Спектрофотометр

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУ БЛИН 60 4 С 01 3 3/42 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ л ЕЛЬСТ Н АВТОРСИОМУ СВИ 1 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(71) Специальное конструкторское бюро аналитического приборостроения Научно-технического. объединения АН СССР и Межфакультетская проблемная научно-исследовательская лаборатория молекулярной биологии и биоорганической химии им. А.Н.Белозерского МГУ им, М.В.Ломоносова (72) Т.В. Дубатова, Ю,Е, Каэакевич, В.Н. Ларионов и А.А,Тоболов (53) 535.853(088.8)(57) Изобретение относится.к областиоптического спектрального приборостроения. Целью изобретения являетсяповьппение точности измерений путемподавления мультипликативной помехив виде низкочастотных колебаний энергетической яркости источника и упро-щение конструкции. Для этого в спектрофотометре источник излучения 1проецируется на входную щель 4 монохроматора с помощью зеркала 2 исветоделителя 3, представляющего собой бизеркало. На входной щели образуются два изображения источника1. Обтюратор 5 осуществляет временное разделение пучков, Входной 6или выходной 8 коллиматор монохроматора состоит из двух полуэеркал,разрезанных по меридиональной плоскостимонохроматора. При взаимном разворо 128691 те полуэеркал вокруг оси, совпадающей с меридиональной плоскостью, осуществляется двухлучевой режим работы спектрофотометра. Измерительные ячейки 10 устанавливаются непосредственно за выходной щелью 9. При взаимном развороте в сагиттальной плоскости на угол б = М/Г, , где- расстояние между изображениями источ 0ника 1 в плоскости входной щели 4,Г, - фокусное расстояние коллиматора,осуществляется двухволновый режимработы спектрофотометра. Осуществле 1ние двухлучевого и двухволновогорежимов позволяют. повысить точностьспектрофотометрических измерений.1 з.п. ф - лы, 7 ил.Изобретение относится к оптическому спектральному приборостроению.Цель изобретения - повышение точности измерений путем подавлениямультипликативной помехи в виде низксчастотных колебаний энергетическойяркости источника и упрощение конструкции.На фиг.1 показана оптическая схема спектрофотометра; на фиг.2 - разрез А-А на фиг, 1; на фиг.З - разрезБ-Б на фиг.1; на Фиг,4 - 7 - положение спектров в фокальной плоскости монохроматора в зависимости отвзаимного расположения полузеркалколлиматора.Спектрофотометр содержит (фиг.1)источник 1 излучения, светящеесятело которого расположено в одномиэ фокусов эллипсоидного зеркала 2,светоделитель 3,. представляющий собой бизеркало, ребро которого находится в меридиональной плоскости,входную щеЛь 4, диск-обтюратор 5,установленный непосредственно завходной щелью 4, входной коллиматор 6, содержащий два полузеркала,дифракционную решетку 7, выходнойколлиматор 8, выходную щель 9, измерительную ячейку 10, а также ахроматический объектив 11 и фотоприемники 12 - 14. Приемная площадка фотоприемника 12 расположена вблизизаднего фокуса ахроматического объектива 11.Спектрофотометр работает следующим образом,Изображениеисточника 1 с помощью эллипсоидного зеркала 2 фокуси руется в плоскости входной щели 4двухлучевого монохроматора. Светоделитель 3 установлен в сходящемся пучке на определенном расстоянии отвходной щели 4, В результате в плоскости входной щели 4 образуются двадействительных изображения источника 1, разнесенные в сагиттальнойплоскости на заданное расстояние,Диск-обтюратор 5 осуществляет временное разделение пучков путем ихпеременного прерывания. Пусть сугол между полузеркалами входногоколлиматора 6 в меридиональной плоскости,- угол между полузеркалами в сагиттальной плоскости, Прио == 0 в плоскости выходной щели9 наблюдается картина, схематичноизображенная на фиг.2. Два идентичных спектра, получаемые от соответствующих изображений источника 1,разнесены в саггитальной плоскости 20на расстоянии 21, причем21 с = 21 с (й. /Г 1 ), (1)25где 21 - расстояние между изображениями источника в плоскости входной щели 4;Г - фокусное расстояние входного коллиматора б;Г - Фокусное расстояние выходного коллиматора 8.