СИСТЕМА ИЗМЕРЕНИЯ ДИНАМИЧЕСКИХ СПЕКТРАЛЬНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК СРЕДЫ, А ТАКЖЕ ТЕРМОСТАБИЛИЗИРУЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО, ИСПОЛЬЗУЕМОЕ В ЭТОЙ СИСТЕМЕ Российский патент 2012 года по МПК G01N21/00 

Область техники

Настоящее изобретение относится к области спектроскопических исследований. Более конкретно изобретение относится к области определения динамических спектральных характеристик исследуемой среды путем воздействия на нее инфракрасным излучением. Изобретение может быть использовано в материаловедении, медицине, биологии, сельском хозяйстве и других областях техники, в которых требуется исследовать спектральные свойства сред и их зависимость от различных факторов.

Уровень техники

Из уровня техники известен способ исследования жидкой среды, в частности плазмы крови, методом инфракрасной спектроскопии (см., например, статью "Исследование динамических спектральных характеристик воды в плазме крови больных раком молочной железы", Н.М.Аничков, А.Г.Манихас, И.Т.Розин, А.И.Халоимов, журнал "Вопросы онкологии", 2006, Том 52, №5), согласно которому исследуемый образец плазмы крови помещают в кювету и при помощи термостата придают ему требующуюся фиксированную температуру. Далее на образец плазмы воздействуют инфракрасным излучением, снимают спектр поглощения плазмы и регистрируют в этом спектре максимум полосы поглощения. Измерения проводят для выбранного диапазона температур, меняя температуру образца плазмы с шагом 2°C. По результатам измерений строят динамическую кривую поведения максимума полосы поглощения плазмы крови в зависимости от ее температуры, на основании которой можно судить о состоянии водородных связей между молекулами воды в исследуемом образце и, соответственно, о состоянии организма, из которого был взят этот образец плазмы крови.

К сожалению, осуществление указанного способа сопряжено с серьезной проблемой, заключающейся в том, что в уровне техники не представлены устройства, которые можно было бы использовать в системе измерения спектральных характеристик для обеспечения надлежащей термостабилизации кюветы с расположенным в ней образцом и тем более для термостабилизации кюветы при динамическом изменении температуры образца плазмы с малым шагом приращения, т.е. в 2°C и менее. Обозначенная проблема обусловлена тем, что известные из уровня техники узлы термостат-термостабилизирующее устройство используются для задач, отличающихся от задач измерения спектральных характеристик среды, вследствие чего они не рассчитаны на обеспечение достаточной точности термостабилизации кюветы. Кроме того, известные из уровня техники узлы термостат-термостабилизирующее устройство оказывают влияние на характеристики исследуемого образца, искажая тем самым картину спектроскопических измерений. Обозначенные проблемы, присущие известному уровню техники, можно пояснить на примере наиболее типичных в данной области термостабилизирующих устройств, раскрытых в американских патентах US 5525300, US 6767512 и US 7049817.

В патентах US 5525300 и US 6767512 описаны устройства, предназначенные для термостабилизации жидких образцов, помещенных в ячейки луночного планшета. Эти устройства используются для проведения полимеразных цепных реакций, в силу чего их конструкция такова, что обеспечивает градиентный нагрев луночного планшета. Однако в случае термостабилизирующего устройства, используемого в системе измерения динамических спектральных характеристик, наличие на исследуемом образце температурного градиента является серьезным недостатком, существенно искажающим точность спектральных измерений, поскольку во время спектроскопических измерений температура исследуемого образца должна быть однородной по всему его объему, т.е., говоря другими словами, температурный градиент на образце должен отсутствовать.

Еще один недостаток термостабилизирующих устройств по патентам US 5525300 и US 6767512, обуславливающий нежелательность применения этих устройств в системе измерения динамических спектральных характеристик, заключается в способе изменения температуры исследуемого образца. Говоря подробнее, в этих устройствах температура образца регулируется термоэлементами, которые при своем функционировании создают электромагнитные поля. В случае проведения полимеразных цепных реакций данное обстоятельство не играет существенной роли, однако является крайне нежелательным при измерении динамических спектральных характеристик образца, поскольку электромагнитное поле искажает свойства образца, измеряемые спектроскопическим методом.

