Устройство для определения концентрации манганитов редкоземельных элементов

Авторы патента:

G01N21/01 - устройства или приборы для оптических исследований

Владельцы патента RU 2624619:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники" (ТУСУР) (RU)

Предложенное изобретение относится к устройствам для определения концентрации соединений в твердой фазе. Устройство для определения концентрации манганитов редкоземельных элементов (МРЭ) состоит из источника света - ртутной лампы, блока питания источника света, фотоприемника излучения видимой области спектра, блока питания фотоприемника, микровольтметра для измерения тока фотоприемника. Устройство также включает набор светофильтров, обеспечивающий пропускание на исследуемый образец только линии излучения ртутных ламп с длиной волны 546 нм. По величине коэффициента отражения на длине волны 546 нм и предварительно полученной зависимости коэффициента отражения от концентрации манганитов редкоземельных элементов определяется концентрация конкретного исследуемого МРЭ. Технический результат изобретения заключается в возможности осуществления измерения концентрации манганитов редкоземельных металлов. 3 ил.

Для определения концентрации соединений в твердой фазе существует несколько способов, основанных на различных физических процессах. Наиболее распространенным является рентгенофазовый анализ (РФА), осуществляемый с помощью рентгеновских дифрактометров. При таком способе концентрацию соединений, находящихся в исследуемом материале определяют по интенсивности рентгеновских лучей, отраженных от различных узлов кристаллических решеток этого материала в целом или его составляющих [1].

Другим способом прямого определения концентрации соединений в твердой фазе является вторичная ионная масс-спектрометрия (ВИМС). При таком способе концентрацию соединений, находящихся в исследуемом материале определяют по интенсивности пиков в масс-спектрах, соответствующих элементам, входящим в эти соединения. Исследуемый материал в установках ВИМС распыляют в вакууме пучком ионов (чаще всего ионов инертных газов) и с помощью масс-спектрометра анализируют типы и концентрацию распыленных атомов, молекул или конгломератов [2].

Следующим способом прямого определения концентрации соединений в твердой фазе является Оже электронная спектроскопия, основанная на эффекте, открытом в 1925 году французским ученым Оже. Эффект заключается в испускании электронов (помимо квантов) при переходах электронов с высоких электронных оболочек на более низкие в атоме. Поскольку каждому химическому элементу свойственна своя система электронных оболочек, то по распределению регистрируемых электронов по энергии с помощью энергоанализаторов, и по концентрации электронов, регистрируемых с помощью микроамперметров, определяют типы и концентрацию элементов в анализируемом материале [3].

Известен и широко применяется спектрофотометрический способ определения концентрации соединений в твердой фазе. Он заключается в помещении в жидкость данного соединения, измерении спектров пропускания как самой жидкости, так и раствора с этим соединением. По полученным значениям коэффициента пропускания на определенных длинах волн рассчитывается оптическая плотность, строится графическая зависимость оптической плотности от концентрации соединения. Затем по этой зависимости для конкретного вещества определяется значение концентрации по результатам измерения оптической плотности [4].

Для осуществления данного способа требуется спектрофотометр, включающий монохроматор, дифракционные решетки, источник света и фотоприемник на необходимый диапазон спектра, блоки питания источника света и фотоприемника, микроамперметр для измерений тока фотоприемника. Самым дорогостоящим элементом спектрофотометра является монохроматор.

Если синтезированное или природное соединение содержит несколько составляющих - смесь компонентов, то для определения концентрации каждой составляющей данным способом градуировку необходимо проводить по каждой составляющей на определенном спектральном участке или при определенной длине волны излучения. Затем, сопоставляя градуировки для каждой составляющей, определить их концентрацию. Данный способ выбран в качестве прототипа.

Спектры отражения манганитов редкоземельных элементов такие, что в области 500-600 нм регистрируется минимум коэффициента отражения (Фиг. 1), обусловленный полосой поглощения электронов (переходами Mn⁴⁺→Mn³⁺) при образовании твердых растворов типа LaMnO₃, LaSrMnO₃, LaCaMnO₃ [5, 6]. Величина провала - значение коэффициента отражения является характеристикой концентрации соединений МРЭ. Поэтому, регистрируя значение коэффициента отражения в этой области, можно определить по градуировочной зависимости концентрацию МРЭ.

