Фотометр

ОПИСАНИЕ ИЗО БР Е ТЕ Н И Я К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ1168277 О Союз Советских Социалистических Республик(54) ФОТОМЕ Изобретение относится к физико-химическим методам анализа, а более конкретно - к фотометрическим приборам, в которых сравниваются между собой два световых потока, прошедших через анализируе м эе вещество.Известны фотометры, содержащие источник и приемник излучения, светофильтры, кювету, зеркальный модулятор светового потока 11.оВ этих фотометрах излучение от одного источника после кюветы с помощью зер. кального модулятора разделяется на два световых потока, каждый из которых проходит через соответствующие фильтры, а затем оба потока тем же модулятором объединяются и попадают на приемник излучения.Наиболее близким техническим решением к данному изобретению является фото- метр, содержащий источник и приемник излучения, модулятор в виде диска, первое и второе зеркала, кюветы, при этом ось источника направлена под острым углом к плоскости диска, а плоскость диска парал лельна плоскостям зеркал, расположенным по обе стороны от диска 2.Недостатком известных фотометров является то, что они имеют погрешности, вызванные нестабильностью характеристик з источника и приемника излучения в зависимости от напряжения питания, температуры окружающей среды и во времени, изменением светопропускания светофильтров, а также погрешность, 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 изображена схема фотометра; на фиг. 2, 3 - диск модуляторавид 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 1 и приемник 2, фокусирующие зеркала З,З и 4,4, зеркала 5 - 8, модулятор светового потока 9, светофильтры рабочий 10 и сравнительный 11, кюветы - рабочую 12 и сравнительную 13, ослабитель световогопотока (например оптический клин) 14,усилитель 15, преобразователь 1 б, нуль-орган 17 и показывающий прибор 1 В. Крометого, на фиг, 1 показаны световые лучи19 - ,22. 5Модулятор 9 фотометра выполнен в виде диска с двумя прозрачными секторами28 и 24, разделенных непрозрачным сектором. Кроме этого на каждой из плоскостеймодулятора имеется по одному зеркально Ому сектору 25 и 2 б. Сектор 2 б расположенсимметрично относительно прозрачногосектора 2 В, а сектор 25 - относительно сектора 24. Углы секторов 23 - 2 б равны 45.Модулятор вращается вокруг оси противчасовой стрелки.Фотометр работает следующим образом,Световой поток от источника излученияразделяется на два луча: 5 (сравнительный) и Й (рабочий), первый из которых отражаясь от зеркала 7 попадает на модулятор 9, а второй непосредственно попадаетна модулятор 9.Затем оба луча, в зависимости от положения диска модулятора при вращении егов течение одного периода образуют четырелуча 19,О, 21, 22,19-й луч образуется следующим образом: луч света 1, исходящий от излучателя ЗО1, отражается от сектора 23 модулятора,попадает на зеркало б, проходит черезсветофильтр рабочий 10, сектор 2 б модулятора, кювету рабочую 12, отражается отзеркала 4 и попадает на приемник излучения 2.20-й луч образуется при повороте моду.лятора на 90 против часовой стрелки. Лучсвета Я проходит через сектор 24 модулятора, светофильтр сравнительный 11, оптический клин 14, отражается от зеркала В исектора б модулятора (обратная сторонадиска модулятора), проходит через кюветурабочую 12, отражается от зеркала 4 и попадает на приемник излучения 2. 21-й луч 45образуется при следующем повороте модулятора на 90.Луч света 5, отражаясь от зеркала 7,проходит через сектор 2 б модулятора, отражается от зеркала бпроходит светофильтр рабочий 10, отражается от сектора23 модулятора и зеркал бпроходит кюветусравнительную 13, отражается от зеркала3 и попадает на приемник излучения 2.22-й луч образуется так: луч света Я отражается от зеркала 7 и сектора 24 модулятора, проходит через светофильтр сравнительный 11 и оптический клин 14, отражается от зеркала 8, проходит через сектор2 б модулятора, отражается от зеркала б, 60проходит через кювету сравнительную И,отражается от зеркала 3 и попадает наприемник излучения 2.Напряжение сигнала, возникающего наприемнике излучения, после воздействия 65каждого из лучей можно выразить следующим образом.Для 19-го луча: У Р ф 7 Р Р 1 р о р р р Для 20-го луча:(4) и,"= ф,где р, ср - коэффициенты пропусканиясветового потока соответственно рабочего и сравнительного светофильтра;Т, Т - коэффициенты пропусканняанализируемого вещества соответственно на рабочей и сравнительной длине волны;-, - коэффициент пропусканиякюветы с анализируемым веществом, характеризующий степень неселективного загрязнения кюветы;Ир, Ар - чувствительность приемника излучения соответственно к рабочему и сравнительному потоку излучения.Ф, - полный поток излучения излучателя;Тр, Тр - коэффициенты пропусканияизлучения от рабочего светофильтра анализируемой смесью соответственно в рабочей и сравнительной кювете;Т,рР, Тср Р - коэффициент пРопУсканиЯизлучения от сравнительного светофильтра смесью, содержащейся в сравнительной и рабочей кювете соответственно.