ЛАЗЕРНО-ЛЮМИНЕСЦЕНТНЫЙ КОНЦЕНТРАТОМЕР С ПРЕРЫВАТЕЛЕМ ПУЧКА ДЛЯ МИНУТНОГО ИЗМЕРЕНИЯ АБСОЛЮТНОЙ КОНЦЕНТРАЦИИ ЛЮМИНЕСЦЕНТОВ И СПОСОБ ЕГО ИСПОЛЬЗОВАНИЯ Российский патент 2009 года по МПК G01N21/64 

Группа предлагаемых изобретений относится к физике, измерениям, исследованиям материалов путем определения их химических или физических свойств с помощью оптических средств; к системам, в которых материал возбуждают оптическими средствами, и он флуоресцирует и фосфоресцирует, а именно к измерению концентрации люминесцентов лазерно-люминесцентными концентратомерами в различных биотехнологических процессах.

В описании - только основные сведения для наглядного быстрого понимания сути, остальные сведения, известные из уровня техники и логично следующие из них и данного описания, могут не упоминаться, но имеются в виду, а действия выполняются.

В качестве 1-го аналога устройства группы выбран 1-й известный лазерно-флуоресцентный концентратомер, содержащий лазер 1 (номера позиций взяты из Fig.1 (с) Приложения к этому описанию), спектрометр 5, 6; У-образную систему светокабелей 2, 4, оптически связывающую их во время измерения через пробу 3; компьютер 7...9 с программами для ЭВМ, набор настроечных образцов и основу для размещения его частей [1]. Этот концентратомер - родоначальник ряда разрабатываемых под руководством проф. М.Т.Александрова лазерно-люминесцентных концентратомеров, выбранных в заявке в качестве аналогов, «Светокабель» (далее кратко: «кабель», ибо электрокабелей в заявке нет) - световолоконный кабель, содержащий волокна полного внутреннего отражения в области рабочих частот концентратомера (частоты лазера и частот возбуждаемых его пучком люминесцентов). «Люминесцент» - люминофор, способный люминесцировать в области частот спектрометра, соответственно: «флуоресцент» и «фосфоресцент», а также производные от них слова. «У-образная система светокабелей» (для наглядности названная так, см. выноску на Fig.1 (с) в Приложении) содержит лазерный кабель 2 (правая ветвь в букве «У», Fig.1 (с) и фиг.1, диаметры преувеличены) с лазерным осевым волокном 11, спектрокабель 4 (правая ветвь «У») с 6-ю осесимметричными спектроволокнами 12 и совмещенный кабель 13 (нижняя ветвь «У») с осевым лазерным волокном 11а и 6-ю осесимметричными спектроволокнами 12а, последовательно соединенными с соответствующими волокнами 11 и 12 упомянутых кабелей 2 и 4 У-образным оптическим соединителем 14; торцы всех волокон и кабелей перпендикулярны их геометрическим осям в неизогнутом положении. «Проба» - вещество, подлежащее измерению, находящееся обычно в пробном носителе (не показан), например в пробирке. Программы для ЭВМ обеспечивают высвечивание на экране компьютера 7...9, запоминание и печатание графиков спектрального распределения потоков, введенных в спектрометр (кратко: «спектрографик»), с кривыми спектрального распределения этих потоков («кривая») и математических действий над ними. Набор настроечных образцов в виде пластинок с заданными оптическими свойствами предназначен для настраивания мощности лазерного пучка («пучок»), проверки спектрометра, выявления причин погрешностей и их устранения и т.д.

Описание работы 1-го аналога устройства. Во время измерения пучок освещает входной торец лазерного волокна 11, проходит по осевым волокнам 11 и 11а лазерного 2 и совмещенного 13 кабелей и освещает носитель с пробой 3 (далее объяснения на примере носителя в виде пробирки). Одни части пучка отражаются от носителя и пробы, в том числе от молекул в объеме, другая часть возбуждает флуоресценцию бактерий в пробе («бактерии» - обобщающее название всех микроорганизмов, измеряемых концентратомером). Доли отраженных и флуоресцентных потоков освещают входные торцы спектроволокон 12а («спектроторцы»), но в спектрометр пройдут доли тех долей, которые имеют углы падения 90° или очень близкие к нему, ибо только они будут иметь угол падения на внутреннюю поверхность волокна больше предельного угла полного внутреннего отражения. Это важно, ибо при измерении сравнивают значения величин при одинаковых условиях. Для потоков однозначные условия - это поверхностная плотность потока, падающего на перпендикулярную его лучам пластинку, т.е. интенсивность, а волокно автоматически обеспечивает это условие. Это обеспечивает точное измерение потоков прямыми измерениями, а концентрация измеряется косвенными методами, где другие причины погрешностей. Спектрометр все интенсивности разлагает в виде веера, который дает спектральную полосу, где расположены светоэлектрические преобразователи, их сигналы, электрическая мощность которых пропорциональна интенсивности осветивших потоков, подаются в компьютер. Он высвечивает их в виде черточек над спектральным (дифференциальным) участком оси абсцисс на высоте соответствующего значения интенсивности шкалы оси ординат. Получается ступенчатая лестница из коротких ступенек различной высоты, которую глаз видит как кривую. Ряд преобразователей дает сигналы не одновременно, а очередями, как скорострельная многоствольная пушка, поэтому получается 2-тактный режим: такт высвечивания и такт перерыва, а глаз видит мерцающие кривые, часто не совпадающие из-за погрешностей во время измерения. Кривая математически записывается так: I=f(λ), где I - интенсивность, λ - длина волны. Отраженные доли пучка высвечивают пик: I_п=f_п(λ)=П (обозначение пика кривой), доля флуоресцентного потока высвечивает холм: I_x=f_x(λ)=X (обозначение холма, как части кривой). Форма Х зависит от вида бактерий, высота и площадь под кривой - от концентрации. Компьютер вычисляет интегральную интенсивность пика П по формуле (I):

