Атомно-абсорбционный спектрометр Советский патент 1990 года по МПК G01J3/42 

; При вращении обтюратора 5, его окно Находится поочередно то на пути основного |пуча, то на пути луча сравнения, Соответст- 1венно свет проходит поочередно то в на- правлении основного луча, то в Направлении луча сравнения. За время на- |хождения окна обтюратора 5 на пути основ- JHoro луча, через него успевают пройти п |световых импульсов. За время нахождения окна на пути луча сравнения также успева- |ют пройти п световых импульсов.

I После соединения основного луча и луча сравнения полупрозрачным зеркалом 6 получается последовательность цугов световых импульсов, соответствующих то основному лучу, то лучу сравнения. Цуги отделены друг от друга интервалами времени. Световые импульсы после прохождения монохроматора 7 подают на фотодетектор 8. От фотодетектора получают цуги электрических импульсов длительностью пТо, разделенные промежутками времени пТо. Полученный сложный электрический сигнал после усиления в усилителе 9, не пропус- |кающий шумы с частотой, равной 1

Г 4пТо

fo 4 п

подается на коммутатор

|10, посылающий сигнал то в полосовой уси- |литель 11, то в узкополосный усилитель 18 в Iзависимости от положения окна обтюрато- |ра 5. Если окно обтюратора находится на ;пути основного луча, то сигнал от,коммута- :тора 10 посы.лаетря в полосовой усилитель 111 (основной канал), а если окно обтюратора находится на пути луча сравнения, то сигнал, посылается к узкополосному усилителю 18 (канал сравнения). На каждый из усилителей 11 и 18 сигнал от коммутатора 10 посылается в течение времени 2пТо (период вращения обтюратора равен 4пТо). В пер- вую половину времени поступления сигнала I на усилитель 11, т.е. в период пТо, сигнал содержит цуг из п электрических импульсов ; вместе с переменной составляющей сигна- j ла от излучения пламени, а в следующий : период пТо сигнал содержит только переменную составляющую сигнала от пламени. Когда обтюратор 5 пропускает основной луч, коммутатор 10 посылает сигнал к коммутатору 12 через усилитель 11, который, в свою очередь, посылает сигнал синхронному детектору 17 через узкополосный усилитель 16. За время пТо через окно обтюратора успевают пройти п световых импульсов. На усилитель 16 поступают п электрических импульсов, и блок 21 пита- ния перестает выдавать питающие импульсы источнику 1 света.

В течение следующего периода пТо, когда сигнал содержит только переменную составляющую излучения пламени (источник света не излучает), коммутатор 12 переключает сигнал на СД 14 через узкополосный усилитель 13. Синхронные детекторы выделяют сигналы на частоте fo с фазами, совпадающими с фазой электрических импульсов от первичного излучения. После детектиро0 вания сигнал от СД 14 вычитывается из сигнала от СД 17 в блоке 15. Получается электрический сигнал, величина которого пропорциональна интенсивности света в основном луче и в котором подавлены шумы

5 на частоте fo.

После истечения времени пТо обтюратор перекрывает основной луч и открывает путь луча сравнения. С этого момента в коммутатор 10 направляет сигнал к синхронно0 му детектору 19 через узкополосный усилитель 18. В течение времени пТо на усилитель 18 попадает п электрических импульсов без переменной составляющей сигнала от излучения атомизатора 3. В

5 следующий период времени пТо на усилитель 18 не поступает никакой сигнал, поскольку, источник света отключен, а излучение атомизатора задерживается обтюратором 5. После синхронного Детектора

0 19 получается электрический сигнал, величина которого пропорциональна интенсивности света в луче сравнения и в котором отсутствуют шумы от излучения пламени. Полосовой усилитель 11 не пропускает шу51

мы с частотой f (частота пере п о

ключения коммутатора 12), которые могли бы создать помехи.

