RU137615U1

RU137615U1 - PHOTOMETER

Info

Publication number: RU137615U1
Application number: RU2012157494/28U
Authority: RU
Inventors: Владимир Николаевич Афанасьев; Вячеслав Васильевич Климов; Сергей Владимирович Бирюков
Priority date: 2012-12-27
Filing date: 2012-12-27
Publication date: 2014-02-20

Abstract

1. Фотометр для измерения флуоресценции, содержащий держатель кюветы, источник света, кювету с исследуемым образцом, световозвращающее зеркало, световод для сбора и передачи сигнала флуоресценции на оптическую систему регистрации, отличающийся тем, что держатель кюветы дополнительно содержит, по меньшей мере, одну пару уголковых отражателей, в одном из которых установлен источник света, при этом уголковые отражатели, размещены в верхнем и нижнем внутренних углах держателя по диагонали против друг друга, где диагональ проходит через центральную ось держателя и центральную ось кюветы, рабочие поверхности которой обращены, по меньшей мере, к одному источнику светового потока, что обеспечивает возможность многократного прохождения светового потока между верхним и нижним уголковыми отражателями через рабочий объем кюветы, при этом световозвращающее зеркало размещено под основанием кюветы, а световод установлен с возможностью сбора флуоресценции над верхней частью кюветы.2. Фотометр по п.1, отличающийся тем, что держатель выполнен в виде призмы, боковые поверхности которой выполнены в форме параллелограммов одинакового размера, а верхнее и нижнее основания призмы параллельны друг другу и содержат четное количество углов.3. Фотометр по п.2, отличающийся тем, что верхнее и нижнее основания призмы выбирают из группы, состоящей из четырехугольника, шестиугольника и восьмиугольника.4. Фотометр по п.2 или 3, отличающийся тем, что внутренняя форма объема держателя представляет собой куб.5. Фотометр по п.1, отличающийся тем, что источник света выполнен на основе светоизлучающего диода.6. Фотометр по п.1, отличающийся тем, 1. Photometer for measuring fluorescence, comprising a cuvette holder, a light source, a sample cuvette, a retroreflective mirror, a light guide for collecting and transmitting a fluorescence signal to an optical recording system, characterized in that the cuvette holder further comprises at least one pair of angled reflectors, in one of which a light source is installed, while corner reflectors are placed in the upper and lower inner corners of the holder diagonally against each other, where the diagonal passes through the center the rallying axis of the holder and the central axis of the cuvette, the working surfaces of which are facing at least one light source, which allows multiple passage of the light flux between the upper and lower corner reflectors through the working volume of the cuvette, while a retroreflective mirror is placed under the base of the cuvette, and the light guide is installed with the possibility of collecting fluorescence over the upper part of the cell. 2. A photometer according to claim 1, characterized in that the holder is made in the form of a prism, the side surfaces of which are made in the form of parallelograms of the same size, and the upper and lower bases of the prism are parallel to each other and contain an even number of angles. A photometer according to claim 2, characterized in that the upper and lower bases of the prism are selected from the group consisting of a quadrangle, hexagon and octagon. A photometer according to claim 2 or 3, characterized in that the internal shape of the volume of the holder is a cube. 5. A photometer according to claim 1, characterized in that the light source is based on a light emitting diode. The photometer according to claim 1, characterized in that

Description

Область техникиTechnical field

Полезная модель относится к конструкции держателя кюветы для применения в фотометрах, в том числе для измерения флуоресценции в научных исследованиях, в медицине, ветеринарии, контроле пищевых продуктов, в криминалистике и при контроле параметров окружающей среды.The utility model relates to the design of a cell holder for use in photometers, including for measuring fluorescence in scientific research, medicine, veterinary medicine, food control, forensic science and environmental monitoring.

Уровень техникиState of the art

Существует много технических решений, связанных с регистрацией флуоресценции, измеряемой в процессе исследования биологических образцов. Для формирования сигнала используют флуоресцентные метки. Биологические образцы исследуют в растворах, размещенных в кюветах, закрепленных в держателях. Держатели, кроме функции крепления кюветы, зачастую используют для крепления других компонентов фотометра, например фильтров, оптических волокон.There are many technical solutions associated with the registration of fluorescence, measured during the study of biological samples. To generate a signal using fluorescent labels. Biological samples are examined in solutions placed in cuvettes fixed in holders. Holders, in addition to the function of attaching the cuvette, are often used for attaching other components of the photometer, for example, filters, optical fibers.

