Устройство для оптической спектроскопии материалов

 

Изобретение относится к физической оптике и используется при спектральных исследованиях уровней энергии атомов, молекул и образованных из них макроскопических систем. Задачей изобретения является разработка устройства для оптической спектроскопии материалов, имеющего максимальное взаимодействие используемого оптического излучения с исследуемым материалом с минимальной потерей информации за счет его взаимодействия с элементами, ограничивающими прохождение оптического излучения. Технический результат достигается тем, что в устройстве, включающем источник оптического излучения, монохроматор в виде набора светофильтров, кювету с исследуемым материалом, фотопреобразователь и регистрирующий прибор, фотопреобразователь размещен в центре заглушенного основания кюветы светочувствительным слоем перпендикулярно и непосредственно к потоку оптического излучения и открытому краю кюветы, а соотношение диаметров светочувствительного слоя фотопреобразователя и внутреннего диаметра кюветы отвечает неравенству, описанному в формуле. 1 ил.

Изобретение относится к физической оптике и используется при спектральных исследованиях уровней энергии атомов, молекул и образованных из них макро- скопических систем.

Известно устройство для исследования уровней энергии веществ, включающее источник оптического излучения, оптическую систему с монохроматором, фотопреобразователь, усилитель и регистрирующий прибор. Принцип действия его основан на прохождении оптического излучения через оптическую систему, монохроматор и кювету с веществом, преобразовании энергии оптического излучения в электрическую, дальнейшем усилении и регистрации последней [1].

Недостатком этого устройства является многоразовое взаимодействие оптического излучения с элементами оптической системы и электрической энергией источника питания масштабирующего усилителя, что снижает эффективность устройства.

Наиболее близким по технической сущности является устройство для оптической спектроскопии материалов, содержащее источник оптического излучения, монохроматор в виде набора светофильтров, кювету с размещенным в ней исследуемым материалом, фотопреобразователь, усилитель и регистрирующий прибор. Принцип действия его основан на прохождении оптического излучения через монохроматор, кювету, исследуемый материал, преобразовании оптического сигнала в электрический и дальнейшем усилении и регистрации его [2].

Недостатком этого устройства является наличие взаимодействия оптического излучения с кюветой и электрической энергией источника питания фотопреобразователя.

Задачей изобретения является разработка устройства для оптической спектроскопии материалов.

Технический результат разработки данного устройства достигается тем, что в устройстве оптической спектроскопии материалов, включающем источник оптического излучения, монохроматор в виде набора светофильтров, кювету с исследуемым материалом, фотопреобразователь и регистрирующий прибор, фотопреобразователь размещен в центре заглушенного основания кюветы светочувствительным слоем перпендикулярно и непосредственно к потоку оптического излучения и открытому краю кюветы, а соотношение диаметра светочувствительного слоя фотопреобразователя и внутреннего диаметра кюветы отвечает неравенству 0,4 ≅ ≅ 0,6 .

На чертеже представлена блок-схема предлагаемого устройства.

Оно содержит источник 1 оптического излучения, светофильтры 2, кювету 3, фотопреобразователь 4 и регистрирующий прибор 5. При этом поток оптического излучения от источника 1 направлен соосно и перпендикулярно к светофильтрам 2, а выделенные интенсивности излучения интервалов длин волн из потока оптического излучения источника 1 направлены соосно и перпендикулярно к исследуемому материалу, располагаемому на окне светочувствительного слоя фотопреобразователя 4. Последний расположен в центре заглушенного основания кюветы 3, а токовыводы фотопреобразователя 4 подключены непосредственно к измерительному входу регистрирующего прибора 5.

Устройство работает следующим образом.

Поток оптического излучения от источника 1 поступает на светофильтры 2, располагаемые на открытом крае кюветы 3 в строгой последовательности по максимальной длине волны пропускания оптического диапазона. Выделенные интенсивности интервалов длин волн из потока оптического излучения поступают на светочувствительный слой фотопреобразователя 4, а получаемый в нем ток регистрируют прибором 5. После получения таким образом спектральной характеристики оптического излучения на окне светочувствительного слоя фотопреобразователя 4 помещают исследуемый материал и весь процесс, изложенный выше, повторяют. После сравнения между собой полученных результатов делают вывод о структуре исследуемого материала. Для повышения точности проводимых исследований необходимо фотопреобразователь брать с наименьшим диаметром (но не менее 1,5 мм) поверхности светочувствительного слоя, так как это дает более равномерное распределение по его поверхности потока оптического излучения. Внутренний диаметр кюветы 3 выполняют исходя из соотношения 0,4 ≅ ≅ 0,6 . Выбор соотношения диаметров более 0,6 нецелесообразен из-за снижения точности измерений за счет явления дифракции, оказывающей воздействие на исследуемый образец при уменьшении внутреннего диаметра кюветы 3. Выбор соотношения диаметров меньше 0,4 приводит к неоправданному увеличению материалоемкости кюветы 3 и образованию отраженных волн оптического излучения за счет изменения апертурного угла между потоком оптического излучения и открытым основанием кюветы 3, что увеличивает фоновую составляющую излучения. Кювету 3 изготавливают из водо- и светонепроницаемого материала цилиндрической формы с заглушенным основанием с одной стороны, в центре которого размещают фотопреобразователь 4.

Светофильтры 2 подбирают с одинаковыми полосой и коэффициентом пропускания, но с различными максимальными длинами волн пропускания.

Использование изобретения позволяет за счет отсутствия коллиматора и усилителя уменьшить взаимодействие оптического излучения с элементами оптической системы, стенками кюветы и снизить материалоемкость устройства.

Формула изобретения

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПТИЧЕСКОЙ СПЕКТРОСКОПИИ МАТЕРИАЛОВ, включающее источник оптического излучения, монохроматор в виде набора светофильтров, кювету с размещенным в ней исследуемым материалом, фотопреобразователь и регистрирующий прибор, отличающееся тем, что фотопреобразователь размещен в центре заглушенного основания кюветы светочувствительным слоем перпендикулярно и непосредственно к потоку оптического излучения и открытому основанию кюветы, а отношение диаметра светочувствительного слоя фотопреобразователя к внутреннему диаметру кюветы отвечает неравенству

РИСУНКИ

Рисунок 1