Устройство для определения концентрации многокомпонентных растворов Советский патент 1984 года по МПК G01N21/59 

Изобретение относится к аналитическому приборостроению, в частности к устройствам для одновременного определения концентрации двух веществ с перекрывающимися спектрами поглощения в многокомпонентных технологических растворах, и может быт использовано в химической и медицинской отраслях промьшшенности. Известно устройство для определе ния концентрации многокомпонентных растворов, содержащее излучатель, модулятор, фотоприемник, логарифмический усилитель, усилитель и аттенюатор С 3. Недостатком этого устройства является невозможность определения концентрации многокомпонентных раст воров с перекрывающиьшся спектрами поглощения, вследствие отсутствия двух каналов измерения. Наиболее близким по технической сущности к изобретению является уст ройство для определения концентрации многокомпонентных растворов, со держащ.ее источник света и расположенные последовательно по ходу излу чения измерительную кювету, диспергирующий элемент, модулятор и два фотоприемника, из которых по ключей к измерительному каналу, вкл чающему усилитель, логарифмический усилитель, а один из изме1ттельных каналов - вычитающее устройство Czj Недостатками известного устройст ва являются большая относительная погрешность измерения (35-40%} концентрации многокомпонентных растворов и низкая чувствительность измерения концентрации многокомпонентны растворов.. Указанные недостатки обусловлены тем, что примесями вносится большая погрешность при измерении оптической плотности определяемого вещества. Целью изобретения является повышение точности измерения концентрации растворов, содержашэпс компонент с перекрывающимися спектрами погло цения. Указанная цель достигается тем, что в устройстве для определения концентрации многокомпонентных раст воров, содержащем источник света и расположенные последовательно по хо ду излучения измерительную кювету, диспергирующий элемент, модулятор и два фотоприемника, каждый из которых подключен к измерительному каналу, включгшщему усилитель, логарифмический усилитель, а один из изме- рительных каналов включает вычитающее устройство, модулятор выполнен в виде последовательно расположенных обтюратора и четырехщелевой диафрагмы, в устройство дополнительно введеи аттенюатор, подключенный между измерительными каналами с коэффициентом передачи, соответствующим соотношению максимумов сиг1}алов на входе вычитающего устройства 0,05- 0,2. Кроме того, аттенюатор может быть выполнен в виде двух последовательно соединенных резисторов, один из которых подетроечный и подключен параллельно выходу логарифмического усилителя одного из каналов измерения. На чертеже показана схема устройства. Устройство для определения концентрации многокомпонентных растворов состоит из оптической части, содержащей источник 1 света, входную щель 2, измерительную кювету 3, коллиматорный объектив 4, диспергирующий элемент 5, камерный объектив .6, обтюратор 7, четырехщелевую диафрагму 8, линзы 9, фотоприемники 10 и два измерительных канала П и 12, каждый из которых содержит истоковый повторитель 13, логарифмический усилитель .14, усилитель 15, усилитель 16 мощности, выпрямитель 17, регистрирующий прибор 18. В одном из каналов имеется вычитающее устройство 19, Между собой каналы измерения связаны с помощью аттенюатора 20. Устройство работает следующим образом. Световой поток от источника света I ч«рез входную щель 2 попадает на измерительную кювету 3, формируется в параллельный пучок коллиматорным объективом 4 и посылается на диспергирующий элемент 5. Далее излучение попадает на сферическое зеркало камерного объектива 6, которое фокусирует излучение на четырехщелевую диафрагму 8. Обтюратор 7 попарно пропускает световой поток опоеяеленных длин волн в каналы измерения П и 12, где излучение, пройдя фокусирующие линзы 9, попадает на фотоприемники 10, на которых происходит преобразование светового сигнала в элект{)ический сигнал, который через истоковые повторители 13 поступает на логарифмические уси лители 14, предназначенные для получения линейной зависимости выходного сигнала от концентрации раст.вора. С логарифмических усилителей двух каналов измерения сигналы поступают на вычитающее устройство 19, причем с одного из логарифмических усилителей сигнал поступает не толь ко на вычитающее устройство через аттенюатор 20 с большим входным сопротивлением, но и на усилитель 15. На такой же усилитель 15 поступает сигнал и с вычитающего устройства 19 в первом канале измерения, С усилительных каскадов сигналы поступают ьа двухтактные усилители мощности, предназначенные для согла сования выходного сопротивления уси лительных каскадов 15с входным сопротивлением выпрямителей 17, предназначенных для получения стандартных токовых сигналов, равных 0-5 МА Стандартные токовые сигналы поступают на регистрирующие приборы 18, Благодаря применению метода дифференциального измерения концентрации каждого из определяемых веществ на двух длинах волн достигается минимальная погрешность измерения кон центрации этих веществ в технологическом растворе. Формулу ощибок фотометрических измерений по методу отнощенйя пропусканий на разных длинах волн можно получить дифференцированием выражения отношения пропусканий « и - « опЙ-еоп) (4-4) где ,, и С„ - концентрации опреде ляемого вещества и Л. Я, примеси; .N Л2 оя ,пр - коэффициенты молярной экстинции определяемого продукта и примеси на длинах волн 2 V - длина оптического пути через анализир емый раствор, Приравняв первую производную это го выражения к нулю, получаем, что для повышения точности определения концентрации мешающей примеси необходимо выполнение условия ,1 /. ДЕ Р .р2-51 . (2) ОП СП ОП eCjj где концентрация определяемого продукта. . Следовательно, формула определения концентрации примеси принимает вид, .. по-КпоЛАп пр Пр где Kji - коэффициент пропорциональности, зависящий от разности экстинкций на длинах волн Л и Л ; Kgj, - коэффициент пропорциональности, зависящий от разности экстинкций определяемого вещества на длинах волн Л И-Лз; д |А -4 разность оптических плотностей раствора на длинах воли Л и 2 Таким образом, чтобы уменьшить погрешность измерения концентрации примеси, необходимо руководствоваться следующими условиями при выборе . длин волн для спектрофотометри:еского анализа раствора . ОДЭ4 on on е С on Для определения концентрации определяемого вещества выбираем ЛИНЫ волн Д., и J таким образом, чтобы выполнялись 1следукмцие условия Е - Е Концентрация определяемого веества определяется по формуле () t г разность оптических плот ностей раствора на длинах волн (п и .4 « Для реализации формул ( 3 ) и(6| необходимо произвести три операции ычитания, две из них реализуются с помощью модулятора светового потока, состоящего из обтюратора и четырехцелёвой диафрагмы на двух фотоприемниках.