В предлагаемом способе определения концентрации манганитов редкоземельных элементов (МРЭ), так же, как и в прототипе, используется источник света и фотоприемник на необходимый диапазон спектра, блоки питания источника света и фотоприемника, микровольтметр для измерений тока фотоприемника. В отличие от прототипа, вместо дорогостоящего монохроматора с дифракционными решетками, предназначенными для выделения излучения определенной длины волны с целью записи спектра, используется ртутная лампа с линейчатым спектром излучения и набор из трех стеклянных светофильтров, позволяющих вырезать (убрать) все линии излучения, кроме линии 546 нм. В таком наборе могут быть светофильтры ОС-11, ПС-7 и СЗС-21.

Целью изобретения является устройство, содержащее все перечисленные элементы схемы за исключением монохроматора. Схема устройства показана на Фиг. 2, работа которого заключается в том, что на ртутную лампу РЛ из блока питания БП-1 подается напряжение, излученный лампой свет в виде отдельных линий попадает на набор светофильтров СФ, состоящий из светофильтров ОС-11, ПС-7 и СЗС-21, в котором вырезаются все линии излучения, кроме линии 546 нм. Это излучение через фокусирующую линзу Л1 попадает на исследуемый образец О. Отраженный от образца пучок направляется на фокусирующую линзу Л2 и далее на фотоприемник в видимой области спектра типа ФЭУ-74, или ФЭУ-118, или ФЭУ-176, питание которого осуществляется с блока БП-2. Зарегистрированный микровольтметром MkV ток ФЭУ в виде падения напряжения на калибровочном сопротивлении пропорционален интенсивности пучка света с длиной волны 546 нм и коэффициенту отражения исследуемого образца МРЭ. По величине коэффициента отражения с использованием градуировочной зависимости определяется концентрация РЗЭ в исследуемом образце.

Для получения зависимости концентрации соединений МРЭ от коэффициента отражения на длине волны 546 нм проводили экспериментальные исследования. Для этого в различных режимах синтеза (температура и время прогрева, концентрация ионов стронция) получали различную концентрацию редкоземельного элемента LaSrMnO₃. Концентрацию LaSrMnO₃ определяли методом РФА на рентгеновском дифрактометре Shimadzu XRD 6000, коэффициент отражения на длине волны 546 нм спектрофотометром Perkin Elmer Lambda 950. Строили зависимость коэффициента отражения на длине волны 546 нм от концентрации соединения LaSrMnO₃, которая оказалась линейной (Фиг. 3). По этой зависимости, измеряя величину коэффициента отражения на длине волны 546, можно определить концентрацию МРЭ в различных порошках, керамиках или природных минералах.

Источники информации

1. Физические методы исследования неорганических веществ / Под ред. А.Б. Никольского. М.: Академия, 2006, 444 с.

2. Михайлов M.М. Радиационное и космическое материаловедение. Издательство Томского университета, Томск, 2008, 440 с.

3. З. Марченко, М. Бальцежак. Методы спектрофотометрии в УФ и видимой областях в неорганическом анализе. Пер. с пол. А.В. Гармаша. Издательство: Бином Лаборатория знаний, 2009, 711 с.

4. Карлсон Т. Фотоэлектронная и оже-спектроскопия, пер. с англ., Л., 1981; Электронная и ионная спектроскопия твердых тел. / пер. с англ., под ред. В.И. Раховского, М., 1981. 435 с.

5. G. Tang, Y. Yu, Y. Cao and W. Chen, The thermochromic properties of Lal-xSrxMnO3 compounds, Solar Energy Materials & Solar Cells, vol. 92, pp. 1298-1301, 2008.

6. K. Takenaka, K. Iida, Y. Sawaki, S. Sugai, Y. Moritomo and A. Nakamura, Optical Reflectivity Spectra Measured on Cleaved Surfaces of Lal-xSrxMnO₃: Evidence against Extremely Small Drude Weight, Journal of the Physical Society of Japan, vol. 68, pp. 1828-1831, 1999.

Устройство для определения спектрофотометрическим методом концентрации манганитов редкоземельных элементов, включающее источник света - ртутную лампу, блок питания источника света, фотоприемник на видимую область спектра типа ФЭУ-74, или ФЭУ-118, или ФЭУ-176, блок питания фотоприемника, микровольтметр для измерения тока фотоприемника, отличающееся тем, что используется набор светофильтров типа ОС-11, ПС-7 и СЗС-21, обеспечивающий пропускание на исследуемый образец только линии излучения ртутных ламп с длиной волны 546 нм, необходимого для измерения коэффициента отражения, который пропорционален концентрации манганитов редкоземельных элементов.

Изобретение относится к области медицины, а именно производственной и клинической трансфузиологии, и раскрывает способ морфофункционального анализа тромбоцитов, пригодных для криоконсервирования.

