Устройство для измерения спектральных коэффициентов пропускания и отражения

 

О Л И С А Н И Е (»;894374

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Союз Советских

Социалистических

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДВТИВЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. саид-ву(22) Заявлено 12. 03. 80 (21) 289291 7/18-25 (5 ) ) щ Кл с присоединением заявки J4(23) Приоритет6 01 J 3/32 Ъеударотюиый комитет

СССР по делам изобретений и открытий

Опубликовано 30.12.81. бюллетень р@ Ц8

Дата опубликования описания 30 . 12 .81 (53) УДК S3S.8 (088.8) (?2) Авторы изобретения

О.В.Александров и Л.Б.Кацнельсон (?б) Заявитель (g4) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗИЕРЕНббЯ СПЕКТРАЛЬНЫХ

КОЭффИЦИЕНТОВ ПРОПУСКАНИЯ И ОТРАЖЕНИЯ

Изобретение относится к спектральному приборостроению и может быть использовано при создании спектрофотометров, предназначенных для научных исследований.

Известны спектральные приборы, предназначенные для измерения спектральных коэффициентов пропускания, в которых для измерения спектральных коэффициентов отражения в кюветные

lO отделения необходимо устанавливать приставки. Это приводит к затрате времени на их установку и юстировку $1).

Наиболее близким к предлагаемому является устройство для измерения спектральных коэффициентов пропускания и отражения, содержащее оптически сопряженные осветительную систему с поворотным выходным зеркалом, монохроматор, приемную систему и проекционную систему с входным зеркалом и держатель образцов (2).

К недостаткам можно отнести то, что процесс измерения требует перемещения образца (либо образцов) при снятии отсчетов на каждой длине волны, известное устройство непригодно для определения спектральных коэффициентов пропускания и отражения образцов, которые по тем, либо другим причинам нельзя двигать без нарушения их спектрофотометрических характеристик. К ним относятся образцы, охлаждаемые в криостатах, нагреваемые в термостатах, либо подвергаемые другим видам воздействий. По той же причине невозможна работа с крупногабаритными образцами, например, с многовходовыми газовыми кюветами и проведение сравнительных измерений двух и более образцов, один из которых может рассматриваться в качестве, стандартного.

Цель изобретения — расширение аналитических возможностей устройства для измерения спектральных коэффи894374

4 циентов пропускания и отражения, т,е. обеспечение возможности решения с его помощью таких задач, как измерение пропускания и отражения образцов, которые в процессе спектрофотометрирования нельзя двигать без потери точности. К ним относятся образцы, имеющие одновременно большую толщину и показатель преломления, отличный от единицы, а также образцы, помещенные в криостаты, термостаты, в многовходовые кюветы и т.п.

Указанная цель достигается тем, что в устройстве для измерения спектральных коэффициентов пропускания и отражения, содержащем оптически сопряженные осветительную систему с поворотным выходным зеркалом, монохроматор, приемную систему и проекционную систему с Входным зеркалом и держатель образцов, входные зеркало проекционной системы и держатель образцов выполнены поворотными и в устройство введены два взаимно параллельных отражателя, расположенные по обе стороны от держателя образцов и обращенные к нему своими отражающими поверхностями, несущая отражатели каретка, установленная с возможностью перемещения в направлении, перпендикулярном линии, соединяющей центры отражателей, и призма с двумя отражающими гранями, установленная с возможностью перемещения в плоскости, перпендикулярной плоскости перемещения каретки, и поворота вокруг оси, проходящей через центры отражающих поверхностей поворотного выходного зеркала осветительной системы и входного зеркала проекционной системы. при этом оси поворота указанных зеркал расположены перпендикулярно плоскости перемещения каретки, На чертеже показана оптическая схема предлагаемого устройства.

Устройство содержит осветительную систему, схематично изображенную на чертеже в виде источника 1 излучения, вогнутого зеркала 2 и плоского выходного зеркала 3 монохроматор

4 и проекционную систему, изображенную в виде плоского входного зеркала

5 и вогнутого зеркала 6. Между выходными зеркалом 3 осветительной системы и входным зеркалом 5 проекционной системы расположено кюветное отделение, в котором установлен держатель

7 образцов. В изображенном на чертеже варианте изобретения держатель

1О

20 выполнен поворотным вокруг вертикальной оси и предназначен для закрепле ния двух образцов 8 и 9.

