Способ определения положения максимума спектра хемилюминесценции Советский патент 1991 года по МПК G01N21/76 

ных граничных длин, что по сравнению с аналогом упрощает и ускоряет измерения. Однако этот способ непригоден для предельно слабых свечений, имеющих мес то например, при спонтанной хемилюмине ценции биологических объектов, что сужает диапазон определений положения максимума спектра. Кроме того, реализуемая указанным способом точность определяется количеством дискретных участков, йа которые разбит весь спектральный диапазон. Поэтому достижение высокой точнрсти требует большего числа дискретных участков и, следовательно, значительного объема оборудования, Цель изобретения - расширешге диаг пазоиа определения в область сверхсла бых свечений. Это достигается тем, что на фотоприемники, спектральные характеристики которых выбраны попарно пере1фещи.вающнмися, сначала подают эталонные монохроматические световые потоки и, изменяя чувствительность фотоприемников, попарно уравнивают их сигнашл, а в момент равенства фокусируют чувствительность фото приемников, чего прекращают подачу эталонных потоков и подают исследуемлй световой поток и по соотношению полученшах при этом сигналов определяют положение максимума спектра хемилюмииесцемции. у Выбор спектральрох характеристик попарно перекрещивающимися обеспечивает получение общих для каждой пары фотоприемников точек с одинаковой чувствительностью, которые образуются в месте пересечения спектральных характеристик. При подаче на эти фотоприемники светового потока, максимум спектра которого совпадает с длиной волны пересечения спектральных характеристик, наблщдается равенство сигналов, что позволяет придать каждой паре фотоприемников свойство селективности, которым каждый из них в отдельности не обладает. Изменение чувствительности фотопри емников обеспечивает изменение положения точки пересечения их спектральных характеристик при различных длинах волн. Попарное уравнивание сигначов позволяет задать точку пересечения спектральных характеристик пар фото 1риемНИКОВ при длинах волн эталонных световых потоков. Фиксирование чувствительности обеспечивает постоянство заданных точек пересечения пар фотоприемников и позволяет использовать длины волн зталонных световых потоков в качестве исходных дпя подсчета положения максимума «спектра. Пре1фащение подачи эталонных световых потоков и подача исследуемого светового потока позволяют провести сравнение длин волн световых потоков с положением максимума спектра исследуемого светового потока. Определение соотношения сигналов позволяет установить степень различия мезвду длинами волн эталонных световых потоков и положением максимума спектра исследуемого потока и по ней определить положение максимума спектра. При определении положения максимума спектра не происходит ослабления энергии исследуемого светового потока, в результате становится возможным проводить определение в более широком диапазоне интенсивностей световых потоков, включаадцем предельно слабые световые потоки. На фиг. 1 дана функциональная схе.ма устройства, реализующего способ; на фиг. 2 дано графическое пояснение к определению положения максимума спектра хемилюминесценции по предлагаемому способу (осуществление способа условно показано на примере одной пары фотоприемников). Способ реализуется на основе известных узлов устройством, содержащим по крайней мере два фотоприемника 1 и 2 , подключенных к измерителям сигналов и 4. Устройство содержит также блок питания 5 и 6, подсоединенные к соответствунщим фотопри вмникам 1 и 2 через регуляторы напряжения питания 7, 8. Количество пар фотоприемников 2 и 1 определяется числом диапазонов дпин волн, которое выбирается из условий конкретной задачи. Например, для работы в области длин волн 480-800 нм достаточно использовать одну пару фотоумножите-. лей со спектральными характеристиками С I и С 11. Спектральные характеристики пары фотоприемников I и 2 взаимно перекрещиваются. При этом положение .точки пересечения спектральных 51 характеристик зависит от чувствительности фотоприемников, которая в свою очередь определяется режимом эксплуатации, например напряжением питания Определение положения максимума спектра хемилюминесценции производят в следующей последовательности. Включают питание фотоприемников 1 2 и всей измерительной схемы, а затем на фотоприемники I и 2 подают эта лонньй световой поток с известной дли ной волны монохроматического излуче-ния , При этом в случае использования нескольких пар фотоприемников на саждую из них подают эталонные световые потоки с длиной волны, расположенной в интервале перекрещивания спектральных характеристик соответствующей пары фотоприемников. Затем сравнивают- показания измерителей сигналов 3 и 4 между собой. Различие показаний свидетельствует о том, что сигналы фотоприемников 1 и 2 не равны. Это обусловлено различной их чувствительностью к свету с длиной волны . Например, если спектральная характеристика фотоприемника 1 занима ет положение 9, а фотоприемника 2 положение 10, точка их пересечения А не совпадает с длиной волныTVg, в результате чего фотоприемники 1 и 2 имеют различную чувствительность при этой дЛине волны. Изменяют чувствительность фотоприемников 1 и 2 в направлении уравнивания сигналов. Для этого при помощи регуляторов 7, 8 изменяют напряжение питания фотоприемкиков 1 и 2 таким образом. Чтобы показания измерителей сигналов 3 и 4 приближались друг к другу. Уравнивают сигналы, для чего устанавливают при помощи регуляторов 7 8 напряжение питания фотоприемкиков I и 2 таким образом, чтобы показания измерителей сигналов 3 и 4 были равны между собой.. В момент равенства сигналов фикси руют чувствительность фотоприемников 1, 2, для чего Стопорят ручки управления регуляторов напряжения питания 7 и 8. При этом чувствительность фото приемник а 1 и 2 для Л 9 будет одинаковой, что обусловлено совмещением точки пересечения из спектралышх характеристик с этой длиной волны. Например, при уравнивании сигналов положение спектрально характериста66 . ки фотоприемника. 2 изменилось с позиции 10 и 1I, а положение спектральной характеристики 9 фотоприемника 1 осталось неизменным. Новое положение 9 и 11 спектральных характеристик дает ( точку их nepece4eHH5rB, совпадающую с длиной волны Д э После фиксирования чувствительности прекращают подачу эталонного светового потока и подают исследуемый световой поток. Затем определяют соотнощение сигналов от фотоприемников 1 и 2, для чего показания измерит елей сигналов 3 и 4 делят одно на другое. Величина соотношения сигналов ук;азывает на каком расстоянии и с какой стороны расположен максимум спектра от точки пересечения спектральных характеристик фотоприемников 1 и 2, зафиксированной при а. Поскольку длина ВОЛНЫ эталонного светового потока Хд известна, то полученное соотношение позволяет однозначно определить (например, по градуировочному графику) положение максимума спектра. Например, при соотношении сигналов 2/1 (соотношение получено делением показаний измерителя сигналов 4 на показания измерителя сигналов З) максимум спектра расположен при длине волны(j+й(, а при соотношении /3при длине волны Дд Аг Л«и ug расстояния от точки В пересечения спектральных характеристик фотоприемНИКОВ. Если ниспадающие и восходящие ветви спектральных характеристик не являются прямыми линиями, то переход от соотноше1шя измеряемых сигналов к положению длины волны осуществляют по градуировочной кривой, для построения которой поступают следующим образом, На градуируемую пару фотоприемников подают эталонный световой поток и, изменяя чувствительность, уравнивают их сигналы. В момент равенства сигналов фиксируют чувствительность фотоприемников, после чего«прекращают подачу этйлонного светового потока вместо исследуемого и подают градуирующий, монохроматический световой поток, длину волны koToiporo можно задавать, бапример, при помощи мононроматора. Измеряют сигналы фотоприемников и определяют их соотнсявение. Далее изменяют длину волны светового потока и для каждой задаваемой 710 длины волны -определяют новые соотношения сигнапоЁ фотоприемников. По по лученным данным строят градуировочну кривую. Аналогичным образом строят градуировочные кривые для других пар фотоприемников. Полученные кривые пригодны для использования только с тем эталонным источником, который бьш использован для градуировки. Располагая градуировочными кривыми, не трудно Г по соотношению сигна лов определить положение дпины волны исследуемого светового потока. Ниже приводим конкретные примеры, подтверждаюцие положительный эффект предлагаемого способа. Пример i, Определяют положение максимума спектра хемилюминесцен ции, возникающее при вза11модействии люминола с перекисью водорода в диме тил сул ьфо к сид е. Дпя этого в качестве фотоприемников берут две пары фотоумножителей, первая из которых состоит из фотоумножителей со спектральными характери тиками С12 и СЮ, перекрещивающимися в области 240-420 им, а вторая пара состоит из фотоумножителей со спектральными характеристиками С 12 и С перекрещивающимися в области длин волн 420-800 нм. Перед определением каждую пару фотоумножителей градуируют при помощи монохроматора и эталонных источНИКОВ света. Для пары фотоумножителе со спектральными характеристиками С 12, С 10 используют эталонный источник с длиной волны 290 нм, а для пары с характеристиками С 12, С t эталонный источник с длиной волны 560 нм. Данные градуировки отражают в виде графиков, построенных в координатах: соотношение сигналов фотоумножителей - длина волны максимума спектра. Для определения положения максиму ма спектра сначала на фотоумножители подают два эт,алонных световых потока с длинами волн 290 и 560 им. Изменяя чувствительность фотоумножителей путем изменения напряжения питания, по парно уравнивают их чувствительность В момент равенства сигналов чувствительность фиксируют. Затем прекращают подачу эталонных световых по токов и подают световой поток от исследуемого образца. 68 Измеряют сигналы фотоумножителей и определяют соотношение между сигнаналами в обеих парах фотоумножителей. Из полученного соотношения по градуировочной кривой определяют положение максимума спектра. Поскольку сигнал фотоумножителя с характеристикой С 10 равен нулю, то для определения положения максимума спектра используют соотношение сигналов от фотоумножителей со спектральными характеристиками С 12 и С 1 . Параллельно проводят определение известным способом (прототип). Данные сведены в таблицу. П р и м е р 2. Определяют положение максимума спектра хемилюминесценции, возникающие при взаимодействии люминола с перекисью водорода в диметилсульфоксиде., Для жтого в качестве фотоприемников берут две пары фотоумножителей со спектральными характеристиками С 12, С 10, и СК, С1. Обе пары фотоумножителей предварительно градуируют. Для определения положения максимума спектра сначала на фотоумножители подают два эталонных световых потока с длинами волн 290 и 560 нм. Изменяя чувствительность фотоумножителей, попарно уравнивают их чувствительность и в момент равенства сигналов чуствительность фиксируют. Затем прекращают подачу эталонных световых потоков и подают световой поток от исследуемого образца, которьй предварительно ослабляют при помощи нейтральных светофильтров в 150 раз. Изменяют сигналы фотоумножителей и определяют соотношение между сигналами в обеих парах фотоумножителей. Из полученного соотношения сигналов фотоумножителей с характеристиками G12 и С1 по градуировочной кривой определяют положение максимума спектра. Параллельно проводят определение известным способом (прототип). При этом световой поток от исследуемого образца тайкже ослабляют в 150 раз при помопщ нейтральных светофильтров. Данные сведены в таблицу. П р и м е р 3, Определяют положение максимума спектра хемилюминесценции тканей ягоды культурного винограда Vf tis VInifera L, Для этого берут две пары фотоумножителей со спектральными характеристиками С12, СЮ и С12, 01. Обе пары 9. 10 фотоумножителей предварительно градуируют. Для определения положения максимума спектра сначала на фотоумнйжители подают два эталонных световых потока с длинами волн 290 и 560 нм. Изменяя чувствительность фотоумножителей, попарно уравнивают их чувствительность, а в момент равенства сигналов чуствительность фиксируют. Затем прекращают подачу эталонных световых потоков и подают световой поток от исследуемого обраэца тканей ягода|. Измеряют сигналы фотоумножителей и определяют соотнсяпение меящу сигналами, Из полученного соотношения по градуировочнбй кривой фотоумножителей со спектральными характеристиками СЮ и С12 определяют положение максимума cnekTp a, Вторая пара фотоумножителей в определении не используется, так Kak сигнал от фотоумножителя с хара стеристикой С1 равен Оё

