PL66584B1 - - Google Patents

Description

Opublikowano: 20.11.1973 66 584 KI. 42h, 17/02 MKP GOlj 3/00 Twórca wynalazku: Józef Koszewski Wlasciciel patentu: Polska Akademia Nauk (Instytut Chemii Fizycznej), Warszawa (Polska) Spektrofotometr z ukladem pamieciowym Przedmiotem wynalazku jest spektrofotometr z ukladem pamieciowym, w którym wykorzystuje sie pamiec dynamiczna do usprawnienia pomiaru spek¬ trofotometrycznego. Wynalazek znajduje szczególnie korzystne zastosowanie w szybkiej spektrofoto¬ metrii, gdzie wynik pomiaru mozna bezposrednio odwzorowac w postaci krzywych widmowych na ekranie monitora odczytu, z szybkoscia od kilku do kilkudziesieciu widm na sekunde.Znane spektrofotometry, przeznaczone do szybkich pomiarów, wyposazone sa w czlony szybkiej ko¬ mutacji torów optycznych (praca dwuwiazkowa) majace na celu normalizacje pomiaru absorpcji ba¬ danej substancji w stosunku do odnosnika. Uklady realizujace prace dwuwiazkowa skladaja sie czesto z elektromechanicznych elementów drgajacych badz wirujacych oraz z ukladów elektronowych norma¬ lizujacych sygnal pomiarowy. Stosowany jest przy tym pojedynczy detektor fotoelektryczny. Znane sa równiez spektrofotometry, w których prace dwu¬ wiazkowa osiagnieto przez zastosowanie dwóch blizniaczych detektorów fotoelektrycznych, wiaze sie to jednak z wykorzystaniem tylko polowy do¬ stepnego promieniowania oraz wymaga identycz¬ nosci charakterystyki widmowej obu detektorów.Warunek ten jest trudny do spelnienia tak w pro¬ dukcji spektrofotometrów, jak i w czasie ich eks¬ ploatacji.Wzrost predkosci przemiatania powoduje pogor¬ szenie dokladnosci spektrofotometrycznego pomiaru 10 15 30 2 widm absorpcji. Predkosc ta wyznacza niezbedne czestotliwosciowe pasma przenoszenia toru pomia¬ rowego, okreslajac stosunek sygnalu do szumów.Sygnal szumu stanowi skladowa bledów pomiaru.Zmniejszenie wartosci sygnalu szumów moze byc osiagniete przez zmniejszenie predkosci przemiata¬ nia (zawezenie pasma) przy danej rozdzielczosci lecz tylko w takim stopniu, na jaki zezwala nie¬ zmiennosc próbki badanej w czasie pomiaru.W znanych, szybkoanalizujacych spektrofoto¬ metrach istotnym problemem jest uzyskanie dogod¬ nego do odczytu i interpretacji, stabilnego zobra¬ zowania na ekranie monitora serii rózniacych sie wzajemnie krzywych widmowych. Takie rodziny krzywych uzyskuje sie w pomiarach kinetycznych.Celem utrwalenia obrazu serii krzywych widmo¬ wych, stosuje sie dotychczas synchroniczne kamery fotograficzne badz lampy elektronopromieniowe z elektrostatycznym utrwalaniem obrazu. Sa to jed¬ nak urzadzenia kosztowne zlozone i uciazliwe w eksploatacji.Znane sa takze spektrofotometry wyposazone w elektroniczne uklady przetwarzania danych wyjs¬ ciowych i urzadzenia cyfrowej rejestracji wyników takie, jak drukarki lub urzadzenia rejestrujace krzywe widmowe na przyrzadach samopiszacych.Wymienione urzadzenia wyjsciowe stosuje sie jed¬ nak tylko w spektrofotometrach wolnoanalizuja- cych.W szybko-przemiatajacych (szybkoanalizujace) 66 58466 584 spektrofotometrach do odwzorowania widm stosuja sie dotychczas wylacznie monitory elektronowe, pracujace w ukladzie oscyloskopu badz w ukladzie odwzorowania rastrowego. Zadne z dotychczaso¬ wych rozwiazan nie pozwala na usrednianie wyni¬ ku serii analiz, celem poprawy stosunku sygnalu do szumów.Celem wynalazku jest taki spektrofotometr, któ¬ ry pozwalalby na usrednienie wyniku kilku analiz, poprawe stosunku sygnalu uzytecznego do sygnalu szumów oraz w którym mozliwe byloby uzyskanie stabilnego obrazu rodziny krzywych widmowych.Cel ten osiagnieto w spektrofotometrze wedlug