Pierwszenstwo:.Opublikowano: 20.1.1967 52208 Ki. 42 d, 2/50 MKP O 01 d G06k 4ff/DO UKD CJI B *- I .1.; T ' Twórca wynalazku: dr Józef Koszewski Wlasciciel patentu: Polska Akademia Nauk (Instytut Chemii Fizycznej), Warszawa (Polska) Urzadzenie do cyfrowego odwzorowania wyniku pomiaru w spektrofotometrze elektronicznym Przedmiotem patentu glównego nr 52182 jest spektrofotometr elektroniczny, którego urzadzenie monochromatyzujace, sluzace do rozwijania wi¬ dma optycznego w czasie, sklada sie z czesci op¬ tycznej zawierajacej element dyspersyjny na przyklad pryzmat oraz ze zródla promieniowania stanowiacego punkt swietlny poruszajacy sie po powierzchni luminoforu w plaszczyznie ogniskowej ukladu optycznego.Ponadto spektrofotometr elektroniczny wedlug patentu glównego jest wyposazony w urzadzenie wskaznikowo-sterujace, stanowiace uklad elektro¬ niczny, który przeksztalca sygnal detektora foto- elektrycznego wiazki pomiarowej na odpowiada¬ jace mu opóznienia fazy i umozliwia zobrazowa¬ nie typu rastrowego w ukladzie wspólrzednych prostokatnych oraz wyswietlenie krzywej widmo¬ wej na ekranie lampy kineskopowej. Ponadto jest on zaopatrzony w umieszczony w szczelinie wyj¬ sciowej ukladu optycznego urzadzenia monochro- matyzujacego element fotoelektryczny, który sluzy do wytworzenia sygnalu przekazywanego nastep¬ nie na ekran lampy kineskopowej w postaci prze¬ suwnej linii znacznikowej, umozliwiajacej wy¬ znaczenie dlugosci fali dla poszczególnych pun¬ któw krzywej widmowej.W celu umozliwienia dokladnego liczbowego wyznaczania transmisji lub absorpcji, odpowia¬ dajacej poszczególnym punktom krzywej widmo¬ wej, urzadzenie wskaznikowo-sterujace spektro- 10 15 20 25 fotometru wedlug patentu glównego jest wyposa¬ zone w uklad przekazujacy na ekran lampy kineskopowej nastawny sygnal wzorcowy w po¬ staci przesuwnej linii znacznikowej odpowiada¬ jacej okreslonej wartosci absorpcji lub transmisji i prostopadlej do linii znacznikowej dlugosci fali.Jak wynika z powyzszego, wyznaczenie wspól¬ rzednych prostokatnych badanego punktu krzy¬ wej widmowej wymaga w spektrofotometrze ele¬ ktronicznym wedlug patentu glównego dwóch operacji, a mianowicie nastawienia na ten punkt linii znacznika dlugosci fali oraz prostopadlej do niej linii znacznika natezenia absorpcji lub trans¬ misji, a nastepnie odczytania dlugosci fali na wskazniku cyfrowym, stanowiacym na przyklad licznik napedzany przez mechanizm przesuwajacy pierwsza linie znacznikowa oraz natezenia ab¬ sorpcji lub transmisji — na wskazniku urzadzenia dekadowego nastawiajacego druga linie znaczni¬ kowa. W zwiazku z tym odczytanie pelnej chara- kterystyki krzywej widmowej jest w tym spektro¬ fotometrze stosunkowo pracochlonne, zas doklad¬ nosc odczytu jest uzalezniona od bledów subiek¬ tywnych, zwiazanych z dokladnoscia nastawienia linii znacznikowych na ekranie lampy kineskopo- powej, zwlaszcza linii znacznikowej natezenia absorpcji lub transmisji, która w charakterysty¬ cznych punktach krzywej jest do niej styczna.Powyzsze niedogodnosci badania krzywej wid¬ mowej w spektrofotometrze