В экологии существует необходимость мониторинга различных водоемов и, в первую очередь, измерения фитопланктона. Численность фитопланктона определяют, измеряя флуоресценцию хлорофилла, способного переизлучать поглощенную энергию света, то есть флуоресцировать. Для измерения флуоресценции фитопланктона у микроводорослей трех основных таксонов: сине-зеленых, диатомовых и зеленых, обладающих различиями пигментного аппарата и спектров возбуждения флуоресценции, разработан флуориметр, [1] содержащий корпус, держатель кюветы, револьверную систему смены светофильтров, галогенную лампу, фотоэлектронный умножитель. К недостатку устройства можно отнести наличие системы механического переключения типов светофильтров и большие габариты за счет применения галогенной лампы и фотоэлектронного умножителя.In ecology, there is a need to monitor various water bodies and, first of all, measure phytoplankton. Phytoplankton abundance is determined by measuring the fluorescence of chlorophyll, capable of re-emitting the absorbed energy of light, that is, fluorescence. To measure the phytoplankton fluorescence in microalgae of three main taxa: blue-green, diatom and green, which have differences in the pigment apparatus and fluorescence excitation spectra, a fluorimeter has been developed [1], which contains a body, a cuvette holder, a turret filter change system, a halogen lamp multiplier, a photoelectron. The disadvantage of the device can be attributed to the presence of a system of mechanical switching of types of light filters and large dimensions due to the use of a halogen lamp and a photoelectronic multiplier.

Известна полезная модель [2], в которой реализован принцип измерения флуоресценции жидкостей на разных длинах волн с использованием двух излучающих источников света на разных длинах волн на основе светодиодов. Флуориметр содержит первый и второй фотоприемники, подключенные к системе регистрации сигнала.A useful model is known [2], in which the principle of measuring fluorescence of liquids at different wavelengths using two emitting light sources at different wavelengths based on LEDs is implemented. The fluorimeter comprises first and second photodetectors connected to a signal recording system.

К общему недостатку известных флуориметров можно отнести невысокую чувствительность, связанную с измерением сигнала, который вызывается однократным возбуждением флуоресцентных меток при прохождении светового потока через исследуемый образец.A common disadvantage of known fluorimeters is the low sensitivity associated with measuring a signal that is caused by a single excitation of fluorescence labels when the light flux passes through the sample under study.

Известны технические решения, на основании которых для повышения уровня сигнала используют принцип многократного прохождение светового потока через исследуемый объем [3]. Особенно широко эти решения используются в газоанализаторах. Например, разработаны специальные виды кювет с размещением внутри объема кюветы зеркальных покрытий [4]. К недостатку таких кювет можно отнести невозможность их применения для исследования растворов.Known technical solutions, on the basis of which the principle of multiple passage of the light flux through the volume under study is used to increase the signal level [3]. These solutions are especially widely used in gas analyzers. For example, special types of cuvettes have been developed with the placement of mirror coatings inside the cuvette volume [4]. The disadvantage of such cells is the impossibility of their use for the study of solutions.

Известно применение принципа многократного прохождение светового потока при исследовании образцов методом спектроскопии [5; 6]. К недостатку таких решений можно отнести применение дорогостоящих оптических элементов плоских или вогнутых зеркал.The application of the principle of multiple passage of the light flux when studying samples by spectroscopy is known [5; 6]. The disadvantage of such solutions is the use of expensive optical elements of flat or concave mirrors.

При построении флуориметров наиболее часто используют общее основание устройства, на котором размещают держатель стандартных кювет, призмы, зеркала и других оптические компоненты, которые формируют многократное прохождение светового потока через исследуемый образец [7].When constructing fluorimeters, the common base of the device is most often used, on which the holder of standard cuvettes, prisms, mirrors and other optical components are placed, which form the multiple passage of the light flux through the test sample [7].

К недостаткам таких устройств относятся большие габариты, высокая цена и необходимость в дополнительной юстировке в процессе эксплуатации.The disadvantages of such devices include large dimensions, high price and the need for additional adjustment during operation.

