Двухлучевой логарифмирующий фотометр Советский патент 1992 года по МПК G01J1/44 

Изобретение относится к оптико-электронным приборам и может быть использовано для кинетических фотоколориметрических измерений химических и биохимических реакций.

Известен колориметр, содержащий ос- ветитель:.и расположенные последовательно на одной оптической оси конденсор, диафрагму, набор светофильтров, кювету с исследуемым раствором, светоделительную пластину, за которой расположены два фотоприемника, чувствительные в различных областях длин волн излучения. Выходы фотоприемников соединены с входами микропроцессорного блока измерения, осуществляющего по программе вычисление коэффициента пропускания исследуемого раствора, его оптической плотности, концентрации и активности по мгновенным выборочным значениям.

Недостатками этого устройства являются дискретные замеры величины светового

потока, прошедшего через образец, что приводит к погрешности дискретизации кинетики оптической плотности. Кроме того, в устройстве отсутствует компенсация нестабильности источника светового потока. Все это снижает точность измерений.

Наиболее близким к изобретению является двухлучевой логарифмический фотометр, который содержит оптически связанные источник излучения, светоделитель для формирования рабочего и контрольного световых потоков, кювету для образцов, два фотоприемника, выходы которых через первый коммутатор соединены с входом первого логарифматора, а вход второго логарифматора через второй коммутатор соединен с двумя резисторами. Выходы логарифматоров через электронные формирователи соединены с блоком деления и индикации,

К недостаткам фотометра можно отнести наличие двух отдельных логарифматоЁ

VI

ю

Os

ю

ров, неизбежный разброс параметров которых приводит к ограничению точности измерения. Кроме того, фотометр не обеспечивает измерения кинетики исследуемых реакций, что сужает область его применения.

Целью изобретения является повышение точности измерений и расширение диапазона измеряемых параметров за счет измерения скорости изменения оптической плотности образца.

Поставленная цель достигается тем, что фотометр, содержащий оптически связанные источник монохроматического излучения, светоделитель, кювету для образцов, фотоприемник измерительного канала, выход которого соединен с неинвертирующим входом логарифматора, фотоприемник опорного канала, выход которого соединен с инвертирующим входом логарифматора, дополнительно содержит источник двух калибровочных сигналов, двухканальный коммутатор, два блока выборки и хранения, дифференциатор, сумматор и блок управления, при этом информационные входы каждого канала, коммутатора соединены с выходом одного из фотоприемников и соответствующим выходом источника калибровочных сигналов, выходы измерительного и опорного каналов коммутатора соединены с неинвертирующим и инвертирующим входами логарифматора, а в качестве дифференциатора использован двухвходовый интегратор, неинвертирующий вход которого соединен с выходом логарифматора, инвертирующий - с выходом первого блока выборки и хранения, вход которого соединен с выходом логарифматора, а выход интегратора соединен с неинвертирующим входом сумматора и с входом второго блока выборки и хранения, выход которого соединен с инвертирующим входом сумматора, а выходы блока управления соединены с входами управления коммутатора, блоков выборки и хранения и интегратора.

На фиг. 1 изображена структурная схема двухлучевого логарифмирующего фотометра; на фиг.2 - функциональная схема дифференциатора.

Фотометр содержит источник 1 .монохроматического излучения, светоделитель 2, кювету 3 для образцов, фотоприемник 4 измерительного канала, фотоприемник 5 опорного канала, источник 6 калибровочных сигналов, двухканальный коммутатор 7, ло- гарифматор 8, двухвходовой интегратор 9, сумматор 10, блоки 11 и 12 выборки и хранения и блок 13 управления.

Фотометр работает следующим образом.

Световой поток, генерируемый источником 1 монохроматического излучения, облучает параллельным пучком света кювету 3 с исследуемым образцом. Прошедший через кювету 3 световой поток попадает на фотоприемник 4 измерительного канала. Часть светового потока, выделенная светоделителем 2, попадает на фотоприемник 5 опорного канала. Электри0 ческие сигналы, генерируемые фотоприемниками 4 и 5, через коммутатор 7 поступают на входы логарифматора 8, причем сигнал с фотоприемника 4 поступает на неинвертирующий вход, а с фотоприемника 5 - на

5 инвертирующий вход. В результате на выходе логарифматора 8 получаем сигнал, величина которого пропорциональна логарифму отношения величин входных сигналов или величине оптической плотности исследуе0 мого образца с учетом нестабильности источника 1 монохроматического излучения.

