Устройство для измерения спектральных коэффициентов пропускания и отражения

(61) Дополнительное к авт. саид-ву(22)Заявлено 12.03.80 (21) 2892917/18"25 (51)М, Кл с присоединением заявки М(23) Приоритет 6 01 1 3/32 1 ееударетееиеый комитет СССР по делам изобретений и открытий(5 Ц) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗИЕРЕНИЯ СПЕКТРАЛЬНЫ КОЭффИЦИЕНТОВ ПРОПУСКАНИЯ И ОТРАЖЕНИ Изобретение от сится к спектралью и может быть исании спектрофотонных для научных ному приборостроенпользовано при соэметров, предназначисследований. Известны спектральные приборы,предназначенные для измерения спектральных коэффициентов пропускания, вкоторых для измерения спектральныхкоэффициентов отражения в кюветныеотделения необходимо устанавливатьприставки. Это приводит к затратевремени на их установку и юстировку 111,Наиболее близким к предлагаемомуявляется устройство для измеренияспектральных коэффициентов пропускания и отражения, содержащее оптически сопряженные осветительную системус поворотным выходным зеркалом, монохроматор, приемную систему и проек"ционную систему с входным зеркаломи держатель образцов2. К недостаткам можно отнести то, что процесс измерения требует перемещения образца (либо образцов) при снятии отсчетов на каждой длине волны, известное устройство непригодно для определения спектральных коэффициентов пропускания и отражения образцов, которые по тем, либо другим причинам нельзя двигать без нарушения их спектрофотометрических характеристик. К ним относятся образцы, охлаждаемые в криостатах, нагреваемые в термостатах, либо подвергаемые другим видам воздействий. По той же причине невозможна работа с крупногабаритными образцами например, с многовходовыми газовыми кюветами и проведение сравнительных измерений двух и более образцов, один из которых может рассматриваться в качестве, стандарт" ного.Цель изобретения - расширение аналитических возможностей устройства для измерения спектральных коэффициентов пропускания и отражения,т,е. обеспечение возможности решенияс его помощью таких задач, как измерение пропускания и отражения образцов, которые в процессе спектрофотометрирования нельзя двигать без потери точности. К ним относятся образцы, имеющие одновременно большую толщину и показатель преломления, отличный от единицы, а также образцы,помещенные в криостаты, термостаты,в многовходовые кюветы и т.п.Указанная цель достигается тем,что в устройстве для измерения спектральных коэффициентов пропускания иотражения, содержащем оптическисопряженные осветительную систему споворотным выходным зеркалом, монохроматор, приемную систему и проекционную систему с Входным зеркалом идержатель образцов, входные зеркалопроекционной системы и держатель образцов выполнены поворотными и в устройство введены два взаимно параллельных отражателя, расположенные пообе стороны от держателя образцов иобращенные к нему своими отражающимиповерхностями, несущая отражатели каретка, установленная с возможностьюперемещения в направлении, перпендикулярном линии, соединяющей центрыотражателей, и призма с двумя отражающими гранями, установленная свозможностью перемещения в плоскости, перпендикулярной плоскости перемещения каретки, и поворота вокругоси, проходящей через центры отражающих поверхностей поворотного выходного зеркала осветительной системы ивходного зеркала проекционной системы.при этом оси поворота указанных зеркал расположены перпендикулярно плоскости перемещения каретки,На чертеже показана оптическаясхема предлагаемого устройства.Устройство содержит осветительную систему, схематично изображеннуюна чертеже в виде источника 1 излучения, вогнутого зеркала 2 и плоского выходного зеркала 3, монохроматор4 и проекционную систему, изображенную в виде плоского входного зеркала5 и вогнутого зеркала 6. Между выходными зеркалом 3 осветительной системы и входным зеркалом 5 проекционнойсистемы расположено кюветное отделение, в котором установлен держатель7 образцов, В изображенном на чертеже варианте изобретения держатель5 0 б 20 выполнен поворотным вокруг вертикальной оси и предназначен для закрепления двух образцов 8 и 9.