В кюветное отделение введены два взаимно параллельных отражателя 10 и

11, расположенные по обе стороны держателя 7 образцов и обращенные к нему своими отражающими поверхностями.

Угол между этими поверхностями и горизонтальной линией О, 0, соединяющей центры отражателей 10 и 11, выбирают равным 45 . Каретка 12, несущая отражатели 10 и 11, установлена с возможностью перемещения в горизонтальной плоскости в направлении, перпендикулярном линии 0 0. . Кроме того, в кюветное отделение устройства введена призма 13 с двумя отражательными гранями, установленная на равном расстоянии от зеркал 3 и 5 с возможностью перемещения в направлении, перпендикулярном плоскости перемещения каретки 12. Призма 13 имеет также возможность поворота вокруг оси 0 0, проходящей чеРез центры 0 0 отражающих поверхностей выходного зеркала 3 осветительной системы и входного зеркала,5 проекционной системы. При этом угол с(. между

30 отражающими гранями выбран равным

90 +1, где 1 - заданный угол падения излучения на поверхность образца

8 или 9

Зеркала 3 и 5 выполнены поворотными, оси их поворота вертикальны, т.е. перпендикулярны плоскости перемещения каретки 12. Угол поворота зеркал выбирают равным 90 -P/2, где — угол между линией 0 О+ и осью

0 06-, проведенной чеРез центры зеркал 3 м 5.

Образцы 8 и 9 закреплены в держателе 7 параллельно друг другу со взаимным смещением в направлении, перпендикулярном оси 0 0 . Зоны держателя 7 образцов, в которых расположены образцы 8 и 9, оптически сопряжены с помощью отражателя 11 и проекционной системы 5 и 6 с приемной системой 14.

Ж Устройство работает в двух режимах измерения пропускания и измерения отражения. При реализации основных вариантов каждого режима для любой . длины волны ) обеспечивается снятие

55 двух отсчетов, Первый отсчет пропорционален спектральному коэффициенту пропускания Т(.Х) либо отражения Й(.) исследуемого образца 8, второй отсчет

5 8943 пропорционален Т (l) либо R. (А) эта9 лонного образца 9.

При работе устройства излучение от источника 1, пройдя через..монохроматор 4, выделяющий узкий спектральный интервал вблизи длины волны ., последовательно падает на зеркала 3 и 5 осветительной системы. Выходное зеркало 3 этой системы повернуто вокруг вертикальной оси таким образом, lO чтобы излучение падало на отражатель

10, направляющий излучение по осм кюветного отделения, т.е. вдоль линии 0,00+,1

Перемещение каретки 12, несущей 1% отражатели 10 и 11, приводит к смещению пучка излучения параллельно самому себе. При этом изображение выходной щели монохроматора 4, формируемому между отражателями 10 и И

ll, смещается вдоль линии, расположенной под углом 45 к оси пучка (линии 0<>0 < ) . Это позволяет неподвижно установить исследуемый и эталонный образцы 8 и 9 с взаимным сме- И щением вдоль линии 0 0 0, что удобно для оптимальной установки образцов при использовании криостатов или термостатируемых кювет, имеющих большие поперечные размеры. Ход лучей че- 3О реэ эталонный образец 9 показан пунктиром. При измерении пропускания призма 13 перемещением в направле-. нии, перпендикулярном плоскости перемещения каретки 12, выведена из хода лучей.

Излучение, прошедшее через образец 8 или 9, направляется отражателем 11 на входное зеркало 5 проекционной системы. Зеркало 5 повернуто «> вокруг вертикальной оси таким образом, чтобы направить излучение на вогнутое зеркало 6 проекционной системы, которое фокусирует пучок излучения на входе приемной системы

14. При этом перемещение отражателей 10 и 11 вместе с кареткой 12 не приводит к расфокусировке пуска, поскольку общая длина хода лучей между зеркалами 3 и 5 остается постоянной.

Приемная система 14 последовательно формирует сигналы, пропорциональные

Т(Х) и Т (Л), которые затем могут преобразовываться в отсчеты оптической плотности, концентрации и т,д, Для осуществления абсолютных измерений пропускания достаточно снять эталонный образец 9 с держателя

7 образцов.

