Устройство для атомно-абсорбционного анализа микропримесей Советский патент 1993 года по МПК G01N21/72 

Изобретение относится к атомно-аб- со )бционной спектрометрии, в частности

сонструкции устройства для атомно-аб- со )бционного анализа микропримесей, и может быть использбвано во всех отраслях пр)мыщленности, где требуется определенна следовых количеств металлов или другие веществ в продуктах этих отраслей,

фимер в химической, пищевой, золото- до бывающей, нефтедобывающей и нефте- пе ерабатывающей.

Известно устройство аналогичного на- знзчения, содержащее источник света, приемник излучения, две фокусирующие линзы и f езонатор в виде четырех вогнутых зеркал с гоглощающей ячейкой между ними, в ка- чеотве которой используется щелевая горелка. Система расположена в вертикальной плоскости таким образом, что осуществляется пятикратное пр&хождениё пучка света через поглощающую ячейку.

Такое устройство имеет следующие недостатки: факел щелевой горелки значительно уже зондирующего луча, поэтому вклад в полезный сигнал дает лишь небольшая Масть регистрируемого Световода потб- ка и кроме того, поскольку в устройстве описанной конструкции пучок света при каждом новом прохождении смещается по высоте, число его полезных прохождений ограничено высотой аналитической зоны пламени. Оба эти фактора ограничивают увеличение полезного сигнала.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к заявляемому техническому решению является устройство для атомно-абсорбционного

XI о со

00

и ю

Ч.л

анализа мйкропрймесей, выбранное в качестве прототипа.; ..-- : -.- :-:. ...: :- -.

УстройствЬ-прототип содержит йсточг ник света, пртЛрщзю щую ячейку, приемник из/ уче ия/ |йф; торг1В;6йдё йи(тёмы опти-. ческичсвлзанныхГ междусобой и вогнутых зеркал, при этом осиисточника иПриемника совмещены под углом,- f;Л i tv ,; .:

Недостатками устройства являются большие размерьг резонатора и; невозможность использования поглощающих ячеек с малой угловой апертурой, кроме того, невысокая величина полезного сигнала не позволяет снизить предел обнаружения в тех случаях, когда он оп ределяется дробовыми шумами приемника : ;, ч ;

Сущность изобретения заключается в т ом, что в устройстве для атомно-абсорбци- оннрго анализа микропримесей, содержащем источник света, приемник излучения, резонатор в виде системы оптически связанных между собой вогнутых зеркал с расположенной между ними поглощающей ячейкой, отражающие поёерхности зеркал совпадают с поверхностями противолежащих вершинных частей вытянутого эллипсоида вращения, на большой оси которого расположена поглощающая ячейка, при этом одно из зеркал выполнено полупрозрачным, между источником излучения и полупрозрачным зеркалом на оси источника расположена линза, фокус которой совмещен с фокусом эллипсоида, а после полупрозрачного зеркала на продолжении большой оси эллипсоида установлена дополнительная собирающая линза, в фокусе которой расположен приемник излучения.

На чертеже схематично изображено устройство для атомно-абсорбционного анализа микропримесей.

Устройство для атомно-абсорбционного анализа микропримесей содержит источник 1 света, в качестве которого может быть использована спектральная лампа, например с полым катодом, или лазер, приемник 2 излучения (монохроматор) и резонатор, выполненный в виде двух вогнутых зеркал 3 й 4: первого и второго от источника 1 света соответственно. Отражающие поёерхности зеркал 3 и 4 составляют вершинные масти вытяхутрго эллипсоида вращения с фокусами FI и Fa, ближним и дальним от источника 1 света соответственно. Зеркала 3 и 4 ряс- ;прложёны на большой оси эллипсоида. (Обозначенная штриховой линии ей часть поверхности эллипсоида отсутствует). Первое от истрчника 1 света зеркало 3 выполне- %io непрозрачным, а второе зеркало 4 выполнено полупрозрачным. Между зеркалами 3 и 4 на бдной оси с ними расположёна

поглощающая ячейка 5, в качестве которой в описываемом варианте используется пламя щелевой или полутрубчатой горелки.

Кроме того, заявляемое устройство содержит две фокусирующие линзы б и 7. На оптической оси линзы б установлен источник 1 света, фокус линзы б совмещен с фокусом эллипсоида F2 и она установлена под углом к большой оси эллипсоида, обеспечивающим попадание светового потока на второе от источника 1 света зеркало 4.