где «н» и «к» - начало и конец области интегрирования. Компьютер вычисляет интегральный поток холма Х по формуле (2):

Компьютер вычисляет коэффициент (возбуждения) флуоресценции по формуле (3):

К_ф принимают за концентрацию бактерий в произвольных единицах. Аналог был разработан в медицине для обнаружения и измерения концентрации бактерий в произвольных единицах, под действием красного лазера они флуоресцируют в ближней инфракрасной области, поэтому для этой области был выбран соответсвующий спектрометр, но это не значит, что в этой области не будет Х от фосфоресцентного потока, если в пробе окажется фосфоресцент, более того, другие люминесценты можно измерять в других областях, если подобрать соответствующий лазер и спектрометр. Преимущества и недостатки 1-го аналога концентратомера наглядно проявляются в способе, ибо они созданы друг для друга, поэтому они будут указаны после описания способа.

В качестве 1-го аналога способа выбран способ измерения концентрации флуоресцента, при котором стараются вручную правильно упереть рабочий торец совмещенного кабеля 13 настроенного лазернофлуоресцентного концентратомера в носитель с пробой 3, по форме Х определяют виды бактерий в пробе 3, высвеченное значение К_ф принимают за концентрацию бактерий в произвольных единицах [1]. Этот способ - родоначальник ряда разрабатываемых под руководством проф. М.Т.Александрова лазерно-люминесцентных способов измерения концентрации люминесцентов, выбранных в заявке в качестве аналогов. «Правильно упереть» применительно к пробе в пробирке в качестве носителя (это чаще всего бывает) означает, что рабочий торец совмещенного кабеля 13 (далее кратко: «рабочий торец») центром торца лазерного волокна 11а неподвижно уперт в образующую цилиндрической поверхности пробирки, поэтому пучок освещает наибольший объем пробы, наибольшая отраженная доля пучка и флуоресцентного потока попадает в спектрометр. Это повышает значения интенсивностей по сравнению с погрешностями. Но вручную упереть правильно невозможно, поэтому при каждом такте кривая приобретает другой вид, а компьютер печатает усредненные данные. Во время подготовки к измерению заранее готовят носитель с пробой, прогревают концентратомер, по настроечным образцам настраивают мощность пучка, проверяют работу спектрометра, обнаруживают и устраняют загрязнители на носителе, на торцах волокон на рабочем торце, на образцах, поэтому на измерение требуется меньше минуты, после чего врач ставит диагноз.

Преимущества 1-й группы аналогов:

1. Невиданная краткость измерения, ибо оно основано на явлении флуоресценции. Это позволяет вести непрерывную диагностику больного, ибо скорость процессов в его организме существенно меньше, к тому же флуоресценция не создает помех (погрешностей) при каждом следующем такте высвечивания.

2. Существенное увеличение количества выполненных анализов лабораторией с таким концентратомером, что повышает экономическую эффективность лечения при повышении качества.

3. Светокабель обеспечивает измерение только интенсивностей при различных положениях пробы, например в верхней и нижней части полости организма, его раны и т.д. благодаря гибкости совмещенного кабеля, это сокращает время измерения, ибо не требует пересчета мощности в интенсивность, как при измерениях без светокабелей.

Недостатки 1-й группы:

1. Погрешности из-за несоблюдения правильности упирания рабочего торца.

2. Не предусмотренность измерения абсолютной концентрации флуоресцентов.

3. Не предусмотренность практически одновременного измерения концентрации всех люминесцентов в пробе.

В качестве 2-го аналога устройства выбран концентратомер «ЛЭСА-6» из упомянутого ряда аналогов лазерно-люминесцентных концентратомеров, поэтому он отличается только более тщательной доработкой его частей, введением нужных программ для ЭВМ, колесного столика в качестве основы и т.д. [2].