Способ контроля поверхности // 2621469

Изобретение относится к визуальной оценке качества поверхностей плоских подложек для оптико-электронных компонентов и может быть использовано при техническом контроле состояния поверхности крупных партий деталей в электротехнической промышленности.

Способ определения угла наклона и направления падения трещин в керновом материале // 2599997

Изобретение относится к области геологии, а именно к средствам определения угла наклона и направления падения трещин в керновом материале, в частности к способу для определения элементов залегания трещин и границ пластов в керне.

Устройство фотометра с шаровым осветителем // 2581429

Изобретение относится к области оптического приборостроения и касается фотометра с шаровым осветителем. Фотометр включает в себя осветитель, систему линз, кюветное отделение, фотоприемное устройство и вычислительную систему.

Конфокальный спектроанализатор изображений // 2579640

Изобретение относится к области спектроскопических исследований и касается конфокального спектроанализатора изображений. Спектроанализатор включает в себя осветительное устройство в виде нескольких лазеров, сопряженных с оптическим волокном, систему суммирования излучений оптоволоконных выходов лазеров в одно волокно, систему сканирования, линзовую систему формирования линии освещения объекта, фильтр выделения спектрального интервала, объектив, конфокальную щелевую диафрагму, коллимирующую линзу, фильтр подавления возбуждающего излучения, дифракционную решетку, видеокамеру, систему управления и компьютер, осуществляющий синтез изображений объекта в выбранных спектральных интервалах.

Подложка для исследований методом усиленного поверхностью комбинационного рассеяния // 2574176

Изобретение относится к подложке для исследований усиленного поверхностью комбинационного рассеяния. Подложка содержит полупроводниковую поверхность с формированными на ней нитевидными кристаллами, покрытыми пленкой металла, выбранного из группы, состоящей из серебра, золота, платины, меди и/или их сплавов.

Способ оптического определения и идентификации в жидкостях микрообъектов, содержащих днк, и устройство для его осуществления // 2563318

Изобретение относится к области микробиологии, пищевой и промышленной биотехнологии, а именно к способам и устройствам оптического определения и идентификации в жидкостях микрообъектов, содержащих ДНК.

Датчик для обнаружения целевой мишени // 2553371

Группа изобретений относится к области медицины и может быть использована для лабораторной диагностики. Датчик для обнаружения целевой мишени содержит: контейнер, расположенный в контейнере и конфигурированный для связывания с целевой мишенью зонд, циркуляционное устройство для циркуляции веществ в контейнере, источник света, приемник света, блок выбора света и детектор, конфигурированный для генерирования электрического сигнала, величина которого отражает количество света, которое принимается приемником света.

Способ идентификации живых и мертвых организмов мезозоопланктона в морских пробах // 2541462

Изобретение относится к способу идентификации живых и мертвых организмов мезозоопланктона в морских пробах, который включает отбор пробы, крашение организмов соответствующими красителями, визуальную оценку интенсивности окраски особей под микроскопом, которую выполняют одновременно с микрофотосъемкой организмов, используя настройки фотокамеры в ручном режиме, сохраняя эти настройки неизменными на протяжении фотосъемки по крайней мере одной пробы, после чего в полученных изображениях, применяя редактор растровой графики, например программный пакет Adobe Photoshop, измеряют средние для каждой особи цветовые и яркостные характеристики и относят особи к классу живых или мертвых, осуществляя дискриминантный анализ измеренных цифровых величин. .

Фотометр пламенный // 2526795

Изобретение относится к области фотометрии и касается пламенного фотометра. Фотометр включает горелку, оснащенную устройством впрыска раствора исследуемого вещества.

