PL154127B1 - Sposób i urządzenie do spektrofotometrycznego pomiaru widm absorpcji - Google Patents

Description

RZECZPOSPOLITA POLSKA	OPIS PATENTOWY	15-4127
	Patent dodatkowy do patentu nr---	Int. Cl.s gq1n 21/31 G01J 3/42
isip	Zgłoszono: 86 06 06 /P. 259926,/
	Pierwszeństwo -	ezyteibia 0 β 6 L B f
URZĄD PATENTOWY	Zgłoszenie ogłoszono: 88 03 17
RP	Opis patentowy opublikowano: 1991 1129

Twórcy wynalazku: Józef Koszewski, Bogdan Sawicki, Jan Zasłona

Uprawniony z patentu: Polska Akademia Nauk Instytut Chemii Fizycznej, Warszawa /Polska/

SPOSÓB I URZĄDZENIE DO SPEKTROFOTOMETRYCZNEGO POMIARU WIDM ABSORPPCI

Przedmiotem wynalazku jest sposób i urządzenie do spektrofotooetrycznego pomiaru widm absorpcji wyznaczanych zazwyczaj w obszarze nadfioletu i widzialnym.

Znane sposoby spektrofotometrycznego pomiaru widm absorpcji przeznaczone do szybkich pomiarów polegają bądź na przemieszczeniu lub obrocie elementu optycznego w mofOfCromotofZθ, co nie może odbywać się szybciej niż zezwala na to bezwładność układu meehanicznego, bądź też na bezinercyjnym przemieszczaniu punktowego źródła prom^niownia, któiym jest pobudzany wiązką elektonoową luminofor na ekranie lampy elθktfopfomiejlowej ,

Znany Jest również sposób spektrffotooetΓycznego pomiaru widm absorpcji wy^ozy^^ący detekcję równoczesną, który polega na tym, że polichfomatyczją wiązkę promieniowania ze źródła promieniowania ciągłego lub impulsowego przepuszcza się przez substancję odniesienoową oraz niezależnie przez substancję pomiarową. Każdą z tych wiązek rozszczepia się na składowe widmowe i każdą ze składowych poddaje się fotodetekcji. Sygnał elektryczny ze wszystkich kanałów fotodetekcyjnych gromadzi się i przetwarza na sygnał odpowiadający wrtości stosunku 1/ λ V. gdzie I oznacza sygnał elektryczny wiązki pomiarowej, I - sygnał elektryczny wiązki

V* V odniesieniowej, Λ - długość fali promieniowania przepuszczanego przez medium, i » 1,.... N, a N oznacza liczbę kanałów fotodetekcyjnych. w powyżej opisanym sposobie postępowania widmo wyznacza się z zespołu sygnałów otrnmmywannjh równocześnie ze wszystkich kanałów fotodetekcyj nych. Dzięki temu czas pomiaru Jest N razy szybszy od sposobu wykofzyrtuyąjegf kolejne przemiatanie widma. Najmojθjszy czas pomiaru wyznaczony jest między innymi przez czas gromadzenia ładunku fotfelektrycznego w kanałach fotodetekcyjnych.

Znane jest urządzenie do spektrofotometrycznego pomiaru widm absorpcji /spektrofotometr/, które zawiera źródło promieniowania, rozdzielacz promieniowania kształtujący dwie

154 127

154 127 równo ległe wiązki, pomer^ową w kuwecie pomiarowej i odniesieniową w kuwecie odniesieniowej . Obie wiązki w^row^t^tzane są do polichoomatorów odpowiednio pomiarowego i odniesieniowego, za którymi są zespoły fotodetekcyjne, każdy składający się z N fotodetektorów. Oba wyjścia zespołów fotodetekcyjnych połączone są, każde za pośrednidwem oddzielnego komutatora ładunku fotodetektorów, z oddzielnym przetwornikiem wrtości ładunku na sygnał cyfrowy. Z wyjścia każdego przetwornika sygnał podawany jest do programowalnej Jednostki obliczeniowej połączonej z urządzeniem rejestuujcyym.

Z analizy mee^logicznej ogólnej spektrofotommeri.i wiadomo, że najmniejszy przypadkowy błąd w pomiarze na przykład transmitancji T osiąga się /przy okreś^nym charakterze źródeł błędów/ w przedziale wartości transmitancji od 0,4 do 0,6. Byłoby korzystne, aby mierzona próbka wykazywała transmituję o wrtości zawartej w tym przedziale. Znane spektrofotometry nie optymlizują samoczynnie swojej pracy pod tym względem.