Известны технические решения, в соответствии с которыми многократное прохождение светового потока через исследуемый объем формируют за счет введения в конструкцию измерительной кюветы отражающих оптических элементов, размещенных друг против друга на противоположных стенах кюветы. Например, крепление параболических призм на противоположных стенках кюветы. При этом внешняя часть сферической поверхности одной из призм покрыта отражающим слоем [8]. В другом варианте для формирования многократного прохождения светового потока внутри измерительной кюветы устанавливают треугольную оптическую призму и наносят зеркальное покрытие на внешнюю поверхность кюветы [9]. Известно решение по применению треугольных оптических призм, закрепленных друг против друга на противоположных внешних стенах кюветы и зеркала на боковой поверхности для сбора сигнала флуоресценции [10]. К недостатку таких кювет можно отнести их высокую стоимость за счет применения дорогостоящих оптических призм, а также за счет снижения их эксплуатационных свойств в процессе многократных промывок после измерения флуоресценции.Known technical solutions in accordance with which multiple passage of the light flux through the test volume is formed by introducing into the design of the measuring cell reflective optical elements placed opposite each other on opposite walls of the cell. For example, mounting parabolic prisms on opposite walls of the cell. Moreover, the outer part of the spherical surface of one of the prisms is covered with a reflective layer [8]. In another embodiment, to form multiple passage of the light flux inside the measuring cell, a triangular optical prism is installed and a mirror coating is applied to the outer surface of the cell [9]. A known solution to the use of triangular optical prisms mounted against each other on opposite external walls of the cuvette and the mirror on the side surface to collect the fluorescence signal [10]. The disadvantage of such cuvettes is their high cost due to the use of expensive optical prisms, as well as due to the reduction of their operational properties in the process of repeated washing after measuring fluorescence.

Приведенные схемы измерения оптических сигналов достаточно сложны и не используют современные технические решения по использовании новых осветительных элементов, например светодиодов (СИД) и новых схем построения фотоэлектрических преобразователей с ПЗС матрицей.The above schemes for measuring optical signals are quite complex and do not use modern technical solutions for the use of new lighting elements, such as light emitting diodes (LEDs) and new schemes for constructing photoelectric converters with a CCD matrix.

Упростить обслуживание флуориметров можно при использовании стандартных кювет и держателей кювет с дополнительными функциями, обеспечивающими многократное прохождение светового потока через кювету.You can simplify the maintenance of fluorimeters by using standard cuvettes and cuvette holders with additional functions that ensure multiple passage of the light flux through the cuvette.

Наиболее близким техническим решением является фотометр, содержащий держатель кювет CUV-FL-DA, разработанный фирмой Ocean Optics [11]. Для соединения со спектрометрами используется волоконно-оптический кабель с разъемом SMA. Для увеличения сигнала флуоресценции в держатель дополнительно устанавливают пару отражающих вставок 74-MSP, выполненных из покрытых алюминием зеркал диаметром 7.5 мм (0.3"), которые имеют повышенное отражение в УФ области. Одна вставка перехватывает излучение флуоресценции, которое иначе было бы потеряно, а вторая - отражает возбуждающее излучение назад в образец.The closest technical solution is a photometer containing a cuvette holder CUV-FL-DA, developed by Ocean Optics [11]. A fiber optic cable with an SMA connector is used to connect to the spectrometers. To increase the fluorescence signal, a pair of 74-MSP reflective inserts made of aluminum-coated mirrors with a diameter of 7.5 mm (0.3 "), which have an increased reflection in the UV region, is additionally installed in the holder. One insert intercepts fluorescence radiation that would otherwise be lost, and the second - reflects the exciting radiation back into the sample.

Недостатками этой системы являются малая эффективность усиления возбуждающего излучения за счет установки только одного зеркала и необходимость применения в устройстве дополнительных светофильтров для смены полосы возбуждающего сигнала.The disadvantages of this system are the low efficiency of amplification of the exciting radiation due to the installation of only one mirror and the need to use additional filters in the device to change the band of the exciting signal.

Анализ уровня техники показал, что существует необходимость в разработке простого и надежного портативного устройства для измерения флуоресценции, позволяющего проводить измерение сигнала при разных длинах возбуждающего излучения, с возможностью многократного усиления измеряемого сигнала флуоресценции.The analysis of the prior art showed that there is a need to develop a simple and reliable portable device for measuring fluorescence, which allows to measure the signal at different lengths of the exciting radiation, with the possibility of multiple amplification of the measured fluorescence signal.

