Интерферометрический способ определения концентрации вещества

(54) ИНТЕРФЕРОМ СОБ ОПРЕДЕЛЕНИ ВЕЩЕСТВА (57) Изобретение от приборостроению и вано для анализа с изобретения - повы и селективности. Инте соб определения ко РИ ЧЕСКИЙ СПО- КОНЦЕНТРАЦИИ носитс может остава шение рферо нцент я к опт быть и ве шест чувствит метриче рацииескомпол ьзо в. Цель ельности кий спо- ещества му 9, объти кото. им фото- фотоприрователи масштабинии рсия хема и по- емый им обГОСУДАРСТВЕННЫИ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР ОПИСАНИЕ ИЗ А 8 ТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТ 1(71) Специальное конструкторскосредств аналитической техники(56) Авторское свидетельство СССР275271, кл. 6 01 М 21/45, 986.Авторское свидетельство СССР1286961, кл. 6 О М 21/45, 1986. Изобретение относится к оптическому приборостроению и может быть использовано для анализа состава вещества.Цель изобретения - повышение чувствитепьности и селективности измерений,На фиг. 1 изображен контур л поглощения раствора цианина и диспе показателя преломления; на фиг. 2 - с интерферометрического анализатора, пр мощи которого осуществляют предлага способ.Интерферометрический анализатор содержит источник 1 излучения, конденсор 2, формирующий параллельный световой поток, щель 3, светофильтр 4 рабочего канала и светофильтр 5 опорного канала, которые размещены одинпод другим, светоделительную пластину 6, кювету 7 опорного канала и кювету 8 рабочего канала, в которых находятся образцовое и анализируевключает формирование светового потока двух длин волн, его разделение на лучи, один из которых проходит через образцо. вое вещество, а другой - через анализируемое вещество, смещение этих лучей, формирование двух интерференционных картин: рабочей и опорной - и детектирование этих картин. Лучи, образующие рабочую интерференционную картину, пропускают через первый светофильтр, максимум пропускания которого соответствует максимуму дисперсионной кривой показателя преломления вблизи линии поглощения анализируемого вещества, а лучи, формирующие опорную интерференционную картину, пропускают через второй светофильтр, максимум пропускания которого соответствует минимуму дисперсионной кривой. По взаимному смещению интерференционных картин судят о концентрации анализируемого вещества. 2 ил. мое вещества соответственно, приз ектив 10, в фокальной плоскос рого установлены один под друг приемник 1 рабочего канала и емник 12 опорного канала, форм 13, счетчик-сумматор 14, блок 15 ного умножения и индикатор 16.Способ осуществляют следую разом. От источника 1 излучения световои поток формируется с помощью конденсора 2 и щели 3. Далее верхняя часть светового потока пропускается через светофильтр 4 рабочего канала, максимум пропускания которого соответствует максимуму дисперсионной кривой (фиг. 1), а нижняя часть светового потока - через размещенный под ним светофильтр 5 опорного канала, максимум пропускания которого соответствует минимуму дисперсионной кривой. Каждая1606918 Ь р= 1(п, - и) = 1 Лр,10 15 20 25 40 55 часть светового потока, соответствующая двум длинам волн, делится на светоделительной пластине 6 на два луча, Один из лучей каждой длины волны проходит через кювету 7, содержащую образцовое вещество (например, растворитель) и через кювету 8, содержащую анализируемое вещество (раствор цианина). Далее лучи отражаются от призмы 9 и снова проходят через те же кюветы. Вследствие различия показателей преломления растворителя и раствора цианина на двух длинах волн между ними возникает разность хода.На светоделительной пластине 6 лучи смешиваются и образуют две интерференционные картины из лучей, прошедших соответствующие светофильтры. Ясно, что смещение полос этих интерференционных полос относительно соответствующих фотоприемников 11 и 12 будет иметь различный знак, скажем, полосы рабочей картины сместятся вправо, полосы опорной влево, Эти интерференционные картины проецируются с помощью объектива 10 на соответствующие фотоприемники 11 и 12 так, чтобы ширина интерференционных максимумов или минимумов была того же порядка, что и размеры светочувствительной площадки фотоприемников. Тогда при смещении полос интерференционной картины с фотоприемников 11 и 12 снимаются электрические импульсы, количество которых соответствует количеству полос, прошедших по чувствительной площадке фотоприемников. Эти импульсы приобретак)т в формирователях 13 соответствующую форму и амплитуду и поступают на счетчик-сумматор 14, который суммирует, вычитает и проводит, другие математические операции по соответствующей программе с этими импульсами. В блоке 15 масштабного умножения сигнал со счетчика-сумматора умножается на определенное число в зависимости от измеряемого компонента и индицируется на индикаторе 16 в единицах концентрации анализируемого компонента.