Celem wynalazku Jest rozwiązanie samoczynnie spełniające mirunk utrzymania błędu przypadkowego w pomiarze widma poniżej wyznaczonej wn^śi:i.,

Ζ90<^γ^^ι z wynalazkiem sposób spekrrofoiomltrycznego pomiaru widm absorpcji, wykorzystujący detekcję równoczesną, polega na tym, że przez substancję pimlroaą 1 odnieslθnioaą przepuszcza się co najmniej jeden impuls świetlny, przy czym akty ernsji źródła promieniowania powtarza się aż do uzyskania takiego natężenia energii promienitej , które spowoduje wytworzenie w każdym fotodetektorze w obu kanałach pomiarowym i odnieślneiawym fotoładunku przekraczającego zadaną wartość progową sygnału pomiarowego i jednocześnie iii przekraczającego zadanej wrtości maksym^nej sygnału odniesienia.

Spektrofotometr wykoizystujący detekcję równoczesną według wynalazku Jako źródło promieniowania zawiera źródło impulsowe z elektionicnnym układem Jego zasilania i impulsowego wyzwlania. Do we^cia układu zasilania i impulsowego ayzwαania dołączone Jest wyjście k^mpielona, którego wIścii połączone Jest z wyjściem sygnału pomiarowego programowanej Jednostki obliczeniowej .

Rozwięzanie według wynalazku pozwala ni znaczne skrócenie czasu pomiaru widma przy równoczesnym utrzymaniu żądanej precyzji pomiaru. Przez zastosowanie impulsowo pracującego źródła prom^niownla, które dostarcza w krótkim czasie /ok. 20 /is/ wystarczający dla prawidłowego pomiaru stfumllń energii promieliitej, możni odpowiednio skrócić czis gromadzenia ładunku firoelθktjycznego i pomiar widma do około dziesiątek mikrosekund.

Przedmiot wynalazku zostanie bliżej objaśniony w przykładzie wykonania ni rysunku przedstaaiajcnmm blokowy schemat spektrofotometru.

Spektrofotometr realizujący sposób pomiaru widma według wynalazku zawiera impulsowe źródło promieniowania 1 z elθktioniclnmm układem jego zasilania i impulsowego wyzwlanii 2 oraz rozdzielacz primienioaalil 3 kształtujący dwie równoległe wiązki: pomiarową w kuwecie 4 i idnilsienioaą w kuwecie 5. Obie wiązki wprowadzi się do polichromitorów, pomiarowego 6 i odnilsieniawego 7, gdzie po rozszczepieniu barwnym padają na ailloelimlnicwl zespoły fotodetekcyjne 8 i 9 z N fotodetektorami każdy. Wyjścia zespołów fotodetekcyjnych 8 i 9 są połączone odpowiednio z szybkimi kimitatorami ładunku firoderektorów 10 i 11. Wyjścia tych komutatorów połączone są z dwoma identycznymi przetwornikami 12, przetwarzającymi wartość fotoladunku glllr^owlnego przez każdy fotodetektor na wartość cyfrową /ni przykład liczbę impulsów/. Sygnały cyfrowe z prze norników 12 wprowadzane są do programowalnej jednostki obliczenioaej /mikrikimp'Jtera/ 13. Wynik pomiaru ni przykład w postaci widma T = f / 7 / odwzorowuje się przykładowo wraz z pomocniczymi dαlnii na podłączonym do mikrokifn₎Juterα monitorze ekraiiwym 15 lub urządzeniu drukującym 16. Z wyjścia mikrikimputera 13 przekazuje się do komutαrirów 10 i 11 sygnały synchronizujące przebieg koπ)itaαji, zaś do komppiatori 14 porównującego odbieraną energię promienistą, przekazuje się informacje o poziomie tej energii. Wyjjcie 1^11(^18^1 14 połączone Jest z wejściem układu zasilania i impulsowego wyzwilaniα 2.

Powyższy spektrofotometr działa w niżej opisany sposób: impulsowy strumień energii promienistej ze źródła impulsowego /na przykład wyładowcza lampa ksend^a/ 1 kierowny jest przez rozdzielacz optyczny 3 do kuwety pomiarowej 4 i do kuwety odnllsieniowej 5. Każdi z wiązek, pomiarowi i odniesienioaa, podlega w polichromalorze, odpowiednio 6 i 7,