Технической задачей является максимальное упрощение и удешевление оптической системы флуориметра с одновременным увеличением уровня измеряемого сигнала.The technical task is to maximize the simplification and cheapening of the optical system of the fluorimeter while increasing the level of the measured signal.

Другой задачей является повышение эффективности работы флуориметра при измерении флуоресценции на разных длинах волн.Another objective is to increase the efficiency of the fluorimeter when measuring fluorescence at different wavelengths.

В рассматриваемой полезной модели возможность увеличения уровня сигнала достигается за счет формирования многократного прохождения светового потока через кювету с исследуемым образцом, а упрощение конструкции фотометра осуществляется за счет выполнения новой конструкции держателя кюветы.In the utility model under consideration, the possibility of increasing the signal level is achieved by forming multiple passage of the light flux through the cell with the sample under study, and the photometer design is simplified by performing a new design of the cell holder.

Сущность полезной модели заключается в том, что фотометр для измерения флуоресценции содержит держатель кюветы, источник света, кювету с исследуемым образцом, световозвращающее зеркало, световод для сбора и передачи сигнала флуоресценции на оптическую систему регистрации, а держатель кюветы дополнительно содержит, по меньшей мере, одну пару уголковых отражателей, в одном из которых установлен источник света. При этом уголковые отражатели, размещены в верхнем и нижнем внутренних углах держателя по диагонали друг против друга, а диагональ проходит через центральную ось держателя и центральную ось кюветы. Рабочие поверхности кюветы обращены, по меньшей мере, к одному источнику светового потока, что обеспечивает возможность многократного прохождения светового потока между верхним и нижним уголковыми отражателями через рабочий объем кюветы. Световозвращающее зеркало размещено под основанием кюветы, а световод с возможностью сбора флуоресценции установлен над верхней частью кюветы.The essence of the utility model is that the photometer for measuring fluorescence contains a cuvette holder, a light source, a sample cuvette, a retroreflective mirror, a light guide for collecting and transmitting the fluorescence signal to the optical registration system, and the cuvette holder additionally contains at least one a pair of corner reflectors, in one of which a light source is installed. In this case, corner reflectors are placed in the upper and lower inner corners of the holder diagonally against each other, and the diagonal passes through the central axis of the holder and the central axis of the cell. The working surfaces of the cuvette face at least one light source, which allows multiple passage of the light flux between the upper and lower corner reflectors through the working volume of the cuvette. A retroreflective mirror is located under the base of the cuvette, and a light guide with the ability to collect fluorescence is installed above the upper part of the cuvette.

Следующим аспектом данной полезной модели является то, что держатель выполнен в виде призмы, боковые поверхности которой, выполнены в форме параллелограммов одинакового размера, а верхнее и нижнее основания призмы параллельны друг другу и содержат четное количество углов. При этом верхнее и нижнее основания призмы выбирают из группы, состоящей из четырехугольника, шестиугольника и восьмиугольника. Предпочтительной формой держателя является куб.Another aspect of this utility model is that the holder is made in the form of a prism, the side surfaces of which are made in the form of parallelograms of the same size, and the upper and lower bases of the prism are parallel to each other and contain an even number of angles. In this case, the upper and lower bases of the prism are selected from the group consisting of a quadrangle, hexagon and octagon. The preferred form of holder is a cube.

Следующим аспектом данной полезной модели является то, что источник света выполнен на основе светодиода или на основе световода, передающего световой поток от светодиода в держатель. При этом светодиоды, устанавливаемые в уголковые отражатели или подключенные к световодам, имеют одинаковый или разный диапазон излучения с длиной волны, входящей в группу, состоящую из 365÷375 нм; 405±5 нм; 475±5 нм; 505 нм; 525 нм; 565 нм; 575 нм; 595 нм; 625±5 нм; 660 нм.Another aspect of this utility model is that the light source is based on an LED or based on a light guide transmitting the light flux from the LED to the holder. In this case, the LEDs installed in the corner reflectors or connected to the optical fibers have the same or different radiation range with a wavelength included in the group consisting of 365 ÷ 375 nm; 405 ± 5 nm; 475 ± 5 nm; 505 nm; 525 nm; 565 nm; 575 nm; 595 nm; 625 ± 5 nm; 660 nm.

Следующим аспектом данной полезной модели является то, что световозвращающее зеркало выполнено в виде планарного листа, уголкового отражателя, параболического отражателя.The next aspect of this utility model is that the retroreflective mirror is made in the form of a planar sheet, an angular reflector, a parabolic reflector.