В этом случае из монохроматора выводятся два монохроматических пучка длиной волны 3,. Только при выполнении условия 2 Е (с Н, где Н - высота штрихов решетки 7, в плоскостивходного коллиматора 6 имеет местозначительное переналожение двух световых пучков от входной щели, т.е.на каждое полузеркало попадает излучение от обоих изображений в плоскости входной щели 4. Поэтому прис = О, 5 Ф О каждый из спектров,128691 изображенных на фиг.2,распадается на .два спектра (фиг.3), .В результате вплоскости выходной щели двухлучевогомонохроматора образуются две идентичные пары спектров. Запишем соотношение, определяющее расстояние междуспектрами каждой пары в параксиальном приближении:(2) 10 2 ш = 2 рГ В этом случае из монохроматора выводятся четыре монохроматических пучка длиной волны Эо.При ш = Е нижний спектр верхней пары и верхний спектр нижней пары совпадают (фиг,4). При этом выполняется соотношение(3) 20 Пусть д)=3 - Ъ, Можно показать, что д = Й 1. Вдп ф, (Сов 2 Ф - 1) + При таком режиме работы из монохроматора выводятся четыре монохроматических пучка длиной волны 3 два из которых пространственно совмещены в плоскости выходной щели 9,Если при значении угла р , определяемом формулой (3), полузеркала развернуты друг относительно друга в меридиональной ппоскости ( о( Ф 0; З 0= 1 с/Г, ), то в плоскости выходной щели 9 образуется картина, изображенная на фиг.5, Световые пучки, отраженные от различных полузеркал входного коллиматора 6, падают на 35 дифракционную решетку 7 под разными углами. В результате в плоскости выходной щели 9 происходит дисперсный сдвиг соответствующих спектров друг относительно друга, из монохромато ра выводятся два пучка длиной волны ) и два пучка длиной волны 3 , причем два монохроматических пучка различных длин волны 3 и 3 пространственно совмещены в плоскости выход ной щели 9. о 4В практически важных случаях формула (4) аппроксимируется выражением:- сов 1 В 1 п 2 с(5)Соя Ж 1Такую зависимость разности длин волн Ь л от угла относительно разворота полузеркал Й во многих случаях можно с достаточной точностью реализовать с помощью синусного механизма. Часто бывает достаточна и более грубая аппроксимация;ЛЪ = 2 с 1 (Сокро )Ъ 2 с 1 й . (6)В непосредственной близости от выходной щели 9 установлена измерительная ячейка 1 О и далее три фотоприемника 12 - 14, разнесенные в сагиттальной плоскости. Полузеркала коллиматора 6 при юстировке спектрофотометра поворачиваются друг относительной друга в сагиттальной плоскости на угол р = 1/Г, и в дальнейшем этот угол остается неизменным.В режиме спектрофотометрических измерений на одной длине волны полу- зеркала коллиматора 6 устанавливаются в положение о= О, При этом в плоскости выходной щели 9 образуется картина, изображенная на фиг.4. Сигнал на выходе фотоприемника 12 пропорционален интенсивности монохроматического излучения длиной волныпрошедшего через измерительную ячейку 10 (рабочий сигнал). Сигналы на выходе фотоприемников 13 и 14 пропорциональны интенсивности моно- хроматического излучения длиной волны 3 о, падающего на измерительную ячейку 10, В качестве контрольного сигнала можно брать сумму сигналов с выходов фотоприемников 13 и 14, На выходе измерительной схемы регистрируется величинаА = 1.Со 1 о"оо(4) где о - постоянная дифракционнойрешетки;Яо - угол падения световых пучков на дифракционную решетку при с = О, ональности;контрольный сигнал надлине волнь; Зо;рабочий сигнал на длиневолны 3режим применяется дляегистрации оптической 1 од Указанныйнепрерывной р(9) дА-- А - А плотности вещества, находящегося визмерительной ячейке, как функциивремени А , а также для записиоепектров поглощения А О),Переход к двухволновому режимуосуществляется при помощи взаимногоразворота полузеркал коллиматора 6вокруг оси, перпендикулярной меридианальной плоскости.