Фотометр

Фотометр

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

<»>682776

Союз Советских

Социалистических

Республик (61) Дополнительное к авт. свид-щу— (22) Заявлено 62.12.76 (21) 2425370/18-25 с присоединением заявки №вЂ” (23) Приоритет— (43) Опубликовано 30.08.79. Бюллетень № 32 (45) Дата опубликования описания 30.08.79 (51) Л!. Кл. 4 0,1 1 1/04

Государственный комитет сссР (53) УДК 621.384.3 (088.8) ло делаи изобретений и открытий (72) Авторы изобретения Б. A. Живаго, И. В. Кораблев, С. П. Свиргун и А. И. Шевчук (71) Заявитель (54) ФОТОМЕТР

Изобретение относится к физико-химическим методам анализа, а более конкретно — к фотометрическим приборам, в которых сравниваются между собой два световых потока, прошедших через анализируем эе вещество.

Известны фотометры, содержащие источник и приемник излучения, светофильтры, кювету, зеркальный модулятор светового по-ока (1).

В этих фотометрах излучение от одного источника после кюветы с помощью зеркального модулятора разделяется на два световых потока, каждый из которых проходит через соответствующие фильтры, а затем оба потока тем же модулятором объединяются и попадают на приемник излучения.

Наиболее близким техническим решением к данному изобретению является фотометр, содержащий источник и приемник излучения, модулятор в виде диска, первое и второе зеркала, кюветы, при этом ось источника направлена под острым углом к плоскости диска, а плоскость диска параллельна плоскостям зеркал, расположенным по обе стороны от диска (2).

Недостатком известных фотометров является то, что они имеют погрешности, вызванные нестабильностью характеристик источника и приемника излучения в зависимости от напряжения питания, температуры окружающей среды и во времени, изменением светопропускания светофильтров, а также погрешность, вызванную неодинаковым загрязнением кювет с веществами.

Целью изобретения является повышение точности измерений.

Эта цель достигается тем, что в устройство введены дополнительно два зеркала, расположенные в плоскостях первого и второго зеркал, при этом в диске выполнены два секторных остроугольных выреза, разделенные непрозрачным аналогичным сек15 тором, а диаметрально противоположно указанным вырезам размещены аналогичные секторы с зеркальным покрытием с обеих сторон диска.

На фиг. 1 изображена схема фотометра;

20 на фиг. 2, 3 — диск модулятора, .вид спереди; на фиг. 3 — то же, вид сзади; на фиг.

4 — графическое изображение сигналов, .возникающих на приемнике излучения при вращении модулятора.

Фотометр содержит источник излучения

1 и приемник 2, фокусирующие зеркала

8,3 и 4,4, зеркала 5 — 8, модулятор светового потока 9, светофильтры рабочий 10 и сравнительный 11, кюветы — рабочую 12 и сравнительную 13, ослабитель светового потока (например оптический клин) 14, усилитель 15, преобразователь 1б, нуль-орган 17 и показывающий прибор 1В. Кроме того, на фиг, 1 показаны световые лучи

19 —,22. 5

Модулятор 9 фотометра выполнен в виде диска с двумя прозрачными секторами

28 и 24, разделенных непрозрачным сектором. Кроме этого на каждой из плоскостей модулятора имеется по одному .зеркальному сектору 25 и 2б. Сектор 2б расположен симметрично относительно прозрачного сектора 28, а сектор 25 — относительно сектора 24. Углы секторов 28 — 2б равны 45 .

Модулятор вращается вокруг оси против часовой стрелки.

Фотометр работает следующим ооразом.

Световой поток от источника излучения разделяется на два луча: S (сравнитель- 2п ный) и R (рабочий), первый из которых отражаясь от зеркала 7 попадает на модулятор 9, а второй непосредственно попадает на модулятор 9.

Затем оба луча, в зависимости от положения диска модулятора при вращении его в течение одного периода образуют четыре луча 19, 20, 21, 22.

19-й луч образуется следующим образом: луч света Р, исходящий от излучателя ЗО

1, отражается от сектора 28 модулятора, попадает на зеркало 5, проходит через светофильтр рабочий 10, сектор 2б модулятора, кювету рабочую 12, отражается от зеркала 4 и попадает на приемник излуче- 35 ния 2.