Перечень фигурList of figures

Фиг. 1 Структурная схема фотометра.FIG. 1 Block diagram of the photometer.

Фиг. 2 Структура держателя и схема формирования потоков пучка света внутри объема держателяFIG. 2 The structure of the holder and the scheme for the formation of light beam flows inside the holder

Фиг. 3 Схема формирования коллимированного пучка света. Где а) диаграмма направленности (индикатриса) излучения СИД; б) индикатриса излучения СИД установленного в черном цилиндре; в) сечение держателя СИД.FIG. 3 Scheme of the formation of a collimated light beam. Where a) radiation pattern (indicatrix) of LED radiation; b) LED radiation indicatrix installed in the black cylinder; c) section of the LED holder.

Фиг. 4. Схема формирования коллимированного пучка света. Где: а) источник света выполнен на основе светодиода, б) источник света выполнен на основе световода.FIG. 4. Scheme of the formation of a collimated light beam. Where: a) the light source is based on the LED, b) the light source is based on the light guide.

Описание полезной моделиUtility Model Description

Технические задачи полезной модели, связанные с повышением отношения сигнал-шум можно выполнить за счет установки в фотометр нового держателя кюветы, который содержит, по меньшей мере, одну пару уголковых отражателей, причем один из уголковых отражателей содержит источник света. Задача снижения влияния вибраций при работе в полевых условиях реализуется за счет создания жесткой структуры держателя.The technical tasks of the utility model related to increasing the signal-to-noise ratio can be achieved by installing a new cell holder in the photometer that contains at least one pair of corner reflectors, one of the corner reflectors containing a light source. The task of reducing the influence of vibrations when working in the field is achieved by creating a rigid holder structure.

На фиг. 1 представлена структурная схема фотометра. Фотометр содержит держатель 1, в который устанавливается кювета 2, узел переключения СИД 3, оптическая система регистрации измеряемого сигнала 4, микропроцессор 5, клавиатура 6 и индикатор 7.In FIG. 1 is a structural diagram of a photometer. The photometer comprises a holder 1, in which a cuvette 2 is mounted, an LED 3 switching unit, an optical system for recording the measured signal 4, a microprocessor 5, a keyboard 6, and an indicator 7.

Структура держателя приведена на фиг. 2. В корпусе держателя размещена кювета 2, снабженная крышкой 9 с укрепленной в ней световодом 10. Под основанием кюветы размещено световозвращающее зеркало 11, которое возвращает сигнал флуоресценции 8 к световоду 10, а в верхнем и нижнем внутренних углах держателя 1 закреплена, по меньшей мере, одна пара уголковых отражателей 12, 14. Форма корпуса в общем случае может быть выполнена в виде призмы с внутренним объемом 15, в котором верхняя 16 и нижняя 17 поверхности выполнены в форме равных многоугольников (оснований) параллельных друг другу. Боковые поверхности призмы выполнены в форме параллелограммов одинакового размера, формирующих боковые грани призмы. Два многоугольника, лежащие в верхней и нижней параллельных плоскостях призмы, выбирают из группы, состоящей из четырехугольника, шестиугольника и восьмиугольника. Предпочтительна форма четырехугольника и форма держателя выполненного в виде куба. Куб имеет четыре диагонали, которые пересекаются в одной точке на центральной оси 18, что позволяет обеспечить возможность равномерного освещения рабочего объема кюветы 2 с помощью многократного прохождения падающего света через рабочий объем кюветы. В качестве примера, подтверждающего, но не ограничивающего тип формы корпуса на фиг. 1 и фиг. 2 приведен вариант корпуса 1 в форме куба.The holder structure is shown in FIG. 2. A cuvette 2 is placed in the casing of the holder, equipped with a lid 9 with a light guide 10 fastened in it. A retroreflective mirror 11 is placed under the base of the cuvette, which returns the fluorescence signal 8 to the light guide 10, and at least at the upper and lower inner corners of the holder 1 are fixed , one pair of corner reflectors 12, 14. The shape of the housing can generally be made in the form of a prism with an internal volume 15, in which the upper 16 and lower 17 surfaces are made in the form of equal polygons (bases) parallel to each other. The side surfaces of the prism are made in the form of parallelograms of the same size, forming the side faces of the prism. Two polygons lying in the upper and lower parallel planes of the prism are selected from the group consisting of a quadrangle, a hexagon and an octagon. The preferred shape of the quadrangle and the shape of the holder made in the form of a cube. The cube has four diagonals that intersect at one point on the central axis 18, which makes it possible to uniformly illuminate the working volume of the cuvette 2 by repeatedly passing incident light through the working volume of the cuvette. By way of example, confirming but not limiting the type of shape of the housing in FIG. 1 and FIG. 2 shows a variant of the cube 1.