elektronicznym usuwa 5220852208 3 urzadzenie do cyfrowego odwzorowania wyniku pomiaru wedlug niniejszego patentu dodatkowego, które jest wyposazone w zespól wspóldzialajacy, przekazujacy wprowadzany na jego wejscie syg¬ nal w postaci napiecia proporcjonalnego do mie- » rzonej wartosci absorpcji lub transmisji na wyj¬ scie tylko w chwili odpowiadajacej nastawionej na urzadzeniu sterujaco-wskaznikowym za po¬ moca linii znacznikowej dlugosci fali oraz prze¬ ksztalcajacy chwilowa wartosc amplitudy tego 10 sygnalu na odpowiedniej szerokosci impuls bram¬ kujacy. Ponadto urzadzenie to jest zaopatrzone w znany zespól zliczajacy, zlozony z generatora impulsów licznikowych, z urzadzenia dekadowego oraz wskaznika cyfrowego i wskazuje na wska- u zniku cyfrowym stosunek szerokosci wlaczajacego go impulsu bramkujacego do maksymalnej jego szerokosci odpowiadajacej 100% absorpcji lub transmisji oraz w zespól nastawczy, który umo¬ zliwia nastawienie liczby kolejnych widm, z któ- 20 rych srednia wartosc pomiaru ma wskazac wska¬ znik zespolu zliczajacego.Wynalazek jest przykladowo wyjasniony na ry¬ sunku, na którym fig. 1 przedstawia schemat . spektrofotometru elektronicznego wedlug patentu 25 glównego z urzadzeniem do cyfrowego odwzorowa¬ nia wyniku pomiaru wedlug niniejszego patentu dodatkowego, fig. 2 - przykladowy wykres przebie¬ gu napiecia na wejsciu zespolu wspóldzialajacego w przekroju AA na fig. 1, fig. 3 - przykladowy st wykres przebiegu napiecia na wejsciu zespolu wspóldzialajacego w przekroju BB na fig. 1, a fig. 4-przykladowy wykres przebiegu napiecia na wyjsciu ukladu wspóldzialajacego w przekroju CC na.Iig.1. * Spektrofotometr elektroniczny, którego schemat jest przedstawiony na fig. 1, sklada sie z nastepu¬ jacych podstawowych czesci: z opisanego szczegó¬ lowo w patencie glównym urzadzenia monochro- matyzujacego I, wyposazonego w lampe elektro- *o nopromieniowa 1 i w zespól optyczny 2, zawiera¬ jacy pryzmat 3, z opisanej szczególowo w patencie glównym czesci pomiarowej n, zlozonej z komo¬ ry glównej 4, w której jest umieszczona badana próbka 5 i z komory odniesienia 6, zaopatrzonej 43 w próbke 7 z odnosnikiem i z umieszczonych na wyjsciu tych komór 4 i 6 detektorów fotoelektry- cznych 8 i 9, z opisanego szczególowo w paten¬ cie ^glównym urzadzenia wskaznikowo-sterujacego HI, zloconego z elektronicznego zespolu steruja- M cego 16 i lampy kineskopowej 11, umozliwiajacej o cyfcowego odwzorowania wyniku pomiaru stano¬ wiacego przedmiot niniejszego patentu dodatko¬ wego.Urzadzenie to sklada sie z zespolu wspóldzia¬ lajacego 12, z zespolu zliczajacego 13 oraz zespolu nastewczego 17, sluzacego do nastawiania liczby kolejnych przebiegów widmowych, z których jest eo okreslana srednia wartosc pomiaru, która ma wskazywac wskaznik 16.Ponadto w sklad urzadzenia wchodzi opisany szczególowo w patencie glównym uklad 18 zna¬ cznika dlugosci fali, którego wyjscie jest wlaczo- « 4 ne na zespól wspóldzialajacy 12 i równoczesnie na sumator urzadzenia wskaznikowo-sterujacego m.Zespól 12 sklada sie ze znanego ukladu koincy¬ dencyjnego