154 127 rozszczepieniu widmowemu, a następnie fotodetekcji w wieloelementowym zespole fotodetekcyjnym, odpowiednio 8 i 9, gdzie każdy z N detektorów odbiera wyznaczony przedział widmowy wiązki pomiarowej i odniesieniowej. Każdy fotodetektor wytwarza ładunek elektryczny proporcjonalny do dawki odebranej energii prommeelitej. Pomiar ładunków na wszystkich N detektorach pozwala wyznaczyć badane widmo równocześnie dla wiązki pomiarowej i odnieteeniooeJ, bowiem obydwa tory działają równooegle. Wymazenie stosunku widm wiązki pomiarowej i odniesieniowej w funkcji długości fali Λ pozwala na wyrnczenie widma transmitancJi T /Λ/ już po pojedynczym akcie emisji lampy ksenonowej 1. Do szybkiego i Moliwie dokładnego pomiaru ładunków fotodetektorów służą dwa przetworniki 12 ładunku na sygnał cyfrowy /kod binarny//, które są kolejno podłączane przez szybkie 10 i 11 do każdego z N detektorów. Czas procesu kometacje może być zredukowany nawet do dziesiątek mikrosekund. W programowanej jednostce obliczeniowej /mikrokomputerze/ 13 przetwarza sią cząstkowe wyniki pomiarowe ładunków wszystkich detektorów tak, by na moUtorze 15 lub drukarce 16 można było odwzorować mierzone widmo /na przykład traltmitancję T / Λ /·

W wyniku pojedynczego impulsu świetlnego w fotodetektorach toru pomiarowego i odniesientowegt wytwarza sią pewien cyfcowo wyrażony poziom sygnału, odpowiednio I_gl i I p jeżeli ^Isi<^Iprog' 9dzie !prog oznacza minimalny sygnał pomiarowy, to jest wielkość założoną wynikającą z założonej dokładności pomiaru i jednocześnie IgO-< ^Ismsx' gdzi® ^Ismax oznacza mmksymmlny sygnał odniesienia, powyżej którego układ ulega przestetooaniu - nastąpuje rozkaz powtórzenia pomiaru i zsumowanie Ig^ + 1_gg oraz odpowiednio Isol +

Pomiary powtarza sią tak długo, aż zostanie spełniony warunek lgl + .....Sl_n>»U₍^osg* przy Xg_Ol +.....^Ison^^Ismax‘ ^W przypadku przekroczenia Ι_8Β)βχ przy niespełnieniu piewwszego warunku system informują o niespełnieniu warunków pomiarowych i wym^tga podjącia decyzji odnośnie ziilejszelia dokładności pomiarowej /zmniejszenia wartości lp_rog/· lub zwiększenia absorpcji sygnału tdniesientoweso /na przykład przez zwiększenie drogi optycznej w kuwecie UomiaΓOwoj/, lub zinlejszθnia absorpcji sygnału pomiarowego /na przykład przez zinlejszenle drogi optycznej w kuwecie odniesienia/.

Claims (2)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Sposób spektrofotometrycznego pomiaru widm absorpcji wy^ozystujący detekcją równoczesną, w którym ptlichromatyczną wiązką promieniowania przepuszcza sią przez substancją pomiarową i niezależnie przez substancją tdnieseeniową, każdą z tych wiązek rozszczepia sią na składowe widmowe i każdą ze składowych widmowych poddaje sią fotodetekcj1, a sygnał elektryczny ze wszystkich kanałów fttodetekjyjnyjh gromadzi sią i przetwarza na sygnał odpowiadający wartości stosunku sygnałów elektrycznych wiązki pomiarowej i wiązki tdnieseeniooej, znamienny tym, że przez substancją pomiarową i td^ietientową przepuszcza sią co najmniej jeden impuls świetlny, przy czym akty amieji źródła promieniowania /1/ powtarza sią aż do uzyskania takiego latężanea energii prtmieeiitej, która spowoduje wytworzenie w każdym fotodetektorze /8/ i /9/ odpowiednio w kanale pomiarowym i tdniesineiorym fotoładunku przekraczającego zadaną wartość progową łprog sygnału pomiarowego i jednocześnie nie przekraczającego zadanej wartości meksymelnej Ι^,χ sygnału tdnietieniooegt.
2. 2. Urządzenie do spekt^im tmntrrjznegt pomiaru widm absorpcji zawierające źródło promieniowania, rozdzielacz prtmίaleowali^ do kształtowania dwóch równoległych wiązek w kuwecie pomiarowej i odnieteeliooej, dwa uolichroeatorr usytuowane jeden w torze pomiarowym, a drugi w tdniesinetowye oraz za każdym polichtomatoree zespół fotodetekcyjny, składający się w każdym torze z N fotodetek torów, przy czym wyjcia zespołów fotodetekcyjnych połączone są każde za pośrednictoam oddzielnego ktmetatora z oddzie^ym przetwornikiem wartości ładunku na sygnał cyfrowy, którego wyjcie dołączone jest do programowalnej Jednostki tblij·ziliowej , do której dołączone Jest urządzenie rejestrujące, znamienne tym, że zawiera impulsowe źródło prom^nio^^nia połączone z elekttnnjclrmm układem zasilania i impulsowego oyzwolania /2/, którego wejście połączone Jest z wyściem sygnału poel.drooego programowalnej jednostki tbliczθntooil /13/ za pośrednictoem ktmeurrtora /14/.

   154 127

   Zakład Wydawnictw UP RP. Nakład 100 egz.

   Cena 3000 zł