В плоскости выходной щели 9 при этом образуется 10картина, изображенная на фиг.5. Через измерительную ячейку 10 поочередно пропускаются,; монохроматическиепучкй длин волн г и 3 , разностьмежду которыми определяется выражениями (4) - (6), В период, когдадиск-обтюратор 5 перекрывает одноиз изображений источника в плоскости входной щели 4 (например, нижнее), на фотоприемник 12 поступает 20монохроматический пучок длиной вол ны 3, , прошедший через измерительную ячейку 10, а на фотоприемник 13 -контрольный монохроматический пучокдлиной волны. Фотоприемник 14 25при этом не засвечивается. При пере-,крытии другого иэображения источника возникает противоположная картина. На выходе измерительной схемымогут одновременно и непрерывно регистрироваться оптические плотностина длинах волн 5 Г, 3 как функциивремени А (С), А (Т), а такжегабсорбционное отношение В(г.)ги абсорбционная разность дА35определяемые, соответственно вйражениями; При сканировании дифракционнойрешетки 7 в этом режиме могут также регистрироваться спектр поглощения А (3), абсорбционное отношениекак функция длины волны К+ )(,а также первая производная спектраАА (Ъ)/И (в этом случае д) выФ. 67бирается достаточно малым),Переход к дифференциальным измерениям осуществляется посредствомзамены одной измерительной ячейки двумя разнесенными по высоте выходной щели. В двухлучевом режиме полузеркала коллиматора 6 устанавливаются в положение== О (фиг.2)Непосредственно за выходной щелью 9 ооустановлены две измерительные ячейки 10, далее излучение поступает наахроматический объектив 11 и фотоприемник 12. Через измерительныеячейки 10 поочередно проходят монохроматические пучки длиной волныОба пучка в плоскости дифракционной решетки 7 совмещены Ахроматический объектив 11 изображает плоскость дифракционной решетки 7 в плоскость фоточувствительной площадкифотоприемника 12, где монохроматические пучки всех длин волн, таким образом, еще раз совмещаются. В таком режиме могут регистрироватьсяспектр поглощения А ( (при этом водной из измерительных ячеек образец отсутствует), разностный спектрпоглощения ьА Д ), поглощение и разность поглощений на фиксированнойдлине волны как функции времениАг, , дА (г.), При переходе к двухволновому режиму вместо двух измерительных ячеек 1 О используют одну,Полузеркала коллиматора 6 разворачивают друг относительно друга наугол, определяемый формулой (3),в сагиттальной плоскости,а также наугол Й , определяемый рабочими длинами волн 1 г,согласно формулам(4) - (6), в меридиональной плоскости,Формула изобретения 1, Спектрофотометр, содержащий оптически связанные источник света, фокусирующее зеркало, светоделитель, обтюратор, монохроматор, снабженный входной щелью, входным зеркальным коллиматорным объективом, дифракционной решеткой, выходным зеркальным коллиматорным объективом и выходной щелью, а также измерительную ячейку, фокусирующий объектив и фотоприемники, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности измерений путем подавления мультипликативной помехи в виде низкочастотных колебаний энергетической яркости источника света и упрощения конструкции, входной или выходной зеркальный коллиматорный объектив выполнен разрезным в виде двух полу- зеркал, причем плоскость разреза совпадает с меридиональной плоскостью монохроматора, при этом полу- зеркала установлены с возможностью взаимного разворота в меридиональ1286910 1 с ,г где хроматора; г Рие. 4 7ной плоскости монохроматора, а измерительная ячейка установлена непосредственно за выходной щелью монохроматора.2. Спектрофотометр по п.1, о т -5 л и ч а ю щ и й с я тем, что полу- зеркала входного или вйходного зеркального коллиматорного .объектива установлены с возможностью дополнительного взаимного разворота в сагит О тальной плоскости монохроматора на фиксированный угол 1 - расстояние между изображениями источника света в плоскости входной щели моно Г - Фокусное расстояние соот- .,гветственно входного или выходного зеркального колли-маторного объектива.1286910 8, д Составитель С.Ивановтор А,Огар Техред Л.Олейник Корректор М.Демчик акаэ роизводственно-полиграфическое предприяти город, ул.11 роектная,03/40 ТиражВНИИПИ Госудапо делам из113035, Москв 776ственного комбретений и отЖ, Раушс Подпистета СССрытийая наб