Спектрометр для последовательной регистрации спектральных линий

Спектрометр для последовательной регистрации спектральных линий

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

нкчг-с, ентнс-т ..3 о Й l; o1- . *

Союз Советских

Социалистических

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт, свил-sy (22) Заявлено18.05,77 (21) 2488917/18-25 (5()Ч. Кл.

01 3 3/42 с присоединением заявки №

Геоудеротеенный комитет

СССР

60 далем изобретений и открытий (23 ) Приоритет

Опубликовано 30.05.80. Бюллетень ¹ 20 (53) iYgl(535 853 (088,8) Дата опубликования описания 04.06.80

А. Н. Могилевский, В. A. Славный, A. И. Субочев и Ю. И. фабелинский (72) Авторы изобретения

Ордена Ленина институт геохимии и аналитической химии им. В. И. Вернадского (71) Заявитель (54) СПЕКТРОМЕТР ДЛЯ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОЙ

РЕГИСТРАЦИИ СПЕКТРАЛЬНЬИ ЛИНИЙ!

Изобретение относится к области on-!. ,тического спектрального приборостроения и может быть. использовано для многоэле ментного анализа вешества по оптическим спектрам, в частности по сцектрам эмиссии, атомной абсорбции и флуоресценции.

Известны спектрометры для последовательной регистрации спектральных линий

P),. t2j в которых осушествляется равномерное сканирование спектра относительно выходной щели спектрального аппарата. Такие спектрометры не оченЬ пригодны для проведения многоэлемент ногс1 аНализа вешества вследствие недос15 таточной чувствительности и точности.

Этот недостаток обусловлен большими потерями времени на регистрацию неинформативных участков спектра.

Более высокие показатели при последовательной регистрации спектральных линий обеспечивают спектрометры с про- граммной регистрапией отдельных участков спектра.

Из известных спектрометров с программной регистрацией наиболее близким к предлагаемому по своей технической сушности является спектрометр для последовательной регистрации спектральных линий, содержаший последовательно установленные источник света с эталонным спектром, спектральный аппарат с диспергируюшим элементом и блок регистрации, блок управления диспергируюшим элементом и программный блок, связанный с блоком управления диспергирую» шим элементом и блоком регистрации (3).

Недостатками известного спектрометра являются сравнительно невысокие чувствительность и точность анализа. Это связано с тем, что температурные и механические деформации деталей спектрального аппарата приводят к неизбежным смешениям оптического спектра относительно выходной шели и, тем самым, к нестабильности показаний прибора.

Белью изобретения является повышение чувствительности и точности регистрации.

Поставленная цель достигается тем, что в спектрометр введены передающая тэлевизионная трубка с отклоняющей системой, установленная на выходе спек:трального аппарата, синхронный детектор, пороговое устройство, генератор развертки и управляемый источник постоянного напряжения, причем выход передающей телевизионной трубки соединен с сигнальным входом синхронного детектора, управляющий вход которого подключен к одному из выходов генератора развертки, а выход — ко входу порогового устройства, соединенного выходом с управляющим входом программного блока, входы отклоняю- 15 щей системы со ед ин ен ы со вторым выходом генератора развертки и с выходом управляемого источника постоянного напряжения, источник света с эталонным спектром и управляющие входы управпяе- 20 мого источника постоянного напряжения .и генератора развертки подключены к выходам программного блока, причем источник света с эталонным спектром выполнен в виде источника света с непрерыв- 25 ным спектром, на выходе которого установлен эталон фабри-Перо; передающая телевизионная трубка выполнена в виде шелевого диссектора, а пороговое устройство - в вице двухуровневого компарато- 30 ра, например, триггера Шмитта.

На фнг. 1 Изображена блок-схема спектрометра; на фиг. 2 — эпюры сигналов в спектрометре при программном выводе спектральных линий на,выходную . 35 щель.

