Устройство для анализа растворов Советский патент 1987 года по МПК G01N21/25 

11

Изобретение относится к аналитической химии и может быть использовано для оперативного контроля малых концентраций растворов.

Целью изобретения является повышение точности измерений.

На фиг,1 представлена структурная схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 - диск модулятора; на фиг, 3 временные диаграммы.

Устройство содержит источник 1 светового потока, оптическую систему 2, модулятор 3, кювету 4 с раствором, фотоприемник 5, светодиод 6, фотодиод 7, полосовой фильтр 8, ограничитель 9р фазовый детектор 10, регистрирующее устройство 11, формирователь 12,

Модулятор имеет два ряда отверс тий (на фиг.2 ряд имеет четыре шага) в пределах шага один ряд разбит на три равные части, при этом первая часть выполнена в виде отверстия со светофильтром 13, соответствующим длине волны недисперсного поглощения а третья - со светофильтром 14, соответствующим длине волны поглощения растворенного материала, второй ряд имеет одно отверстие 15 на щаге.

На фиг. 3 представлены временные диаграммы на входе фотодиода 6 (через отверстие 15) и на входе фотоприемника 7, где 1( - световой поток, прошедший светофильтр 13; 1 - световой поток, прошедший светофильтр 14; 1 - приведенный к входу темно- вой поток, учитывающий темновой фо тоток, засветку, дрейф усилителя и другие факторы; cf - угол поворота диска.

Устройство работает следуюштим образом.

Световой поток от источника 1 формируется оптической системой 2 и через модулятор 3 направляется на кювету 4 с растворенным (тетраэтилсви- нец в бензине) веществом, с выхода которой он поступает на вход фотоприемника 5. Таким образом, амплитуда сигнала на выходе фотоприемника 5 пропорциональна поглощению светового потока в растворе и, следовательно, его концентрации,

Однако сигнал на выходе фотоприемника. 5 зависит также от неконтро- лируемых параметров измерительной системы, что существенно снижает точность измерений.

24532

Для устранения указанного недостатка отверстия в диске.модулятора 3 выполнены группами с заданным шагом, в пределах которого ряд, преры- 5 вающий измерительный световой поток, разбит на три равные части, при этом первая часть вьтолнена в виде отверстия со светофильтром 13, соответствующим длине волны

5

недисперсного поглощения, а третья - со светофильтром 14, соответствующим длине волны А, 422 нм поглощения свинца Вторая часть на каждом шаге диска в этом ряду не содержит

отверстия.

Таким образом, световой поток на

фотоприемника 5 имеет вид ступенчатой периодической функции 16, три ступени которой соответствуют

поглощению растворенного вещества, недисперсному поглощению растворителя и темновому потоку с учетом приведенного к входу темнового фототока и дрейфа усилителя фотоприемни5

ка.

В соответствии с этим можно определить указанные потоки следующим образом:

I, К( тх + 1„) + 1о; Ij 0;

1э KI, -f I,,

где К - коэффициент, учитьшающий воздействие мультипликативньпс факторов (медленные флуктуации светового потока источника 1, отражение потока от кюветы 4, изменение крутизны фотоприемника и др);

jl - коэфг ициент пропорциональности между концентрацией раствора и поглощением;

IK - световой поток в области недисперсного поглощения ( Д,) ; IG приведенный темновой поток с учетом темнового фактора и дрейфа нуля усилителя фотопрИемника,

Сигнал с выхода фотоприемника 5, пропорциональный световому потоку на его входе, поступает на полосовой фильтр 8, выделяющий первую гармонику сигнала, частота которой равна произведению количества оборотов дис- ка в единицу времени на количество агов отверстий в нем. Амплитуду и фазу первой гармоники можно опредеить, применяя разложение в ряд Фурье непосредственно к диаграмме 16.

313124

Для 4изы вычисления дают следующий результят

(j) arctg -|з

I, - I,

I, + Ь - 21,

который для случая малых концентраций (I, I}) приводится к виду

(л

.

