Лазерный атомно-флуоресцентный спектрометр Советский патент 1983 года по МПК G01N21/39 

Изобретение относится к спектраль ной аналитической аппаратуре, в частности к флуоресцентным спектрометрам, и может быть использовано для анализа, микропримесей в материалах и изделиях полупроводниковой техники, для анализа микроэлементов в объектах сельского хозяйства, и вдругих областях науки и техники. Известны атомно-флуоресцентные спектрометры, в которых источниками возбуждающего флуоресценцию излучения являются различного рода лампы, чаще всего- лампы с польм катодом Cl. . Недостатком известных атомнофлуоресцент,ных спектрометров является высокий предел обнаружения химических элементов (как правило, - ), являющийся следствием малой спектральной яркости ламповых источников излучения. Кроме того, при помощи одной лампы с полым катодом можно возбуждать флуоресценцию ограниченного числа химических элементов (как правило, не бапее 3); что приводит к нeoбxoдимoc ти использования с последовательной заменой большого числа источников излучения при последовательном анали зе различных химических элементов-и резко снижает производительность ана лизов. Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является атомно-флуоресцентньЕй спектрометр, включающий лазер, оптически связанный с лазером атомизатор, оптически связанный с атомизатором монохроматор, усилитель, соединенный с системой обработки сигналов, и два фото приемника, первый из которых установ лен за монохроматором и подключен к усилителю, а второй оптически связ.ан с лазером и подключен к системе обработки сигналов. Высокая спектральная яркость лазерногЗ Излучения позволяет анализировать содержание химических элементов с пределом обнару жения До - , а возможность изменения длины волны лазерного излу чения позволяет анализировать различ ные химические элементы при помощи одного источника излучения t2J. Недостатком данного лазерного атомно-флусресцентного спектрометра является низкая производительность при последовательном анализе различныз химических элементов, вызванная длительной (по сравнению со временем анализа, составляющей 1-2 мин) процедурой настройки, которая включает установку длины волны лазерного излучения при помощи механического управления дисперсионным элементом в резонаторелазера, установку длины волны пропускания монохроматрра при помощи механргческого управления дисперсионным элементом в монохроматоре, проведение пробных анализов для подбора светофильтров, обеспечивающих величину сигнала флуоресценции, соответствующую линейному диапазону проходной характеристики фотоприемника и усилителя. Цель изобретения - увеличение производительности лазерного атомно-флуоресцентного спектрометра при последовательном анализе различных химических элементов. Поставленная цель достигается тем, что в лазерный атомно-флуоресцентный спектрометр, включающий лазер, оптически связанный с лазером атомизатор, оптически связанный с атомизатором монохроматор, усилитель , соединенный с системой обработки сигналов, и два фотоприемника, первый из которых установлен за монохроматором и подключен к усилителю, а второй оптически связан с лазером и подключен к системе обработки сигналов, введены два генератора синусоидальных напряжений с управляемыми частотами и амплитудами выходного напряжения, блок управления генератором и два .акустооптических фильтра, один из которых расположен в лазере,,а другой в монохроматоре, причем выход усилителя соединен с блоком управления генераторами, выходы блока управления соединены с входами управления частотой и амплитудой генераторов и с системой обработки сигналов, а выходы генераторов соединены с акустооптическими фильтрами. На чертеже изображена структурная схема предлагаемого спектрометра. Спектрометр содержит лазер 1, в резонаторе которого расположен акустооптический фильтр 2, оптически связан с атомизатором 3. Последний оптически связан с монохроматором 4, в котором расположен второй акустооптический фильтр 5. За монохроматором установлен фотоприемник б, подключенный к усилителю 7. Выход усютителя электрически связан с системой обработки сигналов 8 и с блоком 9 управления генераторами. Выходы бло1 управления генераторами электрически связаны с входами управления частотой и амплитудой генераторов 10 и 11 синусоидальных напряжений с системой обработки сигналов 8. Выход первого генератора 10 электрически связан с первым акустооптическим фильтром 2, выход второго генератора 11 - с вторым акустооптическим фильтром 5. Второй фотоприёмник 12, оптически связанный с лазером 1, подключен к системе обработники сигналов 8, Действие лазерного атомно-флуорес центного спектрометра с акусторптической настройкой основывается на том, что излучение лазера 1 погло щается атомами анализируемого химического элемента и возбуждает их . флуоресценцию в атомизаторе 3. Для настройки длины волны лазерного излучения на линию поглощения атомов блок 9 управления генераторами синусоидальных напряжений вычисляет значения частоты 5J и амплитуды V синусоидального напряжения, которое требуется подать на акустооптический фильтр 2, чтобы получить заданные значения длины волны и мощности излу чения лазера 1 . Управляющие электрические сигналы с выходов блока 9 управления генераторами поступают на входы управления частотой и амплитудой первого генератора 10 синусоидальных напряжений который вырабатывает синусоидальное напряжение с требуемой частотой и амплитудой, поступающее далее на пер вый акустооптический фильтр 2. В результате в акустооптическом фильтре 2 возникает звуковая волна, период которой определяет длину волны . излучения лазера 1, а амплитуда оп ределяет величину мощности лазерного излучения на данной длине волны. Излучение флуоресценции отделяется от фоновых световых сигналов.моно хроматором 4, настраиваемым с помощью расположенного в нем акустооптического фильтра 5. Для настройки монохроматооа на длину волны флуоресценции исследуемого химического . элемента (в общем случае не совпадаю щую с длиной волны поглощения) блок 9 управления генераторами вычис ляет значение частоты напряжения, которое требуется подать на акустооптический фильтр 5. Управляющий электрический сигнал с выхода блока 9 управления поступает на вход управления Частотой генератора 11 синусоидальных напряжений, кбторый .вырабатывает напряжение с требуемой частотой, поступаю щее на акустооптический фильтр 5. В результате в последнем возникает звуковая волна, период которой определяет длину волны пропускания монохроматора 4. Работа на линейном участке про ходной характеристики приемного. тракта, состоящего из фотоприемника б,и усилителя 7 при произвольной величине мощности излучения флуоресценции, обеспечивается при помощи контролируемого изменения коэффициента пропускания монохроматора 4 в зависимости от величины электрического сигнала на выходе усилителя 7. Для этого выход усилителя соединен с блоком 9 управления генераторами синусоидальных напряжений, который вырабатывает управляклдий электрический сигнал, величина которого зависит от величины сигнала на выходе усилителя 7. Этот управляющий сигнал поступает на вход управления амплитудой генератора 11 синусоидальных напряжений 1, в результате чего амплитуда напряжения, поданного на акустооптический фильтр 5, определяющая величину пропускания монохроматора 4, регулируется в соответствии с изменением освещенности фотоприемника 6. Таким образом, осуществляется компрессия диапазона освещенности фото-: приемника б. Для нормирования величины сигна.- ла, поступающего с выхода -усилителя 7 в систему обработки сигналов 8 на величину, пропорциональную коэффициенту пропускания монохроматора 4, определенная часть управляющего сигнала , поступающего на вход управления амплитудой генератора 11, подается в систему обработки сигналов 8. Для нормирования сигнала, поступающего в систему обработки сигналов 8 с усилителя 7 на величину мощности, излучения лазера 1, в систему обработки сигналов 8 подается электрический сигнал с фотоприемника 12. После нормировки величины сигналов, поступающих с усилителя 7 на величины, пропорциональные коэффициенту пропускания монохроматора 4 и мощности излучения лазера 1, система обработки сигналов 8 сравнивает . результат с калибровочной зависимое тью сигнала флуоресцеН1дии по концентрации анализируемого элемента и таким образом, определяется концентрация. Цримером конкретного выполнения предлагаемого устройства может служить лазерный атомно-флуоресдентный спектрометр с акусто-оптическим управлением, состоящий из лазера на красителях с накачкой от импульсного генератора на алюмооиттриевом гранате, графитового электротермальн.ого атомизатора, фотоэлектронного умножителя ФЭУ 106, коаксиального фотоэлемента ФЭК-22, широкополосного усилителя УЗ-33, двух специально разработанных генераторов синусоидальных напряжений с управляемыми в диапазоне 30 - 150 МГц частотами, и О - 30 В амплитудами выходного напряжения, специально разработанного блока управления генераторами и двух акустооптических фильтров из кристаллического кварца длиной 80 мм.. Системой обработки сигналов служила вычислительная машина ДЗ-28.

Произволительность предлагаемого устройства при последовательном анализе различных химических элементов

составляет до 250 анализов в смену, что, 10-15 раз превыиает производительность наиболее близкого аналога.

ЛАЗЕРНЫЙ АТОМНО-ФЛУОРЕСЦЕНТНЫЙ СПЕКТРОМЕТР, включающий лазер, оптически связанный с лазером атомизатор, оптически связанный с атомизатором монохроматор, усилитель, соединенный с системой обработки сигналов, и два фотоприемнйка, первый из которых установлен за монохро.матором и подключен к усилителю, а второй оптически связан с лазером и подключен к системе обработки сигналов, отличающийся тем, что, с целью увеличения производительности при последовательном анализе различных химических элементов , в спектрометр введены два генератора синусоидальных напряжений с управляемыми частотами и амплитудами выходного напряжения, блок управления генераторами и два акусто-. оптических фильтра, один из которых расположен в лазере, а другой в монохроматоре, причем выход усилителя $ соединен с блоком управления генераторами, выходы блока управления ff соединены с входами управления частотой и амплитудой генераторов и с системой обработки сигналов, а выходы генераторов соединены с акустроптическими фильтрами.. to о о 4;