В верхней части корпуса 1 держателя устанавливается кювета 2 с исследуемым раствором. Центральная ось 18 кюветы совпадает с центральной осью держателя 1. На внутренних стенках держателя 1 закреплена, по меньшей мере, одна пара уголковых отражателей 12 и 14, закрепленных внутри верхнего и нижнего углов призмы. Пара уголковых отражателей направлена своими рабочими отражающими поверхностями друг к другу, формируя возможность многократного отражения светового потока 19 от элементов уголковых отражателей 12 и 14, при этом световой поток направлен вдоль диагонали 20 призмы, которая проходит через центральную ось призмы, совпадающую с центральной осью 18 кюветы. Каждый из уголковых отражателей 12 и 14 сформирован из трех светоотражательных элементов, закрепленных на внутренних поверхностях трех совмещаемых элементов призмы, например 21, 22 и 23, а именно в углах двух совмещаемых друг с другом боковых стенок (отражатели 21 и 22 на фиг. 3) и примыкающего к ним углу основания призмы (отражатель 23 на фиг. 2).A cuvette 2 with the test solution is installed in the upper part of the holder body 1. The central axis 18 of the cell coincides with the central axis of the holder 1. At least one pair of corner reflectors 12 and 14 fixed inside the upper and lower corners of the prism are fixed on the inner walls of the holder 1. A pair of corner reflectors is directed by their working reflective surfaces to each other, forming the possibility of multiple reflection of the light flux 19 from the elements of the corner reflectors 12 and 14, while the light flux is directed along the diagonal 20 of the prism, which passes through the central axis of the prism, which coincides with the central axis 18 of the cell . Each of the corner reflectors 12 and 14 is formed of three reflective elements mounted on the inner surfaces of three compatible prism elements, for example 21, 22 and 23, namely at the corners of two side walls that are compatible with each other (reflectors 21 and 22 in Fig. 3) and adjacent to them the corner of the base of the prism (reflector 23 in Fig. 2).

Светоотражающие элементы 21, 22 и 23 изготавливают предварительно перед сборкой держателя 1. Светоотражающие элементы 21, 22 и 23 наносят методом напыления металлов с высокой отражательной способностью на полированные углы деталей внутренних боковых поверхностей и соответствующие углы основания верхнего и нижнего многоугольника, формирующих призму. Другой вариант состоит в применении гибких пленок с нанесенным на них отражающим покрытием, предпочтительно самоклеящихся пленок. В качестве таких пленок можно использовать пленки, фирмы 3М [12].Reflective elements 21, 22 and 23 are prefabricated before assembly of holder 1. Reflective elements 21, 22 and 23 are applied by spraying metals with high reflectivity to the polished corners of the parts of the inner side surfaces and the corresponding base angles of the upper and lower polygons forming the prism. Another option is to use flexible films coated with a reflective coating, preferably self-adhesive films. As such films, films of the 3M company can be used [12].

В результате сборки кожуха светоотражающие элементы, например 21, 22 и 23, формируют уголковый отражатель, который способен возвращать световой поток, поступающий на его поверхность, как это представлено на фиг. 2 поз 28.As a result of the assembly of the casing, reflective elements, for example 21, 22 and 23, form an angular reflector that is able to return the light flux arriving at its surface, as shown in FIG. 2 pos. 28.

