CS198656B1

CS198656B1 - Equipment for double-ray fotogrammetric measurement

Info

Publication number: CS198656B1
Application number: CS118078A
Authority: CS
Inventors: Jiri Willmann; Vratislav Adamec
Original assignee: Jiri Willmann; Vratislav Adamec
Priority date: 1978-02-24
Filing date: 1978-02-24
Publication date: 1980-06-30
Also published as: DD141949A1

Description

54)54)

Zařízení pro dvoupaprskové fotometrické měřeníEquipment for double-beam photometric measurement

Vynález se týká zařízení pro měření koncentrace kapalných vzorků.The invention relates to a device for measuring the concentration of liquid samples.

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.Photometers are. instruments for measuring the intensity of incident radiation. They are especially used in analytical chemistry to measure the concentration of liquid samples. These samples, placed in containers, such as radiation-permeable cells, absorb the transmitted radiation.

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.The amount of absorption depends on the wavelength of the radiation. The course of this dependence is characteristic for individual substances and can be used for quality analysis. The concentration of the desired substance of the sample can then be calculated from the amount of the absorbance of a certain wavelength after the sample processing, i.e. a qualitative analysis can be performed after the previous calibration. The starting point for this calculation, which can be performed directly by the measuring instrument, is the ratio of the light intensity transmitted by the analyzed sample to that of the reference sample not containing the substance. This ratio is also called sample transmittance.

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.In the very simple, so-called single-beam instruments, a reference sample is first placed in the luminous chamber and the output value of the instrument is set to a value corresponding to an insensitivity of 100% (concentration 0). Then place the cuvette with the measured irradiance in the light beam and read the transmittance reading or, if the instrument is equipped with an appropriate scale, the absorbance reading or directly the concentration of the measured sample.

656 β β se656 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.However, this procedure is lengthy and, for example, unsuitable for automated measurement of large series of samples, such as common in biochemistry. For similar purposes, so-called double-beam photometers are developed. The measured and reference samples are placed in this photometer and the light beam is repeatedly moved to pass alternately through the reference and measuring cuvettes. The output signal of the detector is then processed, the reference and measurement channel signals are separated and the transmittance, absorbance or concentration of the sample to be measured is evaluated. There are a number of such ways of moving the light beam, alternately passing through the reference and measuring cells.

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.In one solution, the light beam is divided into two beams, either by means of a semi-transparent mirror or by means of a 2-reflector array, and the two beams, concentrated by means of other optical components into the reference and measuring cuvette, are alternately shielded, for example.

Nevýhoda tohoto řešení spočívá v neidentičnosti měřicí a referenční cesty. Rozdíl propustnosti obou cest detekuje přístroj jako změnu transmitance měřeného vzorku.The disadvantage of this solution lies in the lack of identity of the measurement and reference paths. The difference in transmittance of both paths is detected by the instrument as a change in transmittance of the measured sample.

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.Another solution uses a stationary beam and moves the cuvettes. This eliminates the disadvantage of the previous solution. However, liquid sample cells must be moved slowly. This also slows the response of the photometer to changes in absorbance in the cuvettes, and the device is not suitable for fast kinetic measurements, for example. Serial measurement complicates filling and emptying of cells or inserting cells into the instrument.

Zvláštním případem tohoto řešení jsou rotační systémy. Větší počet kyvet je umístěn na obvodu kotouče, který rotuje. Kyvety jsou postupně prosvětlovány stacionárním svazkem.Rotary systems are a special case of this solution. A plurality of cuvettes are located on the periphery of the disk that is rotating. The cells are gradually illuminated by a stationary beam.

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.Since this is a uniform rotational motion, it can be very fast and thus achieve a fast photometer response. However, the constructional complexity and manufacturing complexity of such a device is considerable, and apparatuses of this type have very high performance and other parameters, but they are also very expensive. For cheaper instruments, a vibration system has been developed with an identical path for the reference and measuring channels. The beam from the light source is reflected on the mirror, passed through the reference cuvette, reflected on the other mirror and landed on the detector. By moving the mirrors, an identical beam passes through the measuring cell. The disadvantage of this arrangement is the difficulty of designing the mirror-vibration system, the difficulty in achieving a higher system response speed. The above-mentioned drawbacks are eliminated by the double-beam photometric measurement device according to the invention, characterized in that the array of mirror pairs is rotatably arranged along an axis of rotation which coincides with the axis of the light beam entering the array of mirror pairs. the points of incidence of the light beam and the axis of rotation of the mirror pair system lie in one plane.

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.The array of pairs of mirrors is arranged to reflect the light beam in planes perpendicular to the axis of rotation of the system and in a rotary cylindrical surface whose axis coincides with the axis of rotation of the system.