Что касается патента US 7049817, то в нем раскрыто устройство термостабилизации образца, используемое при исследованиях, осуществляемых посредством спектрометра ядерного магнитного резонанса. Данное термостабилизирующее устройство выполнено в виде стакана с коаксиальными стенками, между которыми циркулирует теплоноситель. Исследуемый образец помещают внутрь стакана, фиксируя его с торцов двумя зажимами.

Несмотря на то что устройство по патенту US 7049817 обеспечивает достаточно однородный нагрев исследуемого образца, использовать его в системе измерения динамических спектральных характеристик, к сожалению, нельзя. Основная причина заключается в том, что корпус данного устройства, выполненный в виде стакана, не пропускает излучение фотоспектрометра, что исключает саму возможность спектроскопических измерений. Кроме того, поскольку устройство по патенту US 7049817 предназначено для использования со спектрометром ядерного магнитного резонанса, оно выполнено из диэлектрического материала. Однако, как было неожиданно обнаружено авторами настоящего изобретения, диэлектрический материал оказывает воздействие на спектральные характеристики образца, поэтому использование такого материала для корпуса термостабилизирующего устройства снижает точность спектральных динамических измерений.

Из вышеприведенного анализа уровня техники можно видеть, что при снятии динамических спектральных характеристик среды с использованием в качестве термостабилизирующего устройства какого-либо устройства известного уровня техники невозможно обеспечить надлежащие точность и достоверность измерений, поскольку эти известные устройства, во-первых, не обеспечивают точность установки и стабилизации температуры, а во-вторых, оказывают влияние на характеристики исследуемого образца.

Принимая во внимание вышесказанное, задачу данного изобретения можно сформулировать как разработка такого оборудования для измерения динамических спектральных характеристик среды, которое было бы лишено недостатков известного уровня техники.

Если говорить конкретнее, основная задача настоящего изобретения в соответствии с первым его аспектом заключается в создании термостабилизирующего устройства, которое было бы способно стабилизировать температуру расположенной в нем кюветы с исследуемой средой, а также изменять эту температуру с шагом приращения 2°C и менее. Дополнительная задача изобретения согласно первому его аспекту состоит в создании термостабилизирующего устройства, которое при своем функционировании не оказывало бы влияния на спектральные характеристики исследуемой среды.

Основная задача данного изобретения в соответствии со вторым его аспектом заключается в создании системы измерения динамических спектральных характеристик среды, позволяющей измерять динамические спектральные характеристики среды при строго фиксированных значениях температуры, изменяемой с шагом приращения 2°C и менее. Дополнительная задача изобретения согласно второму его аспекту состоит в создании системы измерения динамических спектральных характеристик среды, которая при своем функционировании не оказывала бы влияния на спектральные характеристики исследуемой среды.

Раскрытие изобретения

Поставленная задача решена путем разработки термостабилизирующего устройства для стабилизации температуры кюветы с исследуемой средой, содержащего: корпус с проходящим через него каналом, в котором предусмотрена зона фиксации кюветы с исследуемой средой; по меньшей мере одну кольцевую камеру, окружающую указанный корпус по меньшей мере в указанной зоне фиксации кюветы; и по меньшей мере один змеевик, размещенный внутри указанной по меньшей мере одной камеры и оснащенный по меньшей мере одним входным штуцером и по меньшей мере одним выходным штуцером.

Предложенное устройство в силу своей конструкции обеспечивает возможность регулирования температуры расположенной в нем кюветы с исследуемой средой, не препятствуя прохождению через кювету излучения фотоспектрометра, что позволяет использовать данное устройство в области спектроскопических измерений. Кроме того, данное устройство позволяет очень точно стабилизировать температуру расположенной в нем кюветы с исследуемой средой, а также изменять эту температуру с шагом приращения 2°C и менее, например менее 0,5°C. Данное обстоятельство является крайне важным в областях техники, требующих высокой детализации спектроскопических измерений, например в области исследования плазмы крови. Наконец, предложенное термостабилизирующее устройство обеспечивает однородный нагрев образца исследуемой среды, не допуская появления на нем температурного градиента, что позволяет повысить достоверность и точность проводимых спектральных измерений.

