Способ определения концентрации индикаторных флуоресцирующих веществ и погружной проточный флуориметр для его осуществления Советский патент 1988 года по МПК G01J3/42 G01N21/64 

С5 4

сд

Изобретение относится к спектрофото- метрии и может быть использовано, в частности в морском диффузионном эксперименте для измерения концентрации люминесцентных индикаторов в исследуемой среде с помощью погружных буксируемых датчиков-флуориметров.

Цель изобретения - повышение точности, упрощение и сокращение времени процесса измерения.

выходных электрических сигналов фотопреобразователей, систему 12 передачи и регистрации результата измерений.

Работа флуориметра заключается в следующем. Через оптическую ячейку 1 непрерывно прокачивается насосом 3 (либо под действием скоростного напора) исследуемая жидкость, которая содержит люмогенные примеси, обладающие свойством флуоресцировать под воздействием возбуждающего

На фиг. 1 изображена блок-схема погруж- 10 светового потока, или такие примеси вноного проточного флуориметра; на фиг. 2 - блок-схема устройства обработки электрических сигналов.

Предлагаемый способ измерения концентрации флуоресцирующего вещества основан на законе Бугера-Ламберта Бера для разбавленных растворов поглощающего вещества в непоглощающем растворителе

1 lo- (1)

где 1о, I - интенсивность плоской монохроматической световой волны на входе в слой поглощающего вещества и на выходе из него соответственно;

-толщина слоя вещества;

А-постоянная, зависящая от

свойств растворенного вещества

и частоты возбуждающего света;

С-концентрациярастворенного

флуоресцирующего вещества. При условии, что концентрация моле15

сятся в поток жидкости системой 2 подачи флуоресцентного реагента.

Световой поток, создаваемый источником 4 и сформированный оптической системой 5, воздействует через светофильтр 6 на анализируемую среду, находящуюся в оптической ячейке 1, и возбуждает флуоресцентное свечение, интенсивность которого зависит от концентрации люмогенной примеси. Это свечение через светофильтры 7 20 и 8 воздействует на фотопреобразователи 9 и 10, выходные электрические сигналы которых обрабатываются в соответствии с заданным алгоритмом устройством 11. Результаты обработки в виде электрического сигнала, связанного с измеряемой концентрацией пропорциональной зависимостью, регистрируется системой 12.

Устройство обработки (фиг. 2) содержит устройство 13 для деления знакопостоянных электрических сигналов, входы которого сое25

кул флуоресцирующего вещества не превы- зо выходами фотопреобразователей.

шает уровня, когда постоянная А и энергетический выход фотолюминисценции не зависят от концентрации растворенного вещества, для выходных напряжений фотопреобразователей получают

V, 1„. . С- а . пф.-ь(2)

35

а выход подключен к одному входу компаратора 14, другой вход которого соединен с выходом управляемого генератора 15 экспоненциальных импульсов, соединенного своим управляющим входом с выходом устройства 16 управления, вход которого соединен с выходом компаратора 14, а другой выход - со старт-входом измерителя 17 длительности импульса, стоп-вход которого соединен с выходом компаратора 14, измерительный вход соединен с выходом генератора 18 счет2 1о- Г С- а- ПФ..1.(3)

- коэффициент энергетического выхода растворенного вещества; коэффициент передачи фотопреобразователя;

толщина слоя вещества для первого и второго фотопреобразователей.

Отсюда )(4)

V,

(InVi -InVa

(5)

А. ()

Численное значение множителя A-(l2-и) определяется эмпирически по одному из поверочных растворов.

Флуориметр содержит проточную оптическую ячейку 1, систему 2 подачи в ячейку флуоресцентного реагента, прокачивающий

,с фотопреобразователей, сформированное устройством 13 для деления знакопостоянных величин, подается на первый вход компаратора 14. На другой его вход по команде устройства 16 управления подается затухающая экспонента, сформированная гене50 ратором 15 экспоненциальных импульсов, причем начальное значение экспоненты заведомо больше сигнала на первом входе компаратора 14. На выходе компаратора появляется импульс, длительность которого начинает измеряться блоком 17 по команде

насос 3, осветитель 4, оптическую систе- 55 устройства 16 управления путем считывания му 5 формирования параллельного свето-числа импульсов генератора 18.

Е момент равенства напряжений на обоих входах компаратора импульс на его выходе

вого пучка, светофильтры 6-8, фотопреобразователи 9 и 10, устройство 11 обработки

выходных электрических сигналов фотопреобразователей, систему 12 передачи и регистрации результата измерений.

Работа флуориметра заключается в следующем. Через оптическую ячейку 1 непрерывно прокачивается насосом 3 (либо под действием скоростного напора) исследуемая жидкость, которая содержит люмогенные примеси, обладающие свойством флуоресцировать под воздействием возбуждающего

светового потока, или такие примеси вносветового потока, или такие примеси вно

сятся в поток жидкости системой 2 подачи флуоресцентного реагента.

Световой поток, создаваемый источником 4 и сформированный оптической системой 5, воздействует через светофильтр 6 на анализируемую среду, находящуюся в оптической ячейке 1, и возбуждает флуоресцентное свечение, интенсивность которого зависит от концентрации люмогенной примеси. Это свечение через светофильтры 7 и 8 воздействует на фотопреобразователи 9 и 10, выходные электрические сигналы которых обрабатываются в соответствии с заданным алгоритмом устройством 11. Результаты обработки в виде электрического сигнала, связанного с измеряемой концентрацией пропорциональной зависимостью, регистрируется системой 12.