wynalazku przez to, ze ma on wielosciezkowa dy¬ namiczna pamiec polaczona z kanalem zapisu syg¬ nalu odniesienia oraz z kanalem zapisu impulsów próbkujacych polaczonym z generatorem synchro¬ nizacji przemiatania oraz ma uklad selekcji odczytu sterujacy ukladem sumujacym i komutator pola¬ czony z wyjsciem ukladu przetwarzania sygnalów pomiarowych, a takze ma uklad faktów pamieci polaczony z kanalem zapisu sygnalu odniesienia, z monitorem i komora monochromatora. Generator synchronizacji przemiatania jest przy tym pola¬ czony z generatorem przemiatania. Ponadto kanal zapisu impulsów próbkujacych jest polaczony z mo¬ nitorem, natomiast kanal sygnalu odniesienia jest polaczony ze wzmacniaczem o sterowanym wzmoc¬ nieniu.Korzyscia techniczna, jaka zapewnia wynalazek, jest przede wszystkim mozliwosc usrednienia syg¬ nalów pomiaru absorpcji odnosnika, które w dal¬ szych pomiarach sluza jako sygnal odniesienia jak tez poprawa stosunku sygnalu do szumu, przez usrednianie wyniku kilku analiz bez koniecznosci zmiany szybkosci przemiatania. Korzyscia jest równiez mozliwosc uzyskania na ekranie monitora stabilnego obrazu rodziny krzywych widmowych w sposób dogodny do pomiaru i do rejestracji fo¬ tograficznej.Przedmiot wynalazku jest przedstawiony w przykladzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia spektrofotometr z ukladem pa¬ mieciowym w schemacie ogólnym, fig. 2 przedsta¬ wia graficznie przebiegi napieciowe w poszczegól¬ nych punktach oznaczonych na fig. 1, natomiast fig. 3 przedstawia schematycznie przykladowe wy¬ konanie pamieci spektrofotometru z fig. 1.Spektrofotometr wedlug wynalazku zawiera mo- nochromator optyczny 1 z ukladem przestrajania 2 oraz zródlem promieniowania 3. W sasiedztwie mo¬ nochromatora 1 znajduje sie komora 4 mieszczaca kuwete pomiarowa 5 i kuwete odniesienia 6, zas na wprost szczeliny wyjsciowej monochromatora usta¬ wiony jest detektor fotoelektryczny 7. Wyjscie de¬ tektora 7 jest polaczone z wejsciem wzmacniacza 8, który automatycznie reguluje wzmocnienie sygna¬ lów z detektora 7. Do wizualnego odwzorowania widma sluzy monitor 9 polaczony z ukladem su¬ mujacym 10, generatorem przemiatania 11 oraz z dynamiczna pamiecia 12 i kanalem zapisu im¬ pulsów próbkujacych 13. Monitor 9 polaczony jest takze z ukladem przetwarzania 14 sygnalów pomia¬ rowych, do którego jednego z wejsc jest dolaczony generator impulsów próbkujacych 15. 10 15 20 25 30 40 45 50 55 60 Spektrofotometr zawiera ponadto komutator 16 sterowany z ukladu przetwarzania 14, generator synchronizacji przemiatania 17 polaczony z genera¬ torem przemiatania 11, jak tez uklad taktów pa¬ mieci 18 sprzezony poprzez klucz 19 z kanalem zapisu widma odniesienia 20 i ukladem selekcji od czytu 21.Dynamiczna wielosciezkowa pamiec (fig. 3) przy¬ kladowo sklada sie z magnetycznego nosnika in¬ formacji o ksztalcie krazka, który jest wprawiony w ruch obrotowy wzgledem rozmieszczonego pro¬ mieniowo, nieruchomego zestawu glowic gi, g,», gs, g4, gs. Czas trwania jednego obrotu odpowiada do¬ kladnie okresowi przemiatania T0. Srednica krazka z nosnikiem jest zalezna od zalozonej gestosci za¬ pisu sygnalów i od zadanej dokladnosci magazyno¬ wania sygnalów impulsowych. Na nosniku wyko¬ rzystywane sa koncentryczne sciezki: sciezka im¬ pulsów próbkujacych p, sciezki impulsów pomia¬ rowych yi, Y* Y8 Y4 oraz sciezka sygnalów odnie¬ sienia p. Trwalosc nosnika jest osiagana przez za stosowanie zapisu bezkontaktowego (ze szczelina powietrzna).Dzialanie spektrofotometru wedlug wynalazku opisano nizej.Czestosc przemiatania, czyli okres analiz widmo¬ wych spektrofotometru, jest