Фотоколориметр Советский патент 1992 года по МПК G01N21/85 

Изобретение относится к оптическому приборостроению и может найти применение для анализа химического состава жидких сред, в том числе поверхностных и сточных вод, а также при медико-биологических исследованиях

Известен двухлучевой фотоколориметр- нефелометр, содержащий источник света и два оптических канала, в которых последовательно по ходу луча установлены конденсор, зональный светофильтр, обьектив, кювета для исследуемого раствора, фотоприемник.

Недостатками этого фотоколориметра являются его относительная сложность, связанная с наличием двух каналов, и невозможность с его помощью проводить анализ химического состава жидких сред с использованием реактивных индикаторных бумаг (РИБ).

Известен также двухканальнь и фотометр ФМШ-56М(и его модификации), содержащий источник света, конденсор, зональный светофильтр и два оптических канала, в которых последовательно по ходу луча установлены объектив, прозрачный образец или кювета с исследуемой жидкостью, фотоприемник, причем фотоприемник измерительного канала помещен в фотометрический шар Тейлора с отверстием для установки непрозрачных образцов, в частности РИБ, или диффузно отражающего экрана.

Недостатками этого фотометра являются его относительная сложность и большие габариты, связанные с наличием фотометрического шара. Кроме того, использование фотометрического шара приводит к большим светоэнергетическим потерям

сл

с

4 -Ч

СП

СО

со

Целью изобретения является улучшение энергетических характеристик за счет снижения потерь излучения.

На фиг. 1 дана оптическая схема фотоколориметра; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг,

1.

Фотоколориметр содержит источник света 1, конденсор, нейтральные и зональные светофильтры 3, полевую диафрагму 4, объектив 5, кювету 6, кассету 7 с диффузно отражающим экраном 8 и лепестками РИБ 9 и 10, последовательно закрепленными на ее кольцевом секторе 11, установленном с возможностью перемещения относительно входного окна кассеты, фотоприемный блок с двумя фотоприемниками 12 и 13.

Фотоколориметр работает следующим образом.

При измерении светопропускания жидкой среды перемещением кольцевого сектора 11 в световой поток вводится диффузно отражающий экран 8. Конденсор 2. изображает источник света 1 в плоскость диафрагмы 4. Это изображение объективом 5 переносится в плоскость входного окна кюветы 7 и диффузно отражающего экрана 8, Рассеянный экраном 8 свет попадает на светочувствительные площадки фотоприемников 12 и 13, которые работают в разных спектральных диапазонах. Нейтральные и зональные светофильтры 3 служат для ослабления и выделения узких участков спектра из сплошного спектра излучения источника света 1.

Исследуемый раствори раствор сравнения последовательно наливаются в кювету 6, которая вводится в световой пучок. Отношение сигнала с фотоприемника при введении кюветы с исследуемым раствором к сигналу при введении кюветы с раствором сравнения равно коэффициенту светопропускания исследуемой жидкой среды относительно раствора сравнения.

При измерении коэффициента диффузного отражения РИБ в телесном угле, определяемом размерами светочувствительной площадки фотоприемника и расстоянием этой площадки до входного окна кассеты 7, в световой пучок путем перемещения кольцевого сектора 11 последовательно вводятся лепестки РИБ 9 и 10, смоченные в растворе сравнения и исследуемом растворе соответственно. Отношение сигнала с фотоприемника при введении в световой пучок лепестка с РИБ, смоченного в исследуемом растворе, к сигналу при введении в световой пучок лепестка РИБ, смоченного в растворе сравнения, равно коэффициенту отражения РИБ, смоченной в исследуемой среде, относительно РИБ, смоченной в растворе сравнения, а логарифм десятичной обратной величины коэффициента отражения равен оптической плотности окрашенного лепестка РИБ (смоченного в

исследуемом растворе) в спектральной зоне, определяемой светофильтрами 3.

Фотоколориметр можно использовать без перестройки оптической схемы для анализа химического состава жидких сред, налитых в кювету, а также путем измерения плотности окраски РИБ, смоченной в исследуемой жидкости. При этом уровни сигналов с фотоприемников при измерениях светопропускания жидкости в кювету и при измерении коэффициента диффузного отражения РИБ имеют близкие значения, что упрощает электронный тракт прибора, так как уменьшается необходимый линейный диапазон выходных характеристик.

Использование кассеты с лепестками РИБ и диффузно отражающим экраном позволяет существенно уменьшить габариты прибора по сравнению с фотометром ФМШ- 56М и снизить светоэнергетические потери

по сравнению с шаром Тейлора. Световой поток Фч, попадающий на светочувствительную площадку фотоприемника в шаре Тейлора,равен

30

ф ФоршЗ лгС&( 1 -рш)

где Фо - световой поток, попадающий в шар;

РШ - коэффициент отражения внутренней поверхности шара;

Ош - диаметр шара;

S - площадь светочувствительной площадки фотоприемника

Световой поток Фа, попадающей на светочувствительную площадку фоюприем- ника в фотоколориметре, равен

ф РпФоЗ, 2 27TL2

гдерп коэффициент отражения диффузного экрана;

L - расстояние от экрана до светочувствительной пло.щадки фотоприемника. Следовательно,

Ф2 Рш( 1 -рш )рп

ф12рш1.2

При рш рп имеют

п

Ф2 Ф

Dfb(1

2L2

Известно, что для обеспечения достаточной фотометрической точности необходимо, что DU)10dom, где dom - диаметр максимального отверстия в шаре. Обычно dom 10 мм, т. е. Ош.2:100 мм,,8, L «10 мм, поэтому

°2 ш ФТ-10

т.е. световой поток, попадающий на светочувствительную площадку фотоприемника, в фотоколориметре приблизительно в 10 раз больше, чем при использовании шара Тейлора.

Формула изобретения Фотоколориметр, содержащий источник излучения и последовательно установ2

л

5

ленные по ходу излучения конденсор, светофильтры и объектив, а также кювету и фотоприемный блок, отличающийся тем. что. с целью улучшения энергетических характеристик за счет снижения потерь излучения, в устройство введена кассета, содержащая по крайней мере два лепестка реактивной индикаторной бумаги и диффузионно отражающий экран, последовательно закрепленные на ее кольцевом секторе, установленном с возможностью перемещения относительно окна кассета, оптически связанного с кюветой и фотоприемным блоком, при этом кювета и кассета расположены последовательно по ходу излучения между объективом и фотоприемным блоком.

12

Использование: оптическое приборостроение, медико-биологические исследования для анализа химического состава жидких сред, в том числе сточных вод. Сущность изобретения: фоколориметр содержит источник света, конденсор, полевую диафрагму, зональные светофильтры, обьектив. кювету, кассету с диффузно отражающим экраном и образцами реактир- ных индикаторных бумаг, а также фотоприемный блок. Фотоколориметр можно использовать без перестройки оптической схемы для анализа жидких сред, налитых в кюв&ту, а также с помощью реактивных индикаторных бумаг, смоченных в исследуемом растворе. 2 ил.

Редактор Г.Бельская

Составитель С.Рудаков Техред М.Моргентал

А - А

Фиг. 2

Корректор М.Максимишинец