Фотометрическая кювета Советский патент 1990 года по МПК G01N21/05 G01N21/07 

. изобретение относится к области оптихеского приборостроения, а именно к технике измерения оптических и спектральных параметров жидкостей и растворов, с возможностью варьирова- - ния их оптической плотностью, и может быть использовано в биологии, медицине, пищевой промышленности, для проведения спектрально-оптических измерений слабоконцентрированных раствэров при их неизменном объеме.

а также в научных исследованиях концентрированных эффектов в различных молекулярных системах.

Цель изобретения - расширение класса исследуемых веществ и повьше- ние точности измерений.

На фиг. 1 показана кювета, общий вид; на фиг. 2 и 3 - то же, вид сверху и сбоку С9ответственно.

Кювета состоит из боковых стенок 1-4 -в виде прямоугольных плоскопараллельных оптических окон и нижней стенки 5, образующих рабочую полость 6 кюветы. По всей высоте рабочей полости 6 вдоль ее ребер имеются выступы 7 с прорезями в виде цилиндричес- ких продольных отверстий 8, в которых размещены вставки 9. Верхние концы вставок выведены наружу и жестко соединены с вертикальным штоком 10 посредством соединительных элементов 11. Нижние концы вставок жестко соединены между собой стержнями 12, на которых крепится токопроводящая сетка- нагреватель 13, выполненная из изо- г лированных проводов. Внутренняя кон- струкция из вставок 9, штока 10, стержней 12 и сетки-нагревателя 13 выполнена с возможностью перемещения по высоте кюветы и фиксирования с 2П помощью фиксатора 14. Вертикальньй штОк 10 имеет осевое сквозное отверстие 15, в котором установлен с возможностью вращения вокруг оси вал 16, присоединенный к мешалке 17, распо- 25 ложенной в рабочей полости кюветы 6 над сеткой-нагревателем 13. Вал 16 с мешалкой 17 установлен с возможностью перемещения по высоте кюветы и фиксирования с помощью фиксатора 18. В нижнюю стенку 5 кюветы вмонтирован змеевик 19 для подачи хладагента. Токопроводящая сетка-нагреватель 13 из изолированных проводов сообщается с источником тока посредством проводников 20, вьшеденных наружу кюветы по вставкам 9. Контроль положения сетки-нагревателя 13 относительно нижней стенки 5 кюветы возможен с помощью вертикальной шкалы 21.

Кювета работает следующим образом.

Сетку-нагреватель 13 опускают с помощью штока 10 в самое нижнее положение. Рабочую полость 6 кюветы заполняют исследуемым раствором, фо- .с тометрируют его. Если оптическая плот- ность раствора мала и недостаточна ля проведения точных оптико-спектральных измерений, сетку-нагреватель 13 штоком 10 поднимают вверх до такого уровня, чтобы число, в которое требуется увеличить оптическую плотость испытуемого раствора, было авно частному от деления высоты ровня раствора над дном кюветы н.а асстояние от поверхности раствора о сетки-нагревателя 13, пользуясь ри этом шкалой 21. Положение .сетки- агревателя 13, удовлетворяющее э то35

50

-г 2П25

.с

35

0

му условию, фиксируется при помощи фиксатора 14. После этого мешалку 17 устанавливают под поверхностью исследуемого раствора и это ее положение фиксируют с помощью фиксатора 18. Затем через змеевик 19 непрерывно прокачивают жидкий хладагент (охлажден-, ную до температуры ниже точки замерзания раствора водно-глицериновую или этанольную смесь) или продувают парами жидкого азота, а также включают нагрев сетки 13 и приводят во вращение мешалку 17. В результате охлаждения раствора .у нижней стенки 5 кюветы растворитель замерзает. При этом фронт его кристаллизации распространяется вверх к сетке-нагревателю 13 со скоростью, задаваемой температурой змеевика 19 и температурой сетки-нагревателя 13. В результате этого молекулы растворенного вещества выталкиваются из льда наружу в жидкий раствор, повьшгая его концентрацию, а следовательно, и его оптическую плотность. Фронт кристаллизации растворителя доходит до при-. сеточных теплых слоев раствора и останавливается при наличии теплового равновесия кристаллической и над- кристаллической жидкой фаз, обеспечивая таким образом необходимую концентрацию и требуемую для точных измерений оптическую плотность. Мешалка 17, приводимая во вращение внешним двигателем, .обеспечивает равномерное распределение растворенного вещества в исследуемом растворе. Оптические измерения проводят, пропуская измерительный световой пучок над сеткой-нагревателем 13. Для исследования свойств оптической анизотропии устоявшихся растворов также приводят мешалку 17 во вращательное и поступательное по высоте кюветы движение.