В качестве 2-го аналога способа выбран из упомянутого ряда аналогов лазерно-флуоресцентный способ измерения относительной концентрации флуоресцентов в твердых тканях зуба и слоев на нем, при котором упирают рабочий торец настроенного лазерно-люминесцентного концентратомера в различные участки зуба. Наименьшее значение К_ф принимают за отсчетное значение, все остальные значения делят на него, и частные этих делений суть относительные концентрации флуоресцентов на остальных участках зуба [2]. Также можно измерять относительную концентрацию флуоресцентов на различных зубах, продолжительность каждого измерения на одном участке зуба также не превышает 1 минуты.

Преимущество 2-й группы аналогов: позволяет измерять относительную концентрацию, причем не в произвольных, а долевых, т.е. действительных, единицах, например в процентах.

Недостатки 2-й группы аналогов те же, что и у 1-й группы аналогов.

В качестве прототипа устройства выбран лазерно-люминесцентный концентратомер, содержащий лазер, спектрометр, У-образную систему светокабелей, оптически связывающую их во время измерения, компьютер с программами для высвечивания, запоминания и печатания графиков спектрального распределения интенсивностей, введенных в спектрометр, их интегральных интенсивностей и математических действий над ними, наборы настроечных образцов, пробных носителей и градуировочных графиков и основу для размещения его частей (см. с.2, строки 45...50) [3]. Этот представитель упомянутого ряда [1, 2] разработан для измерения абсолютной концентрации флуоресцентов или фосфоресцентов.

Прототип «Спектролюкс МБ» отличается от аналогов следующим:

1. На носителе в виде пробирки выполнена лыска (грань) 4, неподвижное упирание в нее вручную рабочего торца возможно в единственном положении (сопряжение плоскости торца с гранью), которое автоматически является правильным, что обеспечивает существенное уменьшение погрешностей.

2. Прототип снабжен набором действительных градуировочных графиков (кратко: «градграфик»), заранее выполненных на бумаге для флуоресцентов и фосфоресцентов, что обеспечивает измерение их абсолютной концентрации.

В прототипе устранены 2 первых недостатка аналогов устройства, это является преимуществом прототипа.

Недостаток прототипа устройства - сохранение 3-го недостатка: отсутствие средства для измерения всех люминесцентов в пробе практически одновременно.

В качестве прототипа способа выбран лазерно-люминесцентный способ минутного измерения абсолютной концентрации люминесцентов, при котором правильно упирают рабочий торец совмещенного кабеля настроенного лазерно-люминесцентного концентратомера в грань 4 носителя с пробой, по форме холма на графике спектрального распределения интенсивностей на экране компьютера определяют название люминесцента, по коэффициенту люминесценции и градуировочному графику определяют абсолютную концентрацию люминесцента [3].

Этот прототип отличается от подробно описанного 1-го аналога способа следующим:

1. Рабочий торец упирают в грань 4 на носителе в виде пробирки, поэтому торец автоматически уперт почти правильно, это существенно снижает погрешности.

2. Значение К_ф или К_фос наносят на ось абсцисс соответствующего заранее выполненного действительного градграфика на бумаге и отдельно отсчитывают абсолютную концентрацию флуоресцентов и фосфоресцентов на оси ординат.

Недостаток прототипа способа: отсутствует практически одновременное измерение всех люминесцентов в пробе.

Техническим результатом предлагаемого изобретения концентратомера является устранение недостатка его прототипа: отсутствие средства для измерения всех люминесцентов в пробе практически одновременно.

Указанный технический результат достигается тем, что лазерно-люминесцентный концентратомер, содержащий лазер, спектрометр, У-образную систему светокабелей, оптически связывающую их во время измерения, компьютер с программами для высвечивания, запоминания и печатания графиков спектрального распределения интенсивностей в виде пика и холмов, их интегральных интенсивностей и математических действий над ними, наборы настроечных образцов, пробных носителей и градуировочных графиков и основу для размещения его частей, согласно предлагаемому изобретению снабжен прерывателем пучка, программой высвечивания холмов от люминесцентов и их граничных холмов, программой вычисления разностных холмов, программой вычисления значений интегральных интенсивностей от люминесцентов с их допусками, программой вычисления коэффициентов возбуждения люминесцентов, программой печатания графика зависимости концентраций от времени, набор настроечных образцов дополнен образцами для всех измеряемых величин, каждый носитель снабжен предохранительным чехлом, предотвращающим возбуждение фосфоресцентов от случайного освещения, с такими же отражательными свойствами, как у носителя; кроме того, программой создания электронных градуировочных графиков для люминесцентов; кроме того, программой автоматического измерения концентраций люминесцентов по электронным градуировочным графикам; кроме того, к совмещенному кабелю присоединены оптическим переключателем короткий совмещенный кабель для правильного упирания в доставленные носители и параллельные длинные совмещенные кабели с торцами, правильно упертыми в прозрачные участки продуктоводов биоустановок в радиальных отверстиях или другими средствами; наконец, к компьютеру присоединены спектрометры, рабочие области которых охватывают все измеряемые люминесценты, оптически присоединенные У-образными кабелями к лазерам различных частот, вызывающих люминесценцию всех измеряемых люминесцентов, лазеры и спектрометры закреплены на общей основе или на отдельных основах.