Согласно одному из вариантов изобретения термостабилизирующее устройство дополнительно содержит трубку, проходящую внутрь этого устройства и имеющую место для размещения в ней температурного датчика. Внедрение температурного датчика в зону, расположенную в непосредственной близости от кюветы с образцом исследуемой среды, предоставляет возможность измерения фактической температуры кюветы, которая может несколько отличаться от температуры теплоносителя на входе в термостабилизирующее устройство. Данное обстоятельство в еще большей степени повышает точность спектроскопических измерений.

Согласно другому варианту изобретения термостабилизирующее устройство выполнено из стали. Вариант выполнения термостабилизирующего устройства из стали является наиболее предпочтительными, поскольку сталь не оказывает воздействия на образец, исследуемый спектроскопическими методами, в отличие, например, от диэлектриков, меди, алюминия, сплавов и других подобных материалов, используемых при изготовлении термостабилизирующих устройств известного уровня техники.

Согласно еще одному варианту изобретения термостабилизирующее устройство содержит две кольцевые камеры, в которых размещены два змеевика. Данный вариант изобретения является наиболее оптимальным, так как обеспечивает разумный компромисс между простотой конструкции термостабилизирующего устройства, простотой манипулирования этим устройством и требованием минимизации температурного градиента на кювете с исследуемым образцом.

Согласно предпочтительному варианту изобретения термостабилизирующее устройство содержит штатив, регулируемый по меньшей мере по высоте. Наличие регулируемого штатива облегчает позиционирование термостабилизирующего устройства по отношению к спектрофотометру таким образом, чтобы пучок излучений спектрофотометра проходил через центр канала с расположенной в нем кюветой.

В соответствии со вторым аспектом изобретения поставленные задачи решены путем разработки системы измерения спектральных характеристик среды, содержащей: спектрофотометр, выполненный с возможностью направленного испускания электромагнитного излучения в канал термостабилизирующего устройства, выполненного согласно первому аспекту изобретения; систему зеркал, отражающую прошедшее через термостабилизирующее устройство электромагнитное излучение к приемнику-преобразователю; циркуляционный термостат, соединенный трубопроводами с термостабилизирующим устройством и обеспечивающий прохождение через него теплоносителя; и компьютер, который связан с приемником-преобразователем и на котором установлено программное обеспечение, предназначенное для расчета спектральных характеристик исследуемой среды. Все вышеуказанные преимущества предложенного термостабилизирующего устройства в равной степени относятся и к данной системе измерения спектральных характеристик среды.

Согласно одному из вариантов изобретения циркуляционный термостат осуществляет нагрев или охлаждение теплоносителя посредством термоэлектрических нагревателей, при этом в качестве теплоносителя используется отфильтрованная вода. Данный вариант изобретения является особо предпочтительным ввиду того, что термоэлектрические нагреватели при своем функционировании не создают поля, влияющие на характеристики исследуемого образца, а следовательно, не искажают картину спектроскопических измерений. То же самое относится и к использованию в качестве теплоносителя отфильтрованной воды, поскольку авторами настоящего измерения было неожиданно установлено, что некоторые виды теплоносителей, например масла и спиртовые растворы, в отличие от фильтрованной воды оказывают некоторое возмущающее воздействие на характеристики исследуемого образца.

Согласно другому варианту изобретения используемый в системе компьютер связан также с циркуляционным термостатом и спектрофотометром, причем установленное на нем программное обеспечение обеспечивает возможность управления работой указанных циркуляционного термостата и спектрофотометра. В соответствии с этим вариантом изобретения задачи управления циркуляционным термостатом и спектрофотометром берет на себя предусмотренный в системе компьютер. Данное обстоятельство позволяет максимально возможным образом автоматизировать процесс спектроскопических измерений, а кроме того, принимая во внимание достаточную сложность способа измерений, позволяет снизить вероятность ошибки измерений, обусловленную человеческим фактором.

Согласно еще одному варианту изобретения в предложенной системе в качестве спектрофотометра используется ИК-Фурье спектрофотометр.

Согласно предпочтительному варианту изобретения в предложенной системе предусмотрена заслонка, блокирующая излучение спектрофотометра, причем в некоторых случаях указанная заслонка управляется компьютером. Использование данной заслонки, блокирующей излучение спектрофотометра в перерывах между измерениями, в еще большей степени позволяет повысить точность измерений, поскольку указанное излучение спектрофотометра тоже оказывает воздействие на характеристики исследуемого образца.