I

. 1 Предлагаемый способ Спектральная характеристик ка фотоумноС12 €10 С12 С1 жителейС1 Сигналы фотоприемников, 2010 О 860 36 мз 960 Соотношение 48-0,4 сигналов 0,48 Положение максимума спектра нм 495

477-502

i

Пример 3

Пример 2

не определяется

не определяется 6JO Параллельно проводят определение известным способом (прототип). Данные сведены в таблицу. Изобретение выгодно отличается от известных способов определения положения максимума спектра тем, что расширяет диапазон определения. Это достигается за счет исключения потерь светового потока, благодаря чему впервые открывается возможность определять положение максимума спектра предельно слабых световых потоков, так как известные способы не позволяют решать эту задачу. Как показали испытания, щ еАПОжешшй способ позво- ляег осуществлять определения для световых потоков с интенсивностью, превышающей лишь в 3-4 раза шума каждого из фотоприемников,. Применение способа на практике поз-: воляет повысить эффективность хемилкгминесценции исследований биологических о.бъектов, 12 СЮ С12 CJ С12 СЮ С12 9О 32 О 436 52 873 --0,06

h

Ллына волны

Фиг.2

СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПОЛОЖЕНИЯ МАКСИМУМА СПЕКТРА ХЕМИЛЮШНЕСЦЕНЦИИ, при котором на попарно сгруппированные фотоприемники подают исследуеммй световой поток и с)авнивают получеиИзобретение относится к области спектрофотометрии, преимущественно к способам измерения спектральных характеристик предельно слабых световых потоков, таких как, например, спонтанная хемилюминесценция биологических объектов. Известен способ Определения спектров слабых свечений с помощью набора светофильтров, при котором путем последовательной смены односторонних светофильтров спектры свечения определяют по разностям сигналов соседних измерений. Недостаток способа заключается в том, что световой поток пропускают через светофильтры, ослабляющие;его в 50-100 раз. Это Ие позволяет проводить исследования много 4ислеиных биологических объектов, имекицих преные сигналы, отличающий ся темр что, с целью расширения диапазона определения в область сверхслабых свечений, на фотоприемники, спектральные характеристики которых выбраны попарно перекрещивающимися, сначала подают эталонные монохроматические световые потоки и, изменяя чувствительность фотоприемниковJ попарно уравнивают их сигналы, а в момент равенства сигналов фиксируют чувствительность фотоприемкиков, после чего прекращают подачу эталонных световых потоков и подают исследуемый световой поток, и по соотношению полученных при этом сигналов определяют положение максимума спектра хемилю(Л минесценции. С дельно слабую интенсивность хемилюминесценции. Кроме того, нахождение положешш ОС максимума спектра по этому способу ю возможно после определения всего спектра, что обусловливает наряду .с получением избыточной информации его значительную трудоемкость. о: Наиболее близким по своей сущности является способ определения положения максимума спектра хемилюминесценции, при котором на попарно сгруппированные фотоприемники подают исследуемый световой поток и сравнивают полученные сигналы, а положение максимума спектра определяют по полярности зншсов разности сигналов с фотоприемшгков, полученных через светофильтры, пропускающие волны длии, расположенных по обе стороны от задан