Установка и способы для высокопроизводительной сортировки спермы // 2627379

Группа изобретений относится к сортировке сперматозоидов в микрожидкостном чипе. Система сортировки спермы включает источник образца, субстрат, по меньшей мере один канал потока, образованный в субстрате, по меньшей мере один отклоняющий механизм, сообщающийся с каждым из по меньшей мере одного канала потока для выборочного отклонения спермы по меньшей мере в одном канале потока от первого выпускного канала, источник электромагнитного излучения для освещения спермы в области проверки, детектор, выровненный таким образом, чтобы измерять характеристики спермы в области проверки по меньшей мере одного канала потока, анализатор, сообщающийся с детектором для определения характеристик спермы, контроллер, сообщающийся с анализатором для избирательного приведения в действие отклоняющего механизма на основании измеренных характеристик спермы, и резервуар для сбора, сообщающийся со вторым выпускным каналом. При этом канал потока содержит впускной канал в жидкостной связи с источником образца. Канал потока дополнительно содержит область проверки, первый выпускной канал и второй выпускной канал. Указанный по меньшей мере один канал потока имеет геометрическую конфигурацию для формирования центральной струи, содержащую область боковой фокусировки текучей среды, первый канал вертикальной фокусировки текучей среды и второй канал вертикальной фокусировки текучей среды. Причем первый канал вертикальной фокусировки текучей среды и второй канал вертикальной фокусировки текучей среды контактируют с противоположными по вертикали сторонами канала потока. Микрожидкостный чип для сортировки спермы содержит субстрат, множество каналов потока, образованных в субстрате. При этом каждый канал потока содержит впускной канал, область фокусировки текучей среды, область ориентирования спермы, имеющую геометрию канала, которая ориентирует сперматозоиды внутри канала потока, область проверки, расположенную по меньшей мере частично ниже по потоку относительно области фокусировки текучей среды и области ориентирования спермы, по меньшей мере первый выпускной канал и второй выпускной канал, и отклоняющий механизм, сообщающийся с каждым каналом потока. Способ сортировки спермы включает этапы течения спермы по множеству каналов потока в микрожидкостном чипе, ориентирования спермы внутри множества каналов потока, течения ориентированной спермы сквозь область проверки в каналах потока, исследования спермы по меньшей мере в одной области проверки для определения характеристик спермы, дифференцирования ориентированной спермы от неориентированной спермы в каналах потока, выбора субпопуляции ориентированной спермы на основании обнаруженных характеристик спермы и сбора выбранной субпопуляции спермы в резервуар для сбора. Причем этап ориентирования спермы в каждом канале включает первое вертикальное воздействие на сперматозоиды в каждом канале и последовательно второе воздействие на сперматозоиды в каждом канале в противоположном направлении по отношению к первому вертикальному воздействию. Обеспечиваются снижение повреждения спермы и улучшение ее сортировки. 3 н. и 138 з.п. ф-лы, 66 ил.

Устройство для калибровки дихрографов кругового дихроизма // 2629660

Изобретение относится к оптическим устройствам, имитирующим вещество, обладающее круговым дихроизмом. Устройство для калибровки дихрографов кругового дихроизма, содержащее линейный поляризатор, представляющий собой изотропную прозрачную пластину диэлектрика с фиксированным углом наклона относительно направления распространения света и возможностью вращения относительно направления распространения света, и фазовую пластину, обеспечивающую разность хода между обыкновенным и необыкновенным лучами (2m+1)⋅λ/4. Техническим результатом изобретения является устройство, позволяющее имитировать вещество, обладающее круговым дихроизмом в широком диапазоне значений с линейной зависимостью величины сигнала кругового дихроизма в рабочей области значений. 4 ил.

Биосенсор для неинвазивного оптического мониторинга патологии биологических тканей // 2633494

Изобретение относится к медицине, а именно к эндокринологии, и может быть использовано для неинвазивного оптического мониторинга патологии биологических тканей, связанных с развитием сахарного диабета. Биосенсор содержит: источник и приемник излучения; аппликатор, изготовленный в виде сосуда с биосовместимым иммерсионным агентом; излучающий световод, подключенный одним концом к источнику излучения, и принимающий световод, подключенный одним концом к приемнику излучения. Дистальные концы световодов расположены внутри аппликатора. Способ обеспечивает увеличение глубины зондирования тканей при снижении вредного влияния излучения на ткани организма за счет оптического просветления биологических тканей, а расположение световодов внутри аппликатора с биосовместимым иммерсионным агентом позволяет согласовать показатели преломления торца световода с иммерсионной жидкостью и устраняет оптическое отражение на границе биоткань-торец световода. 14 з.п. ф-лы, 1 табл., 3 ил.

Способ дифференциальной диагностики образований молочной железы // 2647191

Изобретение относится к области медицины, а именно к лучевой диагностике, и может быть использовано для дифференциальной диагностики образований молочной железы. Осуществляют пульсомоторографию с оптометрией объемных образований молочной железы с оценкой показателей кровотока. Определяют амплитуду пульсовых осцилляций и оптическую плотность. При значении амплитуды пульсовых осцилляций от 3,6 до 8,0 мм и оптической плотности меньше 0,05 судят о кисте. При значении амплитуды пульсовых осцилляций больше 17,33 мм и оптической плотности больше 0,5 – о фиброаденоме. При значении оптической плотности от 0,18 до 0,45 судят о злокачественном новообразовании. Способ обеспечивает повышение точности дифференциальной диагностики объемных образований молочной железы за счет объективизации показателей оптической плотности и пульсовых осцилляций. 3 пр.