Спектрофлуориметр Советский патент 1987 года по МПК G01J3/42 G01N21/64 

Изобретение относится к спектральному приборостроению и может быть использовано в приборах для люминес-v центного (флуоресцентного) спектрального анализа.

Целью изобретения является повышение стабильности эксплуатационных показателей спектрофлуориметра за счет уменьшения воздействия факторов , влияющих на спектрально-поляризационные характеристики счетчика квантов.

На фиг 1 показана зависимость относительного квантового выхода флуоресценции родамина В в матрице по- лиметилметакрилата (зависимость (l) и этиленгликоле (зависимость (-2) от температуры; на фиг.2 - принципиальная оптическая схема предлагаемого спектрофлуориметра; на фиг.З - разрез А-А на фиг.2(диск обтюратора с эталоном счетчика квантов),

Спектрофлуориметр содержит оптикрытия лопастью с эталоном оптическ оси тракта выделения длин волн возбуждающего излучения между дуговой g поверхностью эталона 14 и торцом св товода 15 получается минимальньш за зор,, Другой торец световода 15 укре лен вблизи приемной площадки детектора 11.

10 Спектрофлуориметр работает следу щим образом.

Излучение от источника 1 оптичес кой системой 2 проецируется на вход монохроматора 3, который выделяет у

1F кий спектральный интервал возбуждаю щего излучения. Фокусирующая систем

4направляет выделенное монохромато ром 3 возбуждающее излучение в каме

5на установленный в держателе 6 об 20 разец 7. Флуоресцентное излучение с

образца 7 посредством проекционной системы 8 поступает в монохроматор Выделенный монохроматором 9 узкий спе тральный интервал флуоресцентного

чески связанные источник 1 излучения, 25 излучения фокусирующей системой 10 тракт выделения длин волн возбуждающего излучения 2-4, измерительную камеру 5, держатель 6 образца 7, тракт выделения длин волн флуоресцентного излучения 8-11, регистрирующую систему 12, обтюратор 13, эталон счетчика 14 квантов, световод 15 о

30

отображается на приемной площадке детектора 11„

В момент перекрытия тракта вьщел ния длин волн возбуждающего излучения лопастью с эталоном 14, последний поглощает возбуждающее излучени и, соответственно, излучает флуорес ценцию, интенсивность которой с дуго вой поверхности эталона 14 посредст

Тракт выделения длин волн возбуждающего излучения включает в себя оптически связанные проекционную систему 2, монохроматор 3, фокусирующую систему 4. Тракт вьщеления длин волн флуоресцентного Излучения включает в себя оптически связанные проекционную систему 8, монохроматор 9, фокусирующую систему 10, детектор 11.

В измерительной камере 5 непосредственно, перед установленным в держателе 6 образцом 7 расположен дисковой обтюратор 13 (кинематический привод на чертеже не показан) с двумя секторными лопастями. На одной лопасти укреплен эталон 14 счетчика квантов из активированного родамином В поли- метилметакрилата в виде сектора. Другая лопасть используется при замере темнового тока.Диск обтюратора 13 вместе с эталоном 14 счетчика квантов находится в неподвижном кожухе (не показан), к последнему жестко присоединен своим торцом световод 15 таким образом, что в момент перекрытия лопастью с эталоном оптической оси тракта выделения длин волн возбуждающего излучения между дуговой поверхностью эталона 14 и торцом световода 15 получается минимальньш зазор,, Другой торец световода 15 укреплен вблизи приемной площадки детектора 11.

Спектрофлуориметр работает следующим образом.

Излучение от источника 1 оптической системой 2 проецируется на вход монохроматора 3, который выделяет узкий спектральный интервал возбуждающего излучения. Фокусирующая система

4направляет выделенное монохромато- ром 3 возбуждающее излучение в камеру

5на установленный в держателе 6 об- разец 7. Флуоресцентное излучение с

образца 7 посредством проекционной системы 8 поступает в монохроматор 9. Выделенный монохроматором 9 узкий спектральный интервал флуоресцентного

излучения фокусирующей системой 10

излучения фокусирующей системой 10

отображается на приемной площадке детектора 11„

В момент перекрытия тракта вьщеления длин волн возбуждающего излучения лопастью с эталоном 14, последний поглощает возбуждающее излучение и, соответственно, излучает флуорес-г- ценцию, интенсивность которой с дуговой поверхности эталона 14 посредством световода 15 переносится на при- емную площадку детектора 11.

Таким образом, возбуждающее излучение попеременно попадает на образец 7.и на эталон 14 счетчика квантов, флуоресцентное излучение с образца.7 и с эталона 14 счетчика квантов попеременно регистрируется детек- topoM 1 и обрабатывается регистрирующей системой 12. Обработка двух

сигналов для коррекции числа квантов возбуждающего излучения, попадающих на образец, осуществляется таким же образом, как в известных спектро флуо- риметрах.

I

Использование твердой полимерной

матрицы, активированной флуоресцентным стандартом, в качестве эталона счетчика квантов.

Для твердЬгх полимеров существенно ниже температурные эффекты. Были проведены исследования температурной зависимости относительного квантового выхода флуоресценции для твердой

матрицы из полиметилметакрилата, активированного родамином В и для жидкого раствора родамина В в этилен- гликоле. Как следует из графика, приведенного на фиг.1, изменение температуры только на приведет к изменению величины опорного сигнала спектрофлуориметра для твердого эталона примерно на 0,5%, а для жидкого на 1,2-1,3%, Поэтому достижение высокой стабильности эксплуатационных показателей спектрофлуориметра,использующих жидкий эталон, возможно только ценой конструктивных усложне- НИИ, связанных с термостабилизацией эталона.

Таким образом, применение твердого эталона обеспечивает более высоку стабильность работы счетчика кван-- тов из-за меньшего влияния температурного фактора.

Следует отметить и другие особенности твердых эталонов.

В полимере молекулы красителя жестко закреплены, что существенно уменьшает влияние диффузионных процессов на люминесцентные характеристики эталона и делает его-параметры работы более стабильным. Твердые эталоны имеют медленньш период эксплуатации, так как не происходит изменение объема растворителя и диффузии проникающего кислорода, а процессы окисления крайне малы. Они обладают высокой химической стойкостью и устойчивостью к воздействию ионизирующих излучений.

Резкое уменьшение свободного объема при переходе от раствора красителя в мономере к полимерному раствору затрудняет конформационные превращения молекул красителя, что обычно приводит к уменьшению вероятности безызлучательных процессов и стабилизирует люминесцентные характеристики эталона.

Кроме того, твердые полимеры, в том числе полиметакрилат, могут быть достаточно легко обработаны -обычными для оптической технологии методами,

П р и м е РО СпЕктрофлуориметр с эталоном счетчика квантов изготовлен из активированного родамином В поли- метилметакрилата. Эталон представляет собой сектор, установленный на секторную лопасть дискового обтюратора, и имеет следующие параметры:

угол сектора 75 , радиус 24 мм; толщина 3 мм; концентрация родамина В 3,5-4 мг/мЛо Обтюратор расположен в измерительной камере перед измеряемым образцом таким образом, что оптическая ось тракта выделения длин волн возбуждающего излучения перпендикулярна как плоскости обтюраторной лопасти, так и плоскости эталона, и пересекает эталон на расстоянии 7 мм от его дуговой поверхности. Та-- КИМ образом, съем излучения флуоресценции осуществляется под углом 90 , а излучение флуоресценции проходит по эталону путь 4-10 мм прежде,- чем попасть на торец световода.

Выбор таких параметров обуслов- -лен тем, что, оптическая плотность эталона в диапазоне 250-600 им составляет 3,0-11,0, чем обеспечивается на крыпьях полосы поглощения этат лона поглощение не менее 90% падающего возбуждающего излучения..

Эффект реабсорбции флуоресцентного излучения самими молекулами родамина В на таком оптическом пути внут- ри эталона является полным, чем обес-

печивается независимость контура полосы флуоресценции и ее относительной интенсивности от длины волны возбуждающего излучения о

При таком расположении оптической

оси тракта возбуждающего излучения к плоскости эталона устраняются ошибки измерений, обусловленные изменением коэффициента лропускания на поверхности эталона с изменением поляризации возбуждающего излучения.

Таким образом, применение предлагаемого спектрофлуориметра позволяет полностью исключить влияние на спектрально-поляризационные характеристики счетчика квантов факторов , присущих устройствам для направления возбуждающего излучения на эталон,- кроме того, позволяет использовать два и более эталона с различными характеристиками, которые могут быть установлены на многолопастных обтюраторах (модуляторах) и этим расши-; рить Спектральный диапазон возбуждающего излучения. При этом можно разместить эталон (эталоны) непосредственно в одной измерительной камере с образцом и этим упростить конструкцию спектрального прибора.

s

Формула изобретения

1.Спектрофлуориметр, содержащий оптически связанные источник излучения, тракт выделения длин волн возбуждающего излучения, измерительную камеру с держателем образца, тракт выделения длин волн флуоресце1 тного излучения, с детектором, регистрирующую систему, расположенные последовательно, а также оптический модулятор и эталон счетчика квантов, выполненный на осйове флуоресцентного стандарта, причем эталон счетчика квантов оптически связан с трактом выделения длин волн возбуждающего излучения .;с помощью оптического модулятора, а через световод - с регистрирующей системой,-при этом модулятор выполнен с возможностью попеременного направления возбуждающего излучения на эталон счетчика кван тов и в измерительн то камеру-, о т - лич. ающийся тем, что, с: целью повышения стабильности измеряемых характеристик, оптический моду629 86

лятор вьшолнен в виде обтюратора, часть которого является экранирующей, .и установлен в измерительной камере, а эталон счетчика квантов выполнен в виде твердой полимерной матрицы и установлен на экранирующей части обтюратора, при этом-по крайней мере одна точка на эталоне счетчика кван1Q тов оптически связана с приемной

площадкой детектора тракта вьщеления длин волн флуоресцентного излучения, 2. Спектрофлуориметр по п.1, о т- личающийся тем, что обтю-

15 ратор выполнен дисковым,-а полимерная матрица счетчика квантов изготовлена из полиметилметакрилата,- активирована родамином В, вьтолнена в виде лопасти дискового обтюратора и

20 совмещена с ней, при этом толщина полимерной матрицы по оптической оси тракта вщделения длин волн возбуждающего излучения и концентрация в ней родамина В выбраны из условия полу25 чения оптической плотности не менее 3,0 в спектральном диапазоне длин волн возбз ждающего излучения.

I

I

«;

Чл

Vj

i-3o°c f-fO c

Фае./

.«

4

.7

фиг, 2

Фиг.З

15 I ll

Редактор Ю.Середа

Составитель Б.Широков Техред М.Дидык

Заказ 6356/27Тираж 776Подписное

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

Корректор А.Тяско