\ \ Opublikowano dn* 28 marca 1963 r, l 4.POLSKIEJ RZECZYPOSPOLITEJ LUDOWEJ OPIS PATENTOWY Nr 46770 KI. 42 h, 20/01 KI. internat. G 02 d Józef Koszewski Warszawa, Polska Sposób uzyskiwania bardzo szybkich spektrogramów absorpcyjnych Patent trwa od dnia 6 czerwca 1961 r.Przedmiotem wynalazku jest sposób uzyski¬ wania bardzo szybkich spektrogramów absorp¬ cyjnych przy analizowaniu i badaniu spektrofo- tometrycznym cieczy, gazów i cial stalych, wy¬ kazujacych okreslona przepuszczalnosc promie¬ niowania swietlnego. W celu blizszego poznania procesów albo stanów nietrwalych w materii stosuje sie ostatnio metody spektrofotometrycz- ne badania tych zjawisk. Szczególnie przy ba¬ daniu bardzo krótkotrwalych procesów fizyko¬ chemicznych, na przyklad stanów wzbudzonych róznymi bodzcami w gazach lub cieczach i okreslaniu kinetyki zachodzacych wtedy re¬ akcji, konieczne jest uchwycenie szybko zani¬ kajacych stanów nietrwalych wykonujac serie spektrogramów o czasie trwania kazdego spek- trogramu ponizej 100 mikrosekund. Ponadto zachodzi koniecznosc scislego zsynchronizowa¬ nia poczatku serii wykonywanych spektrogra- nów z badanym zjawiskiem. Dotychczas nie sa produkowane spektrofotometry nadajace sie do automatycznego wykonywania bardzo szybkich spektrogramów pojedynczych lub z góry ustalo¬ nej serii ekspozycji. Istniejace spektrofotome¬ try na przyklad Optica — ZN4, Hilger, Perkin- Elmer wedlug niemieckiego patentu nr 1084490, lub wedlug amerykanskiego patentu nr 3014401 zezwalaja co prawda na wykonanie spektrogra- mu absorpcji lub przepuszczalnosci ciala bada¬ nego w stosunku do ciala wzorcowego lecz w cza¬ sie trwania od okolo 10 sekund do 5 minut, co jest w rozpatrywanym zastosowaniu nie do przyjecia. W innych przypadkach zbudowano spektrofotometry na przyklad wedlug amery¬ kanskich patentów nr 3011391, nr 3011386 albo nr 3012467, dajace cykliczne spektrogramy o cza¬ sie trwania okolo 10 milisekund, jednak bez mozliwosci uzyskania spektrogramu pojedyn¬ czego, lub programowej serii spektrogramów.Na przyklad spektrograf wedlug amerykanskie¬ go patentu nr 244560 daje cykliczna (60 Hz) ana¬ lize widma emisji obserwowana na ekranie lampy oscyloskopowej bez toru porównawczego.Istnieja co prawda próby uzycia do dwutorowej,szybkiej analizy spektrograficznej srodków te¬ lewizyjnych na przyklad ikonoskopu (amery¬ kanski patent nr 2240722) lecz maly stosunek sygnalu do szumu tej metody dyskwalifikuje ja do celów pomiarowych. Glówna przeszkoda skrócenia czasu wykonywania spektrogramów bylo stosowanie sposobu zmiany dlugosci fali w czesci monochromatyzujacej, polegajacego na obrocie o okreslony kat pryzmatów, siatek dy¬ frakcyjnych lub luster oraz stosowanie wolno nadazajacych sposobów rejestracji synchronizo¬ wanych na ogól recznie z badanym procesem.Istota wynalazku jest sposób uzyskiwania spek¬ trogramów polegajacy na zastosowaniu nie ma¬ jacego bezwladnosci ukladu monochromatyzuja¬ cego o zasadzie pracy opisanej ponizej oraz wy¬ korzystaniu metody zapisu magnetycznego do zapamietywania i analizowania wykonanej serii spektrogramów.Sposób uzyskiwania spektrogramów w szcze¬ gólnosci polega na zastosowaniu do monochro- matyzowania ruchomego, punktowego zródla swiatla „bialego" (ciagle widmo emisji w pas¬ mie fal swietlnych 350 do 750 milimikronów), które praktycznie nie majac bezwladnosci moze dokonywac dowolnie szybkiego przesuwu linio¬ wego. Przesuw liniowy