Эпюры имеют следующие обозначения:

G. - часть спектра источника света с эталонным спектром (спектральные линии с длинами волн >э„и э3 о - часть спектра источника света с исследуемым спектром (анализирующие спектральные линии с длинаМи волн > х4 и Х,, д - электронное изображение части 45 спектра источника света с эталонным спектром в передающей телевизионной трубке, сдвинутое по шкале длин волн на величину д4 50 - электронное изображение части спектра источника света с эталонным спектром в передающей телевизионной трубке, сдвинутое по

Шкале длин волн на величину А2; - напряжение на входе порогового устройства (р -ф и 0 Qwq на пряжения,i соответственно, сраба-тывания и отпускания порогового устройства, U > =0);

e — - напряжение на выходе порогового уст ро йст ва;

Ж вЂ” сигнал запуска программного устройства.

Спектрометр состоит из источника 1 света с исследуемым спектром и источника 2 света с эталонным спектром, излучение которых поступает на вход спектрального аппарата 3 с диспергирующим элементом 4 (например - призмой).

Диспергируюший элемент связан с блоком

5 управления диспергируюшим элементом (например — электродвигателем и уз- лом поворота призмы). На выходе спектрального аппарата 3 установлена передающая телевизионная трубка - щелевой диссектор 6 с отклоняющей системой 7 (при использовании электростатических .диссекторов, например, ПИ-602. отклоняющей системой являются отклоняющие пластины диссектора). К выходу диссектора 6 подключен сигнальный вход синхронного детектора 8, выход которого соединен с пороговым устройством 9.

Управляющий вход синхронного детектора

8 соединен с одним из выходов генератора 10 развертки. Генератор 10 развертки выполнен, например, в виде генератора синусоидального напряжения с каскадом деления частоты и поэтому может иметь на своих выходах переменные сигналы, частоты которых одинаковы или различаются в два раза, Входы от-. клоняющей системы 7 (отклоняющие пластины диссектора 6) соединенй с одним нз выходов генератора 10 развертки и с выходом управляемого источника 11

1 постоянного напряжения. Елок рег истрации - логометр 12 подключен своими входами к выходам диссектора. 6 и синхронного детектора 8. Источник 1 света

:с исследуемым спектром, источник 2 света с эталонным спектром, управляющие входы блока 5 управления диспергирующим элементом, генератора 10 развертки, .управляемого источника 11 постоянного напряжения и логометра 12 подключены к ,выходам программного блока 13, а управляющий вход программного блока 13 соединен с выходом порогового устройства 9.

Работа спектрометра состоит из двух повторяющихся этапов: этапа вывода анализируемой спектральной линии и этапа измерения ее интенсивности.

5 73

На этапе вывода анализируемой спек- тральной линии используется источник 2 света с эталонным спектром. Источник

2 может быть выполнен в виде- газорас рядной лампы с линейчатым спектром (лампа с полым катодом, шариковая лампа и т.g.) или в виде последовательно расположенных источника света с непрерывным спектром (лампа накаливания) и интерферометра Фабри-Перо.

В последнем случае эталонный спектр состоит из системы полос, равномерно расположенных по шкале частот.

Излучение источника 2, включенного программным блоком 13, подается на вход спектрального аппарата З, разла;гается в спектр диспергируюшим элементом 4 и поступает на фотокатод пере-дающей телевизионной трубки — шелевого диссектора 6, который преобразует оптическое изображение в электронное. Одновременно включается блок 5 управления диспергируюшим элементом. Осуществляется перемещение изображения спектра источника 2 света с эталонным спектром по фотокатоду диссектора 6 (на фиг. 2 а. изображена часть указанного спектра с двумя линиями, имею|цими длины волн и 3 ). На отклоняющую систе5 му 7 диссектора 6 подается переменное напряжение, например, синусоидальное, от генератора развертки 10 и постоянное напряжение от управляемого источника 11 постоянного напряжения. Постоянное напряжение на отклоняюшей системе 7 вызывает смешение электронного изображения эталонного спектра от источника 2 (на фиг. 2 величина смешения изображения линии Л., обозначена а 1 ) относительно шелевого отверстия в аноде диссектора 6. Переменное напряжение на отклоняющей системе 7 вызывает перио дическое перемещение электронного изображения относигельно щели в аноде дис сектора 6, что эквивалентно йериодичес кому сканированию спектра в окрестности спектральной линни (в данном случаелинии Лэ ).