Фиг.1 - принципиальная схема У-образной системы светокабелей;

фиг.2 - холм от постоянного фосфоресцента;

фиг.3 - холм от люминесцентов;

фиг.4 - суммарный холм от фосфоресцентов;

фиг.5 - холм от возбужденного фосфоресцента;

фиг.6 - холм от флуоресцента;

фиг.7 - значения интегральных интенсивностей световых потоков;

фиг.8 - график зависимостей концентраций люминесцентов от времени.

Описание отличительной части п.1 формулы предлагаемого изобретения. Заявленный концентратомер «Спектролюкс БТ» (биотехнологический) - это следующий шаг в развитии упомянутого ряда концентратомеров после прототипа, ибо он позволяет измерять люминесценты практически одновременно. «Спектролюкс БТ» снабжен прерывателем пучка («прерыватель»), который содержит корпус со средствами для встраивания между лазером и лазерным кабелем на противоположных сторонах, например гайками, задвижку на 2 положения: «открыто» и «закрыто». Корпус находится в мягком герметичном чехле, предотвращающем проникновение в него пыли и паров, которые могли бы стать загрязнителями на торцах лазера и лазерного волокна. Компьютер снабжен программой высвечивания холмов от люминесцентов и их граничных холмов (будет пояснено в описании способа по фиг.2...6). «Граничный холм» - предельно допустимое отклонение высвеченного холма от его номинальной формы по технологическому стандарту предприятия. Компьютер снабжен программой вычисления разностных холмов, т.е. (фиг.5) и Х_ф (фиг.6). «Разностный холм» - обобщающее название холмов, вычисленных как разность ординат соответствующих холмов. Компьютер снабжен программой вычисления интегральных интенсивностей от люминесцентов с их допусками (фиг.7). Компьютер снабжен программой вычисления по ф. (3) коэффициента возбуждения флуоресценции и по подобной формуле - для коэффициента возбуждения фосфоресценции. Компьютер снабжен программой печатания графика зависимостей концентраций люминесцентов от времени (фиг.8). Набор настроечных образцов дополнен образцами для всех измеряемых величин. Их оптические свойства соответствуют измеряемым люминесцентам. Каждый носитель снабжен предохранительным чехлом, предотвращающим возбуждение фосфоресцентов от случайного освещения, с такими же отражательными свойствами, как у носителя.

Описание п.2 формулы. Компьютер снабжен программой создания электронных градуировочных графиков для всех измеряемых люминесцентов и их запоминания с возможностью высвечивания по ручной команде нужного графика, введения в него измеренной интегральной интенсивности и высвечивания абсолютной концентрации люминесцента.

Описание п.3 формулы. Компьютер снабжен электронной программой автоматического измерения абсолютных концентраций люминесцентов по электронным градуировочным графикам, имеющимся в компьютере.

Описание п.4 формулы изобретения. Если носители в виде пробирок доставляются не через минуту, а реже, то часть времени концентратомер будет простаивать; для устранения этого недостатка к основному совмещенному кабелю 13 прикреплен световолоконный разветвитель (не показан), к которому через световолоконные переключатели присоединены: такой же совмещенный кабель, как основной кабель 13 (или короче) для упирания в доставляемые носители, и параллельные длинные совмещенные кабели, они проведены по цеху до биоустановки, каждый конец закреплен в радиальном отверстии хомута на продуктопроводе установки при правильном упирании его рабочего торца в прозрачный участок стенки продуктопровода. Конец каждого совмещенного кабеля может быть закреплен другими средствами.

Описание п.5 формулы. Чем большее количество люминесцентов измеряется, тем больше возможность выпускать качественный продукт. Для этого на основе закреплено несколько лазеров различных частот с прерывателями, один или несколько спектрометров (они могут быть на других основах), соединенных с продуктопроводами биоустановок сетью лазерных, совмещенных и спектрометровых кабелей на основе У-образных кабелей через оптические переключатели и разветвители. Лазеры вызывают люминесценцию всех люминофоров в продукте, спектрометры разлагают в спектры все люминесцентные потоки, компьютер печатает пики и холмы всех лазеров и люминесцентов, обеспечивая выполнение способа. Такая сеть позволяет измерять концентрацию большего количества люминесцентов в разных частотных областях, чтобы холмы не пересекались, что особенно полезно для родственных люминесцентов: постоянных фосфоресцентов, возбужденных фосфоресцентов или флуоресцентов.

Техническим результатом предлагаемого изобретения способа является устранение недостатка прототипа, т.е. отсутствие практически одновременного измерения всех люминесцентов в пробе.