wyznaczona impulsa¬ mi synchronizujacymi wytwarzanymi po urucho¬ mieniu pamieci 12 przez sprzezony z nia generator synchronizacji przemiatania 17. Otrzymane z generatora 17 okresowe impulsy a0 przez okres T0 (fig. 2a) uruchamiaja znany generator pradu linowonarastajacego, sluzacy jako generator im¬ pulsów przemiatania 11. Impulsy a0 uruchamia¬ ja przestrajanie dlugosci fali w ukladzie prze¬ strajania 2 przy monochromatorze 1, w wyni¬ ku czego uzyskuje sie liniowe przemiatanie, czyli zmiane fali X w czasie T0 (fig. 2b). Celem uzyska¬ nia zwiazanej z przemiataniem skali X, w monitorze 9 odwzorowujacym widma, impuls z generatora impulsów przemiatania 11 powoduje odchylanie, wzdluz jednej z osi, strumienia elektronów w ki¬ neskopie monitora 9.W pierwszym takcie dzialania pamieci 12, wiaz¬ ka promieniowania z monochromatora 1 przecho¬ dzi w komorze 4 przez podstawiana w tor wiazki kuwete odniesienia 6. Sygnal Uxl=f/t (fig. 2c) otrzymywany z detektora fotoelektrycznego 7 jest proporcjonalny do przepuszczalnosci odnosnika, czulosci widmowej detektora i gestosci widmowej mocy zródla promieniowania 3. Jest to sygnal zwa¬ ny „nieunormowanym". Sygnal Uxl po wzmocnie¬ niu we wzmacniaczu 8 jest skierowany przez zam • kniety w tym trakcie klucz 19 do kanalu 20 mag¬ netycznego zapisu odniesienia. W wyniku tego syg- nal Uxl dochodzi poprzez odpowiedni modulator . na sciezke p (fig. 3) w dynamicznej pamieci 12, w której zostanie zmagazynowany. Na tym konczy sie pierwszy takt dzialania pamieci.W takcie drugim, w wiazke promieniowania zo¬ staje wprowadzona kuweta pomiarowa 5 z badana próbka. Sygnal Uxl otrzymywany z detektora fo- . toelektrycznego 7, po przejsciu przez wzmacniacz 8 jest proporcjonalny do przepuszczalnosci próbki i unormowany wzgledem odnosnika, gdyz ze sciez-6*584 ki p zapisu sygnalów odniesienia pobierany jest sygnal Uyl odnosnika (zmagazynowany w takcie pierwszym), który to sygnal jest kierowany do wzmacniacza 8, automatycznie regulujac jego wzmocnienie. Daje to w efekcie eliminacje wply¬ wu nierównomiernosci charakterystyki widmowej detektora fotoelektrycznego 7 i zródla promienio¬ wania 3 na ksztalt krzywej widmowej próbki, czyli zachodzi „normalizacja" pomiaru. Sygnalem nor¬ mujacym Uyl mozna tez sterowac natezenie zródla promieniowania 3, jak zaznaczono linia przerywa¬ na na fig. 1.Unormowane sygnaly pomiarowe Uxt, przykla¬ dowo wedlug przebiegu przedstawionego na fig. 2d, kierowane sa do ukladu przetwarzajacego 14.Uklad przetwarzajacy 14 stanowi znane urzadzenie próbkujace sygnal ciagly UX2 z czestoscia okreslo¬ na przez generator impulsów próbkujacych 15.Uklad 15 jest konwerterem amplitudy sygnalu Uxi na proporcjonalne do tej amplitudy opóznienie (fa¬ ze) impulsów, odniesione do polozenia* p" w czasie (fig. 2e). Jest to znane przeksztalcenie fazowo-im- pulsowe dogodne jako postac modulacji w: zapisie magnetycznym.W czasie Jednego okresu T0 przemiatama przy¬ pada odpowiednia flbic" sygnalów próbftujacych: Impulsy z ukladu przetwarzajacego 1 przechodza przez uklad sumujacy lt, który jako typtfwy bier¬ ny uklacl logiczny uniezaleznia wzajemny wplyw wejsc tego ukladu, a nastepnie {przedostaje sie do monitora 9 rozjasniajac punkty rastru na ekranie, co powoduje odwzorowainie rastwwe; mierzonej krzywej. Raster jest synchronizowany wzdluz osi oznaczonej Jako o$, przepuszczalnosci S, przez wspomniany juz generator Impulsów próbkuja¬ cych 15 ~ wytwarzajacy impulsp 0. Natomiast impulsy ao z generatorai przerniatania 11 kierowa¬ ne sa do komutatora 16^ który, pelni funkcje roz- rzadcza.Komutator 16 dziala jako "samoczynny