przepuszczajacego podawany z fotode¬ tektora 8 sygnal komory glównej 4 spektrofotome¬ tru odpowiadajacy nastawionej za pomoca linii znacznikowej 19 dlugosci fali, napieciowy propor¬ cjonalny do mierzonej przez fotodetektor 8 wartosci transmisji przez czas trwania bramki z ukladu 18 znacznika dlugosci fali oraz z ukladu komparatora zamieniajacego amplitude przepuszczanego sy¬ gnalu na odpowiadajaca jej proporcjonalna sze¬ rokosc sygnalu bramkowego. W tym celu na jed¬ no wejscie zespolu wspóldzialajacego 12 jest wla¬ czony uklad 18 znacznika dlugosci fali, na drugie wejscie detektor fotoelektryczny 8 komory glównej 4, a na trzecie — zespól elektroniczny 10 urzadze¬ nia wskaznikowo-sterujacego m przekazujacy sy¬ gnal synchronizacji, zas wyjscie jego zespolu jest polaczone na wejscie urzadzenia dekadowego 15 zespolu zliczajacego 13.Znany zespól zliczajacy 13 sklada sie z genera¬ tora impulsów licznikowych 14, nastawionego w ten sposób, ze maksymalna szerokosc sygnalu bramkowego podawanego z zespolu 12 odpowiada dziesietnej krotnosci (na przyklad 100 lub 1000) liczby impulsów wytwarzanych przez ten generator, ze znanego urzadzenia dekadowego 15, na które¬ go wejscie jest wlaczone wyjscie generatora 14 oraz wyjscie zespolu wspóldzialajacego 12, powo¬ dujac przepuszczanie liczby impulsów proporcjo¬ nalnej do szerokosci przekazywanego z tego ze¬ spolu sygnalu bramkujacego, zas wyjscia sa wla¬ czone na stopnie dekadowe wskaznika cyfrowego 16, odtwarzajac cyfrowo stosunek szerokosci sy¬ gnalu bramkowego do jego maksymalnej szeroko¬ sci odpowiadajacej calkowitej przepuszczalnosci próbki, czyli 100a/o transmisji przy nastawionej dlugosci fali. Ponadto na wejscie generatora 14 oraz urzadzenia dekadowego 15 jest wlaczony ze¬ spól nastawczy 17 okreslajacy liczbe przebiegów widmowych, z których srednia wyników pomia¬ rów jest wskazywana przez zespól zliczajacy 13.Zespól ten jest zlozony ze znanego generatora im¬ pulsów o nastawianej szerokosci, z wyzwalacza odczytu cyfrowego oraz z przelacznika czestotli¬ wosci generatora impulsów 14, sprzezonego z ge¬ neratorem impulsów o nastawionej szerokosci w ten sposób, ze zmiana czestotliwosci generato¬ ra 14 jest odwrotnie proporcjonalna do nastawio¬ nej liczby pomiarów, których srednia wskazuje wskaznik 16, Dzialanie opisanego wyzej urzadzenia do cyfro¬ wego odwzorowania wyników pomiaru w spektro¬ metrze elektronicznym jest nastepujace.Dzialanie urzadzenia monochromatyzujacego I spektrofotometru elektronicznego opisane szcze¬ gólowo w patencie glównym polega na okresowym rozwijaniu widma w czasie, co uzyskuje sie przez przesuwajacy sie w plaszczyznie ogniskowej u- kladu optycznego punkt swietlny, wytwarzany przez lampe elektrono-promieniowa 1, sterowana za pomoca urzadzenia wskaznikowo-sterujacego52208 5 III, którego promieniowanie zostaje rozszczepione przez element dyspersyjny 9 ukladu optyczne¬ go 2.Dzialanie czesci pomiarowej II opisane szczegó¬ lowo w patencie glównym, polega na przepuszcza- * niu zmonochromatyzowanej w ukladzie optycznym 2 wiazki przez próbke 5 z substancja badana, a