tego punktowego zródla powoduje wydzielenie przez optyczny uklad spektrograficzny odpowiedniej do tego przesu¬ wu dlugosci fali ze zródla, dajac na wyjsciu ukladu promieniowanie monochromatyczne.Szybkosc zmiany dlugosci fali zalezy wylacznie od szybkosci przesuniecia liniowego punktowe¬ go zródla swiatla, które nie ma bezwladnosci.Zatem sposób wedlug wynalazku nie ma ogra¬ niczonej szybkosci dzialania az do czasów trwa¬ nia rzedu mikrosekund. W wytworzonej wiaz¬ ce promieniowania monochromatycznego o szyb¬ ko zmieniajacej sie dlugosci fali jest umieszczo¬ ne badane cialo. Uklad fotopowielaczy mierzy wartosci absorpcji przepuszczanego w danej chwili promieniowania, dajac w funkcji czasu odpowiednia funkcje spektralna. Sygnaly otrzy¬ mywane z fotopowielaczy, ze wzgledu na bar¬ dzo krótki czas trwania, sa rejestrowane przez magnetyczne urzadzenie pamieciowe. Zapisane sygnaly sa nastepnie wykorzystywane przez od¬ czytanie zapisu wedlug zadanego programu analizy.Na rysunku uwidoczniono schemat blokowy elementów pozwalajacych na sposób uzyskania bardzo szybkich spektogramów absorpcyjnych wedlug wynalazku. Sygnal startowy na wej¬ sciu 1 uruchamia zespól sterujaco-koordynuja- cy a, który okresla ilosc spektogramów i czasy ich trwania. Na zespól ten skladaja sie znane w radioelektronice generatory impulsów syn¬ chronizujacych o ustalonej czestotliwosci i ilos¬ ci impulsów za pomoca odpowiednich wartosci elementów R — C. Impulsy z zespolu a wyzwa¬ laja ruch punktowego zródla swiatla 3 wytwa¬ rzanego w specjalnej elektronopromieniowej lampie analizujacej b. Wytwarzane punktowe zródlo emituje kolejno fale swietlne o dlugosci fali od 350 do 750 milimikronów. Uklad optycz¬ ny c w zaleznosci od polozenia punktowego zródla swiatla wydziela promieniowanie mono¬ chromatyczne o kolejno zmieniajacej sie dlugos¬ ci fali. Promieniowanie po przejsciu przez cialo badane 2 daje sygnaly elektryczne na wyjsciu zespolu fotopowielaczy FP. Sygnaly te maja am¬ plitude proporcjonalna do przepuszczalnosci spektralnej ciala badanego. Otrzymane sygnaly rejestruje magnetyczne urzadzenie pamiecio¬ we d. W celu analizy i przegladu uzyskanych spektogramów odtwarza sie zarejestrowane wy¬ niki wedlug okreslonego programu. Program ten, jak juz wspomniano, zadaje zespól steruja- co-koordynujacy a okreslajac czasy i kolej¬ nosci odczytywanych spektogramów. Odczyty¬ wanie wyników odbywa sie przez odtwarzanie spektogramów na ekranie monitora oscylogra- ficznego e. Odtwarzanie to trwa az do czasu ska¬ sowania zapisu w urzadzeniu pamieciowym. Za¬ kres spektralny i minimalny czas uzyskiwanych widm zaleza od wlasnosci lampy analizujacej b.Dokladnosc pomiaru i rozdzielczosc widmowa okresla glównie zdolnosc rejestrujaca urzadze¬ nia pamieciowego i wlasciwosci zespolu optycz¬ nego.Urzadzenie pamieciowe ma wlasciwosci ze¬ zwalajace na utrwalenie sygnalów z mozliwie malymi znieksztalceniami w pasmie 0-i-l MHz oraz odczytywanie cykliczne zapisywanego pro¬ gramu z czestotliwoscia powtarzania 25 Hz. Ze¬ spól optyczny ma uklad konwencjonalnego spektografu, w którym na wprost waskiej szcze¬ liny wejsciowej umieszczono zespól fotopowie¬ laczy, a przed szczelina fotograficzna lampe ana¬ lizujaca b bedaca, jak wspomniano, elementem wytwarzajacym punktowe zródlo swiatla. Tak wiec w sposobie wedlug wynalazku spektograf jest uzywany w sposób odwrócony czyli szczeli¬ na wejsciowa staje sie wyjsciowa, a