Указанный технический результат достигается тем, что в лазерно-люминесцентном способе минутного измерения абсолютной концентрации люминесцентов, при котором упирают рабочий торец совмещенного кабеля настроенного лазерно-люминесцентного концентратомера в грань носителя с пробой, по форме холма на графике спектрального распределения интенсивностей на экране компьютера определяют название люминесцента, измеряют абсолютную концентрацию люминесцента по коэффициенту люминесценции и градуировочному графику, согласно предлагаемому изобретению прерывают пучок, упирают рабочий торец в носитель, включают программу высвечивания граничных холмов и получают холм от постоянного фосфоресцента, его интегральную интенсивность, граничные холмы, измеряют концентрацию постоянного фосфоресцента по его интегральной интенсивности и действительному градуировочному графику, освещают пучком пробу и получают пик и холм от люминесцентов, прерывают пучок и получают холм от фосфоресецнтов, включают программу вычисления разностных холмов и получают холм от возбужденного фосфоресцента и флуоресцента и их граничные холмы, включают программу вычисления интегральных интенсивностей люминесцентов с их допусками и получают их значения, включают программу вычисления коэффициентов возбуждения люминесценции и получают их значения, измеряют их концентрации по коэффициентам возбуждения люминесценции и действительным градуировочным графикам, включают программу печатания графика зависимостей концентраций от времени, следят за ходом технологического процесса и принимают решения для устранения его отклонений, кроме того, высвечивают по ручной команде градуировочный график измеряемого люминесцента, вводят в него измеренную интегральную интенсивность или коэффициент люминесценции, компьютер высвечивает на оси ординат точку, соответствующую измеренной концентрации, ее значение и график зависимостей концентраций от времени; далее, включают программу для автоматического измерения абсолютных концентраций люминесцентов; далее, в перерывах между измерениями проб в доставленных носителях измеряют концентрацию люминесцентов в продуктопроводах биоустановок, для чего оптическим переключателем присоединяют к волокнам совмещенного кабеля волокна первого длинного совмещенного кабеля и выполняют действия по п.6 способа, потом переключают переключатель на следующий длинный кабель и повторяют эти действия; далее, прерывая пучки разных лазеров и переключая лазеры и спектрометры, измеряют концентрации большего количества люминесцентов; наконец, градуировочные графики выполняют на предприятии-изготовителе применительно к условиям эксплуатации в области окружающей температуры, не вызывающей недопустимые погрешности при градуировании и измерениях, а для измерений при другой температуре концентратор переградуируют при этой температуре.

Описание отличительной части 6-го пункта формулы изобретения. Измерения в биотехнологии имеют особенности, поэтому их подготовка также имеет особенности. «Спектролюкс БТ» установлен в цехе в лабораторной комнате, оборудованной по стандарту предприятия, в стене - закрываемое отверстие с подвижным лотком с пружинным зажимом для доставленного носителя в виде пробирки, например, с жидкой пробой продукта; предусмотрены местные светильники; все поверхности, в том числе «Спектролюкса БТ», выполнены с возможно большим поглощением света от светильников, чтобы предотвратить возбуждение люминесцентов в пробе. Во время подготовки к измерению пробу продукта помещают через определенные промежутки времени в носитель, например пробирку, чистую внутри и снаружи, в чехле, не пропускающем потоки, которые могут возбудить фосфоресценцию в пробе, и имеющем такие же отражательные свойства, как пробирка. Пробирку доставляют к закрываемому отверстию в стене лабораторной комнаты не позже того времени, когда могут произойти изменения в концентрации люминесцентов, превышающие погрешности измерений, и передают измеряющему через лоток вместе с бланком результатов измерений. Измеряющий упирает рабочий торец в чехол пробирки и проверяет, нет ли холма от засветки, если есть холм, причину засветки устраняют. Чехол с пробирки кладут на лоток, пробирку еще раз очищают. Подготовка закончена. Введем некоторое упрощающее понимание условие: все холмы плоские, разной высоты, следовательно, не пересекаются.

Последовательность действий при измерении:

1. Измеряющий прерывает пучок, для чего вдвигает задвижку прерывателя, правильно упирает рабочий торец в лыску 4 на пробирке и включает программу высвечивания граничных холмов. Компьютер по программам от прототипа и упомянутой программе вычисляет, высвечивает, запоминает и печатает в качестве документа холм от постоянного фосфоресцента, может быть, хемифосфоресцента, черной линией и граничные холмы допуска на этот холм более тонкими линиями того же цвета (на фиг.2 - непрерывными линиями) и интегральную интенсивность Измеряющий приблизительно оценивает концентрацию этого фосфоресцента по положению между граничными холмами. График повторяется на компьютере технолога, а если хотя бы коснется одного из граничных холмов, измеряющий докладывает об этом технологу, и тот принимает меры по устранению этого нарушения. В последующих пунктах называются основные измерительные действия, а их логичные следствия не упоминаются, но выполняются.