Выходной сигнал с логарифматора поступает на дифференциатор (фиг.2). Он содержит блок 11 выборки и хранения и

5 двухвходовой интегратор 9, в состав которого входят дифференциальный усилитель 14, собственно интегратор, содержащий операционный усилитель 15, входной резистор 16 и конденсатор 17 обратной связи, три ана0 лотовых ключа 18-20, которые управляют сигналами от блока 13 управления. В состав блока 11 выборки и хранения входит запоминающий конденсатор 21. Перед каждым измерением ключ 18 замыкается на время,

5 достаточное для заряжения конденсатора 21 до напряжения, соответствующего текущему значению оптической плотности, величина которой пропорциональна выходному напряжению логарифматора 8.

0 Сигнал с выхода блока 11 выборки и хранения поступает на инвертирующий вход дифференциального усилителя 14, где он вычитается из сигнала с выхода логарифма- тора 8, пропорционального текущему значе5 нию оптической плотности. Полученная разность сигналов поступает на вход интегратора через ключ 19, который замыкается на время интегрирования, определяемое методикой измерения кинетики исследуе0 мой химической или биохимической реакции. Ключ 20 замыкается одновременно с ключом 18, осуществляя тем самым сброс накопленного в интеграторе напряжения и установку нулевых начальных условий ин5 тегрирования перед каждым измерением.

Источник 6 формирует калибровочные сигналы, соответствующие нулевой оптической плотности. На время калибровки, предшествующее измерению, блок 13 управления подключает выходы коммутатоpa 7 к входам, на которые подаются калибровочные сигналы. Сигнал ошибки, соответствующий дрейфу и нестабильности работы всего измерительного тракта, запоминается во втором блоке 12 выборки и хранения, име- ющем идентичную схему с блоком 11 выборки и хранения. По окончании строго фиксированного и постоянного времени интегрирования на выходе сумматора .10 получают сигнал, пропорциональный измеряемой средней ско- ррсти изменения оптической плотности, в котором отсутствует шумовая составляющая работы фотометра.

Фотометр позволяет измерять кинетику химических и биохимических реакций вне зависимости от дрейфа и шумовых составляющих как оптического канала фотометра, так и его электронной части. Это достигается благодаря тому, что интегратор, используемый для получения средней скорости измерения оптической плотности, усредняет переменную составляющую сигнала, в нем подавляется высокочастотный шум, который определяет работоспособность известных дифференциаторов. Осуществление калибровки перед каждым измерением также способствует исключению влияния дрейфа электронных преобразователей фотометра. Все это в совокупности увеличивает точность измерения скорости изменения оптической плотности.

Формула изобретения Двухлучевой логарифмирующий фотометр, содержащий оптически связанные ис-

точник монохроматического излучения, светоделитель,.кювету для образцов, фотоприемник измерительного канала, выход которого соединен с неинвертирующим входом логарифматора, и фотоприемник опорного канала, выход которого соединен с инвертирующим входом логарифма- тора, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерений и расширения диапазона измеряемых параметров, он дополнительно содержит источник двух калибровочных сигналов, двухканальный коммутатор, два блока выборки и хранения, дифференциатор, сумматор и блок управления, при этом информационные входы каждого канала коммутатора соединены с выходом одного из фотоприемников и соответствующим выходом источника калибровочных сигналов, выходы измерительного и опорного каналов коммутатора соединены с неинвертирующим и инвертирующим входами логарифматора, а в качестве дифференциатора использован двухвходовый интегратор, неинвертирующий вход которого соединен с выходом логарифматора, инвертирующий - с выходом первого блока выборки и хранения, вход которого соединен с выходом логарифматора, а выход интегратора соединен с неинвертирующим входом сумматора и с входом второго блока выборки и хранения, выход которого соединен с инвертирующим входом сумматора а выходы блока управления соединены с входами управления коммутатора, блоков выборки и хранения и интегратора.

Изобретение относится к оптико-электронным приборам и м.б. использовано для кинетических фотоколориметрических измерений химических и биохимических реакций. Цель - повышение точности измерений и расширение диапазона измеряемых параметров. Устройство содержит источник монохроматического излучения с системой разделения луча на опорный и измерительный, проходящий через кювету, два фотоприемника, коммутатор с источником калибровочных сигналов, логарифматор, двухвходовый интегратор, сумматор, блок управления и два блока выборки и хранения. 2 ил.

Фиг.