Фотометрическая камера Советский патент 1980 года по МПК G01J1/04 

I

Изобретение относится к фотометрии и может быть использовано для определения показателей поглощения или других оптических характеристик твердых и жидких веществ..

Известны фотометрические камеры для исследования поглошающи-х веществ, выполненные в виде многоходовых кювет l и 2. Однако в этах камерах не предусмотрены меры для исключения ошибки, возникающей вследствие преломления светового пучка в данном образце. Поэтому данные устройства предназначены и применяются только дяя исследования газов.

Наиболее близкой к изобретению является фотометрическая камера, содержащая входную и выходную диафрагмы и два отражателя, один из которых выполнен в виде сферического зеркала и установлен с возможностью поступательного перемещения в направлении продольной оси камеры зЗ. Для компенсации преломления в твердом или жидком образце, установленном на этой оси, расстояние между отражателями подбирается таким образом, чтобы пучки излучения, отраженные от каждогхэ из ни.х, фокусировались на продольной оси камеры в оптически сопряженных точках. Излучение комбинационного рассеяния выводится на выходную диа|)рагму через боковую стенку камеры.

10

Одна эта камера непригодна для точ- йых измерений показателя поглощения или cBfeaHHbix с ним характеристик. Объясняется это тем, что оптически сопряженные точки расположены в неигг15ральной части камеры, внутри анализи.руемого, образца. Это не позволяет установить вблизи сопряженных точек дополнительные оптические элементы для вььвода из камеры излучения, прошедшего