2. Измеряющий или его помощник измеряет концентрацию постоянного фосфоресцента по его интегральной интенсивности и действительному градграфику, для чего на абсциссе графика отмечает значение интегральной интенсивности, восстанавливает перпендикуляр до пересечения с градуировочной линией, из точки пересечения опускает перпендикуляр на ординату и отсчитывает концентрацию.

3. После нескольких тактов, т.е. после выполнения высвечивания измеряющий освещает пучком пробу, для чего выдвигает задвижку, компьютер печатает пик П красной линией (на фиг.3 - в виде треугольника) и люминесцентный Х_л по формуле (от фосфоресцента, возбужденного пучком) + Х_ф (от флуоресцента) голубой линией с граничными холмами (на фиг.3 штрих-пунктирной линией, далее граничные холмы не упоминаются, но выполняются).

4. После нескольких тактов измеряющий прерывает пучок, для чего он вдвигает задвижку прерывателя. Компьютер печатает суммарный фосфоресцентный холм коричневым цветом (фиг.4 - линией «-+-+»).

5. Измеряющий включает программу вычисления разностных холмов, и компьютер вычисляет и печатает фиолетовой линией (на фиг.5 - прерывистой линией), и сразу же компьютер вычисляет и печатает флуоресцентный холм желтым цветом (на фиг.6 - точечной линией).

6. Измеряющий сразу же включает программу вычисления интегральных интенсивностей, и компьютер вычисляет по ф. (2), и печатает значения интегральных интенсивностей люминесцентов, т.е. возбужденного фосфоресцента и флуоресцента в виде вертикальных линий, изображающих поля их допусков с крестиком на высоте его значения и числовым значением присвоенными им цветами (на фиг.7 они обозначены буквами с индексами соответствующих холмов) и интегральную интенсивность пика П по ф. (1).

7. Измеряющий включает программу вычисления коэффициентов возбуждения люминесцентов, и компьютер вычисляет К_ф по ф. (3) и К_фос по такой же формуле с заменой индекса «ф» на «фос» и печатает их значения.

8. Измеряющий измеряет концентрации упомянутых люминесцентов по К_ф и и действительным градграфикам для флуоресцента и возбужденного фосфоресцента, для чего из значения К_ф на оси абсцисс восстанавливают перпендикуляр до пересечения с градуировочной линией, из точки пересечения опускают перпендикуляр на ось ординат и отсчитывают концентрацию.

9. Измеряющий включает программу печатания графика зависимостей концентраций от времени, вводит в них концентрации и ведет график «концентрация люминесцента = f(t)» с линиями допусков на концентрации (фиг.8). Измерение закончено, все измерения выполнил компьютер, поэтому на измерение было затрачено меньше минуты. был принят постоянным, ибо пучок во время первого такта возбудил все центры фосфоресценции, а во втором такте они остались возбужденными и не успели снизить мощность более погрешности измерения. Без упрощающего условия холмы будут пересекаться, это не вызовет трудностей для компьютера, но потребует больше времени для понимания способа, поэтому было введено это упрощение. Трудности начнутся, когда будут однородные люминесценты, например 2 флуоресцента, холмы которых пересекутся, однако компьютер по несовпадающим частям этих холмов сможет вычислить холмы полностью, ибо они известны для любой концентрации. Если же их участки на оси абсцисс спектрографика совпадают, то можно сделать их не совпадающими, освещая пробу лазерами разного цвета (в заявке «цвет» следует понимать как краткое название соответствующего участка спектра от УФ до ИК) одновременно или в промежутках между измерениями другим лазером. Тогда люминесцент может изменить цвет люминесценции (холм будет на другом участке спектра), изменить род люминесценции, пусть на том же участке, холм может быть высвечен в другое время, может быть использован запасный люминесцент, это даст возможность использовать этот способ видоизмененным по п.10 формулы изобретения. Использование УФ-лазера создаст неудобства для измеряющего из-за того, что он не будет видеть пучок, и потребует ужесточение требований охраны труда, что не препятствует использованию способа.

Описание п.7 формулы. Для увеличения производительности труда во время измерений была разработана программа создания электронных градграфиков для люминесцентов с возможностью высвечивания по ручной команде нужного графика, введения в него измеренной интегральной интенсивности и высвечивания абсолютной концентрации люминесцента. Измеритель заранее создал электронные градграфики для каждого люминесцента, для чего включил эту программу, ввел данные действительных градграфиков в нее, т.е. создал электронные градграфики. При измерениях измеряющий после измерения интегральной интенсивности постоянного фосфоресцента его численное значение набирает на клавиатуре, компьютер высвечивает соответствующую точку на оси абсцисс, перпендикуляр до пересечения с градуировочной линией, соответствующую точку на оси ординат и числовое значение концентрации. После измерения и К_ф измеряющий вводит их в электронный градграфик, и компьютер высвечивает числовое значение концентраций возбужденного фосфоресцента и флуоресцента. Числовые значения люминесцентов измеряющий вводит в программу печатания графиков зависимостей концентраций люминесцентов от времени (фиг.8).