Согласно одному из вариантов изобретения в трубке термостабилизирующего устройства установлен температурный датчик, причем в предпочтительном случае указанный температурный датчик связан с компьютером для передачи ему сигнала о температуре внутри термостабилизирующего устройства. Как было указано выше в отношении первого аспекта изобретения, внедрение температурного датчика в зону, расположенную в непосредственной близости от кюветы с образцом исследуемой среды, дополнительно повышает точность спектроскопических измерений.

Согласно еще одному варианту изобретения в системе используется кювета, выполненная из стекла и/или кварца. Эти материалы характеризуются высоким пропусканием электромагнитных волн в инфракрасном диапазоне, а следовательно, наиболее хорошо отвечают требованиям спектроскопических измерений.

Краткое описание чертежей

Далее изобретение описано более подробно на примере предпочтительного варианта осуществления, раскрытого со ссылкой на чертежи, на которых:

фиг.1 изображает структурную схему предложенной системы измерения;

фиг.2 в поперечном сечении изображает предложенное термостабилизирующее устройство, используемое в показанной на фиг.1 системе измерения;

фиг.3 в поперечном сечении изображает кювету, помещаемую внутрь термостабилизирующего устройства, показанного на фиг.2.

Описание предпочтительного варианта изобретения

Структурная схема предложенной системы 1 измерения спектральных характеристик среды показана на фиг.1. Как видно из этого чертежа, заявленная система 1 включает в себя циркуляционный термостат 2, спектрофотометр 3, термостабилизирующее устройство 4, кювету 5 для исследуемой среды, температурный датчик 6, заслонку 7, трубопроводы 9 и 10, систему 11 зеркал, приемник-преобразователь 12 и компьютер 8.

Циркуляционный термостат 2 предназначен для обеспечения температурного режима термостабилизирующего устройства 4 в соответствии с требуемым алгоритмом измерений, задаваемым при помощи программного обеспечения, установленного на компьютере 8. Циркуляционный термостат 2 регулирует температурный режим термостабилизирующего устройства 4 посредством изменения температуры теплоносителя, который поступает к термостабилизирующему устройству 4 по трубопроводу 9, проходит вокруг него по змеевику (не показан), нагревая его до своей температуры, и возвращается обратно в термостат 2 по трубопроводу 10.

Важная особенность используемого в изобретении термостата 2 заключается в том, что реализуемый посредством него способ изменения температуры теплоносителя не оказывает воздействия на свойства исследуемой среды. В этой связи нагрев и охлаждение теплоносителя осуществляются в циркуляционном термостате 2 не различными видами полей и излучений, как в устройствах известного уровня техники, а посредством термоэлектрических нагревателей - тэнов, при этом в качестве теплоносителя в термостате 2 используется среда, не влияющая на исследуемый образец, в предпочтительном случае отфильтрованная вода.

Как следует из фиг.1, термостат 2 связан с компьютером 8 беспроводным или проводным образом, в силу чего он может получать от компьютера 8 управляющие сигналы, задающие температуру теплоносителя, поступающего в это термостабилизирующее устройство 4, а следовательно, задающие температурный режим самого термостабилизирующего устройства 4. Как сказано выше, термостат 2 соединен с термостабилизирующим устройством 4 двумя трубопроводами 9 и 10. По трубопроводу 9 теплоноситель подводится к термостабилизирующему устройству 4, а по трубопроводу 10 возвращается обратно в термостат 2.

Спектрофотометр 3 используется для определения спектроскопических характеристик исследуемой среды. Согласно данному изобретению спектрофотометр 3 воздействует на исследуемый образец излучением инфракрасного диапазона. Для целей настоящего изобретения может подойти соответствующий спектрофотометр известного уровня техники, например ИК-Фурье спектрофотометр FTIR-8400 Shimadzu. В предпочтительном случае спектрофотометр 3 соединен с компьютером 8 и управляется им автоматически посредством установленного на нем программного обеспечения.

Термостабилизирующее устройство 4 выполняет две основные функции: обеспечивает фиксацию кюветы 5 с исследуемым образцом в зоне действия спектрофотометра 3; и вместе с циркуляционным термостатом 2 обеспечивает надлежащий температурный режим для находящегося в кювете 5 образца исследуемой среды. Термостабилизирующее устройство 4 также как и система 1 является объектом данного изобретения. Более подробно оно описано ниже со ссылкой на фиг.2.

Кювета 5 служит контейнером для исследуемой среды. Кювету 5 с находящимся в ней образцом исследуемой среды помещают в термостабилизирующее устройство 4, где оказывают на нее воздействие температурой теплоносителя, измеряя при этом спектральные характеристики исследуемой среды посредством инфракрасного излучения. Соответственно, кювету 5 следует выполнять из материала, характеризующегося высоким пропусканием электромагнитных волн в инфракрасном диапазоне. Наиболее предпочтительными материалами для кюветы являются стекло и кварц.

Типовая кювета 5 имеет круглую в плане форму и показанное на фиг.3 поперечное сечение. Как следует из фиг.3, кювета 5 содержит две стеклянные круглые пластины 13, 14, разделенные стеклянным кольцом 15, огибающим круглый стеклянный вкладыш 16, толщина которого уступает толщине кольца 15. Вследствие разницы в толщине кольца 15 и вкладыша 16 в кювете образуется камера для исследуемого образца, ограниченная пластиной 14, кольцом 15 и вкладышем 16. Объем этой камеры обычно измеряется микролитрами.

Температурный датчик 6 используется для измерения фактической температуры кюветы 5 при исследовании закона изменения спектральных характеристик среды от ее температуры. Дело в том, что температура кюветы 5 с расположенным в ней образцом может несколько отличаться от температуры теплоносителя, подводимого к термостабилизирующему устройству 4. Поэтому чтобы дополнительно повысить точность измерений, в непосредственной близости от кюветы 5 предполагается размещать температурный датчик 6, предоставляющий информацию о фактической температуре кюветы, а следовательно, о фактической температуре находящегося в ней образца. В соответствии с обычным вариантом снятия измерений оператор предложенной системы измерения считывает показания температурного датчика 6 визуальным образом и самостоятельно, без применения автоматических средств, принимает решение о моменте снятия очередного показателя спектральной характеристики исследуемого объекта.

В альтернативном, автоматизированном, случае информация о температуре кюветы 5 поступает с датчика 6 в компьютер 8, который на ее основе уточняет управляющий сигнал для циркуляционного термостата 2 с тем, чтобы скорректировать температуру теплоносителя и таким образом автоматически максимизировать точность задания температурного режима в термостабилизирующем устройстве 4.

Заслонка 7 предназначена для блокирования луча спектрофотометра 3 в отрезки времени, когда измерение спектральных характеристик исследуемого объекта не осуществляется, а происходит, например, нагрев исследуемого объекта до следующей контрольной точки температуры. В этой связи целесообразно заметить, что в оптической системе стандартного спектрофотометра для повышения точности установки волновых чисел при снятии спектров применяется высокомонохроматический источник излучения. Например, в спектрофотометре FTIR Shimadzu 8400 функцию указанного высокомонохроматического источника выполняет красный He-Ne лазер. Однако излучение такого лазера может оказывать возмущающее воздействие на измеряемый образец и, соответственно, искажать точность спектральных измерений. Поэтому согласно одному из вариантов настоящего изобретения предполагается использовать в заявленной системе измерений заслонку 7, блокирующую излучение спектрофотометра в перерывах между измерениями. Использование заслонки 7 в еще большей степени позволяет повысить точность измерений. При этом, подобно температурному датчику 6 и термостату 2, привод заслонки 6 может быть подключен к компьютеру 8. В этом случае управление заслонкой 7 может происходить автоматически, согласно управляющей программе, установленной в компьютере 8.

Система 11 зеркал отражает прошедший через исследуемый объект оптический сигнал в приемник-преобразователь 12, который преобразует этот оптический сигнал в электронный и выдает его в компьютер 8 для дальнейшей обработки.

