Спектрофотометр с электронной разверткой спектра Советский патент 1980 года по МПК G01J3/42 

(54) СП ЕКТРОФОТОМ ЁТ Р С ЭЛ ЕКТРОННОЙ РАЗВЕРТКОЙ СПЕКТРА

1

Изобретение относится к оптическому спектральному йриборостроению и может быть использовано для изучения быстропрстекающах процессов по оптическим спектрам поглощения,

Известны быстродействующие (скоростные) спектрофотометры, предназначенные для изучения кинетики различных реакций iP-l

Наиболее близким техническим решением к изобретению является спектрофотометр с электронной разверткой спектра, содержащий бегущий источник света на электронно-лучевой трубке, блок развертки, обращенный спектральный аппарат и приемно-регистрируюшее устройство 2.

В этом приборе в качестве источника света использована специальная электроннолучевая трубка, люминесцентный экран которой расположен в фокальной плоскости обращенного спектрографа. В пришлно-регистрирующем устройстве спектрофотометра применен фотоумно-

житель, помещенный за входной щелью спектрографа, выполняющий в данной конструкции функции выходной щели. При работе спектрофотометра светящаяся точка на люминесцентном экране здектронно-лучевой трубки периодически перемещается под воздействием сигнала генератора развертки. Вследствие этого на фотоумножитель попадает излучение, длина чволны которо10го в каждый момент времени определяется положением светящейся точки нг люминесцйгсгном экране. Рабочая область спектра и быстродействие спектрофотометра практически полностью

15 определяется параметраьл люминофора экрана.