Линза 7 также оптически связана с зеркалом 4 и, кроме того, с приемником 2 излучения.

Взаимное расположение источника 1 света, фокусирующей линзы 6 и резонатора позволяет вводить пучок света в резонатор, минуя первое зеркало 3, что позволяет избежать значительных потерь светового потока при входе его в резонатор, имеющих место в устройстве-прототипе. Это также позволяет выполнить первое от источника света зеркало 3 непрозрачным, что дополнительно уменьшает потери светового потока.

Выполнение зеркал вогнутыми в виде вершинных частей вытянутого эллипсоида вращения и совмещение фокуса первой линзы с дальним от источника света фокусом эллипсоида необходимо для обеспечения многократного прохождения светового потока через поглощающую ячейку без его рассеяния и размывания.

Принцип действия заявляемого устройства основан На том, что всякий луч, прошедший через один из фокусов вытянутого эллипсоида вращения после зеркального отражения от его поверхности проходит через второй фокус эллипсоида.

Заявляемое устройство работает следующим образом.

Включают источник 1 света. Пучок света попадает на линзу 6 и фокусируется в точке, совпадающей с дальним от источника 1 света фокусом Fa эллипсоида. После прохождения через фокус Рг все лучи пучка света падают на полупризрачное зеркало 4 с коэффициентом отражения г - 1. При этом небольшая часть пучка света, равная I - г «1, проходит сквозь зеркало 4 и с помощью 0 линзы 7 фокусируется на входной щели приемника 2 излучения. Остальная, большая часть пучка света, равная г, отражается от зеркала 4, проходит через поглощающую ячейку 5 и собирается по указанному выше свойству эллипсоида в ближнем от источника 1 света фокусе FI эллипсоида. Затем, пройдя через фокус FI, пучок света попадает на зеркало 3. выполненное непрозрачным, отражается от него, проходит через поглощающую ячейку 5 и по тому же свойству

0

5

0

5

0

5

0

5

5

эллипсоида, собирается в фокусе F2 эллипсоида и затем попадает на зеркало 4. При s том опять небольшая часть пучка света, f авная 1 -т « 1, проходит через зеркало 4 i линзу 7. направляющую его на щель приемника 2 излучения, а большая часть пучка света отражается от зеркала 4 и весь про- i есс повторяется, ., /

При каждом очередном отражении пучка света угол между ним и большой осью

ллипсоида уменьшается, так что весь пучок света остается в пределах резонатора и сжимается к его оси. Благодаря этому обесечивается неограниченное число прохож0

5

дений пучка света через поглощающую ячейку 5 и тем самым достигается максимально возможное отношение сигнал/фон.

Таким образом описанная конструкция устройства для атомно-абсорбционного анализа микропримесей позволяет минимизировать потери светового потока,поступающего в резонатор, и увеличить тем самым по сравнению с прототипом на два порядка и более величину полезного сигнала, что видно из приведенного ниже расчета величины полезного сигнала в заявляемом устройстве и устройстве-прототипе.

Формул а изобретения Устройство для атомно-абсорбционно- анализа микропримесей, включающеё о Г1тически связанные источник излучения, поглощающую ячейку, резонатор и приемuk излучен ия, при этом оси иСточ ни ка и п зиемника совмещены под углом, а резонар выполнен в виде системы оптически свя- зжных между собой вогнутых зеркал,

жду которыми размещена поглощающая я11ейка, о т л И чаю щ вес я тем, что, с целью

(сличения отношения сигнал/шум, умёнь- 11 ения размеров резонатора и обеспечения в (зможности использования поглощающих

еек с малой угловой апертурой, отражающие поверхности зеркал совпадают с поверхностями противолежащих вершинных частей вытянутого эллипсоида вращения, на большой оси которого расположена поглощающая ячейка, при этом одно из зеркал выпрлнено полупрозрачным, между источ- никбм излучения и полупрозрачным, между источником излучения и полупрозрачным зеркалом на оси источника расположена линза, фокус которой совмещен с фокусом эллипсоида, а после полупрозрачного зер- на продолжении большой оси эллипсоида установлена дЬполнительная собирающая линза, в фокусе которой расположён приёмник излучения.