ДлЯ напРЯжений У ", ОрР, О,рР, Ь,р" принято, что нижние индексы соответствуют световому потоку, прошедшему через рабочий светофильтр (р) или сравнительный светофильтр (ср.), а верхние индексы соответствуют прохождению светового потока через рабочую (р), или сравнительную (ср) кюветы.Выражения (1) - (4) показывают, что на приемнике излучения за один период вращения модулятора возникают четыре импульса напряжения (фиг. 2).Импульсы напряжения усиливаются усилителем 15 и попадают на преобразователь 1 б, на котором импульсы сигналов раз7 Р - е ср ср ср с - с: с, ср 7 ср е Р срсрT Р -- е асср рр (10) деляются, запоминаются запоминающим устройством, попарно сравниваются между собой и частное от деления двух импульсов (например, ассрр и урр) подается на нуль- орган 17, управляющий автоматически положением оптического клина 14, обеспечивающим равенство этих импульсов (Уср = - Ур ), а частное от деления (отношение) двух других импульсов урр и усрр, определяющих состав вещества, подается на:показывающий прибор 18,Таким образом, с помощью оптического клина обеспечивается равенство сигналов:(3) и (4) получим фо"ср окТср "к ср 1 ср: фо р Тр "к срдр (6) Из выражения (6) пропускание оптического клина будет равно: Выходной сигнал а фотометра, определяющий концентрацию вещества, содержащегося в рабочей кювете определяется отношением сигналов урр и у,рр. ирр ртрчра:срср октср фпср Подставив вместо ток его величину,определяемую выражением (7) получим: р ТМ;срт,рЧтрта - ср 7 срЧсрар Трй р 7 срР Тр Как видно из выражения (9), выходной сигнал фотометра пропорционален отношению коэффициентов пропускания вещества, содержащихся в кюветах, и не зависит от параметров элементов схемы: излучателя (Фо) светофильтров (тр, -,р), приемника излучения (дАр) и неселективных загрязнений кювет фотометра.Приняв во внимание, что коэффициент лропускания вещества подчиняется известному закону поглощения Ламберта - БугерБэра получим: где с.р, Й;,ср - коэффициент поглощениявещества на рабочей и сравнительной длине волср, с,р - концентрация анализируемого компонента соответственно в рабочей й сравнительной кювете; р: 1 ср - длина (толщина) слояжидкости в рабочей и сравнительной кювете. Подставив выражение 9 в выражение .О 10 и приняв во внимание, что сравнительная кювета заполняется, как правило, смесью с содержанием анализируемого компонента, равным нулю, т. е. с,р =0 получим:15 20Как известно, сравнительный светофильтр выбирается пз условия минимального поглощения, выделяемого им излучения анализируемьрм веществом, т. е, Фср = О, огда: Таким образом при р = сопз 1 и 30 Йр -- сопз 1 выходной сигнал фотометраявляется функцией концентрации только анализируемого вещества и независим от параметров элементов схемы и соответственно внешних влияющих факторов (темЗ 5 пературы, напряжения и т, д.), благодарячему повышается точность анализа по сравнению с известными фотометрамп (см. выражения (1) и (2).Кроме повышения точности анализа 40 изобретение позволяет расширить функциональные возможности фотометра,Если на нуль-орган подать сигнал, опрец срсрделяемыи отношением - р, а на показысрвающий прибор - отношение напряжений Ц Р- то:11 сР 1 а.: = - е ср Р р ср ср (13)ср Tср" /г (с- с) 1 (1 Р Р( ср ср р р (14)(/ ср 7 срр 55Выражения (13) и (14) показывают, что данный фотометр можно использовать как два независимых одноволновых двухлучевь.х фотометра, например, для определения 50 двух компонентов одновременно в трехкомпонентной смеси. Кроме этого, при таком способе можно при изменении одного компонента устранять влияние неизмеряемых компонентов в многокоипонентных смесях..(13) и (14) достигается, кроме расширения функциональной возможности, увеличение точности, так как а, и а не зависят от параметров элементов схемы фотометра и в отличие от обычных двухлучевых одноволновых фотометров не зависят также от неселективных загрязнений кюветы,Таким образом, предлагаемый фотометр позволяет резко повысить точность анализа вутем исключения погрешностей, вывванных изменением характеристик его элементов и расширить функциональные возможности за счет увеличения чувствительности пс анализируемому компоненту или за счет одновременного определения двух компонентов в многокомпонентной смеси,Формула изобретенияФотометр, содержащий источник и приемник излучения, модулятор в виде диска, первое и второе зеркала, кюветы, при этом ось источника направлена под острым углом к плоскости диока, а плоскость диска вараллельна плоскостям зеркал, раоположенным по обе стороны от диска, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности измерений, в него введены дополнительно два зеркала, расположенные в плоскостях первого и второго зеркал, при этом в диске выполнены два секторных 10 остроугольных выреза, разделенные непрозрачным аналогичным сектором, а диаметрально противоположно указанным вырезам размещены аналогичные секторы с зеркальным покрытием с обеих сторон диска.15Источники информации, принятые вовнимание,при экспертизе: 1, Патент США3459951, кл. 250-226,20 бублик. 1969, 2. Патент Англии1106375, кл. б 1 Р 1, опублик, 1965,, Харьк, фил. пред. Па;енто Заказ 763/967 Изд. М 484НПО Поиск Государственного комитета ССС113035, Москва, Ж, Рау Тираж 780 по делам изоб ая наб., д. 4 г 5 Подписное ений и открытий