Предпочтительный вариант термостабилизирующего устройства 4 показан на фиг.2. Согласно фиг.2 термостабилизирующее устройство 4 содержит подставку 18, удерживающую на себе посредством штатива 19 корпус 20, в канале 28 которого предполагается фиксировать кювету 5 с исследуемым образцом. Штатив 19 является регулируемым по меньшей мере по высоте, что обеспечивает возможность настройки положения термостабилизирующего устройства 4 по отношению к спектрофотометру 3 таким образом, чтобы пучок излучений спектрофотометра проходил через центр канала 28 с расположенной в нем кюветой 5 (в соответствии с фиг.2 цилиндрическая кювета 5 установлена в канале 28 термостабилизирующего устройства 4 на своем торце, в результате чего ее осевая линия совпадает с осевой линией канала 28). Кювета 5 может быть зафиксирована в канале 28 при помощи фиксатора 29, который в простейшем случае представляет собой трубчатый элемент, снабженный фланцем с одной своей стороны.

Кроме того, термостабилизирующее устройство 4, показанное на фиг.2, содержит две кольцевые камеры 21 и 22, внутри которых размещены два змеевика (не показаны, чтобы не ухудшить читаемость чертежа), проходящие вокруг корпуса 20. Вообще говоря, объем правовой охраны настоящего изобретения распространяется и на другое число кольцевых камер и, соответственно, другое число расположенных в них змеевиков, поскольку признак, регламентирующий число камер, не является определяющим для достижения заявляемого технического результата изобретения (например, камера может быть только одна или же их может быть больше двух). Однако в предпочтительном случае в конструкции термостабилизирующего устройства 4 предусмотрены две кольцевые камеры 21 и 22, что нашло свое отражение на фиг.2. В этом случае в устройстве 4 обеспечивается разумный компромисс между простотой конструкции, простотой манипулирования устройством и требованием минимизации температурного градиента на кювете 5. Далее изобретение поясняется на примере наличия в термостабилизирующем устройстве 4 двух кольцевых камер 21 и 22, в каждой из которых размещено по одному змеевику (не показаны).

К входному штуцеру 24 первого змеевика, расположенного в камере 21, от циркуляционного термостата 2 ведет трубопровод 9. Выходной штуцер 26 змеевика первой камеры 21 подсоединен через шланг (не показан) к входному штуцеру 25 змеевика второй камеры 22. Выходной штуцер 27 змеевика второй камеры 22 подсоединен через трубопровод 10 обратно к термостату 2. Теплоноситель, доведенный до надлежащей температуры в термостате 2, поступает из термостата в змеевик первой камеры 21 через трубопровод 9. Далее теплоноситель, проходя по змеевику первой камеры 21, попадает через выходной штуцер 26, соединительный шланг и входной штуцер 27 в змеевик второй камеры 21, проходит по нему и выходит из термостабилизирующего устройства 4 обратно в циркуляционный термостат 2. Проходя по змеевику первой камеры 21 и змеевику второй камеры 22, теплоноситель нагревает термостабилзирующее устройство 4 и соответственно расположенную в нем кювету с исследуемым образцом до требуемой температуры. Важно заметить, что скорость течения теплоносителя по термостабилизирующему устройству 4 поддерживается достаточно высокой, а расстояние между камерами 21 и 22 достаточно небольшим с тем, чтобы на поверхности кюветы не возникал градиент температур. Это условие является необходимым для того, чтобы нагрев или охлаждение кюветы 5 с исследуемым образцом происходили равномерно, что способствует повышению достоверности измерений спектральных параметров исследуемого образца.

Наконец, следует отметить, что внутрь термостабилизирующего устройства 4 к кювете 5 ведет трубка 23, через которую в устройство 4 вводят описанный выше температурный датчик 6, подсоединенный согласно некоторым вариантам изобретения к компьютеру 8.

В предпочтительном случае термостабилизирующее устройство 4 изготовлено из стали, поскольку сталь не оказывает воздействия на образец, исследуемый спектроскопическими методами, в отличие, например, от диэлектриков, меди, алюминия, сплавов и других подобных материалов, используемых при изготовлении термостабилизирующих устройств известного уровня техники.

Далее поясняется функционирование заявленной системы 1 во время измерения спектральных параметров исследуемого объекта при разных значениях температуры, изменяемой с малым шагом в диапазоне существования жидкой фазы исследуемого объекта.