przelacz¬ nik impulsów, przelaczajacy je co okres T0 na ko¬ lejne wyjscia komutatora. Cztery kolejne takie okresy przelaczen przedstawiono przykladowo na fig. 2f. Dzieki komutatorowi 16 seria kilku kolej¬ nych analiz z widmowych zostaje zmagazynowana w postaci impulsowej na kolejnych sciezkach dy¬ namicznej pamieci 12. Tak wiec, w drugim takcie krzywe widmowe próbki sa zobrazowywane na monitorze 9 oraz cala ich seria jest kolejno maga¬ zynowana w pamieci 12.W trzecim takcie dzialania pamieci zachodzi odczyt zmagazynowanych w pamieci 12 sygnalów pomiaru serii widm. Odczytany sygnal Ux2 jest po¬ bierany z poszczególnych sciezek dynamicznej pa¬ mieci 12 poprzez uklad selekcji odczytu 21. Uklad 21 umozliwia dwa rodzaje wykorzystania zawar¬ tosci pamieci 12. Pierwszy wariant stosuje sie przy pomiarach serii widm, które w czasie po¬ miaru nie zmieniaja swoich charakterystyk wid¬ mowych. Wtedy uklad selekcji odczytu 21 odbiera równoczesnie sygnaly z wszystkich sciezek pamie- 5 ci równolegle i na wyjsciu ukladu 21 wydzielony zostaje impius 8, którego faza stanowi srednia fa¬ ze impulsów Yi» Y2» Ys— (fig- 2k)» a wiec usrednio¬ ny sygnal z zapisanych widm. W wyniku teg^ na monitorze 9 bedzie odwzorowana w okresie T0 10 krzywa widmowa, jako srednia z kilku kolejnych analiz, a wiec zmniejszony zostaje przypadkowy blad pomiaru.Drugi wariant wykorzystania zawartosci pamieci stosuje sie przy pomiarach kinetycznych, a wiec 15 w przypadku, gdy kolejne widma w serii rófnic sie beda na skutek zmian w widmowej charakte¬ rystyce próbki. W tej sytuacji uklad selekcji od¬ czytu 21 pracuje podobnie jak komutator 16, po¬ bierajac kolejno przez okresy T0 sygnaly odczytu 20 **« ze sciezek z impulsami Yi». Yn- Wtedy na mo¬ nitorze 9 pojawiaja sie kolejne zobrazowania widm od pierwszego do ostatniego, z powtarzaniem przez dowolny czas o4ezytu.f Odbierana jest wówczas ca¬ ly zbiór widm, fzw. rpdziriia krzywych z pomierzo- 2£ nej serii. Umozliwia to wykonywaniei dokumentacji fotograficznej serii widm. 30 40 45 50 PL PL

Claims (3)

1. Zastrzezenia patentowe 1. Spektrofotometr z ukladem pamieciowym, zawierajacy przestrajany monochromator ze zród¬ lem promieniowania i komora mieszczaca kuwety pomiarowa i odniesienia oraz zawierajacy monitor 35 odwzorowania widma w ukladzie rastrowym polaczony z ukladem przetwarzania sygnalów pomiarowych i z generatorem impulsów próbku¬ jacych, znamienny tym, ze ma wielosciezkowa dynamiczna pamiec (12) polaczona z kanalem (20) zapisu sygnalu odniesienia oraz z kanalem (13) zapisu impulsów próbkujacych polaczonym z generatorem synchronizacji przemiatania (17) oraz ma uklad selekcji odczytu (21) sterujacy ukladem sumujacym (10) i komutator (16) polaczony z wyjsciem ukladu przetwarzania (14) sygnalów pomiarowych, a takze ma uklad taktów pamieci (18) polaczony z kanalem (20) zapisu sygnalu odniesienia, z monitorem (9) i komora (4) mono- chromatora.

2. Spektrofotometr wedlug zastrz. 1 znamie—y tym, ze generator synchronizacji przemiatania (17) jest polaczony z generatorem przemiatania (11).

3. Spektrofotometr wedlug zastrz. 1 znamienny tym, ze kanal (13) zapisu impulsów próbkujacych 55 jest polaczony z monitorem (9), natomiast kanal (20) sygnalu odniesienia jest polaczony ze wzma¬ cniaczem (8) o sterowanym wzmocnieniu.KI. 42h, 17/02 66 584 MKP GOlj 3/00 FigiKI. 42h, 17/02 66 584 MKP GOlj 3/00 IN fil i?2 P3 P4 Ul To v/A///a To a) b) c) ^-f(t) d) -t e) f) To Ul J3 LS i «. -*t JLIJJL k) -t Fig. 2KI. 42h, 17/02 66 584 MKP GOlj 3/0 od komutatora 16 »- vvVVV V l t h 2f2 T} vmpuisc^o Fig. 3 Bltk zam. 3339/72 r. 95 egz. A4 Cena zl 10,— PL PL