Описание п.8 формулы. На основе программы создания электронных градграфиков (см. описание п.7 формулы) была разработана программа автоматического измерения концентрации люминесцентов по электронным градграфикам. После получения числовых значений интегральных интенсивностей постоянного фосфоресцента и флуоресцента измеряющий вводит их числовые значения в программу автоматического измерения концентраций, компьютер высвечивает их концентрации и передает в программу печатания графика зависимостей концентраций от времени (фиг.8).

Описание пункта 9 формулы. Он предназначен для измерения продукта в продуктопроводе биоустановки, т.е. применительно к п.4 формулы изобретения. В перерывах между измерениями проб в доставленных носителях измеряют концентрацию люминесцентов в продуктопроводах биоустановок, для чего оптическим переключателем (не показан) присоединяют к волокнам 11a и 12а основного совмещенного кабеля 13 такие же волокна первого такого же, но длинного совмещенного кабеля (не показан), торец которого уперт в прозрачную часть стенки продуктопровода, и выполняют действия по пп.6...8 формулы изобретения. После измерения переключают эти волокна на другой такой же длинный кабель и повторяют измерения.

С учетом особенности этого измерения: движение продукта во время измерения, следует обратить внимание на возможность погрешности, ибо Х_л будут высвечиваться из разных участков движущегося продукта, однако можно принять условие, что за время между 1-ми тактами высвечивания (доли секунды) участок освещенного пучком объема продукта не успеет уйти из объема, откуда попадают потоки от возбужденных люминесцентов, поэтому описанные действия измеряющего и результаты измерения будут правильными, причем измерения можно выполнять проще и чаще, чем при доставке пробирок к концентратомеру. Измеряющий не только измеряет, но и следит за приближениями холмов к граничным холмам и при угрозе касания докладывает технологу, у которого есть такой же компьютер, подключенный параллельно, технолог принимает меры для предотвращения отклонений холмов от заданных технологической документации. При слишком большой скорости продукта возникает задача изобретения нового способа.

Описание пункта 10. Если в пробе нужно измерять люминесценты, которые не возбуждаются одним лазером, или люминесцируют вне рабочей области спектрометра, или холмы совпадают, вызывая погрешности и т.д., то используют нужное количество лазеров и спектрометров, соединенных нужным количеством У-образных светокабелей с нужным количеством компьютеров, выполняют действия предыдущих пунктов формулы. Это более сложный способ, он требует предварительных исследований, чтобы выбрать лазеры таких цветов, которые возбуждают люминесценцию, не совпадающие с другими. Действия измеряющего будут отличаться тем, что он будет работать с разными лазерами в заданной последовательности, а компьютер будет работать по программам для ЭВМ.

Описание пункта 2.5. Мощность пучка изменяется в зависимости от температуры лазера, интенсивность потоков за светофильтром и устройствами такого назначения изменяется от их температуры, мощность сигналов светоэлектрических преобразователей изменяется от температуры, поэтому для снижения температурных погрешностей градграфики выполняют на предприятии-изготовителе применительно к условиям эксплуатации при заданной температуре, не вызывающей недопустимые погрешности при градуировании и измерениях. По медицинским требованиям температурная погрешность должна быть в пределах ±5% для обычных условий. Это выполнимо при работе концентратомера в клиниках в обычных условиях, если градуирование выполнялось при других температурах, например в цехах при другой температуре окружающей среды.

Преимущество группы - в нем ведется непрерывное предупреждающее слежение за отклонениями всех концентраций заданных люминесцентов, что позволяет одновременно повышать качество и количество продукта при сокращении затрат на его производство, в том числе на возмещение брака, который уменьшился.

Источники информации

1. Александров М.Т. и др. Диагностическое устройство. Заявка в патентное ведомство Соединенного королевства № GB 96/02609, 24.10.96 г.

2. Александров М.Т. и др. Способ диагностики твердых тканей зуба и его отложений. Пат. РФ №2112426, МКИ А61В 6/00, 1997/98 гг.

3. Александров М.Т. и др. Пробный носитель и способ быстрого измерения абсолютной концентрации бактерий в биосубстрате по их люминесценции (варианты). Пат. РФ №2255978, МКИ C12Q 1/06, 2002/2004 гг. (прототип).

Изобретение относится к измерительной технике. Устройство содержит лазер, спектрометр, систему светокабелей с основным совмещенным светокабелем и компьютер с программами для высвечивания, запоминания и печатания графиков спектрального распределения интенсивностей. Устройство снабжено прерывателем пучка, который содержит корпус со средствами для встраивания между лазером и лазерным светокабелем, при этом каждый носитель пробы снабжен предохранительным чехлом, предотвращающим возбуждение фосфоресцентов от случайного освещения, с такими же отражательными свойствами, как у носителя. Технический результат - практически одновременное измерение всех люминесцентов в пробе. 2 н. и 9 з.п. ф-лы, 8 ил.