В кюветное отделение введены два взаимно параллельных отражателя 10 и 11, расположенные по обе стороны держателя 7 образцов и обращенные к нему своими отражающими поверхностями.Угол между этими поверхностями и горизонтальной линией О, 01, соединяющей центры отражателей 10 и 11, выбирают равным 45 . Каретка 12, 1 есу" щая отражатели 10 и 11, установлена с возможностью перемещения в горизонтальной плоскости в направлении,перпендикулярном линии 0 0 . Кроме того, в кюветное отделение устройства введена призма 13 с двумя отражательными гранями, установленная на равном расстоянии от зеркал 3 и 5 с возможностью перемещения в направлении, перпендикулярном плоскости перемещения каретки 12. Призма 13 имееттакже возможность поворота вокругоси 00 , проходящей через центры00 отражающих поверхностей выходного зеркала 3 осветительной системы и входного зеркала 5 проекционной системы. При этом угол с. между 30отражающими гранями выбран равным90 +1, где 1 - заданный гол падения излучения на поверхность образца8 илиЗеркала 3 и 5 выполнены поворотными, оси их поворота вертикальны,т.е. перпендикулярны плоскости перемещения каретки 12. Угол поворотазеркал выбирают равным 90 -/2, где- угол между линией 0 О+ и осью006, проведенной через центры зеркал 3 м 5.Образцы 8 и 9 закреплены в держателе 7 параллельно друг другу совзаимным смещением в направлении,перпендикулярном оси 00. Зоны дерфф жателя 7 образцов, в которых расположены образцы 8 и 9, оптически сопряжены с помощью отражателя 11 ипроекционной системы 5 и 6 с приемной системой 14.Ж Устройство работает в двух режимах измерения пропускания и измеренияотражения. При реализации основныхвариантов каждого режима для любой. длины волны ) обеспечивается снятие 53 двух отсчетов, Первый отсчет пропорционален спектральному коэффициентупропускания Т(.Х) либо отражения В(.)исследуемого образца 8, второй отсчет40 5 8943пропорционален Тв (3) либо Р ) эта 9лонного образца 9,При работе устройства излучениеот источника 1, пройдя через.монохроматор 4, выделяющий узкий спектраль- фный интервал вблизи длины волныпоследовательно падает на зеркала 3и 5 осветительной системы, Выходноезеркало 3 этой системы повернуто вокруг вертикальной оси таким образом, Ючтобы излучение падало на отражатель10, направляющий излучение по осмкюветного отделения, т.е. вдоль линии О, О+,1Перемещение каретки 12, несущей 1 Вотражатели 10 и 11, приводит к смещению пучка излучения параллельносамому себе, При этом изображениевыходной щели монохроматора 4, формируемому между отражателями 10 и И11, смещается вдоль линии, расположенной под углом 45 О к оси пучка(линии Оо 0 ), Это позволяет неподвижно установить исследуемый и эталонный образцы 8 и 9 с взаимным сме- Ищением вдоль линии 0 О, что удобнодля оптимальной установки образцовпри использовании криостатов илитермостатируемых кювет, имеющих большие поперечные размеры. Ход лучей че- ЭЭреэ эталонный образец 9 показан пунктиром. При измерении пропусканияпризма 13 перемещением в направле-.нии, перпендикулярном плоскости перемещения каретки 12, выведена изхода лучей.Излучение, прошедшее через образец 8 или 9, направляется отражателем 11 на входное зеркало 5 проекционной системы. Зеркало 5 повернутовокруг вертикальной оси таким образом, чтобы направить излучение навогнутое зеркало 6 проекционной системы, которое фокусирует пучок излучения на входе приемной системы14. При этом перемещение отражателей 10 и 11 вместе с кареткой 12 неприводит к расфокусировке пуска, поскольку общая длина хода лучей междузеркалами 3 и .5 остается постоянной.Приемная система 14 последовательноформирует сигналы, пропорциональныеТЯ) и Т(А), которые затем могутпреобразовываться в отсчеты оптической плотности, концентрации и т,д,Для осуществления абсолютных измерений пропускания достаточно снятьэталонный образец 9 с держателя7 образцов. 