Третья операция вычитания выполняется с помощыо вычитающего устройства, причем сигнал с одного канала измерения поступает на устройство через аттенюатор, соединяющий каналы измерения между собой с.коэффициентом передачи, обеспечивающим соотношение максимальных сигналов на входе вычитающего устройства

0,2-0,05,

При коэффициенте передачи больше 0,2 погрешность измерения определяемого продукта увеличивается за сче погрешности вносимой примесью, а при коэффициенте менее 0,05 - за счет увеличения погрешности спектрофотометрического метода измерения.

Для обеспечения меньшей погрешности измерения при обработке электрического сигнала, пропорционального концентрации веществ, аттенюатор подключен параллельно выходу логарифмического усилителя одного из двух каналов измерения.

Выполнение аттенюаторов в виде двух последовательно соединенных , резисторов, один из которых подстроечный, позволяет легко регулировать коэффициент его передачи.

Использование изобретения позволяет снизить относительную погрешность при измерении концентрации

примеси с 50 до 15% с одновременным увеличением чувствительности и снизить относительную погрешность при измерении концентрации выделяемого продукта с 30 до 7%.

1.УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДдаШНИЯ КОНЦЕНТРАЦИИ МНОГОКОМПОНЕНТЙК РАСТВОРОВ, содержащее источник света и расположенные последовательно по ходу излучения измерительную кювету, диспергир5тощий элемент, модулятор и два фотоприемника, каждый из которых подключен к измерительному каналу, включающему усилитель, логарифмический усилитель, а один .из измерительных каналов включает вычи-, тающее устройство, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью- повьвиения точности измерения концентрации растворов, содержащих компоненты с перекрывающимися спектрами поглощения, модулятор выполнен в виде последовательно расположенных обтюратора и четырехщелевой диафраг№ 1, в устройство дополнительно введен аттенюатор, подключенный между измерительнь ш каналами с козффициентомпередачиj соответствукяцим соотноше ним максимумов сигналов на входе вычитающего устройства 0,05-0,2. 2. Устройство по П.1, о т л ичающееся тем, что аттенюатор выполнен в виде двух последовательно соединенных резисторов, / один из которых подстроечный и подключен параллельно выходу логарифмического усилителя одного из измерив тельных каналов.