По интенсивности основного луча и луча

0 сравнения в блоке 20 регистрации вычисляют

оптическую плотность. В качестве опорных

сигналов для синхронных детекторов 19, 14 и

17 служат сигналы от блока 23 управления,

Если обтюратор расположить перед 5 атомизатором (фиг.2), то излучение атомизатора непрерывно падает на фотоприемник при.прохождении как основного луча, так и луча сравнения. Для устранения помех, вызванных излучением атомизатора, при- 0 шлось бы электрический сигнал сравнения также разделить на два подканала и ввести в схему прибора, в канал сравнения дополнительно коммутатор, усилитель, синхронные детекторы и блок вычитания, 5 Устройство (фиг.2) работает следующим образом.

Источник 21 питания непрерывно вырабатывает питающие импульсы с частотой fo 1/TO. Источник 1 света вырабатывает световые импульсы с той же частотой. При вращении обтюратора 5, окно его находится поочередно то на пути основного луча, то на пути луча сравнения. Соответственно свет проходит поочередно то в направлений основного луча, то в направлении луча сравнения. За время нахождения окна обтюратора 5 на пути основного луча, через него успевают пройти п световых импульсов. За время нахождения окна на пути луча сравнения также успевают пройти п световых импульсов.

После соединения основного луча и луча сравнения полупрозрачным зеркалом 6 получается последовательность цугов световых импульсов, соответствующих то основному лучу, то лучу сравнения. Цуги отделены Друг от друга интервалами времени, в течение которых регистрируют только излучение атомизатора. Световые импульсы после прохождения монохроматора 7 падают на фотодетектор 8. От фотодетектора получают цуги электрических импульсов длительностью пТо, разделенные промежутками времени пТо. Полученный сложный электрический сигнал усиления в усилителе 9, не пропускающий шумы с частотой равной f 1/4пТо fo/4n, подается на коммутатор 10, посылающий сигнал то в полосовой усилитель 11, то в усилитель 18, в зависимости от положения окна обтюратора 5.

Если окно обтюратора находится на пути основного луча, то сигнал от коммутатора

10посылается, например, в полосовой усилитель 11 (основной канал), а если окно обтюратора находится на пути луча сравнения, то сигнал посылается к полосовому усилителю 18 (канал сравнения). Свет от атомизатора 3 непрерывно поступает на фотоприемник 8. На каждый из усилителей

11и 18 поступает сигнал от коммутатора 10 в течение времени 2пТо, (период вращения обтюратора равен 4пТо). В первую половину времени поступления сигнала, т.е. в период пТо, сигнал содержит цуг из п электрических импульсов вместе с переменной составляющей сигнала от излучения пламени, а в следующий период пТо сигнал содержит только переменную составляющую сигнала от пламени. Когда обтюратор 5 пропускает основной луч, коммутатор 10 посылает сигнал к коммутатору 12, который, в свою очередь, посылает сигнал синхронному детектору 14 через узкополосный усилитель 16. За время пТо через окно обтюратора успеют пройти п ветовых импульсов, на усилитель 16 постуают п электрических импульсов, и обтюраор перекрывает основной луч.

В течение следующего периода пТо, кога сигнал содержит только переменную со

ставляющую излучения пламени, коммутатор 12 переключает сигнал на СД 14 через узкополосный усилитель 13. СД выделяют сигналы на частоте fo с фазами, совпадающи- 5 ми с фазой электрических импульсов от первичного излучения. После детектирований сигнал от СД 14 вычитается из сигнала от СД 17 в блоке 15. Получается сигнал, величин которого пропорциональна интенсивности 10 света в основном луче и в котором подавлены шумы на частоте fo.