74 Ь

При переходе к измерению спектральных коэффициентов отражения зеркала 3 и 5 поворачиваются вокруг вертикальных осей, призма 13 устанавливается на оси 0 0 (это ее положение изображено пунктиром}. Держатель 7 образцов поворачивается вокруг вертикальной оси так, чтобы линия, соединяющая центры образцов 8 и 9, стала перпендикулярна оси 0 0 . При выполнении этих требований пучок излучения после отражения от зеркала 3 падает на одну из отражающих граней призмы 13, а затем под заданным углом 1 - на поверхность исследуемого образца 8. Отраженный пучок падает на вторую грань призмы 13, затем попадает на входное зеркало 5 проекционной системы, далее на зеркало 6 и на вход приемной системы 14. При повороте призмы 13 на 180 вокруг оси

0 0 пучок излучения падает под углом i на поверхность эталонного образца 9. В этом случае приемная система 14 последовательно формирует сигналы, пропорциональные R(W), R (А).

Помимо описанных вариантов измерений пропускания и отражения при неподвижных образцах устройство при минимальных модификациях позволяет реализовать несколько дополнительных вариантов измерений. Подключение привода возвратно-поступательного перемещения не к каретке 12, а к держателю 7 образцов позволяет вести измерения Т(1) и T (3) при неподвижных отражателях 10 и 11 с поочередным введением в ход лучей образцов

8 и 9. Такой вариант обеспечивает наибольшую фотометрическую точность при измерениях тонких, например пленочных, образцов.

При измерении спектральных коэффициентов отражения призму 13 развертывают на 900 вокруг оси 0 0. относительно положения, показанного на чертеже, и закрепляют ее неподвижно, а образцы закрепляют на столике (не показан) такии образом, чтобы отражающие поверхности образцов были горизонтальны. В этом варианте переход от измерени" R(g к R (А) осуществляется поворотом столика. Если исследуемые образцы твердые, то столик совмещают с верхней крышкой кюветного отделения, что максимально упрощает смену образцов. При измерении отражения жидких и сыпучих образцов, пе89437 ремещать которые -в процессе измерений нецелесообразно, исследуемый образец 8 устанавливается под призмой 13, а твердый эталонный образец

9 устанавливается вертикально (см. чертеж) или в любом удобном положении, соответствующем повороту призмы

13 вокруг оси 0 0 на выбранный угол, о например 180

Таким образом, предлагаемое уст- 10 ройство позволяет реализовать различные варианты измерения спектральных коэффициентов пропускания и отражения, оптимизированные с учетом поставленнйх задач и условий измерения, В частности, обеспечивается возможность как абсолютных, так и сравнительных измерений пропускания, а также измерения отражения при неподвижных образцах как твердых, так и жидких или сыпучих.

Формула изобретения

4 8 ширения аналитических возможностей устройства, входное зеркало проекционной системы и держатель образцов выполнены поворотными и в устройство введены два взаимно параллельных отражателя, расположенные по обе стороны держателя образцов и обращенные к нему своими отражающими поверхностями, несущая отражатели каретка, установленная с возможностью перемещения в направлении, перпендикулярном линии, соединяющей центры отражателей, и, призма с двумя отражающими гранями, установленная с воэможностью перемещения в плоскости, перпендикулярной плоскости перемещения каретки, и поворота вокруг оси, проходящей через центры отражающих поверхностей поворотного выходного зеркала осветительной системы и входного зеркала проекционной системы, при этом оси поворота указанных зеркал расположены перпендикулярно плоскости перемещения каретки.

Устройство для измерения спектральных коэффициентов пропускания и отражения, содержащее оптически сопряженные осветительную систему с поворотным выходным зеркалом, монохроматор, приемную систему и пфоек" ционную систему с входным зеркалом и держатель образцов, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью расИсточники информации,. принятые во внимание при экспертизе

l . 0es sent Т., Palmer R. Ni crospecular reflectance apparatus аког

use ioith Сагу 14 or 17 series spectrophotometers. Rev. Sci . lhstrum.,1976, 47, V 9, 1193-1195.

2. Патент CIA 3687519, кл.359-96, опублик. в 1972.