Пример 1. Корпус кюветы, включающий четыре боковые 1-4 и нижнюю 5 стенки, а также выступы 7, фрезеровали из блочного полиметилметакри- лата и полировали.Вставки 9,шток 10, соединительные элементы 11, вал 16, мешалку 17, фиксаторы 14 и 18, стержни 12 вытачивали и фрезеровали из фторопласта. Сетку-нагреватель 13 изготавливали из изолированной нихро- мовой проволоки. Змеевик 19 выполняли из медной трубки.

П р и м е р 2. Реберный каркас с , выступами 7 и нижнюю стенку 5 кюветы

пло

пла:шеного

17,

изг

гре атель

ной

19

соке и

фрезеровали из оргстекла. Отдельно изготавливали четыре прямоугольных копараллельных оптических окна из

.ого кварца и вклеивали их со cToi)OHbi рабочей полости 6 кюветы в

ас. Вставки 9, соединительные эле- мeнtы 11, шток 10, вал 16, мешалку фиксаторы 14 и 18 и стержни 12 тавливали из капролона. Сетку-на- 13 выполняли из тонкой мед- изолированной проволоки. Змеевик 1ЫПОЛНЯЛИ из медной трубки. р и м е р 3. Исследовали препа- гецарина на предмет выяснения выстабильности его водного раст- при длительном хранении (срок

4 года). Отечественный раст- воре|нный в воде препарат хранится

2 лет. Количество гепаринового

было ограничено. Готовили раствор гепарина объемом 4 мл фотометрическую кювету с полостью объемом 1x1x4,5 см. гр маловьфазителен и точное соот- 1ие полос поглощения, точное поло- 5 этих полос в спектре, необхо- для тестирования и характерис- нативности препарата, опреде- невозможно. Быстрое выпаривание

из раствора для его кон- цен тарирования (как минимум в 7 раз) не удается. Более того, силы|1ый нагрев гепарина в водном

(оре приводит к его деструкции. му для увеличения оптической юсти раствора гепарина и повыточности измерений его оптико- ральных характеристик сетку-на- тель устанавливали в положение, котором расстояние от нее до пораствора было приблизитель- 7 раз меньше расстояния от пораствора до дна кюветы.. Че- з еевик прокачивали хладагент этанол), предварительно охгепаратором холода до тем- -15 С. На сетку-нагреватель подав|али электрический ток, обеспеее температуру +35°С. Раст- гремешивался мешалкой. Спустя зона кристаллизации воды дохо- ,10 сетки-нагревателя. В резуль- )того концентрация гепарина в i надледовой фазе повышалась и, увеличивалась оптиг плотность раствора. Сопостав-. двух полученных спектров пока- , что полученная с использорат

СОК(

ворс

хранения

ворен

около

порошка

водный

и заполняли

рабо чей

Спек

ноше

жени

ДИМО(

тики

лить

растворителя

цент:)ирован1

реализовать

силы

раст

Ио.зтс

ПЛОТ1

шенш

спекп

грев с

при

верх1 ости

но в

верхн|ости

рез

(вода

лажде дный

чивающий вор п 0,5 ч ила тате идко:

соответственно, еска енив ьшае

160

д

40

50

55

з

-

15

20

6085046

ванием известной кюветы величина оптической плотности -раствора при дли- не волны 338 нм равна 0,08+0,008, т.е. определяется с погрешностью 10%. Погрешность определения положения максимумов полос в этом случае составляет величину ± 4 нм. На спектре, полученном с использованием дан- ,Q ной кюветы, величина оптической плот- .ности раствора гепарина при длине волны 338 нм равна 0,485 ± 0,002, т.е. определяется с погрешностью 4,5%. Погрешность определения положения мак- полос в этом случае составляет величину 1,5 нм. Таким образом, точность определения величины оптической плотности раствора гепарина при помощи предлагаемой фотометрической кюветы возрастает более, чем в два раза. Возрастает также точность определения положения максимумов полос поглощения.

Кроме этого, с помощью данной кюветы можно производить плавное изменение оптической плотности раствора гепарина от начальной величины 0,08 ед. до величины 0,545 ед., что невозможно осуществить с помощью из- 30 вестной кюветы. Это свидетельствует о большей эффективности данной фото-метрической кюветы для проведения оптико-спектральных измерений.

Приме р 4. Исследовали анто- циановый краситель, полученный из кожицы сливы путем его экстрагирования водой с последующим разделением и очисткой на сефадексной хрома- .. тографической колонке. Вторая хрома- то графическая зона содержала малое количество антоциана. При этом объем водного растворителя для элюирования красителя с колонки был велик. Исследуемым раствором объемом 180 мл за- д полняли фотометрическую кювету .,-. -)

25

35

40

50

5

- ч,.-

мером 10x2x10 см . Такой спектр поглощения маловыразителен и не может быть использован в качестве тестового спектра для характеристики красителя второй зоны (этот краситель имеет особую ценность в связи с его бактерицидным действием). Для повышения точности оптико-спектральных измерений путем увеличения концентрации и оптической плотности раствора сетку-нагреватель устанавливали в положение, при котором расстояние от нее до поверхности раствора было в 10 раз меньше расстояния от поверхности раствора до дна кюветы. Через змеевик прокачивали водно-этанольный хладагент, охлажденный до -ZO C. Сет ку-нагреватель нагревали током до , включали мешалку. Спустя 0,6 ч концентрация раствора возрастает, что дает возможность корректной запи си спектра поглощения. Сопоставление двух спектров показывает следующее: оптические плотности в максимумах полос при 265 и 520 нм равны соответственно 0,214 f 0,02 и 0,035 4- -

5 0,003, т.е. определяются с погрешностью порядка 10%. Погрешность определения положения максимумов полос в этом случае составляла величину V 4 нм Полоса поглощения с максимумом при 400 нм не выявляется. Оптические плотности в максимумах полос при 265,400 и 520 нм со ответственно равны 2,15 ± 0,1,0,37 + 0,15 и 0,35 ± + 0,015, т.е. измеряются с погрешнос- |Тью порядка 4,5%. Погрешность определения положения максимумов полос в этом случае составляет величину - t 1,5 нм.

Таким образом, точность определения положения полос в спектре поглощения силового антоцианового красителя второй зоны и величин его оптических плотн остей с использованием предлагаемой кюветь возрастает более, чем в два раза. Наряду с этим выявлена новая полоса поглощения, что свидетельствует о большей эффективности предлагаемой кюветы по сравнению с известной.

П р и м е р 5. Исследовали концент рированные эффекты -в водном растворе рибофлавина. 0,012%-ным раствором рибофлавина заполняли рабочую полость данной фотометрической кюветы. Нижнюю ее сетку охлаждали прокачкой хладагента через змеевик. Стенку-нагреватель фиксировали последовательно в различных положениях по высоте кюветы, начиная с прилегания ее ко дну кюветы и кончая ее приповерхностным (отстоящим на 1 см от поверхности) расположением. В момент подхода зоны кристаллизации воды до сетки- нагревателя измеряли спектры поглощения, люминесценции и дисперсии оптического вращения. Качественное изменение этих спектров (перераспределение амплитуд полос, их смещение) на- блюдали при увеличении исходной кон- - (ентрации раствора в два раза, что

0

5

вызвано агрегацией рибофлавина. Таким образом был установлен порог агрегации рибофлавина в виде используемого в фармокологии препарата, входящего в состав капель.