1. Лазерно-люминесцентный концентратомер, содержащий лазер, спектрометр, У-образную систему светокабелей с основным совмещенным светокабелем, оптически связывающую их во время измерения, компьютер с программами для высвечивания, запоминания и печатания графиков спектрального распределения интенсивностей в виде пика и холмов, их интегральных интенсивностей и математических действий над ними, наборы настроечных образцов, пробных носителей, градуировочных графиков и основу для размещения его частей, отличающийся тем, что он снабжен прерывателем пучка, который содержит корпус со средствами для его встраивания между лазером и лазерным светокабелем, при этом каждый носитель пробы снабжен предохранительным чехлом, предотвращающим возбуждение фосфоресцентов от случайного освещения, с такими же отражательными свойствами, как у носителя, компьютер предусматривает использование программы для высвечивания граничных холмов, программы вычисления разностных холмов, программы вычисления и запоминания значений интегральных интенсивностей свечения от люминесцентов и их допусков, программы вычисления, запоминания и печатания коэффициентов возбуждения люминесцентов и программы печатания графика зависимостей концентраций от времени.2. Концентратомер по п.1, отличающийся тем, что он снабжен программой создания электронных градуировочных графиков для всех измеряемых люминесцентов с возможностью высвечивания по ручной команде нужного графика и высвечивания абсолютной концентрации люминесцента.3. Концентратомер по п.1, отличающийся тем, что он снабжен программой автоматического измерения абсолютных концентраций люминесцентов по электронным градуировочным графикам.4. Концентратомер по п.1, отличающийся тем, что к основному совмещенному светокабелю присоединен световолоконный разветвитель, к которому через световолоконные переключатели присоединены такой же совмещенный кабель или короче для упирания в доставляемые носители и параллельные длинные совмещенные кабели, каждый конец которых закреплен в радиальном отверстии хомута на продуктопроводе при упирании торца в прозрачный участок стенки продуктовода.5. Концентратомер по п.1, или 2, или 3, или 4, отличающийся тем, что к компьютеру присоединены дополнительные спектрометры, рабочие области которых охватывают все измеряемые люминесценты, оптически присоединенные У-образными светокабелями к дополнительным лазерам различных частот, вызывающих люминесценцию всех измеряемых люминесцентов, при этом лазеры и спектрометры закреплены на общей основе или на отдельных основах.6. Лазерно-люминесцентный способ минутного измерения абсолютной концентрации люминесцентов, при котором правильно упирают рабочий торец совмещенного светокабеля настроенного лазерно-люминесцентного концентратомера в грань носителя с пробой, по форме холма на графике спектрального распределения интенсивностей на экране компьютера определяют название люминесцента и по значению коэффициента люминесценции на градуировочном графике определяют абсолютную концентрацию люминесцента, отличающийся тем, что прерывателем пучка прерывают лазерный пучок, упирают рабочий торец в носитель с предохранительным чехлом, включают программу высвечивания граничных холмов и получают холм от постоянного фосфоресцента, его интегральную интенсивность и граничные холмы, измеряют концентрацию постоянного фосфоресцента по его интегральной интенсивности и действительному градуировочному графику, освещают лазерным пучком пробу и получают пик и холм от люминесцентов, прерывают пучок и получают холм от фосфоресцентов, включают программу вычисления разностных холмов и получают холм от возбужденного фосфоресцента и флуоресцента и их граничные холмы, включают программу вычисления интегральных интенсивностей люминесцентов с их допусками и получают их значения, включают программу вычисления коэффициентов возбуждения люминесценции и получают их значения, измеряют концентрации по коэффициентам возбуждения люминесценции и действительным градуировочным графикам и включают программу печатания графика зависимостей концентраций от времени.7. Способ по п.6, отличающийся тем, что высвечивают по ручной команде градуировочный график измеряемого люминесцента, вводят в него измеренный люминесцентный поток, компьютер высвечивает на оси ординат точку, соответствующую измеренной концентрации, ее значение и печатает это значение.8. Способ по п.6, отличающийся тем, что включают программу для автоматического измерения абсолютных концентраций люминесцентов.9. Способ по п.6, отличающийся тем, что используют совмещенный светокабель и длинные совмещенные светокабели, при этом дополнительно измеряют концентрацию люминесцентов в продуктопроводах биоустановок, для чего оптическим переключателем присоединяют к волокнам основного совмещенного кабеля такие же

волокна первого такого же, но длинного совмещенного кабеля, торец которого уперт в прозрачную часть стенки продуктопровода, и после измерения переключают эти волокна на другой такой же длинный кабель и повторяют измерения.