20-й луч образуется при повороте модулятора на 90 против часовой стрелки. Луч света Я проходит через сектор 24 модулятора, светофильтр сравнительный 11, опти- 40 ческий клин 14, отражается от зеркала В и сектора 25 модулятора (обратная сторона диска модулятора), проходит через кювету рабочую 12, отражается от зеркала 4 и попадает на приемник излучения 2. 21-й луч 45 образуется при следующем повороте модулятора на 90 .

Луч света S, отражаясь от зеркала 7, проходит через сектор 2б модулятора, отражается от зеркала 5,,проходит светофильтр рабочий 10, отражается от сектора

28 модулятора и зеркал б,,проходит. кювету сравнительную 18, отражается от зеркала

8 и попадает на приемник излучения 2.

22-й луч образуется так: луч света S от- 55 ражается от зеркала 7 и сектора 24 модулятора, проходит через светофильтр сравнительный 11 и оптический клин 14, отражается от зеркала h; проходит через сектор

2б модулятора, отражается от зеркала б, 60 проходит через кювету сравнительную 18, отражается от зеркала 8 и попадает на приемник излучения 2.

Напряжение сигнала, возникающего на приемнике излучения, после воздействия каждого из лучей можно выразить следующим образом.

Для 19-го луча:

UP ф-, 1РР1 р р р р к р °

Для 20-го луча:

Ucp = @o cp o<1cpP "ê :dcp

Для 21-го луча:

Для 22-ro луча: (4) Ucp = фq .-р о< Т р .к

Т, Трр — коэффициенты пропускання анализируемого вещества соответственно на рабочей и сравнительной длине волны;

=,. — коэффициент пропускания кюветы с анализируемым веществом, характеризующий степень неселективного загрязнения кюветы;

Ир, Йср — чувствительность приемника излучения соответственно к рабочему и сравнительному потоку излучения.

Ф, — полный поток излучения излучателя;

Тр, Т„ р — коэффициенты пропускания излучения от рабочего светофильтра анализируемой смесью соответственно в рабочей и сравнительной кю вете;

Т,р р, Tcp " — коэффициент пропускания излучения от сравнительного светофильтра смесью, со|держащейся в сравнительной и рабочей кювете соот ветственноо.

ДлЯ напРЯжений U,", U„ P, U,„ 1, U,pP принято, что нижние индексы соответствуют световому потоку, прошедшему через рабочий светофильтр (р) или сравнительный светофильтр (ср.), а верхние индексы соответствуют прохождению светового потока через рабочую (р), или сравнительную (icp) кюветы.

Выражения (1) — (4) показывают, что на приемнике излучения за один период вращения модулятора возникают четыре импульса напряжения (фиг. 2).

Импульсы напряжения усиливаются усилителем 15 и попадают на преобразователь 16, на котором импульсы сигналов раз682770 (cp — U cp ср — р

"p трср "p

"ок— сор тор Йср — е l Ф. рр р (7) (8) Трр — — Š— k> С I

T Р— e>:.ср ср ср. с — К С,f ср

7 "-P е P ср сР. t

k,,„Ср/, (1()) деляются, запоминаются запоминающим устройством, попарно сравниваются между собой и частное от деления двух импульсов (например, U,р Р и Up P) подается на нульорган 17, управляющий автоматически положением оптического клина 14, обеспечивающим равенство этих импульсов (Ucр = — Uð ), а частное от деления (отношение) двух других импульсов U,p и U,p", определяющих состав вещества, подается на,показывающий прибор 18, Таким образом, с помощью оптического клина обеспечивается равенство сигналов:

/ (5) Подставив в выражение 5 выражения (3) и (4) получим фо"ср.окТср к ср4(ср = o.ð Тр " к cpdp ®) Из выражения (6) пропускание оптического клина будет равно:

Выходной сигнал а фотометра, определяющий концентрацию вещества, содержащегося в рабочей кювете определяется отношением сигналов Upр и U pр. ирр Ртрчр

X: ср "cp îê ср ср

Подставив вместо -0, его величину,определяемую выражением (7) получим: р р dp cpTcр 1ср р тор а—

„Т„Р1„:,„тр1, т„трср

Как видно из выражения (9), выходной сигнал фотометра пропорционален отношению коэффициентов пропускания вещества, содержащихся в кюветах, и не зависит от параметров элементов схемы: излучателя (Фо) светофильтров (тр, -,р), приемника излучения (dp> dcp) и неселективных загрязнений кювет фотометра.

Приняв во внимание, что коэффициент пропускания вещества подчиняется известному закону поглощения Ламберта — БугерБэра получим: гДе /с..р, k;,,р — коэффиЦиент поглоЩениЯ вещества на рабочей и сравнительной длине волср, с,р — концентрация анализируемого компонента соответственно в рабочей и сравнительной кювете;

I,; l,p — длина (толщина) слоя жидкости в рабочей и сравнительной кювете.

Подставив выражение 9 в выражение ;0 10 и приняв во внимание, что сравнительная кювета заполняется, как правило, смесью с содержанием анализируемого компонента, равным нулю, т. е. c,p = 0 получим:

15 е " "Р с /„(и,, — /г).„) — е

Как известно, сравнительный светофильтр выбирается пз условия .минимального поглощения, выделяемого им излучения анализируемьрм веществом, т. е. k;,,ð = О, тогда:

Таким образом при /р = const u

30 k;, = const выходной сигнал фотометра является функцией концентрации только анализируемого вещества и независим от параметров элементов схемы и соответственно внешних влияющих факторов (темЗ5 пературы, напряжения и т. д.), благодаря чему повышается точность анализа по сравнению с известными фотометрамп (см. выражения (1) и (2).

Кроме повышения точности анализа

40 изобретение позволяет расширить функциональные возможности фотометра.

Если на нуль-орган подать сигнал, опреU cP ср деляемыи отношением — р, а на показы45 ср вающий прибор — отношение напряжений

Ц Р вЂ” то: (1 сР

Icp P p ср ср (1 М)

U p Tcp k (с / — с l ) (/ P 1. P — — — P(cp ср Р P) (14)

Ьр 7р" Й (с 1, — c l (/ср T Р

Р P

55 (Выражения (13) и (14) показывают, что данный фотометр можно использовать как два независимых одноволновых двухлучевь.х фотометра, например, для определения

60 двух компонентов одновременно в трехкомпонентной смеси. Кроме этого, при таком способе можно при изменении одного компонента устранять влияние неизмеряемых компонентов в многокоипонентных смесях.

682770 (13) и (14) достигается, кроме расширения функциональной возможности, увеличение точности, так как а, и а2 не зависят от параметров элементов схемы фотометра и в отличие от обычных двухлучевых одноволновых фотометров не зависят также от неселективных загрязнений кюветы.

Таким образом, предлагаемый фотометр позволяет резко повысить точность анализа путем исключения погрешностей, вызванных изменением характеристик его элементов и расширить функциональные возможности за счет увеличения чувствительности х анализируемому компоненту или за счет одновременного определения двух компонентов в многокомпонентной смеси.

Формула изобретения

Фотометр, содержащий источник и приемник излучения, модулятор в виде диска, первое и второе зеркала, кюветы, при этом ось источника направлена под острым углом к плоскости диока, а плоскость диска параллельна плоскостям зеркал, расположенным по обе стороны от диска, о т л и5 ч а ю шийся тем, что, с целью повыше:ния точности измерений, в него введены дополнительно д ва зеркала, расположенные в плоскостях первого и второго зеркал, при этом в диске выполнены д ва секторных

10 остроугольных выреза, разделенные непрозрачным аналогичным сектором, а диаметрально противоположно указанным вырезам размещены аналогичные секторы с зеркальным покрытием с обеих сторон диска.

Источники информации, принятые во внимание,при экспертизе:

1. Патент США № 3459951, кл. 250-226, 20 опублик. 1969.

2. Патент Англии № 1106375, кл. G 1 Р

1, олублик. 1965.

682770

Рыг г

;7 с

Лэ г 7д,77У радуг г:аг v

Составитель M. Дедловский

Текред А. Камышникова

Корректор С. Файн

Редактор Н. Коляда

Тип. Харьк. фил. пред. «Па;еит»

Заказ 763/967 Изд, ¹ 484 Тираж 780 Подписное

НПО «Поиск» Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4i5