Оптическое измерительное устройство Советский патент 1991 года по МПК G01N21/41 

Изобретение относится к оптическому аналитическому приборостроению и может быть использовано при проведении научных исследований и промышленного контроля состава и свойств различных химических веществ в биотехнологии, медицине, аналитической химии, а также в микробиологической и пищевой промышленности.

Целью изобретения является расширение диапазона измеряемых параметров и повышение точности спектральных измерений.

Устройство позволяет дополнительно измерить поляризационные характеристики флуоресценции образца и индикатрисе рассеянного излучения.

На чертеже приведена структурная схема оптимального измерительного устройства.

Оптическое измерительное устройство содержит источник 1 излучения, управляемый монохррматор 2, поляризатор 3, лазер 4, светоклапанный затвор 5, кювету 6 с исследуемым раствором, светоклапанный затвор 7, поляризационный анализатор 6, электромеханический привод 9 со встроенным датчиком угол - код, электронный вычислитель 10, спектральный отрезающий изотропный фильтр 11, светоклапанный затвор 12 в виде прыгающей ирисовой диафрагмы; отражательную призму-куб 13, фотоприемник 14, отражательную призму 15, линзовый конденсор 16, фотоприемник 17, переключающееся зеркало 1й, отражательную призму 19, линейно перемещающуюся каретку 20 для установки и перемещения кювет с измерительным и эталонным растворами, кювету 21 с эталонным раствором, отражательные призмы 22

Os

xj Ю Сл

Ю

и 23, светоклапанный затвор 24, отражательные призмы 25 и 26.

Оптическое измерительное устройство работает следующим образом.

Световое излучение источника 1 через монохроматор 2 направляется на поляризатор 3, разделяющий излучение на два пучка равной интенсивности, на ортогонально поляризованные. При проведении исследований на сильнопоглощающих средах в качестве источника используется лазер 4, излучение которого также разделяется поляризатором 3 на два пучка равной интенсивности. Излучение торцового выхода поляризатора 3 проходит через светокла- панные затворы 5 и 7, плоскопараллельные торцы измерительной кюветы 6 на торцовый вход вращающегося поляризационного анализатора 8, который приводится во вращение электромеханическим приводом 9 со встроенным прецизионным датчиком угол - код, подключенный на угломерный вход электронного вычислителя 10. Поляризационный анализатор 8 разделяет световой пучок, вошедший через торцовый или боковой входы, на два ортогонально поляризованных потока.

Световой поток, прошедший через торцовый выход анализатора 8, не меняет своего пространственного положения при вращении анализатора, поэтому постоянно проходит через центральную зону отрезающего изотропного фильтра 11 и светокла- панного затвора 12 в виде прыгающей ирисовой диафрагмы и затем отклоняется передней призмой отражательной призмы- куба 13 на фотоприемник 14, Световой поток, прошедший через боковой выход анализатора 8, отражается призмой 15 и при вращении анализатора сканируется в пространстве по кольцевой зоне фильтра 11 и светоклапанного затвора 12. коаксиально расположенной по отношению к отражательной призме-кубу 13 и оси вращения анализатора, а затем концентрируется линзовым конденсатором 16 на фотоприемнике 17. Фотоприемники 14 и 17 подключены на информационные входы электронного вычислителя 10.

Подобная конструкция вращающегося анализатора обеспечивает одновременное измерение интенсивности ортогонально поляризованных компонент принимаемого излучения, что повышает информативность и помехоустойчивость всего процесса измерений.

При проведении спектрофотометриче- ских измерений кювета б с помощью линей- но перемещающейся каретки 20 перемещается в положение 27. В этом случае излучение, вышедшее с бокового выхода поляризатора 3, отклоняется переключающимся зеркалом 18, проходит через торцовые окна кюветы с исследуемым образцом,

отклоняется призмой 19 и отражается диагональной поверхностью призмы-куба 13 через центральную зону линзового конденсора 16 на фотоприемник 17, который вырабатывает сигнал, пропорциональный

спектральному коэффициенту пропускания образца на данной длине волны,

В качестве опорного фотометрического канала используется описанный поляриметрический канал, работающий в фотометрическом режиме следующим образом. На месте кюветы 6 с исследуемым раствором с помощью каретки 29 размещается кювета 21 с эталонным растворителем и аналогичная по конструкции кювете 6, а одновременно входной зрачок прыгающей диафрагмы уменьшается так, что экранирует попадание светового потока из бокового выхода анализатора 8 на фотоприемник 17. Затем при вращении анализатора 8 пропускание поляриметрического канала непрерывно меняется по закону Малюса, поэтому в момент, когда сигналы с фотоприемников 14 и 17 становятся равными, электронный вычислитель 10 считывает показания, вырабатываемые прецизионным датчиком угол - код, и по ним определяет величину коэффициента поглощения.

В режиме рефрактометрических нефе- лометрических измерений переключающееся зеркало 18 выведено из оптического тракта и светоклапанные затворы 5 и 7 закрыты, поэтому световой поток с бокового выхода поляризатора 3 призмами 22 и 23 пропускается через открытый светоклапанный затвор 24 и боковые клиновидные грани кюветы 6. Система призм 25 и 26 полного внутреннего отражения, жестко соединенная с анализатором 8, вращается вместе с ним, при совпадении оптической оси отклонемного боковыми окнами кюветы 6 потока фотоприемники 14 и 17 вырабатывают импульс, по которому электронный вычислитель 10 считывает показания прецизионного датчике угол - код привода 9 и определяет по ним вепичину показателя преломления.

Аналогично работает прибор при съеме индикатриссы рассеяния с тем отличием, что вычислитель 10 считывает с определенным угловым шагом информацию с датчика угол - код и фотоприемников 14 и 17 и вычисляет по этим данным форму индикатриссы для различно поляризованных компонент рассеянного излучения.

При проведении измерений пофлуорес- центной поляриметрии светоклапанный затвор 5 открыт, а светоклапанные затворы 7 и 24 открыты, прыгающая диафрагма раскрыта. Возбуждающее коротковолновое излучение, выходящее из торцового выхода поляризатора 3. освещает кювету 6 с образцом, возбуждая в ней поляризованное флуоресцентное излучение, Флуоресцентное излучение, рассеянное ортогонально направлению падающего пучка, отражается призмами 25 и 26 на боковой вход анализатора 8, который разлагает его на две ортогонально поляризованные компоненты, выходящие через торцовый и боковой выходы анализатора 8 и проходящие через изотропный спектральный отрезающий фильтр 11, поглощающий возбуждающее рассеянное излучение и пропускающий вторичное флуоресцентное излучение, После этого обе компоненты регистрируются приемниками 14 и 17. Фотометрический канал во время флуоресцентных измерений перекрыт с помощью качающегося зеркала 18.

Благодаря совместной работе поляриметрического, рефрактометрического, спектрометрического и флуорометрического канала измерительного устройства расширяются его функциональные возможности при исследовании состава и структуры сложных многокомпонентных объектов типа молекул органических веществ. При этом существенно сокращается необходимый объем парка аппаратуры, используемой в лабораториях, особенно производственных, увеличивается коэффициент использования прибора, уменьшается соответственно площадь производственных помещений, занимаемая измерительной аппаратурой.

Конструктивные отличия устройства по зволяют повысить производительность комплексных измерений оптико-физических параметров обьектов в 1,5-2 раза, точность спектрофотометрических измерений в 3-5 раз, повысить надежность работы прибора.

Эти преимущества позволяют широко использовать предлагаемое устройство при проведении исследований в области биотехнологии, аналитической химии и пищевой промышленности.

Формула изобретения

1.Оптическое измерительное устройство, содержащее источник излучения и последовательно установленные на ходу

излучения монохроматор, поляризатор и анализатор в виде поляризационных светоделителей, снабженный приводом вращения с датчиком угол - код, четыре плоских отражателя, попарно и жестко соединенных

и оптически связанных с поляризатором и анализатором, кювету с плоскими торцовыми и клиновидными боковыми окнами, а также два фотоприемника, подключенные к входам электронного блока, отличающее с я тем, что, с целью расширения диапазона измеряемых параметров и повышения точности спектральных измерений, в него введены спектральный изотропный полосовой фильтр, дополнительный плоский отражатель, четыре светоклапанных затвора, линзовый конденсор и дополнительный оптический канал, содержащий переключающееся зеркало. отражатель и отражательную призму-куб, расположенную на оптической оси линзового конденсора между ним и изотропным полосовым фильтром, при этом линзовый конденсор оптически связан с боковым выходом ПОЛЕ- ризрюра. а анализатор в виде поляризационного светоделителя выполнен с двумя ортогонально поляризованными входами и двумя ортогонально поляризованными выходами, дополнительный плоский отражатель установлен на боковом выходе

анализатора и образует с ним двугранный угс -. ребро которого перпендикулярно оси вр ан&лиза1ора, выходы анализатора через спектральный изотропный полосовой фильтр оптически связаны с линзовым

конденсором и отражательной призмой- кубом, а кювета снабжена механизмом перемещении.

2.Устройство по п.1, о гличзюще- е с я тем, что, с целью обеспечения измерения степени циркулярной поляризации излучения образца, анализатор выполнен в виде призм с диагональным воздушным зазором, а собственные линейные поляризационные базисы ортогональных каналов

анализатора ориентированы под углом 45 к плоскзсн; главного сечения призмы.

ц-11 /

/ jLJj/Ь

Изобретение относится к оптическому аналитическому приборостроению. Целью изобретения является расширение диапазона измеряемых параметров и повышение точности спектральных измерений. Для этого в устройство введены спектральный изотропный полосовой фильтр, дополнительный плоский отражатель, четыре светоклапанных затвора и дополнительный оптический канал, который содержит переключающее зеркало, механизм ориентации и перемещения кюветы, отражатель и отражательную призму-куб, коаксиально расположенную в центре линзового конденсора. Анализатор выполнен в виде поляризационного светоделителя с двумя ортогонально поляризованными входами и двумя выходами. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.