20 через образец, без потерь этого излучения, т.е. без снижения точности измер&ний. Кроме того, количество проходов излучения в известной камере очень велйко и более). Следовательно при. использовании ее для измерения поглощения или оптической плотности неизбеж ны погрешности, обусловленные потерями при многократном прохождении излучения через границу раздела воздух-образец. Целью изобретения является повышение точности измерений показателя погл щения образца. Достигается это тем, что камера сна жена .системой для отсчета положения, i Зеркала, а второй отражатель выполнен в виде смежных граней призмы, ус.танов лвнной между входной и выходной диаф рагмами симметрично продольной оси камеры. Кроме того призма установлена с во можностью поворота относительно оси, перпендикулярной продольной оси камер а камера снабжена дополнительным сферическим зеркалом, закрепленным на продольной оси камеры, при этом оба сферических Зеркала имеют одинаковые радйусь кривизны и установлены с противоположных сторон призмы. На фиг. 1 приведена принципиальная оптическая схема фотометрической камеры, на фиг. 2 - то же, вариант. Камера содержит аходную диафрагму 1, первый отражатель-основное сферическое зеркало 2 и дополнительное сферическое зеркало 3, установленные на продольной оси ОО камеры и имеющие одинаковые радиусы кривизны, второй отражатель-призму 4, две смежных грани которой являются зеркалами 5 и б кймеры, столик-дер жат ель 7 образца iB, выХодную диафрап у 9 и систему 10 для отсчетнбго положения сферическсях) зеркала 3, вьгполнённую, на.пример, в виде шкалы, закрепленной на корпусе камеры, и индексй, связанного с зеркалом 3j, При этом сферическое зеркало 3 имеет возможность .перемещения в направлении продольнрй оси СО, т.е. может устанавливаться и фик- сйрйваться на различных расстояниях от призмы 4.Если в спектрофотометре для которого предназначена камера, образец устанавливается после мовохроматора (на чертеже не показав), то в качестве входной диафрагмы 1 может быть использована выходная шель монохроматора. При установке образца перед монохроматором с его входной щелью может быть совмещена выходная диафрагма 9. При этом входная 1 и выходная 9 диафрагмы камеры должны быть оптически сопряжены зеркалами 5,3 и. 6, т.е. изображение входной диафрагмы 1 совмещено с выходной диафрагмой 9. В камере (см. фиг. 1) дополнительное сферическое зеркало 3 вместе со сферическим зеркалом 2 установлено на столике-держателе 7, который установлен с возможностью перестановочного перемещения в направлении А, перпендикуля{ ном продольной оси 00 камеры. В варианте (см, фиг. 2) зеркала 2 и 3 располагаются с противоположных сторон призмы 4, причем дополнительное сферическое зеркало 3 и столик-держатель 7 закреплеш неподвижно, а призма 4 установлена с возможностью перестановочного поворота на 180 относительно оси, перпендикулярной оси ОО, например относительно горизонтальной оси иО, Определение оптических характеристик (пропускания, поглощения оптической плотности и т.д.) с применением данной камеры производится следующим образом. С использованием устройства Ю сферическое зеркало 2 устанавливается в такое положение , что расстояние от этого зеркала до призмЫ 4 превышает расстояние между призмой 4 и дополнительным сферическим зеркалом на величину .(1--) , где i- длина анализируемого образца, а и - его показатель преломления на интересующей длине волны. На столик-держатель 7 устанавливается твердый образец 8 (или кювета с анализируемой жидкостью) и производится отсчет требуемой оптической характеристики. Затем поступательным перемещением столика-держателя 7 (см. фиг. 1) или поворотом призмь 4 на ISO (см.фиг.2) образец 8 и зеркало 2 выводятся, а зеркало 3 вводится в. ход лучей и производится второй отсчет. Благодаря смещению сферического зеркала 2 относительно дополнительного сферического зеркала 3 на указаннуювеличину, как при введенном, так и вьь. веденном образце, излучение, прошедщее через аходную диафрагму 1, после последовательного отражения от зеркала 5 к 2 (или 3 и 6), т.е. после двухкратного прохождения через образец, будет фокусироваться на выходной диафрагме 9. Следовательно, данная камера, в отлйчие от.известных, позволяет исключить погрешность возникающую вследст вие преломления светового пучка в образце без внесения потерь при вводе и выводе излучения из камеры и без поте при многократном преломлении в образц т.е. повысить точность измерения. В случае необходимости количество отсчётов на выбранной длине волны может быть увеличено. Затем, монахроматор .спектрофотометра устанавливается на новую длину волны, описанный цикл измерения повторяется и т.д. Так как при использовании варйа.нта камеры, показанного на фиг, 2, выведе ние образца из хода -лучей осуществляется поворотом небольшой призмы 4, устраняются динамические нагрузки, связанные,с перемещением столика-дё{ «атёля 7с об|)азцом 8, вес которого может составлять несколько килограммов. В связи с этим данный вариант ка меры обеспечивает более высокую то.чность измерений. Однако вариант, представленный на фиг. 1 может оказаться предпочтительнее в том случае, когда имеются ограничения на размеры приставки в направлении ее продольной рои. Если дисперсия показателя прелом- ,ления образца в исследуемом спектральном диапазоне, измерения можно проводить при постоянном смещении сферичес кого зеркала 2, рассчитанном для одного значения, соответствующего средней длине волны области спектрофотометрирования. В случае большой дисперсий необходимо в процессе сканирования спектра осуществлять дополнительное перестановочное перемещетае сферического зеркала 2 до выполнения указаавого выше соотношения. Помимо изображенных на чертеже, возможны другие варианты реализации камеры. Например, дополнительное сферическое зеркало 3 может отсутствовать при этом основное сферическое зеркало 2 должно при введений и вьшедении обра ца 8 перемещаться в противоположных направлениях вдоль продольной оси каме ры на величину И (1 - ). Кроме того, камера может быть снабжена несколькими сферическими зеркалами 2 и несколь кими столиками-держателями 7 с образцами 8. В этом случае переход к измерениям каждого образца осуществляется поворотом призмы 4 на соответствук щий угол, отличный от 18О°. При снабжении камеры приводом вращения или возвратно-поступательного пе-ремещения призмы 4 обеспечивается автоматическая подача пучков излучения Поочередно на образец 8 и на дополнительное сферическое зеркало 2, т.е. появляется, возможность полной автоматизации процесса измерения поглощения длинных образцов. Экспериментальная проверка камеры подтвердила эффект повышения точности измерений, обеспечиваемый использов;анаем камеры. Показано, в частности, что имеется возможность находить спектральные показатели поглощения оптичесKttx стекол в видимой области спектра. Которые не могут быть измерень с .пойрщью известньгх: камер для спектрофотометров.Формула изобретения 1.Фотометрическая камера, содержащая входную и выходную диафрагмы и два отражателя, один из которых выполнен в виде сферического зерке а к устайойлен с Возможностью поступательного перемещения внаправлении продольной оси камеры, от.лйчакэщаяся тем, что, с целью повышения точности измерений показателя поглощения образца, она снабжена системой для отсчета поло.жения зеркала, а второй отражатель выполнен в виде смежных граней призмы, установленной между входной и выходной диафрагмами симметрично продольной оси камеры. 2.Камера по п. 1, о т л и ч а а я с я тем, что призма устаноалена с возможностью поворота относительно оси, перпендикулярной продольной ОСи камеры, а камера снабжена дополнительным сферическим зеркалом, закрепленным на продольной оси камеры, при этом оба сферических зеркала имеют одинаковые радиусы кривизны и установлены с противоположных сторон призмы. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе t б.оНп U.X/bite,bong Opticxxl Pailns of Large ApertuTM Joovnae-o tVieOpU.c.ad Society of Awerica v. 32, № 5, 1942, p. .

2. Неуймин Г, Г., Агафонов Е. А., Морской многоходовой ф тометрпро- зрачномер. Оптико-механическая промышленность, 1968, № 6, с. 3136.

3. 7T.t4.,Construction anUUse oi ReClecimg VAuG-tipte - , AbsorfoUon Ceaftu ov the Uitra-ytoaet,Visibte «n near Ah nareS, ftppllied SpeeirostopVj

V.P.V№ 1, 1971. p. 103.

fO