После истечения времени пТо с момента перекрытия основного луча, окно обтюратора открывает путь луча сравнения, и комму- 15 татор 10 направляет сигнал к коммутатору 24, который, в свою очередь, в течение времени пТо направляет сигнал на СД 19 через узкополосный усилитель 25. После истечения времени пТо на усилитель 25 попадают 20 п электрических импульсов вместе с переменной составляющей сигнала от излучения атомизатора 3. Коммутатор 24 переключает- ся на СД 26 через узкополосный усилитель 27. После вычитания из сигнала от СД 19 25 сигнала с СД 26 в блоке 28 получается электрический сигнал, величина которого пропорциональна интенсивности света в луче сравнения и в котором подавлены также шумы с частотой fo. Полосовые усилители 11 30 и 18 не пропускают шумы с частотой f 1/2пТо (частота переключения коммутаторов 12 и 24), которые могли бы создать помехи.

По интенсивности основного луча и лу- 35 ча сравнения в блоке 20 регистрации вычисляют оптическую плотность. В качестве опорных сигналов для синхронных детекторов 17. 14,26, 19 служат сигналы от блока 23 управления.

0Более экономичным будет питание источника света только в периоды, когда обтюратором пропускается или основной луч, или луч сравнения. С этой целью блок управления соединен с блоком питания источника 5 света (пунктирная линия на чертеже).

Предлагаемый вариант двухлучевого спектрометра по сравнению с известной схемой позволяет в два раза уменьшить интенсивность пламени, попадающего на фо- 0 топриемник, что уменьшает шумы от излучения пламени и шумы фотоприемника.

Расположение обтюратора после атомизатора позволяет основную интенсив55 ность первичного излучения направлять в основной луч. Повышение интенсивности первичного излучения в основном луче уменьшает влияние излучения атомизатора на выходной сигнал и повышает предел обнаружения.

Если усиление в основном канале и в канале сравнения не одно и то же, то сигна- |ЛЫ, вызванные излучением атомизатора в каналах, будут разные. Изменяется соотно- |шение 1о/1 (интенсивность света до 1о и по- |Сле I поглощения) и появляется ложный I сигнал абсорбции, искажающий результаты I измерений. Предлагаемый способ свободен Iот указанных недостатков .

Изобретение позволяет исключить из измеряемого сигнала шумы, вызванные собственным излучением пламени, колебаниями интенсивности первичного излучения, нестабильностью оптической и электрических систем, нестабильностью ра- боты фотоприемника. Шумы, включая дробовые, исключаются также на частоте модуляции первичного излучения.

Формула изобретения

Атомио-абсорбционный спектрометр, содержащий оптически связанные источник модулированного излучения, атомизатор, монохроматор, блок обработки сигналов, включающий фотоприемник, соединенный через усилитель с коммутатором, выходы которого соединены с основным каналом и

каналом сравнения, содержащими последовательно соединенные селективные усилители и синхронные детекторы, блок вычитания, регистратор, отличающий- с я тем, что, с целью повышения точности измерений, в устройство введен светоделитель для выделения оптического канала сравнения, расположенный после источника модулированного излучения, обтюратор, расположенный после атомизатора и на выходе основного оптического канала и канала сравнения, при этом в основной канал блока обработки введены дополнительные коммутатор, усилитель, синхронный детектор, синхронизатор и блок управления, причем вход дополнительного коммутатора соединен с выходом усилителя, а его выходы под- ключены к входам дополнительного усилителя и усилителя основного канала, выходы которых через синхронные детекторы соединены с блоком вычитания, выход которого соединен с регистратором, при этом обтюратор связан с синхронизатором, выход которого соединен с блоком управления, выходы последнего соединены с входами основного и дополнительного коммутаторов, синхронных детекторов.

Изобретение относится к атомно-абсорбционному анализу. Целью изобретения является повышение точности измерения за счет одновременного исключения как шумов атомизатора, так и шумов, связанных с первичным источником излучения, уменьшение интегральной интенсивности шумов амортизатора. Для реализации цели используют двухлучевой спектрометр, у которого обтюратор расположен после амортизатора. 2 ил.

(Риг. 2