Фотоэлектрический способ измерения концентрации вещества Советский патент 1980 года по МПК G01N21/41 

Изобретение относится к области оптических методов определения микроконцентраций анализируемого вещества в растворе и может найти широкое применение в хроматографических установках при анализе полимеров и биополиме ров как синтетического, так и природного происхождения. Известны фотоэлектрические способы измерения концентрации веществ, ос нованные на облучении монохроматическим световым потоком анализируемого вещества в кювете с последующей регистрацией прошедшего потока в электрической системе, используемые в рефрактометрах, фотометрах, спектрофотометрах и флуориметрах. Один из известных способов измерения концентрации веществ заключается в облучении вещества, находящегося в фотометрической кювете, световым потоком и регистрации интенсивности све та ПЗ . Наиболее близким по технической сущности к данному изобретению является фотоэлектрический способ -измере ния концентрации вещества путём облучения исследуемого вещества в диффе.ренциальной кювете призматического типа и регистрации прошедшего излучения. Известный фотоэлектрический способ измерения концентрации вещества является рефрактометрическим и основан на измерении отклонения светового потока в результате прохождения его через кювету с анализируемым веществом t 21. К недостаткам способа следует отнести использование только одного из проявлений взаимодействия электромагнитного излучений с анализируемым веществом - отклонения светового потока, что снижает чувствительность и точность измерения концентрации анализи:руемого вещества Целью изобретения является повышение чувствительности и точности, измерения концентрации вещества. Поставленная цель достигается тем, что в фотоэлектрическом способе измерения концентраций вещества путем облучения исследуемого вещества в дифференциальной кювете призматического типа и регистрации прошедшего излучения световой поток мйнохроматиэируют на длине волны, соответствующей максимуму поглощения для исследуемого вещест-, ва, и регистрируют изменение интенсивности светового потока, по которому судят о концентрации исследуемого ве щества . Сущность изобретения поясняется чертежом устройства для реализации данного способа. Устройство содержит источник свс jra 1, оптическую проектирующую сис; тему 2, диафрагму 3, монохроматор 4 оптическую дифференциальную кювету призматического типа 5, объектив 6, фотоприемник 7, измеритель уровня сигнала 8 и регистрирующий прибор 9 Способ осуществляется следующим образом. Сформированный от источника света 1 с помощью проектирующей линзовой системы 2 и диафрагмы 3, параллельный световой пучок проходит через монохроматор 4 и кювету 5. Объектив б формирует световое изображение диафраг1«ы на приемной площадке фотопри емника 7. Оптическая кювета состоит из двух ячеек,одна из которых заполнена paci вором сравнения, а другая - измеряе мым раствором. При заполнении обеих ячеек кюветы раствором сравнения моиохроматором -выделяется спектральный интервал длин волн, соответствующий спектральной области поглощения исследуемого вещества, а с помощью ре гулируемой диафрагмы 3 устанавливает ся полное заполнение приемной площад ки фотоприемника, определяемое по максимальному сигналу, снимаемому с фотоприемника. При заполнении второй ячейки исследуемым веществом неизвестной концентрации происходит одновременное изменение поглощения световой энерги и изменение линейной дисперсии свето вого пучка, прошедшего через анализи руемое вещество , При этом изменение поглощения оп ределяется извес.тной зависимостью: Л . (1) где Д - количество световой энергии прошедшей через анализируемое вещество; Лд - количество световой энергии на входе в .анализируемое вещество; эе- - коэффициент поглощения анали зируемого вещества; с - концентрация анализируемого вещества; d - толщина слоя анализируемого вещества, а измерение линейной дисперсии в пло кости измерения, светового пучка связано с явлением аномальной дисперсии в спектральной области поглощения анализируемого вещества и описывается зависимостью: dd . irj dH dn где k коэффициент увеличения оптической системы; коэффициент, определяемый молекулярными параметрами анализируемого вещества; рС - угол отклонения светового потока;f- линейное перемещение изображения в плоскости фотоприемника;показатель преломления анализируемого вещества, соответствующий пропусканию светофильтра;длина волны, соответствующая максимуму поглощения вещества;Л - длина волны света, определяющая границы кривой поглощения. В связи с явлением аномальной дисперсии при длине волны Л, световые лучи, соответствующие красной и синей линиям спектра, будут-отклоняться в разные стороны от оптической оси, в связи с чем изменится интенсивность светового потока, падающего на фотоприемник. Таким образом, наличие в ячейке кюветы анализируемого вещества выза-вает изменение энергии светового потока на фотоприемнике вследствие изменения поглощения и уширения светового изображения относительно размер 1 приемной Ш1ощадк(й фотоприемника. Использование предлагаемого спосоч ба измерения концентрации позволяет значительно повысить чувствительность измерения по сравнению с прямым рефрактометрическим методом и по сравнению с прямым фотометрическ1|М методом, измерения. Формула изобретения Фотоэлектрический способ измерения концентрации вещества путем облучения исследуемого вещества в дифференциальной кювете призматического типа и регистрации прошедшего излучения, от - личающийся тем, что, с целью повышения чувствительности и точности измерения, световой поток монохроматизируют на длине волны, соответствующей максимуму поглощения дня исследуемого вещества и регистрируют изменение интенсивности светового потока, по которому судят о концентрации исследуемого вещества. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Гринштейн М,М,иКучикян Л.М. Фотоэлектрические концентратомеры для автоматического контроля и регулиро- вания, М., Машиностроение, 1966, с.64-73. 2.Гринштейн M.M.I.I Кучикян Л.М. Фотоэлектрические концентратомеры для автомагического контроля и регулирования. М./ Машиностроение, 1966, с.134-137 (прототип).