I

Если скорость периодического сканирования спектральной линии существенно превышает скорость перемещения оптического изображения спектра относительно фотокатода, а амплитуда периодическог сканирования меньше ширины электронног изображения спектральной линии (в данном случае — линии P ), то в выходном токе диссектора 6 возникает переменная составляющая с частотой, 7791 равной частоте сканирования, Амплитуда этой составляющей при указанных условиях пропорциональна первой производной эталонного спектра по длинам волн. ПоБ этому сигнал на выходе синхронного детектора 8, на управляющий вход которого на этапе вывода линии подается от генератора развертки 10 напряжение той же частоты, что и на отклоняющую систему

t0 7, будет соответствовать изображенному Hа фиг. 2 Э. Этот сигнал поступает на вход порогового устройства 9, выполненного в виде двухуровневого компараторагриггера Шмитта. При этом уровни срабатывания и отпускания (Ut. и О„„, на фиг, 2 Д) триггера существенно отличаются друг от друга по величине и 0»;„, =0.

Напряжение ta .выходе порогового устройства 9 (фнг. 2е) имеет вид прямоуголького импульса, задний фон которого со» ответствует моменту перекода через нуль напряжения на выходе синхронного детектора 8 (фиг. 2 8), т.е. моменту, когда электронное изображение линии Л э< смещенное на величину а 4 напряжением источника 11 и перемешаюшееся относительно щели в аноде диссектора вследствие работы блоха 5 управления дпспергируюшим элементом 4, совпадает со щелью в аноде диссектора. При поступлении на управляюгдий вход программного блока 13 импульса от порогового устройства 9 (фиг. 2 ж), программное устройство 13 выключает блок 5 управления дис35 пергируюшим элементом„выключает источник 2 света с эталонным спектром, вкпючает источник 1 света с исследуемым спектром, выключает управляемый источник 11 постоянного напряжения.

Если величина смешения h,< электронного изображения линии Л, обусловленная напряжением управляемого ис- . точника 11, выбирается равной расстоянию между электронными изображениями линни эталонного спектра Л и линии исследуемого спектра $ х q (фиг. 2 а.

6„6), то .после выключения источника 2 и включения источника 1 (при выключенном управляемом источнике 11) электронное изображение анализируемой линии

:Л х ь исследуемом спектре совпадает со щелью в аноде диссектора 6.

На этом этап вывода анализируемой о линии заканчивается и начинается этап оу измерения ее интенсивности, описывае и мый ниже. Вывод других аналитических линий осуществляется аналогично (на фиг. 2 показана в качестве примера вторая ане7 737791 8 д которой проис- тру в сочетании с программируемым смеэталонного спек- .щением электронного изображения этаIlecce вывода íà лонных линий в передающей телевизионной трубке и периодическим сканированием измерения интенсив- 5 в окрестности линии при выводе и регистследующем. рации позволяет полностью исключить мм ого блока 13 влияние температурных и механических е на отклоняющую деформаций в спектральном аппарате и каскада деления повысить точность и чувствительность е азве ки 10. анализа. лизируемая линия, выво ходит по линии Л тра, смещенного в про величину h. 2 ) °

Один из вариантов ности линии состоит в

По команде програ переменное напряжен и систему 7 подается с частоты в генератор р рт О Поэтому частота переменного напряжения

:на отклоняющей системе (частота перио- дического сканирования) в два раза ниже, ;чем частота напряжения на. управляющем входе синхронного детектора 8. Амплитуда 1з периодического сканирования при изме рении интенсивности линии превышает ширину электронного изорражения анали. зйруемой линии Л х4 (указанное соотношение задается программным блоком) 2О и электронное изображение линии Л s4 йроходит через :щель в аноде диссектора два раза за период сканирования (на прямом и обратном ходах развертки).