Светоотражательные поверхности 21, 22 и 23 выполнены в форме равнобедренных треугольников, что включает, но не ограничивает других вариантов. Для формирования светового потока в вершине, по меньшей мере, одного из уголковых отражателей, входящих в пару, расположенных по диагонали, например, отражателя 12, закреплен источник света 24. Источник света выполнен на основе светодиода (СИД) 24 (см. фиг. 3а) или выполнен на основе световода 29 (см. фиг. 3б), который подключен к светодиоду, размещенному вне держателя. Причем оптическая ось СИД 24 или световода 29 совпадает с одной из диагоналей призмы. Для формирования апертуры излучения СИД определенного размера, источник света на основе светодиода 24 или световода 29 устанавливают в цилиндр 26, с внутренней стороны которого он покрыт светопоглощающим материалом. Доминантные длины волн выпускаемых СИД УФ и видимого диапазона: 365÷375 нм; 405±5 нм; 475±5 нм; 505 нм; 525 нм; 565 нм; 575 нм; 595 нм; 625±5 нм; 660 нм; белый свет. Мощность излучения СИД выбирают в диапазоне от 10 до 25 мВт. СИД выбираются таким образом, чтобы их доминантная длина волны излучения максимально соответствовала максимуму спектра возбуждения. Использование СИД с разной длиной волны излучения, установленных в соответствующих уголковых отражателях держателя, позволяет измерять сигнал флуоресценции на разных длинах волн, что значительно расширяет область применения флуориметра. В случае если в уголковые отражатели установлены СИД с одинаковой длиной волны, это позволяет не только многократно повысить интенсивность возбуждающего света, но и значительно увеличивает равномерность освещения рабочей области кюветы.Reflective surfaces 21, 22 and 23 are made in the form of isosceles triangles, which includes, but is not limited to other options. To form the light flux at the apex of at least one of the corner reflectors in a pair located diagonally, for example, reflector 12, a light source 24 is fixed. The light source is based on a light emitting diode (LED) 24 (see Fig. 3a ) or is based on a light guide 29 (see Fig. 3b), which is connected to an LED placed outside the holder. Moreover, the optical axis of the LED 24 or the optical fiber 29 coincides with one of the diagonals of the prism. To form an aperture of LED radiation of a certain size, a light source based on the LED 24 or the light guide 29 is installed in the cylinder 26, on the inside of which it is covered with light-absorbing material. Dominant wavelengths of produced UV and visible LEDs: 365 ÷ 375 nm; 405 ± 5 nm; 475 ± 5 nm; 505 nm; 525 nm; 565 nm; 575 nm; 595 nm; 625 ± 5 nm; 660 nm; White light. The radiation power of the LEDs is selected in the range from 10 to 25 mW. LEDs are selected so that their dominant radiation wavelength matches the maximum of the excitation spectrum. The use of LEDs with different wavelengths of radiation installed in the respective corner reflectors of the holder, allows you to measure the fluorescence signal at different wavelengths, which greatly expands the scope of the fluorimeter. If LEDs with the same wavelength are installed in the corner reflectors, this allows not only repeatedly increasing the intensity of the exciting light, but also significantly increasing the uniformity of illumination of the working area of the cell.

Стенки держателя выполнены из непрозрачного материала, входящего в группу, состоящую из металла, пластмасс, композитных материалов и их комбинаций. Толщина стенок держателя лежит в пределах от 1,0 до 15 мм.The walls of the holder are made of an opaque material included in the group consisting of metal, plastics, composite materials and their combinations. The wall thickness of the holder ranges from 1.0 to 15 mm.

Для сбора и дополнительного усиления флуоресцентного сигнала во внутреннем объеме корпуса держателя закреплено световозвращающее зеркало 11, которое расположено под нижним основанием кюветы 2. Зеркало может быть выполнено в виде планарного листа, в форме уголкового отражателя или параболического отражателя. Измеряемый сигнал флуоресценции, дополнительно усиленный световозвращающим зеркалом 11, поступает в верхнюю часть кюветы, где оптический сигнал собирается с помощью световода 10. Через световод 10 оптический сигнал поступает на вход оптической системы 4, содержащей оптическую часть 25 и приемную ПЗС матрицу 26, с выхода которой сигнал, содержащий информацию об уровне флуоресценции, поступает на вход 27 микропроцессора 5, соединенного с индикатором 7. Микропроцессор 5 дополнительно позволяет осуществить передачу измеряемого сигнала на внешний компьютер или мобильное устройство для передачи измеряемых данных в центральный процессор сбора данных.To collect and further enhance the fluorescent signal in the internal volume of the holder body, a retroreflective mirror 11 is mounted, which is located under the lower base of the cuvette 2. The mirror can be made in the form of a planar sheet, in the form of an angular reflector or a parabolic reflector. The measured fluorescence signal, additionally amplified by a retroreflective mirror 11, enters the upper part of the cuvette, where the optical signal is collected using the optical fiber 10. Through the optical fiber 10, the optical signal is input to the optical system 4 containing the optical part 25 and the receiving CCD matrix 26, the output of which a signal containing information about the fluorescence level is fed to the input 27 of the microprocessor 5 connected to the indicator 7. The microprocessor 5 additionally allows the transmission of the measured signal to an external a computer or mobile device for transmitting measured data to a central data acquisition processor.