В камеру 17 кюветы 5 (показана на фиг.3) вводят исследуемую среду и устанавливают кювету 5 в канал 28 термостабилизирующего устройства 4, проходящий через его корпус 20. Входной и выходной штуцеры термостабилизирующего устройства 4 трубопроводами 9 и 10 соединяют с соответствующими штуцерами термостата 2 и размещают устройство 4 в зоне действия спектрофотометра 3 таким образом, чтобы пучок излучений проходил через кювету 5. В случае присутствия в термостабилизирующем устройстве 4 более одной кольцевой камеры с более одним змеевиком змеевики соседних кольцевых камер соединяют между собой шлангом, так чтобы обеспечить прохождение между ними теплоносителя. В компьютере 8 с помощью специализированного программного обеспечения задают требуемый режим изменения температуры исследуемого образца и, в частности, начальную температуру, конечную температуру, скорость нарастания или убывания температуры и т.п. После этого систему 1 измерения запускают в действие.

При запуске системы теплоноситель поступает из термостата 2 в термостабилизирующее устройство 4, сообщая требуемую температуру расположенной в нем кювете 5 и, следовательно, исследуемому образцу. После того как температура исследуемого образца стабилизировалась на требуемой отметке, о чем можно судить, например, по показанию температурного датчика 6, через кювету с образцом пропускают инфракрасное излучение спектрофотометра 3, которое отражается системой 11 зеркал в приемник-преобразователь 12, преобразуется им в электронный сигнал и поступает далее в компьютер 8, где обрабатывается. Значения спектральных характеристик исследуемого объекта вычисляют при разных значениях температуры этого объекта, изменяемой при помощи термостата и термостабилизирующего устройства согласно выполняемой на компьютере 8 программе.

Предложенная система 1 измерения спектральных характеристик среды может управляться как автоматически, при помощи компьютера 8, так и вручную. В случае автоматического управления системой компьютер формирует управляющие сигналы для термостата 2, спектрофотометра 3 и/или заслонки 7 в соответствии с требуемым алгоритмом измерений, задаваемым при помощи установленного на нем программного обеспечения, а также на основании сведений, поступающих в компьютер от циркуляционного термостата 2, спектрофотометра 3, заслонки 7 и датчика 6, например сведений о температуре теплоносителя на входе и выходе термостата 2, об объемной скорости теплоносителя, о температуре кюветы, положении заслонки, о режиме работы спектрофотометра 3 и т.п.

В случае управления системой вручную оператор может манипулировать термостатом 2, спектрофотометром 3 и заслонкой 7, просто исходя из показаний температурного датчика 6.

Из анализа представленных вариантов выполнения изобретения очевидно, что заявленные термостабилизирующее устройство и система измерения динамических спектральных характеристик лишены недостатков технических решений, известных из уровня техники. В частности, предложенное термостабилизирующее устройство способно изменять температуру расположенной в нем кюветы с исследуемым образцом при шаге приращения 2°C и менее, равно как и стабилизировать эту температуру. Кроме того, при своем функционировании оно не оказывает влияния на спектральные характеристики исследуемого образца.

Что касается системы измерения динамических спектральных характеристик, то она позволяет измерять динамические спектральные характеристики образца при строго фиксированных значениях температуры, изменяемой с шагом приращения 2°C и менее. При этом она не оказывает влияния на спектральные характеристики исследуемого образца.

Таким образом, раскрытые в данной заявке устройство и система позволяют решить поставленные задачи, сформулированные в разделе "Уровень техники".

В заключение следует отметить, что выше раскрыты предпочтительные варианты заявленного контейнера, которые не следует рассматривать как ограничение патентных притязаний изобретения. Специалистам данной области техники понятно, что в описанные варианты выполнения могут быть внесены различные изменения и дополнения, не выходящие за пределы правовой охраны настоящего изобретения, установленной приложенной формулой.