Однако спектрофотометр с бегущим источником света имеет ограниченное

20 быстродействие и связанное с этим низкое спектральное разрешение при высоких скоростях развертки. Это объясняется конечностью времени после- свечения люминофора экрана, вследствие чего светящаяся точка на люминесцентном экране при больши.х скоростях развертки растягивается в нолосу (в нанравлении развертки) и на фотоумножитель попадает уже не монохроматическое излучение, длина волны которого определяется положением светящейся точки на экране, а излучение участка спектра, ширина которого зависит от размера светящейся полосы на люминесцентном экране. Для сохранения достаточного спектраль ного разрещения в известном спектрофото ,метре приходится уменьщать скорость раз вертки до величин, при которых время пр хождения электронным лучом участка экрана трубки, соответствующего одному элементу разрешения-спектра, равно (или меньше) времени послесвечения люминофора экрана. Кроме того, возникает слож ность в подборе, люминофора (люминофоро для работы в необходимой области спектра, поскольку подбираемые люминофоры должны удовлетворять одновременно двум требованиям - свечение в заданном спек тральном интервале и малое время после свечения. Целью изобретения является повышени быстродействия спектрофотометра с бегущим источником света, выполненным 5лектронно- учевой трубке. Это достигается тем, что приемно-регистрирующее устройство содержит передающую телевизионную трубку с однострочной разверткой в направлении, пертпендикулярном к направлению дисперсии спектрального аппарата, а направление развертки электронно-лучевой трубки источника света образует с направлением дисперсии спектрального аппарата угол, отличный от нуля. Указанный угол целесообразно выбирать равным сХ (1) где h - длина развертки передающей телевизионной трубки (в- перес чете на её фотокатод)j - проекция длины развертки электронно-лучевой трубки в плоскости фотокатода передающей телевизионной трубки Выбор угла Между направлением развертки электрЬнно лучевой трубки и направлением дисперсии спектрального аппарата по соотношению (1) позволяет максямапьно использовать разречгение пе редающей телевизионной трубки. В качестве 1ередающей телевизионной целесообразно использовать, диссектор с круглой или квадратной формой вырезывающего отверстия в аноде. На фиг. 1 изображена структурная схема предлагаемого спектрофотометра} на фиг. 2 - схематическое расположение оптических спектров на фотокатоде передающей телевизионной трубки и направления разверток электронно-лучевой и передающей трубок. Спектрофотометр содержит обращенный спектральный аппарат 1 с диспергирующим элементом (н пример, призмой) 2 и коллиматорпым 3 и камерным 4 объективами. За камерным объективом 4 расположена кювета 5 с исследуемым веществом, а за ней - диссектор 6, имеющий круглую или квадратную форму вырезывающего отверстия в аноде. В фокальной плоскости спектрального аппарата 1 помещен люминесцентный экран электронно-лучевой трубки 7. Отклоняющие системы (например, отклоняющие пластины) электронно-лучевой трубки 7 и диссектора б подключены к общему генератору развертки 8. К коллекторному электроду диссектора б подключено регистрирующее устройство 9 в Качестве которого может использоваться, в частности, осциллограф. На фиг. 2 приведены начальное 1О, промежуточное 11 и конечное 12 положения оптически.х спектров на фотокатоде диссектора б, а также траектория 13 движения центра оптического спектра, определяемая движением светящейся точки на люминесцентном экране электронно-лучевой трубки 7. Траектория 13 образует угол 14 с направле- . нием дисперсии спектрального аппарата совпадающим с направлением оптических спектров. Стрелкой 15 показана траектория развертки диссектора б. Угол 14 соответствует углу с , а длины траекторий 13 и 15 - длинам С и h в соотношении (1). Устройство работает следующим образом. При включении генератора развертки 8 светящаяся точка на люминесцентном экране электронно-лучевой трубки 7, являющаяся источником излучения с непрерывным спектром, перемещается по экрану трубки 7 под углом 14 к направлению дисперсии спектрального аппарата 1. Излучение светящейся точ- ки на экране трубки 7 разлагается в спектр призмой 2 и со-ображается коллиматорным 3 и камерным 4 об ективами Через кювету 5 на фотокатод диссектора Вследствие движения светящейся точ- ки на экране электронно-лучевой трубки 7 оптический спектр перемещается на фотокатоде диссектора 6 иэ начального положения 10 (фиг, 2) в положение 11 и далее - в конечное положение 12 по траектории 13. Оптическая картина на фотокатоде диссектора 6 превращается (в соответст вии с принципом работы диссектора) в ее электронное изображение, которое при работе генератора развертки 8 перемещается относительно вырезывающего отверстия в аноде диссектора 6 в направ лении 15, перпендикулярном к направлению дисперсии спектрйльного аппарата 1. Так как развертка электронно-лучево трубки 7 и развертка диссектора 6 осуществляетсяот одного генератора развертки 8, то при одновременном перемещении оптического спектра на фотокат о- де диссектора по траектории 13 и элект ронного изображения этого спектра в направлении 15 выходнойток диссектора 6 изменяется во времени в соответст ВИИ с изменениями интенсивности спектр по длинам волн. Тем самым осуществляется электронная развертка спектра. Спектральное разрешение предлагаемого спектрофотометра ограничивается только соотношением между длиной спектра на фотокатоде диссектора и диаметром вырезывающего отверстия в аноде диссектора. Разрешение не зависит от.времени послесвечения люминофора электронно-пучевой трубки 7, поскольку излучение соседних спектральных интервалов, обусловленное послесве.чением,. не пропускается вырезывающим отверстием диссектора. Независимость разрешения спектрофотометра от времени после, свечения люминофора позволяет повьгсить быстродействие спектро- фотометра, т.е. уменьшить длительность развертки. Для однократной развертки выигрыш в быстродействии практически неограничен. Для периодической развертки, при которой спектрофотометры с электронной разверткой имеют ряд существенных преимуществ по сравнению со спектрофотометрами с механической разверткой, время послесвечения должно быть меньще периода развертки. С учетом этого максимальный выигрыш в быстродействии предложенного спектрофотометра по сравнению Q известным равен числу элементов разрешения в спектре, т.е. практически равен отношению диаметра рабочего поля фотокатода диссектора к диаметру вырезывающего отверстия. Для серийных диссекторов, имеющих рабочий диаметр фотокатода порядка 2О мм и диаметр вырезывающего отверстия не более 0,1 мм, выигрыш в быстродейстВИИ. составит не менее 200 раз. В режимах, характеризующихся одинаковым быстродействием с известным спектрофотометром, преимуществом предложенного спектрофотометра является возможность применения более инерционных люминофоров, что облегчает создание необходимых источников света на электронно-лучевых трубках. Формула изобретения 1. Спектрофотометр с электронной раз.верткой спектра, содержащий бегущий источник света на электронно-лучевой трубке, блок развертки, обращенный спектральный аппарат и приемно-регистрирующее устройство, о т. л и ч а ющ и и с я тем, что, с целью повышения быстродействия, приемно-регистрирующее устройство содержит передающую телевизионную трубку с однострочной разверткой установленную так, что развертка осуществляется в направлении перпендикулярном к направлению дисперсии спектральногоаппарата, а направлэние развертки, электронно-пучевой трубгси источник света образует с направлением дисперсии спектрального annapaTfi угол сугличный рт .нуля, в частности угол c t arcsm у , де п - длина развертки на фотокато- де Передающей телевизионной трубки, б - проекция длины развертки электронно-лучевой трубки в плоскости фотокатода передающей телевизионной трубки. 2. Спектрофотометр по п. 1, о т л ичающийся тем, что приамно-реистрирующее устройство содаржнт дисектор.

77359368

Источники информации,ческая промышленность 1967, № 2,

принятые во внимание при экспертизес. 55-62.

спектрометрия. Обзор, Оптико-механи-KJI. 356-83, опублик. 1971 (прототип).

/i7C: