CS198656B1 - Zařízení pro dvoupaprskové fotometrické měřeni - Google Patents

Description

54)

Zařízení pro dvoupaprskové fotometrické měření

Vynález se týká zařízení pro měření koncentrace kapalných vzorků.

Fotometry jsou. přístroje k měření intenzity dopadajícího záření. Speciálně jsou uží~ ány v analytická chemii k měření koncentrace kapalných vzorků. Tyto vzorky, umísťovaná přístroje v nádobkách, např. kyvetách, propustných pro užité záření, absorbují prochá5jící záření.

Velikost absorbce je závislá na vlnové délce záření. Průběh této závislosti je chara;eristický pro jednotlivé látky a lze ho užít ke kvalitní analýze. Z velikosti abeorbce 'i Určité vlnové délce lze potom po zpracování vzorku vypočítat koncentraci hledané látky vzorku, tedy lze po předchozí kalibraci provádět kvalitativní analýzu. Výchozím údajem o tento výpočet, který může provádět přímo měřicí přístroj, je poměr intenzity světla ošlého analyzovaným vzorkem k intenzitě světla prošlého referenčním vzorkem neobsahujícím sdanou látku. Tento poměr se také nazývá transmitace vzorku.

U velmi jednoduchých, tak zvaných jednopaprskových přístrojů, se nejprve do světelného izku umístíreferenční vzorek a výstupní údaj přístroje se nastaví na hodnotu odpovídající insmitanci 100 % (koncentraci 0). Potom se do světelného svazku umístí kyveta s měřeným irkem a odečte se údaj transmitance nebo v případě vybavení přístroje výpočetní jednotkou příslušnou stupnicí údaj absorbance nebo přímo koncentrace u měřeného vzorku.

656 β β se

Uvedený postup je však zdlouhavý a například pro automatizované měření velkých sérií vzorků, běžné například v biochemii, nevhodný. Pro podobné účely jsou vyvinuty tak zvané dvoupaprskové fotometry. Do tohoto fotometru se umístí měřený i referenční vzorek a světelný svazek se opakovaně přemísťuje tak, aby procházel střídavě referenční a měřicí kyvetou. Výstupní signál detektoru se potom zpracuje, signály referenčního a měřicího kanálu se oddělí a z nioh se vyhodnotí transmitace, absorbanoe nebo koncentrace měřeného vzorku. Takovýto způsob přemísťování světelného svazku, kdy střídavě prochází referenční a měřicí kyvetou, je celá řada.

Při jednom řešení se světelný svazek rozdělí na dva svazky, bu3 pomooí polopropustného zrcadla, nebo pomocí 2rcadla složeného ze dvou soustav odrazových ploch, a vzniklé dva svazky, soustředěné pomooí dalších optických součástí do referenční a měřicí kyvety, se střídavě zacloňují, například rotační clonou.

Nevýhoda tohoto řešení spočívá v neidentičnosti měřicí a referenční cesty. Rozdíl propustnosti obou cest detekuje přístroj jako změnu transmitance měřeného vzorku.

Jiné řešení užívá stacionární svazek a pohybuje kyvetami. Nevýhoda předchozího řešení se tím odstraní. Kyvetami s kapalnými vzorky je však nutno pohybovat pomalu. Tím je pomalá i odezva fotometru na změny absorbance v kyvetáoh a zařízení není vhodné například pro rychlá kinetická měření. Při sériovém měření se komplikuje plnění a vyprazdňování kyvet nebo vkládání kyvet do přístroje.

Zvláštním případem tohoto řešení jsou rotační systémy. Větší počet kyvet je umístěn na obvodu kotouče, který rotuje. Kyvety jsou postupně prosvětlovány stacionárním svazkem.

Jelikož jde o rovnoměrný rotační pohyb, může to být pohyb velmi rychlý a tím se dosáhne i rychlé odezvy fotometru. Konstrukční složitost a výrobní náročnost takového zařízení jsou však značné .a přístroje tohoto typu mají velmi vysoký výkon i jiné parametry, jsou však také velmi drahé. Pro levnější přístroje byl vyvinut vibrační systém s identickou cestou pro referenční a měřicí kanál. Svazek ze světelného zdroje se odráží na zrcadle, projde referenční kyvetou, odrazí se na druhém zrcadle a dopadne na detektor. Posunutím zrcadel prochází identický svazek měřicí kyvetou. Nevýhodou tohoto uspořádání je náročnost konstrukce vibračního systému unášejícího zrcadla, potíže při dosahování vyšší rychlosti odezvy systému. Uvedené nedostatky odstraňuje zařízení pro dvoupaprskové fotometrické měření podle vynálezu, jehož podstata spočívá v tom, že soustava dvojic zrcadel je uspořádána otočně podle osy rotace, která je shodná s osou části světelného svazku vstupujícího ze světelného zdroje do soustavy dvojic zrcadel, přičemž kolmice k zrcadlům v místech dopadu světelného svazku a osa rotace soustavy dvojic zrcadel leží v jedné rovině.

Soustava dvojic zrcadel je uspořádána pro odražení světelného svazku jednak v rovinách kolmých na osu rotace soustavy a jednak v rotační válcové- ploše, jejíž osa je shodná s osou rotace soustavy.

Soustava dvojio zroadel je uspořádána pro odražení osvětelného svazku v úsecích zasahujících do rotačních kuželových plooh, jejichž osa je shodná s osou rotace soustavy*

198 6SB

Výhodou zařízení podle vynálezu je, žeše jím podstatně sníží nároky na mechanickou tuhost celého systému, protože kmitavý pohyb je nahrazen pohybem rotačním. Další výhoda spočívá v tom, že zařízení je možno vyrobit v menších rozměrech, umožňuje snadnější dosahování potřebné rychlosti odezvy systému.

Na výkresech je znázorněno zařízení pro dvoupaprskové fotometrické měření, kde na obr. 1 je soustava zrcadel, na obr. 2 jsou možné polohy detektorů a na obr. 3 je provedení fotometru.

. Ze zdroje 1, (pbr. 1) dopadá vstupující světelný svazek 2 ve směru osy 2 rotace optické soustavy na zrcadlo 2, odrazí se na zrcadlo J, projde kyvetou 2 umístěnou na kruhu, po odrazu od zrcadla £ a 6 se vrátí zpět do osy 2 rotace soustavy a dopadá na detektor 10.

Při rotaoi soustavy podle obr. 1 se pohybuje úsek světelného svazku 2 mezi zrcadly J a 2 po rotační válcové ploše, jejíž osa je totožná a osou 2 rotace soustavy. Do soustavy lze umístit řadu kyvet 2 tsh, že je světelný paprsek 2 postupně protíná. Kyvety jsou rozmístěny po kružnici, jejíž osa je kolmá k válcové ploše, vytvořené rotací soustavy.

Uspořádáním podle obr. 1 je možno kyvety 4 rozmístit jak do části světelného svazku 2 mezi zrcadly J a 2» tak'do části světelného-svazku 8 mezi zrcadly 2 a 6, respektive 2 a J.

Na obr. 1 je znázorněna soustava, kde dvojice zrcadel 2, J a 2» Á jsou dvojice jvnoběžných zrcadel. To je ovšem konstrukčně jednoduché, ale není to nutné. Podstatné je, iby světelný svazek dopadající na zařízení byl totožný s osou 2 rotace tohoto zařízení, i aby úseky světelného svazku 8 mezi jednotlivými zrcadly 2,2 a ít& nebo světelného svazku lezi zrcadly 2,2 vytvořily při rotaci zařízení kuželové plochy, na nichž je možné umístit :yvety a aby vystupující světelný svazek dopadal při rotaci zařízení na detektor 10 jediném bodě.

Schéma takové obecné soustavy je znázorněno na obr. 2. Kyvety 4 jsou rozmístěny na ednotlivých kuželových plochách vytvořených rotací světelného svazku 2· Přitom jde vždy řadu kyvet 2> uspořádaných po kružnici, která je kolmým řezem na příslušné rotační ploše.

Z konstrukčního hlediska je ovšem výhodné takové uspořádání zrcadel 2, 2 ^a 5.» hůy 1 část svazku, která prochází kyvetami 2· vytvoří válcovou plochu (úsek mezi zrcadly 2» £) kruh (úseky mezi zrcadly 2t 2 nebo 2» 6)« V tomto případě se zjednoduší konstrukce kyvet nebo jejioh uložení.

Další zjednodušení lze provést tehdy, je-li k dispozici detektor 10 s velkou citlivou ochou a stabilní a homogenní citlivostí po detekční ploše. Světelný-svazek 2 potom není tno vrátit do původního směru, to je do osy 2 rotace soustavy. Detektor 10 se umístí tak, y světelný svazek 2 při všech polohách soustavy dopadal na detektor 10, umístěný v rovich li, 12. Na obr. 2 jsou možné polohy detektoru 10 znázorněny rovinami 11. 12. Potom a soustavu postavit ze tří nebo ze dvou zrcadel 2,2tí podle průměrů použitelné plochy tektoru 10 v rovinách 1^, 12 a rozměrů soustavy, to je počtu kyvet 2*

Příklad jednoduchého zařízení pro levnější fotometry je na obr. 3. Světelný svazek 2 zdroje i, je rovnoběžnými zrcadly 2,2 zaveden do směru rovnoběžného s osou 2 rotace soustavy

198 858 a při rotaci soustavy ss pohybuje po válcové ploše, jejíž průnik s detektorem 10 je kružnice, ležíoí celá na citlivá oblasti detektoru 10. ,Na válcová ploše jsou rozmístěny souměrně kyvety £. Uvedené uspořádání je konstrukčně jednoduché, umožňuje velmi rychlé přepínání kanálů a dosažení velmi dobré shody věeoh měřicích cest.

Claims (3)

1. P ff.E D BŽT ΤΪ HÍ ΙΕ ΖΠ

   1. Zařízení pro dvoupaprskové fotometrické měření, sestávající ze světelného zdroje, soustavy zrcadel detektoru světla a soustavy kruhově umístěných kyvet, vyznačené tím, že soustava dvojic zrcadel (2,3 a 5,6) je uspořádána otočně podle osy (9) rotace, která je shodná s osou části světelného svazku (7) vstupujícího ze světelného zdroje (1) do soustavy dvojic zrcadel (2,3 5,6), přičemž kolmice k zrcadlům (2,3,5,6) v místech dopadu světelného svazku (7) a osa (9) rotace soustavy dvojic zrcadel (2,3,5,6) leží v jedné rovině.
2. 2. Zařízení podle bodu 1, vyznačené tím, že soustava dvojic zrcadel (2,3,5,6) je uspořádána pro odražení světelného svazku (7) jednak v rovináóh kolmých na osu (9) rotace soustavy a jednak v rotační válcové ploše, jejíž osa je shodná s osou (9) rotace soustavy.
3. 3. Zařízení podle bodu 1, vyznačené tím, že soustava dvojic zrcadel (2,3,5,6) je uspořádána pro odražení světelného svazku (7) v úsecích zasahujících do rotačních kuželových ploch, jejiohž osa je shodná s osou (9) rotace soustavy.