Ь - Т-г

Подставляя сюда значения потоков, получим

( --- X,

н

т.е. фаза первой гармоники пропорциональна концентрации раствора и не зависит от мешающих воздействий,

С выхода полосового фильтра 8 сигнал в виде синусоидального напряже- ния проходит ограничитель 9 для устранения влияния a fflлитyды на результат измерения и поступает па фазовый детектор 10.

На другой вход фазового детектора 10 поступает опорный сигнал, который формируется следующим образом,

Светодиод 6 формирует световой поток синхронизации с диска модулятора 3, который прерывается отверстия- ми 15 второго ряда и поступает на фотодиод 7, Отверстие 15 равно половине шага, поэтому скважность импульса на выходе фотодиода равна двум, а частота равна произведению коли- чества оборотов диска модулятора на число шагов отверстий в нем, С выхода фотодиода 7 сигнал поступает на формирователь 12, который формирует двухполярные импульсы с нулевой фа- ЗОЙ, которая обеспечивается расположением отверстия 15 в начале шага.

С вьпсода фазового детектора 10 сигнал, пропорциональный концентра- ции раствора, поступает на регист

0

5

0

0 5 0

5

534

рирующее устройство 11 для преобразования в вид, удобный получате.1по,

Вькодной сигнал не з ависит от неконтролируемых в процессе измерений факторов: медленных фпуктуаг иш светового потока излучателя I, неточности ус тановки кюветы 4, изменения крутизны фотоприемника 5 в, процессе старения, непостоянства темнового тока и дрейфа нуля усилителя, посторонней засветки и др. Это позволяет увеличить точность измерения в 3 - 5 раз.

Формула изобретения

Устройство для анализа растворов, содержащее расположенные последовательно по ходу лучей источник светового потока, оптическую систему, модулятор, вьтолненный в виде диска с двумя светофильтрами, и фотоприемник, а также ограничитель и регистрирующее устройство, отлич ающе е- с я тем, что, с целью повышения точности измерений, в него введены полосовой фильтр, светодиод и последовательно соединенные фотодиод, формирователь и фазовый детектор, выход которого подключен к входу регистрирующего устройства, при этом выход фотоприемника подключен к входу полосового фильтра, выход которого через ограничитель - подключен к другому входу фазового детектора, а диск модулятора имеет два ряда отверстий, выполненных группами с заданным шагом, в пределах которого один ряд на три равные части, причем первая часть выполнена в виде отверстия с первым светофильтром, а третья - с вторьм светофильтром, второй ряд имеет одно отверстие в пределах тага, через кото- pde светодиод оптически связан с фотодиодом.

Фиг. }

Изобретение относится к аналитической химии и может использоваться для оперативного контроля малых концентраций растворов. Цель изобретения - увеличение точности измерений. Устройство содержит последовательно расположенные источник светового потока, оптическую систему, модулятор, кювету с раствором, фотоприемник, регистрирующее устройство, светодиод и фотодиод, причем модулятор выполнен в виде диска с двумя рядами отверстий, а отверстия в диске выполнены группами с заданным шагом, в пределах шага один ряд разбит на три равные части, при этом первая часть выполнена в виде отверстия со светофильтром, соответствующим длине волны недисперсного поглощения, а третья - со светофильтром, соответствующим длине волны поглощения растворенного вещества, второй ряд имеет одно отверстие на шаге, кроме того,- введены полосовой фильтр, ограничитель, фазовый детектор и формирователь. 3 ил. i СЛ С

15

Ш

Фиг. 2

1€

fl2

гп

Редактор Г.Волкова

Составитель Ю.Гринева Техред А.Кравчук

Заказ 1965/41 Тираж 777Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб,, д.4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г.Ужгород, ул.Проектная, 4

3Jf/2

Ti

Фиг.3

Корректор И.Эрдейи