НОМЕРА ПОЗИЦИЙ

1 - Система измерения спектральных характеристик среды

2 - Циркуляционный термостат

3 - Спектрофотометр

4 - Термостабилизирующее устройство

5 - Кювета

6 - Температурный датчик

7 - Заслонка

8 - Компьютер

9, 10 - Трубопроводы

11 - Система зеркал

12 - Приемник-преобразователь

13, 14 - Пластины кюветы

15 - Кольцо кюветы

16 - Вкладыш кюветы

17 - Камера кюветы

18 - Подставка термостабилизирующего устройства

19 - Штатив термостабилизирующего устройства

20 - Корпус термостабилизирующего устройства

21, 22 - Камеры термостабилизирующего устройства

23 - Трубка для температурного датчика

24, 25 - Входные штуцеры термостабилизирующего устройства

26, 27 - Выходные штуцеры термостабилизирующего устройства

28 - Канал термостабилизирующего устройства

29 - Фиксатор кюветы

Термостабилизирующее устройство для стабилизации температуры кюветы с исследуемой средой содержит корпус, по меньшей мере одну кольцевую камеру и по меньшей мере один змеевик. Через корпус проходит канал, в котором предусмотрена зона фиксации кюветы с исследуемой средой. Кольцевая камера окружает корпус по меньшей мере в указанной зоне фиксации кюветы. Змеевик размещен внутри камеры и оснащен по меньшей мере одним входным штуцером и по меньшей мере одним выходным штуцером. Технический результат - стабилизация температуры кюветы с исследуемой средой, изменение этой температуры с шагом приращения 2°C и менее и отсутствие влияния на спектральные характеристики исследуемой среды. 2 н. и 12 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Термостабилизирующее устройство (4) для стабилизации температуры кюветы с исследуемой средой, содержащее:
корпус (20) с проходящим через него каналом (28), в котором предусмотрена зона фиксации кюветы с исследуемой средой;
по меньшей мере одну кольцевую камеру (21), окружающую указанный корпус (20) по меньшей мере в указанной зоне фиксации кюветы; и
по меньшей мере один змеевик, размещенный внутри указанной по меньшей мере одной камеры (21) и оснащенный по меньшей мере одним входным штуцером (24) и по меньшей мере одним выходным штуцером (26).

2. Устройство по п.1, дополнительно содержащее трубку (23), проходящую внутрь этого устройства (4) и имеющую место для размещения в ней температурного датчика.

3. Устройство по п.1 или 2, выполненное из стали.

4. Устройство по п.1 или 2, содержащее две кольцевые камеры (21, 22), в которых размещены два змеевика.

5. Устройство по п.1 или 2, содержащее штатив (19), регулируемый по меньшей мере по высоте.

6. Система измерения спектральных характеристик среды, содержащая:
спектрофотометр (3), выполненный с возможностью направленного испускания электромагнитного излучения в канал термостабилизирующего устройства (4) по пп.1-5;
систему (11) зеркал, отражающую прошедшее через термостабилизирующее устройство (4) электромагнитное излучение к приемнику-преобразователю (12);
циркуляционный термостат (2), соединенный трубопроводами (9, 10) с термостабилизирующим устройством (4) и обеспечивающий прохождение через него теплоносителя; и
компьютер (8), который связан с приемником-преобразователем (12) и на котором установлено программное обеспечение, предназначенное для расчета спектральных характеристик исследуемой среды.

7. Система по п.6, в которой циркуляционный термостат (2) осуществляет нагрев или охлаждение теплоносителя посредством термоэлектрических нагревателей, при этом в качестве теплоносителя используется отфильтрованная вода.

8. Система по п.6 или 7, в которой указанный компьютер (8) связан также с циркуляционным термостатом (2) и спектрофотометром (3), причем установленное на нем программное обеспечение обеспечивает возможность управления работой этих циркуляционного термостата (2) и спектрофотометра (3).

9. Система по п.6 или 7, в которой в качестве спектрофотометра (3) используется ИК-Фурье спектрофотометр.

10. Система по п.6 или 7, в которой предусмотрена заслонка (7), блокирующая излучение спектрофотометра (3).

11. Система по п.10, в которой указанная заслонка (7) управляется компьютером (8).

12. Система по п.6 или 7, в которой в трубке (23) термостабилизирующего устройства (4) установлен температурный датчик (6).

13. Система по п.12, в которой указанный температурный датчик (6) связан с компьютером (8) для передачи ему сигнала о температуре внутри термостабилизирующего устройства (4).

14. Система по п.6 или 7, в которой используется кювета (5), выполненная из стекла и/или кварца.