równoczesnie przez próbke 7 odnosnika oraz na iiiierzeniu natezenia przepuszczonego promienio¬ wania obydwu wiazek przez detektory fotoele- 10 ktryczne 8 i 9.Dzialanie urzadzenia wskaznikowo-sterujacego ni opisane szczególowo w patencie glównym po¬ lega na przeksztalcaniu sygnalu detektora foto- elektrycznego wiazki pomiarowej, na odpowiada- u jace mu opóznienie fazy impulsów wyswietlaja¬ cych krzywa widmowa na ekranie lampy kine¬ skopowej 11, która umozliwia zobrazowanie typu rastrowego w ukladzie wspólrzednych prostokat¬ nych, przy czym umieszczony przesuwnie w szcze- * linie wejsciowej ukladu optycznego 2 element fo- toelektryczny wytwarza sygnal przekazywany na¬ stepnie na ekran lampy kineskopowej w postaci po¬ ziomej linii znacznikowej 19, odpowiadajacej wy¬ znaczonej przez polozenie tego elementu w szcze- 25 linie okreslonej dlugosci fali.Dzialanie urzadzenia do cyfrowego odwzorowa¬ nia wyniku pomiaru IV spektrofotometru elektro¬ nicznego wedlug niniejszego patentu dodatkowego jest nastepujace. * W przypadku badania widma niezmieniajacego sie w czasie, czyli stalej krzywej widmowej 21 na ekranie lampy kineskopowej 11, odczytanie wartosci transmisji lub absorpcji, na przyklad punktu 20 krzywej odpowiadajacemu nastawio¬ nej linia znacznikowa 19 dlugosci fali X odbywa sie w ten sposób, ze sygnal napieciowy odbierany z detektora fotoelektr^ycznego 8 i proporcjonalny do wartosci transmisji badanej próbki 5 dla zmieniaja¬ cej sie w sposób ciagly dlugosci fali, uzyskiwanej przez rozwijanie widma w czasie jest podawany na uklad elektroniczny 10 urzadzenia wskaznikowo- -sterujacego HI, a równoczesnie na pierwsze wej¬ scie zespolu wspóldzialajacego 12. Przebieg napie- ciowy tego impulsu w czasie przedstawia przy¬ kladowo fig. 2, na której przez T oznaczono czas przebiegu widmowego, odpowiadajacy jednemu rozwinieciu widma przez Umax — napiecie odpo¬ wiadajace pelnej przepuszczalnosci, czyli 100% w transmisji, przez tp — chwile przebiegu odpowia¬ dajaca nastawionej linia znacznikowa 19 dlugosci fali X, zas przez Ut — wartosc sygnalu napiecio¬ wego proporcjonalna do mierzonej wartosci trans¬ misji i odpowiadajaca tej dlugosci fali X. Równo- H czesnie na drugie wejscie zespolu wspóldzialaja¬ cego 12 jest podawany w chwili tp odpowiadaja¬ cej nastawionej linia znacznikowa 19 dlugosci fali X sygnal krótkotrwajacej bramki — z ukladu 18 znacznika dlugosci fali, przedstawiony przykla- W dowo na fig. 3. Czas trwania tej waskiej bramki jest najkorzystniej w przyblizeniu równy czasowi odpowiadajacemu szerokosci linii znacznikowej 19 na ekranie lampy kineskopowej 11, czyli — jed¬ nej linii jej odwzorowania rastrowego. Równo- « 6 czesnie na trzecie wejscie zespolu wspóldzialaja¬ cego 12 jest podawany z ukladu elektronicznego 10 urzadzenia wskaznikowo-sterujacego m syg¬ nal synchronizujacy prace tego zespolu w rytmie czestosci rozwijania widma w czasie.Uklad koincydencyjny zespolu wspóldzialajacego 12 powoduje przez nalozenie waskiej bramki (fig. 3) na sygnal ciagly (fig. 2) — wyciecie z tego sygnalu wycinka o szerokosci