szczelina gdzie zwykle umieszcza sie klisze fotograficzne staje sie wejsciowa. Realizacje sposobu wedlug wynalazku umozliwia tytulem przykladu urza¬ dzenie opisane ponizej. — 2 —Urzadzenie toma zespoly realizujace poszcze¬ gólne funkcje elementów wymienionych na ry¬ sunku. Zespól sterujaco-koordynujacy a ma znane w radioelektronice generatory impulsów synchronizujacych i impulsów bramkowych, których ilosc i ich czasy trwania ustala sie ele¬ mentami RC. Zespól ten jest wyzwalany impul¬ sem startowym, dzieki któremu zostaje w ze¬ spole wytworzony ciag impulsów synchronizu¬ jacych (na przyklad 20 impulsów w odstepach 500 mikrosekund) i bramka uruchamiajaca funkcje zapisu w urzadzeniu pamieciowym d (na przyklad przez czas 10 milisekund). Wspom¬ niane impulsy synchronizujace wyzwalaja 20 ra¬ zy ruch punktowego zródla swiatla w lampie elektronopromieniowej b o czasie trwania ru¬ chu zgodnie z przykladem, do 500 mikrosekund za kazdym razem.Liniowy przesuw punktowego zródla swiatla po ekranie lampy b zapewniaja konwencjonalne elementy odchylenia magnetycznego wystero- wywane odpowiednim generatorem pradu od¬ chylajacego. Zgodnie z przyjetym sposobem, przesuw punktowego zródla swiatla odbywa sie wzdluz szczeliny ukladu Optycznego c, co daje rozwinieta w czasie analize spektralna.Uklad optyczny eklada sie z — spektroskopu pryzmatycznego o duzej dys¬ persji, który monochromatyzuje wchodzace promieniowanie zródla swiatla oraz z dwu- wiazkowej komory roboczej z cialem bada¬ nym i cialem odniesienia, a takze z fotopo- wielaczy FP dajacych sygnaly elektryczne proporcjonalne do przepuszczalnosci spektral¬ nej ciala badanego i ciala odniesienia. Sy¬ gnaly z fotopowielaczy zostaja wzmocnione przez odpowiednie wzmacniacze o charakte¬ rystyce logarytmicznej i przylozone do ukla¬ du róznicowego, który na swoim wyjsciu da¬ je sygnal przepuszczalnosci spektralnej ciala badanego w stosunku do ciala odniesienia.Sygnal ten skladajacy sie na przyklad z 20 kolejnych przebiegów bedacych wynikiem 20 wykonanych seryjnie analiz spektralnych zo¬ staje zarejestrowany w szybkodzialajacym, szerokopasmowym, magnetycznym urzadze¬ niu pamieciowym d. Urzadzenie to ma wiru¬ jacy zestaw glowic dajacy maksymalny czas zapisu (na nieruchomym nonsiku) wynoszacy 40 milisekund.W celu uzyskania niezbednej wiernosci zapisu stosowana jest modulacja czestotliwosci na nos¬ nej 1,5 MHz realizowana odpowiednimi elektro¬ nicznymi ukladami modulujacymi dla pasma od 0 -h 1 MHz przy dewiacji okolo 200 kHz. Zapi¬ sana informacja moze byc na zadanie odczytana z urzadzenia pamieciowego z czestotliwoscia po¬ wtarzania 25 razy na sekunde dzieki zastoso¬ waniu wirujacego zestawu glowic, odpowiednich wzmacniaczy i ukladów demodulacyjnych. Sy¬ gnaly odczytu sa przedstawione w postaci do¬ godnych do analizy spektogramów na ekranie dostosowanego do tego celu monitora oscylo¬ skopowego e. Otrzymane spektogramy moga byc obserwowane albo wszystkie równoczesnie cala seria, albo droga kolejnego wybierania na przyklad od 1 do 20. Wybieranie jest umozli- woine przez wlasciwe wykorzystanie ukladów zespolu sterujaco-koordynujacego a. Wspomnia¬ ne juz generatory impulsów synchronizujacych w procesie odczytu, steruja podstawa czasu mo¬ nitora oscyloskopowego w zaleznosci, od nasta¬ wianych proporcji czasowych okreslanych ele¬ mentami RC. Szczególy ukladu monitora jako znane nie sa w szczególach wyjasnione. PL