Soustava dvojio zroadel je uspořádána pro odražení osvětelného svazku v úsecích zasahujících do rotačních kuželových plooh, jejichž osa je shodná s osou rotace soustavy*The double zroadel system is configured to reflect the illumination beam in sections extending into the rotary cone faces whose axis coincides with the axis of rotation of the system *

198 6SB198 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.An advantage of the device according to the invention is that it substantially reduces the mechanical rigidity requirements of the entire system, since the oscillating movement is replaced by a rotary movement. A further advantage is that the device can be made smaller in size, making it easier to achieve the required system response speed.

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.In the drawings there is shown a device for two-ray photometric measurement, in which Fig. 1 shows a set of mirrors, Fig. 2 shows the positions of the detectors and Fig. 3 shows the photometer.

. 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.. From the source 1, (pbr. 1), the incoming light beam 2 in the direction of the axis 2 of the rotation of the optical system impinges on the mirror 2, reflects on the mirror J, passes the cuvette 2 located on the circle. 2 rotates the system and impinges on the detector 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.In the rotaoi of the system according to FIG. 1, the beam section 2 between the mirrors J and 2 moves along a rotating cylindrical surface whose axis is identical to the axis 2 of the rotation of the system. A series of cuvettes 2 tsh can be placed in the system so that the light beam 2 gradually intersects them. The cuvettes are spaced along a circle whose axis is perpendicular to the cylindrical surface created by the rotation of the system.

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.With the arrangement according to FIG. 1, the cuvettes 4 can be disposed both in the part of the light beam 2 between the mirrors J and 2 and in the part of the light beam 8 between the mirrors 2 and 6, respectively 2 and 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.FIG. 1 shows a system where the pairs of mirrors 2, J and 2A are pairs of in-side mirrors. However, this is structurally simple, but not necessary. It is essential that the light beam incident on the device is identical to the axis of rotation 2 of the device, so that the light beam sections 8 between the individual mirrors 2,2 and 11 or the light beam between the mirrors 2,2 create conical surfaces on the device. It is possible to place the jets and that the projecting light beam strikes the detector 10 at a single point as the device rotates.

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.A diagram of such a general system is shown in FIG. 2. The cuvettes 4 are disposed on individual conical surfaces formed by rotation of the light beam 2. In this case, there is always a series of cuvettes 2 arranged on a circle which is perpendicular to the respective rotation surface.

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.From the constructional point of view, however, such a configuration of the mirrors 2, 2 ^and 5 is advantageous. In this case, the construction of the cuvettes or their placement is simplified.

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*Further simplification can be made if a detector 10 is provided with a high sensitivity and a stable and homogeneous sensitivity over the detection area. The light beam 2 then cannot be returned to its original direction, that is, to the axis 2 of the rotation of the system. The detector 10 is positioned so that the light beam 2 at all positions of the system strikes the detector 10 located at planes 11. 12. In Fig. 2, the possible positions of the detector 10 are shown by planes 11. 12. Then and build the system from three or two according to the diameter of usable area of the tector 10 in planes 1 ^, 12 and the dimensions of the system, that is the number of cuvettes 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 soustavyAn example of a simple device for cheaper photometers is shown in Fig. 3. The light beam 2 of the source i is introduced by parallel mirrors 2.2 in a direction parallel to the axis 2 of rotation of the system

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.198 858, and as the DC system is rotated, the cylindrical surface, whose intersection with the detector 10 is a circle, lies entirely over the sensitive area of the detector 10. Symmetrically positioned cuvettes 6 are disposed on the cylindrical surface. This arrangement is structurally simple, allows very fast channel switching and achieves very good matching of the measurement paths.

Claims

P ff.E D BŽT ΤΪ HÍ ΙΕ ΖΠ

A two-beam photometric measurement device comprising a light source, a light detector mirror array and a circular array of cuvettes, characterized in that the array of mirror pairs (2,3 and 5,6) is rotatably arranged along a rotation axis (9) which is coincident with the axis of a portion of the light beam (7) entering from the light source (1) to the mirror pair system (2,3 5,6), with a perpendicular to the mirrors (2,3,5,6) at the light beam incident points (7) ) and the axis of rotation (9) of the pair of mirrors (2,3,5,6) lies in one plane.

Device according to claim 1, characterized in that the array of pairs of mirrors (2,3,5,6) is arranged to reflect the light beam (7) both in planes perpendicular to the axis of rotation (9) of the assembly and in a rotating cylindrical surface. whose axis coincides with the axis (9) of the system rotation.

Device according to claim 1, characterized in that the array of mirror pairs (2,3,5,6) is arranged to reflect the light beam (7) in sections extending into the rotary cone surfaces, the axis of which coincides with the axis of rotation (9). system.