Известно, что зависимость показателя п преломления от частоты а вблизи центра а линии поглощения имеет вид п=1+1 р+1,/4 где К - постоянная, зависящая от параметров анализируемого вещества; 7 - затухание, которое определяется шириной линии поглощения; 50 и=в, - со - расстройка частоты от центра линии поглощения.Таким образом, показатель преломления является нечетной функцией расстройки и имеет вид дисперсионной кривой, проходящей черед единицу при в=ар (фиг. 1) . Если использовать максимумы и минимумы этой кривой для анализа, то показатель преломления в этих точках в случае, например, раствора цианина отличается более чем в два раза. Поэтому смещение полос рабочей интерференционной картины, если в качестве образцового вещества использован растворитель с коэффициентом преломления п=,5,будет пропорционально разности хода лучей: где 1=1,2,п,п, - показатель преломленияв максимуме дисперсионной кривой;Л - длина волны в максимумедисперсионной кривой.При длине кюветы с рабочим и образцовым веществом, равной 1=2 мм, й= =1 6 10 зТаким образом, полосы рабочей интерференционной картины при появлении в рабочей кювете раствора цианина сместятся на 1,6 10 интерференционных максимумов, например, вправо. В это же время полосы опорной интерференционной картины сместятся на 1=1/Лпти - и) = 1,8 1 О интерференционных максимумов влево, гдеи, - показатель преломления в минимумедисперсионной кривой; Л - длина волны вминимуме дисперсионной кривой. Взаимноесмешение составит 3,4 1 О.В случае же нормального поведениядисперсии вдали от линии поглощения мешающего компонента изменение показателя преломления от Л до Л, составит величину - 0,003 и, следовательно, взаимноесмещение полос будет равно 10. Таким образом селективность анализа с помощьюпредлагаемого способа равна -- "=340,5 нЯигде 5 чувствительность к измеряемомукомпоненту, 5, - к мешающему. В случае нетрадиционных интерферометрических способов 5/5,-1.Так как при использовании способапрототипа измеряют показатель преломленияанализируемого вещества (раствора цианина) относительно образцового вещества(растворителя) и показатели преломления ихотличаются незначительно вдали от линиипоглощения цианина (на сотые или десятые),то чувствительность анализа при использовании предлагаемого способа выше в десятки раз,Если сравнивать с методом дифференциального поглощения, то чувствительность последнего существенно ниже, поскольку измерения ведутся по изменению интенсивности светового потока от 100 О до, например, 50 О в то время как в нашем случае, при тех же условиях, интенсив 160 б 918ность светового потока будет изменяться от 100 О и практически до 0 в десятки тысяч раз, т. е. можно детектировать анализируемое вещество с концентрациями в десятки тысяч раз ниже. Что касается селективности, то поскольку дисперсионная кривая показателя преломления является по сути производной от контура линии поглощения, то она возрастает в /3 раза.Способ определения концентрации вещества обладает гораздо большей селективностью анализа (в сотни раз) по сравнению с другими интерферометрическими способами анализа. Преимуществом способа является также высокая чувствительность анализа, которая в десятки раз выше, чем традиционных интерферометрических и в сотни раз чем абсорбционных методов.формула изобретенияИнтерферометрический способ определен и я ко н центра ци и ве щества, вкл юча ющи й формирование светового потока двумя длинами волн, разделение его на два, один из которых проходит через эталонное вещество, а другой через кювету, смешение этих потоков, формирование двух интерференционных картин на первой и второй длинах волн светового потока соответственно, заполнение кюветы анализируемы м веществом и регистрацию при этом сформированных 30интерференционных картин и их смещений, по которым судят о концентрации вещества, отяичаюш,ийся тем, что, с целью повышения чувствительности и селективности измерений, формируют световой посток с такими длинами волн, что одна из них со ответствует максимуму, а другая минимуму дисперсионной кривой показателя преломления анализируемого вещества в области его поглощения, а о концентрации вещества судят по взаимному смещению одной интерференционной картины относительно другой.+ 1 ООС 1 Редактор Л. РевинЗаказ 3547 арсненпого комитета по113035, Москва, Ж- -3 нно-нздатеаьский кобин; Подизобретепиям и открьРауппская наб.,Патент, г. Уякго ктор И арлейсное тиягя прп ГКНТ ССС4/5д, ул, Гагарина, 101