Устройство обработки (фиг. 2) содержит устройство 13 для деления знакопостоянных электрических сигналов, входы которого сое

выходами фотопреобразователей.

а выход подключен к одному входу компаратора 14, другой вход которого соединен с выходом управляемого генератора 15 экспоненциальных импульсов, соединенного своим управляющим входом с выходом устройства 16 управления, вход которого соединен с выходом компаратора 14, а другой выход - со старт-входом измерителя 17 длительности импульса, стоп-вход которого соединен с выходом компаратора 14, измерительный вход соединен с выходом генератора 18 счетных импульсов, а выход - с входом системы передачи и регистрации результата измерений флуориметра.

Устройство работает следующим образом. Частное от деления выходных сигналов

фотопреобразователей, сформированное устройством 13 для деления знакопостоянных величин, подается на первый вход компаратора 14. На другой его вход по команде устройства 16 управления подается затухающая экспонента, сформированная генератором 15 экспоненциальных импульсов, причем начальное значение экспоненты заведомо больше сигнала на первом входе компаратора 14. На выходе компаратора появляется импульс, длительность которого начинает измеряться блоком 17 по команде

устройства 16 управления путем считывания числа импульсов генератора 18.

исчезает, устройство управления дает команду на прекращение счета и на сброс остаточного напряжения на выходе генератора 15 Результат счета подается на вход системы передачи и регистрации флуориметра. Затем цикл измерения повторяется.

Предлагаемые способы определения концентрации индикаторных флуоресцирующих веществ и погружной проточный флуори- метр для его осуществления позволяют упростить процесс измерения и сократить его время при одновременном повышении точности и чувствительности анализа.

Упрощение процесса и сокращение времени измерения достигаются благодаря исключению сканирования светового луча, предусмотренного в способе-прототипе.

Повышение точности измерений обусловлено применением двух фотопреобразователей, стоящих последовательно по ходу возбуждающего светового потока. При этом исключается влияние таких возмущающих факторов, как нестабильность возбуждающего источника, загрязнение иллюминаторов, старение светофильтров и фотопреобразователей, нестабильность канала преобразования электрических сигналов. Кроме того, результат обработки выходных сигналов фотопреобразователей по предлагаемым алгоритмам связан с измеряемой концентрацией пропорциональной зависимостью.

Чувствительность измерения повыщается за счет снижения уровня помех, создаваемых посторонними примесями и действующих в равной степени на оба выходных сигнала фотопреобразователей.

Формула изобретения

1. Способ определения концентрации индикаторных флуоресцирующих веществ, заключающийся в пропускании через слой анализируемого раствора светового пучка, отличающийся тем, что, с целью повышения точности, упрощения и сокращения времени процесса измерения, по ходу параллельного

монохромагического светового пучка измеряют интенсивность флуоресцентного свечения в двух разнесенных точках и о концентрации растворенного вещества судят по разности логарифмов измеренных интен- сивностей.

2. Погружной проточный флуориметр для определения концентрации индикаторных флуоресцирующих веществ, содержащий

проточную оптическую ячейку, прокачивающий насос, систему подачи в ячейку флуоресцентного реагента, осветитель и первый фотопреобразователь со светофильтрами, систему передачи и регистрации результата из5 мерений, отличающийся тем, что, с целью повыщения точности измерений, в него дополнительно введены второй фотопреобразователь, идентичный первому, блок обработки выходных электрических сигналов фотопреобразователей и оптическая система фор0 мирования параллельного светового пучка от осветителя, ось которой направлена по оси проточной оптической ячейки, первый и второй фотопреобразователи установлены последовательно так, что их светочувствитель5 ные зоны перпендикулярны оси светового пучка, а блок обработки выходных сигналов фотопреобразователей выполнен в виде устройства для деления знакопостоянных электрических сигналов, входы которого соединены с выходами фотопреобразователей,

0 выход блока деления подключен к одному входу компаратора, другой вход которого соединен с выходом управляемого генератора экспоненциальных импульсов, соединенного управляющим входом с выходом устройства управления, вход которого соединен

5 с выходом компаратора, а другой выход - со старт-входом измерителя длительности импульса, стоп-вход которого соединен с выходом компаратора, измерительный вход соединен с выходом генератора счетных импульсов, а выход - с входом системы пере0

дачи и регистрации результата измерения флуориметра.

Изобретение относится к области спектрометрии. Целью является повышение точности, упрощение и сокращение времени процесса измерения. Через слой раствора флуоресцирующего вещества пропускают параллельный монохроматический световой пучок. Вдоль по ходу пучка устанавливают два идентичных фотопреобразователя, измеряющих интенсивность флуоресцентного свечения. Мерой концентрации растворенного вещества служит разность логарифмов измеренных интенсивностей. Во флуориметр дополнительно введены второй фотопреобразователь, блок обработки сигналов и оптическая сис- те.ма формирования светового пучка. Первый и второй фотопреобразователи установлены последовательно. 2 ил. SS . сл

Фиг.1

8

11

12

Фае. 2