Разработан простой и экспрессный способ тестирования водного раствора рибофлавина на предмет его агрегации: в устоявшемся растворе рибофлавина, заполняющем рабочую полость предлагаемой фотометрической кюветы, кратковременно, на 2-3 с, включали мешалку и регистрировали спектр линейного дихроизма. При этом в объеме раствора образовывались течения, в которых ориентировался анизометрический агрегированный рибофлавин. Степень отличия от нуля величины линейного дихроизма рибофлавина прямо соотносится со степенью агрегации его раствора.

Подобные измерения осуществить с помощью известной кюветы невозможно.

Приведенные примеры конкретного выполнения показывают, что по сравнению с известной данная фотометрическая кювета обладает более широкой областью применения и позволяет более точно производить фотометрические измерения, что обеспечивает повьшение качества производимых научных и технологических работ,.позволяет создавать новые технологии получения и- стабилизации лекарств, пищевых красителей и других материалов.

Формула изобретения

0

5

0

0

Фотометрическая кювета, содержащая рабочую полость в виде прямоугольного параллелепипеда, ограниченную боковыми стенками, в виде плоскопаралт- лельных Оптических окон и замыкающей

5 их нижней стенкой, о тличаю- щ а я с я тем, что, с целью расширения класса исследуемых веществ и повышения точности измерений, внутри рабочей полости вдоль ребер выполнеQ ны выступы с прорезью по их длине, в прорезях размещены с возможностью фиксированного перемещения на высоте кюветы вставки,.верхние концы кото- рых выведены наружу, а нижние концы жестко соединены между собой вдоль .периметра сечения кюветы, параллельного ее нижней стенке, стержнями, на которых закреплена токопроводящая сетка-нагреватель из изолированных

np|jBOAOB, при этом верхние концы

авок жестко соединены с вертикаль- штоком, имеющим осевое сквозное , в котором установлен с вращения и фиксированвс

ный

от 5ерстие.

возможностью

но

о продольного перемещения вал,

16

-

1608504to

присоединенный к мешалке, размещенной внутри рабочей -полости над то- копроводящей сеткой-нагревателем, от которой по вставкам вьшедены на- РУжу провода, а нижняя стенка кюветы содержит змеевик с хладагентом.

Изобретение относится к оптическому приборостроению, в частности к технике измерения оптических и спектральных параметров жидкостей и растворов. Целью изобретения является расширение класса исследуемых веществ и повышение точности измерений. Фотометрическая кювета содержит рабочую полость в виде прямоугольного параллелепипеда, ограниченную боковыми стенками в виде плоскопараллельных оптических окон и замыкающей их нижней стенкой. Внутри рабочей полости вдоль ребер по высоте боковых стенок выполнены выступы с прорезью по их длине. В прорезях размещены с возможностью фиксированного перемещения по высоте кюветы вставки, верхние концы которых выведены наружу, а нижние концы жестко соединены между собой вдоль периметра сечения кюветы, параллельного ее нижней стенке, стержнями, на которых закреплена токопроводящая сетка-нагреватель из изолированных проводов. Верхние концы вставок жестко соединены с вертикальным штоком, имеющим осевое сквозное отверстие, в котором установлен с возможностью вращения и фиксированного продольного перемещения вал, присоединенный к мешалке, размещенной внутри рабочей полости над токоподводящей сеткой-нагревателем, от которой по вставкам выведены наружу провода. Нижняя стенка кюветы содержит змеевик для подачи в него хладагента. 3 ил.

Фи.1

20

иг.г

9иг.:5

5