляются в оба плеча интерферометра. Излучение, прошедшее образец, имеет интенсивность 1/2 г 1О и сохраняет частоту монохроматического из-. лучения, Излучение, прошедшее компенсатор 8 разности хода, попадает на подвижное зеркало 6, где изменяет начальную частоту монохроматического излучения вследствие доплер-эффекта. Светоделитель

4 служит для смешения излучения, прошедших оба канала, и суммарное излучение через оптическую систему 12 попадает на неселективный светочувствительный элемент 13, который производит прием излучения в момент прохождения зеркалом 6 среднего положения, информация о последнем поступает из датчика 11 на управляю1728674 щий вход ключа 14. Так как на выходе элемента 13.1 помимо несущей информации переменной части сигнала с амплитудой 0 . k i(k — постоянная данного фотоприемника) присутствует значительный посто- 5 янный сигнал 1/2lo + 1/2lo 2 то производится фильтрация последнего с помощью фильтра 14 низкой частоты.

Отфильтрованный инфоомационный сигнал, пропорциональный 1гт, усиливается 10 широкополосным усилителем 16 и поступает на индикатор 17 амплитуды сигнала. Таким образом на индикатоце будут показания, .пропорциональные Io т/с. Общий коэффициент пропорциональности всей установки 15 определяется заблаговременно путем пропускания излучения через образец с известным т0. Компенсатор 8 разности хода настраивается по максимальному показанию индикатора 17. Продолжительность 20 съема информации с помощью элемента 13, т. е, время замкнутого состояния ключа, определяется временем прохождения зеркалом расстояния, равного длине волны облучающего света с центром в точке, соот- 25 . ветствующей нулевому положению поворотного зеркала 6 задается датчиком 11, Таким образом, показания индикатора

16 соответствуют значению

I(r) = k . l. т, 30 где k определяется по показаниям индикатора l(to) при использовании ранее тарированного значения т0 т, е.

I„Vr, Пусть параметр граничного коэффициента пропускания для прототипа есть tnt.

Тогда чувствительность приемника равняется

Io, Òé " "= I÷óâñTâ.

Не изменяя чувствительности приемника (1цувств-const), применяя настоящее устройство, получаем другое значение граничного параметра г причем 45 ! чувств. = Io У гр

Но когда trp = (to() и поскольку тд "<< 1 То ясно, что 7 ">> игр ЭТО неравенство свидетельствует о расширении диапазона измерений в сравнении с прототипом. Так как современными известными спектрофотометрами возможно проведение измерений коэффициентов пропускания для оптически плотных веществ порядка 2 — 3, то применение предлагаемого устройства позволяет производить измерение оптических параметров для веществ с оптической плотностью 4 — 6, Отметим, что анализ в широком диапазоне длин волн требует применения известных методов разделения луча на две равные части. В качестве поворотных зеркал использовались зеркала, полученные напылением толстых слоев алюминия на плоскопараллельных стеклянные пластины. В качестве компенсатора разности хода использовались два идентичных оптических клина, образующих плоскопараллельную пластинку, толщина которой может изменяться в пределах 1-40 мкм. Настройка компенсатора проводилась вручную. В качестве привода поворотного зеркала 6 использовался линейный двигатель ДПР-72, который одновременно давал возможность контролировать положение зеркала. То есть линейный двигатель позволяет одновременно выполнять и функции датчика 11 и управляющего ключа 14. Оптическая система 12 идентична системе 2. В качестве светочувствительного элемента использовался фотоумножитель, в качестве фильтра низкой частоты — конденсатор емкостью 0,1 мкФ, который совместно с входным сопротивлением усилителя составил фильтр с граничной частотой 10 кГц, Усилитель с коэффициентом усиления 50 — 10000 в различных диапазонах частоты позволял усиливать сигналы с частотой до 10 МГц, B качестве индикатора амплитуды сигнала использовался анализатор спектра СК4-59.

Линейный двигатель при прохождении "нулевого" положения зеркала давал деплеровский сдвиг частот 05 МГц. На этой же частоте спектроанализатор позволял определить амплитуду сигнала

I(i)= 4 VF.

Результаты подтвердили возможность измерения коэффициента пропускания вещества с оптической плотностью 4, в то время как известное устройство обеспечивало возможность измерения коэффициента пропускания веществ с оптической плотностью не более 2 — 3.

Формула изобретения

Спектрофотометр, содержащий оптически связанные источник монохроматического излучения, первый согласующий оптический элемент, двухлучевой интерферометр, снабженный двумя поворотными зеркалами, в одном из плеч которого размещен компенсатор, снабженный приводом, а в другом — кювета для образца, модулятор, второй согласующий оптический элемент и фотоприемное устройство со светочувствительными элементом, а также регистрирующее устройство, соединенное с приводом компенсатора, отличающийся тем, что, с целью расширения диапазона измерений в сторону оптически более плотных ве1728674

20

30

40

50

Составитель С.Иванов

Редактор B. Бугренкова Техред М.Моргентал Корректор И.Муска

Заказ 1399 Тираж 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 ществ, он дополнительно содержит фильтр низкой частоты и датчик положения, в качестве модулятора использовано одно из поворотных зеркал двухлучевого интерферометра, установленное с возможностью плоскопараллельного перемещения с амплитудой не менее половины длины волны излучения источника монохроматического излучения и кинематически связанное с датчиком положения, фотоприемное устройство дополнительно снабжено управляющим ключом, имеющим вход, выход и управляющий вход, управляющий вход управляюще5 го ключа соединен с датчиком положения, вход управляющего ключа соединен со светочувствительным элементом, а выход через фильтр низкой частоты соединен с регистрирующим устройством.