odpowiadajacej czasowi trwania bramki, zas komparator tego ze¬ spolu 12 przeksztalca amplitude otrzymanego wy¬ cinka na sygnal bramkowy, którego szerokosc TB (fig. 4) jest wprost proporcjonalna do wartosci na¬ piecia Ut sygnalu odpowiadajacego chwili tp. Ma¬ ksymalna szerokosc sygnalu bramkowego TBmax jest zwiazana tym samym wspólczynnikiem pro¬ porcjonalnosci k z maksymalna wartoscia sygnalu napieciowego Umaz» odpowiadajacego pelnej prze¬ puszczalnosci (100% transmisji) próbki.Sygnal bramkujacy podawany z wyjscia zespolu wspóldzialajacego 12 na wejscie urzadzenia de¬ kadowego 15, powoduje uruchomienie tego urza¬ dzenia na czas trwania TB sygnalu bramkujacego i przepuszczenie przez nie takiej liczby impulsów, wytwarzanych przez generator impulsów liczni¬ kowych 14, która odpowiada bezposredniej war¬ tosci transmisji w mierzonym punkcie 20 krzywej widmowej 21. Oznacza to, ze przy maksymalnej szerokosci sygnalu bramkowego TBmax urzadze¬ nie dekadowe 15 przepuszcza pelna liczbe impul¬ sów wytwarzanych przez generator 14 w czasie rozwiniecia widma, stanowiaca wielokrotnosc dziesieciu i odpowiadajaca 100% transmisji. Po¬ szczególne stopnie urzadzenia dekadowego 15 prze¬ kazuja przy tym na wskaznik cyfrowy 16 liczby impulsów odpowiadajacych wartosciom kolejnych cyfr w wyniku pomiaru transmisji w badanym punkcie 20 krzywej widmowej.W przypadku, gdy krzywa widmowa 21 ulega zmianie w poszczególnych przebiegach widmowych, co ma miejsce na przyklad przy badaniu kinetyki reakcji chemicznych — urzadzenie umozliwia wy¬ znaczenie sredniej wartosci transmisji dla okre¬ slonej liczby kolejnych przebiegów widmowych na przyklad dwóch, trzech lub dziesieciu pomiarów.Te liczbe pomiarów, dla których wartosc srednia ma wykazywac wskaznik 16 nastawia sie w ze¬ spole nastawczym 17, przez ustawienie odpowie¬ dniej szerokosci impulsu wytwarzanego przez ge¬ nerator tego zespolu. Szerokosc tego impulsu, któ¬ ry wyzwalany jest za pomoca, wyzwalacza wy¬ znacza liczbe widm, z których wyniki pomiaru sa podawane na zespól zliczajacy 13 w jednym przebiegu pomiarowym. Zespól nastawczy 17 po¬ woduje przy tym równoczesnie odpowiednie do nastawionej liczby pomiarów zmniejszenie czesto¬ tliwosci generatora impulsów licznikowych 14, wskutek czego wskaznik 16 pokazuje bezposre¬ dnio srednia wartosc pomiaru z ich nastawionej liczby.Odwzorowanie cyfrowe wyniku pomiaru trans¬ misji lub absorpcji odpowiadajacej innej dlugosci fali uzyskuje sie przez przesuniecie linii znaczni¬ kowej 19 za pomoca ukladu znacznika 18 w od-52208 7 8 powiednie polozenie, przy czym wskaznik 16 po¬ daje samoczynnie wartosc transmisji odpowiada¬ jacej tej dlugosci faU Urzadzenie do cyfrowego odwzorowania wyniku pomiaru spektrofotometru elektronicznego wedlug wynalazku moze byc ponadto sprzezone z urza¬ dzeniem samopiszacym lub drukujacym, które rejestruje wyniki kolejnych pomiarów transmisji lub absorpcji, przy zmiennej dlugosci fali w cza¬ sie. Umozliwia ono przy tym równoczesna, stala obserwacje krzywej widmowej 21 na lampie kine¬ skopowej 11 urzadzenia wskaznikowo-sterujacego m PL