74Ь При переходе к измерению спектральных коэффициентов отражения зер кала 3 и 5 поворачиваются вокруг вертикальных осей, призма 13 устанавливается на оси 00(это ее положение изображено пунктиром). Держатель 7 образцов поворачивается вокруг вертикальной оси так, чтобы линия, соединяющая центры образцов 8 и 9, стала перпендикулярна оси 00. При выполнении этих требований пучок излучения после отражения от зеркала 3 падает на одну из отражающих граней призмы 13, а затем под заданным углом 1 - на поверхность исследуемого образца 8. Отраженный пучок падает на вторую грань призмы 13, затем попадает на входное зеркало 5 проекционной системы, далее на зеркало 6 и на вход приемной системы 14. При повороте призмы 13 на 180 вокруг оси ОЗОН. пучок излучения падает под углом 1 на поверхность эталонного образца 9. В этом случае приемная система 14 последовательно формирует сигналы, пропорциональные РЯ), Р (А).Помимо описанных вариантов измерений пропускания и отражения при неподвижных образцах устройство при минимальных модификациях позволяет реализовать несколько дополнительных вариантов измерений. Подключение привода возвратно-поступательного перемещения не к каретке 12, а к держателю 7 образцов позволяет вести измерения Т(1) и Т при неподвижных отражателях 1 О и 11 с пооцередным введением в ход лучей образцов 8 и 9. Такой вариант обеспечивает наибольшую фотометрическую точность при измерениях тонких, например пленочных, образцов. При измерении спектральных коэффициентов отражения призму 13 развертывают на 90 О вокруг оси 00 . относительно положения, показанного на чертеже, и закрепляют ее неподвижно, а образцы закрепляют на столике (не показан) такии образом, чтобы отражающие поверхности образцов были горизонтальны, 8 этом варианте переход от измерений Р к Р(А) осуществляется поворотом столика, Гели исследуемые образцы твердые, то столик совмещают с верхней крыщкой кюветного отделения, что максимально упрощает смену образцов. При измерении отражения жидких и сыпучих образцов, пе 89137ремещать которые в процессе измерений нецелесообразно, исследуемый образец 8 устанавливается под призмой 13, а твердый эталонный образец 9 устанавливается вертикально (см.чертеж) или в любом удобном положении, соответствующем повороту призмы 13 вокруг оси О О на выбранный угол,онапример 180Таким образом, предлагаемое уст а ройство позволяет реализовать различные варианты измерения спектральных коэффициентов пропускания и отражения, оптимизированные с учетом поставленнйх задач и условий измерения, 15 В частности, обеспечивается возможность как абсолютных, так и сравнительных измерений пропускания, атакже измерения отражения при неподвижных образцах как твердых, так и жидких или сыпучих. Формула изобретения Ц 8ширения аналитических возможностейустройства, входное зеркало проекционной системы и держатель образцоввыполнены поворотными и в устройство введены два взаимно параллельныхотражателя, расположенные по обестороны держателя образцов и обращенные к нему своими отражающими поверхностями, несущая отражатели каретка, установленная с возможностьюперемещения в направлении, перпендикулярном линии, соединяющей центрыотражателей, и, призма с двумя отражающими гранями, установленная с воэможностью перемещения в плоскости,перпендикулярной плоскости перемещения каретки, и поворота вокруг оси,проходящей через центры отражающихповерхностей поворотного выходногозеркала осветительной системы и вход.ного зеркала проекционной системы,при этом оси поворота указанных зеркал расположены перпендикулярноплоскости перемещения каретки,ЭО Устройство для измерения спектральных коэффициентов пропускания и отражения, содержащее оптически сопряженные осветительную систему с поворотным выходным зеркалом, монохроматор, приемную систему и п 13 оек" ционную систему с входным зеркалом и держатель образцов, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью расИсточники информации .принятые во внимание при экспертизе1. Оезэеп 1 1., Ра 1 вег В. М 1 сгоэресц 1 аг гет 1 есйапсе аррагасц 5 Уог цэе 1 о 1 й 6 Сагу 11 ог 17 зег 1 еэ эресй. горпотоаейегз. Кеч.Бс.6 эйгцщ.,1976, Ц, У 9, 1193-1195.2. Патент США У 3687519, кл.3 Я, опублик. в 1972.