Фотометр Советский патент 1979 года по МПК G01J1/04 

(54) ФОТОМЕТР

Изобретение относится к физико-хим.ическим методам анализа, а более конкретно - к фотометрическим прИ;борам, в которых сравниваются между собой два световых потока, прошедших через анализируемое вещество.

Известны фотометры, содержащие источник и приемник излучения, светофильтры, кювету, зеркальный модулятор светового потока 1.

В этих фотометрах излучение от одного источника после кюветы с помощью зеркального модулятора разделяется на два световых потока, каждый из которых проходит через соответствующие фильтры, а затем оба потока те.м же модулятором объединяются и (Попадают на приемник излучения.

Наиболее близким техническим решением к данному изобретению является фотометр, содержащий источник и приемник излучения, модулятор в виде диска, первое и -второе зеркала, кюветы, при этом ось источника 1аправлена под острым углом к плоскости диска, а плоскость диска параллельна плоскостям зеркал, расположенным по обе стороны от диска 2.

Недостатком известных фотометров является то, что они имеют погрешности, вызванные нестабильностью характеристик

источника и приемника излучения в зависимости от напряжения питания, температуры окружающей среды и во времени, изменением светопропускания светофильтров, а также погрещность, вызванную неодинаковым загрязнением кювет с веществами.

Целью изобретения является повышение точности измерений.

Эта цель достигается тем, что в устройство введены дополнительно два зеркала, расположенные .в плоскостях первого и второго зеркал, при этом в диске выполнены два секторных остроугольных выреза, разделенные непрозрачным аналогичным сектором, а диаметрально противоположно указанным вырезам размещены аналогичные секторы с зеркальным покрытием с обеих сторон диска.

На фиг. 1 изобра:; ена схема фотометра; на фиг. 2, 3 - диск модулятора, .вид спереди; на фиг. 3 - то же, вид сзади; на фиг. 4 - графическое изображение сигналов, Возникающих на приемнике излучения при вращении .модулятора.

Фотометр содержит источник излучения 7 и приемник 2, фокусирующие зеркала ,J и 4,4, зеркала 5-8, модулятор светового потока Я светофильтры рабочий 10 и сравнительный 1J, кюветы - рабочую /2 и сравнительную 7.3, ослабитель светового потока (например оптический .клин) 14, усилитель 1-5, преобразователь 16, нуль-орган 17 и показывающий прибор /5. Кроме того, на фиг. 1 показаны световые лучи 19-22. Модулятор 9 фотометра выполнен в виде диска с двумя прозрачными секторами 23 и 24, разделенных непрозрачным сектором. Кроме этого на каждой из плоскостей модулятора имеется по одному .зеркальному сектору 25 и 26. Сектор 26 расположен симметрично относительно прозрачного сектора 23, а сектор 25 - относительно сектора 24. Углы секторов 23-26 равны 45°. Модулятор вращается вокруг оси против часовой стрелки. Фотометр работает следующим образом. Световой поток от источника излучения разделяется на два луча: 5 (сравнительный) и R (рабочий), первый .из которых отражаясь от зеркала 7 попадает на модулятор 9, а второй непосредственНО попадает на модулятор 9. Затем оба лзча, в зависимости от положения диска модулятора при вращении его в течение одного периода образуют четыре луча 19, 20, 21, 22. 19-й луч образуется следующим образом: луч света R, исходящий от излучателя 1, отражается от сектора 23 модулятора, попа.дает на зеркало 5, .проходит через Светофильтр рабочий 10, сектор 26 модулятора, кювету рабочую 12, отражается от зеркала 4 и попадает на приемник излучения 2. 20-й луч образуется при повороте модулятора на 90 против часовой стрелки. Луч света R проходит через сектор 24 модулятора, светофильтр сравнительный //, оптический клин 14, отражается от зеркала 8 и сектора 25 модулятора (обратная сторона диска модулятора), проходит через кю(вету рабочую 12, отражается от зеркала 4 и попадает на приемник излучения 2. 21-й луч образуется при следующем по1вороте модулятора .на 90°. Луч света S, отража1ясь от зеркала 7, проходит через сектор 26 модулятора, отражается от зеркала 5, проходит светофильтр рабочий 10, отражается от сектора 23 модулятора и зеркал 6, проходит .кювету сравнительную 13, отражается от .зеркала 3 и попадает на приемник излучения 2. 22-й луч обра.зуется так: луч света 5 отражается от зеркала 7 и сектора 24 модулятора, проходит через светофильтр сравнительный 11 и оптический клии 14, отражается от зеркала 8, проходит через сектор 26 модулятора, отражается от зер.Кала 6, проходит через кювету сравнительную 13, отражается от зеркала 3 и попадает на приемник излучения 2. Напряжение сигнала, возникающего на приемнике излучения, после воздействия о из лучей можно выразить следуюбразом. 19-го луча: /у Р ф - 7- Р P,V -р р -к р я 20-то луча: ср Фо ср оч/срк; 4ря 21-го луча: .,ТрГ/Рт,. я 22-го луча: f/cp 0« -poK-r,pTK.,pdcp, р, чр - коэффипиенты пропускания светового потока соответственно рабочего и сравнительного светофильтра; ТрТса - коэффициенты пропускания анализируемого вещества соответственно на рабочей и сравнительной длине волны;к - коэффициент пропускания кюветы с анализируемым веществом, характеризующ,ий степень неселективного загрязнения кюветы; dfl, dcp - чувствительность приемника излучения соответственно к рабочему и сравнительному потоку излучения. Фо -полный поток излучения излучателя; , -коэффициенты пропускания излучения от рабочего светофильтра анализируемой смесью соответственно в рабочей и сравнительной кю1вете;7 ср - коэффициент пропускания J излучения от сравнительного светофильтра смесью, содержащейся в сравнительной и рабочей кювете соот1ветствеино. я напрял ений U р, Up, , Ucp то, что нижние индексы соответствуетовому потоку, прощедщему через ий светофильтр (р) илл сравнительветофильтр (ср.), а верхние индексы етствуют прохождению светового поерез рабочую (р), или сравнительную юветы. ражения (I) - (4) показывают, что иемнике излучения за один период ения модулятора возникают четыре ьса напряжения (фиг. 2). пульсы напрял ения усиливаются телем 15 и попадают на преобразова6, на котором импульсы сигналов разделяются, запоминаются запоминающим устройством, папарно сравниваются между собой и частное от деления двух импульсов (например, f/cp и ) подается на нульорган П, управляющий автоматически положением оптического клина 14, обеспечивающим равенство этих импульсов (L cp P-бр Р ), а частное от деления (отношение) двух других импульсов t/pP и t/cp, определяюЩ|ИХ состав вещества, подается «а показывающий прибор 18. Таким образом, с помощью оптического клина обеспечивается равенство сигналов: Подставив в выражение 5 выражения (3) и (4) получим фо-ср-окТср ТксрСгср Фо-р - -Kcpdp (6) 20 Из выражения (6) пропускание оптического клина будет равно:

..

ок - :cp7cp dcp Выходной сигнал а фотометра, определяющий концентрадию вещества, содержащегося в рабочей кювете определяется отношением сигналов (УрР и f/cp. ТоТпР п II V- - т P/f 1 срсрок ср Ср Подставив вместо ок его величину, определяемую выражением (7) получим: , Т РТ Р о со ср - Т РЛ/ - Т 7 рт- ср ср t ср ср р р с KaiK видно из выражения (9), выходной сигиал фотометра пропорционален отношению коэффициентов пропускания вещества, содержашихся в кюветах, и не зависит от параметров элементов схемы: излучателя (Фо) светофильтров (тр, ср), приемника излучения (ufp, rfcp) и «еселективных загря зиений кювет фотометра. Приняв во внимание, что коэффициент пропускания вещества подчиняется известному закону поглощения Ламберта-БугерБэра получим: ГсрР е -срсрср. Trf e ГерР e -pSp, (10) где fe.p; йлср - коэффициент поглощения вещества на рабочей и сравнительной длине вола .P

(12) концентрация анализируемого компонента соответственно в рабочей и сравнительной кювете; длина (толщина) слоя жидкости в рабочей я сравнительной кювете. Подставив выражение 9 в выражение 10 и приняв во внимание, что сравнительная кювета заполняется, как правило, смесью с содержанием анализирземого компонента, равны м нулю, т. е. Сср О, ПОЛУЧИМ: a (11) е ;-сррр Как известно, сравнительный светофильтр выбирается из условия .минимального поглощения, выделяемого им излучения анализнруемЫМ веществом, т. е. /.ср О, тогда: Таким образом при /р const и йлр const выходной сигнал фотометра является функцией концентрации только анализируемого вещесива и независим от параметров элементов схемы и соответственно внещних влияющих факторов (температуры, напряжения и т. д.), благодаря чему повышается точность анализа по сравнению с известными фотометрами (см. выражения (1) и (2). Кроме повышения точности анализа изобретение позволяет расширить функциональные возможности фотометра. Если на нуль-орган подать сигнал, опре// ср деляемыи отношением показывающий прибор - отношение напряжений ,- ,-АСр( рр срср) (J3) ,M cpcp-Vp)(14) JipLВыражения (13) и (14) показывают, что данный фотометр можно использовать как два независимых однаволновых двухлучевых фотометра, например, для определения двух компонентов одновременно в трехкомпонентной смеси. Кроме этого, при таком способе можно при изменении одного компонента устранять влияние иеизмеряемых компонентов в многоком1понентных смесях.

,(13) и (14) достигается, кроме расширения функциональной возмож-ности, увеличение точности, та.к как oj и aj не зависят от параметров элементов схемы фотометра и в отличие от обычных двухлучевых одноволновых фотометров не зависят также от неселекти.вных загрязнений кюветы.

Таким образоМ, предлагаемый фотометр позволяет резко повысить точ«ость анализа (аутем исключения погрешностей, вызванных изменением характеристик его элементов и расширить функциональные возможности за счет увеличения чувствительности к анализируемому компоненту или за счет одновременного определения двух компонентов в многокомпонентной смеси.

Формула изобретения

Фотометр, содержаш,ий источник и приемник излучения, модулятор в виде диска, первое и второе зеркала, кюветы, при этом

2 S

сригЛ

ось источника напра1влена под острым углом к плоскости диока, а плоскость диска параллельна плоскостям зеркал, ра1оположенным по обе стороны от диска, отличающийся тем, что, с целью ловышения точности измерений, в него введены дополнительно два зеркала, расположенные в плоскостях первого и второго зеркал, при этом в диске выполнены два секторных остроугольных выреза, разделенные непрозрачным аналогичным сектором, а диаметрально противоположно указанным вырезам размеш,ены аналогичные секторы с зеркальным покрытием с обеих сторон диска.

Источникн информации, принятые во внимание лри зк-опертизе:

3

П

2J

f SC;j.Tjgg22S21037S Градус

tPU ч