Поэтому в выходном токе диссектора 6 25. ,возникает переменная составляющая на двойной частоте относительно частоты сканирования, т.е. на частоте, совпадающей с частотой синхронного детектора

8. Кроме переменной составляющей, вы- Зо ходной так диссектора 6 содержйт и постоянную составляющую, обусловленную, в частности, световым фоном в окрестности анализируемой линии (фиг. 2 б).

Блок регйстрации «логометр 12, вклю- ЗЗ чаемый программным блоком 13, измеря ei отношение переменной составляющей выходного тока диссектора, продетектированной синхронным детектором 8, и посто мной составляющей выходного гока джссектора. Такое решение позволяет устранить нестабильность коэффициента передачи диссектора, а также нестабильность излучения источника 1 света с исследуемым спектром (последнее справед- ливо, если имеется пропорциойальная связь между интенсивностямй линии и светового фона Л х 1 . После измерении интенсивности анализируемой линии программный блок 13 включает блок 5 управлейия диспергирующим элементом и осуществляет вывод следующей анализируемой линии Л х по линии Л эталонного спектра аналогично вышеописанному, измерение интенсивности лиHHH Л .3 H T, .

Использование в спектрометре вывода анализируемых линий по эталонному спекФормула изобретения г

1. Спектрометр для последовательной регистрации спектральных линий, содержащий последовательно установленные источник света с эталонным спектром, спектральный аппарат с диспергирующим элементом и блок регистрации, блок управления диспергируюшим элементом и программный блок, связанный с блоком управления диспергирующим элементом и блоком регистрации, о т л и ч а юш и и с я тем, что, с целью повьш ения чувствительности и точности регистра» ции, в него введены передающая телевизионная трубка с отклоняющей системой, установленная на выходе спектрального аппарата, синхронный детектор, пороговое устройство, генератор развертки и управляемый источник постоянного напряжения, причем выход передающей телевизионной трубки соединен с сигнальным входом синхронного детектора, управляющий вход которого подключен к одному из выходов генератора развертки, а выход - ко входу порогового устройства, .соединенного выходом с управляющим входом программного блока, входы отклоняющей системы соединенй со вторым выходом генератора развертки и с выходом .управляемого источника постоянного напряжения, источник света с эталонным спектром и управляющие входы управляемого источника постоянного напряжения и генератора развертки подключены к выходам программного блока.

2. Спектрометр по п. 1, о т л и ч аю ш и и с я тем, что источник света с эталонным спектром выполнен в виде источника света с непрерывным спектром, на выходе которого установлен эталон фа бри-Перо.

3. Спектрометр по п. 1, о т л и ч аю ш и и с я тем, что передающая телевизионная трубка выполнена в виде шелевого диссектора.

9 737791 10

4, Спектрометр по п. 1, о т л ич а- 2. pj ente9 G.C, „Aapict odvonce& tn ) ю ш и и с я тем, что пороговое устрой- repin-üeaî epeckroscopv,Qpp

Источники информации, ютюЮчсеЬ wite compo ter -con(vo×.е4 принятые во внимание при экспертизе na6dsean atowie. ЕМогe ent sped

1, Тарасов К. И. Спектральные прибо-. romper ччйЬа contimuvn ьо0» ce" ры, Л., "Машиностроение, 1968, сф О (уд 47, 1975, с. 242-257. тотип).

ЦНИИПИ Заказ 2651/23

Тираж 713 Подписное

Филиал ППП Патент», 1 г. Ужгород, ул. Проектная, 4,