Оптическая ось 20 светового потока возбуждаемого СИД 24 направлена на уголковый отражатель 14 и освещает внутренний объем кюветы 2 под углом α к оси кюветы. Для устранения паразитного отражения от внутренних стенок держателя их покрывают светопоглощающим материалом, кроме элементов рабочих отражающих поверхностей, формирующих поверхность уголкового отражателя. В качестве светопоглощающих материалов, которые наносят на внутреннюю поверхность держателя, используют материалы, входящие в группу, состоящую из красок содержащих диспергируемый абсорбент, пленок снабженных клеящим слоем и содержащих на поверхности абсорбирующий материал или их комбинаций.The optical axis 20 of the luminous flux of the excited LED 24 is directed to the corner reflector 14 and illuminates the internal volume of the cell 2 at an angle α to the axis of the cell. To eliminate stray reflection from the inner walls of the holder, they are coated with a light-absorbing material, in addition to the elements of the working reflective surfaces forming the surface of the corner reflector. As light-absorbing materials that are applied to the inner surface of the holder, use materials included in the group consisting of paints containing a dispersible absorbent, films provided with an adhesive layer and containing absorbent material on the surface, or combinations thereof.

Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.

Световой поток 19, генерируемый, источником света 23 проходит под углом α через кювету 2 и вызывает возбуждение флуоресценции, которая собирается световодом 10 и передается на вход оптической системы 4. Световой поток 19 проходит через прозрачные стенки кюветы 2 и достигает поверхности уголкового отражателя 14. За счет отражения от поверхности уголкового отражателя формируется отраженный световой поток 28, который вновь просвечивает кювету и вторично вызывает возбуждение флуоресценции. Далее поток 28 достигает отражающей поверхности уголкового отражателя 12 и за счет отражения снова формируется пучок света, направляемый на кювету. Происходит многократное отражение света от уголковых отражателей 12 и 14 и многократное прохождение светового потока через рабочий объем кюветы 2, тем самым вызывая увеличение уровня регистрируемой флуоресценции.The luminous flux 19 generated by the light source 23 passes at an angle α through the cuvette 2 and causes the excitation of fluorescence, which is collected by the optical fiber 10 and transmitted to the input of the optical system 4. The luminous flux 19 passes through the transparent walls of the cuvette 2 and reaches the surface of the corner reflector 14. For due to reflection from the surface of the corner reflector, a reflected light stream 28 is formed, which again illuminates the cuvette and causes fluorescence excitation a second time. Next, the stream 28 reaches the reflective surface of the corner reflector 12 and due to the reflection, a beam of light is again formed, directed to the cuvette. There is multiple reflection of light from corner reflectors 12 and 14 and multiple passage of the light flux through the working volume of the cuvette 2, thereby causing an increase in the level of recorded fluorescence.

Промышленная применимостьIndustrial applicability

Держатель кювет оптимально приспособлен для применения в полевых условиях, поскольку не содержит сложных оптических элементов, его отражающие поверхности защищены от пыли. С помощью коммутации и переключения светодиодов можно проводить измерения на разных длинах волн возбуждения флуоресценции, что позволяет значительно расширить потребительские способности флуориметра.The holder of the cuvette is optimally adapted for use in the field, as it does not contain complex optical elements, its reflective surfaces are protected from dust. Using switching and switching LEDs, it is possible to measure at different wavelengths of fluorescence excitation, which can significantly expand the consumer ability of the fluorimeter.

Устройство, описанное в полезной модели, имеет простую конструкцию держателя, не предъявляет высоких требований к применяемым оптическим компонентам. Источник света выполнен на основе долговечных светодиодов, отражающие поверхности защищены внешней оболочкой держателя от внешнего воздействия. Изготовление основных узлов устройства не требует высоких затрат.The device described in the utility model has a simple holder design, does not impose high requirements on the used optical components. The light source is made on the basis of durable LEDs, reflective surfaces are protected by the outer shell of the holder from external influences. The manufacture of the main components of the device does not require high costs.

За счет компактности и простоты конструкции держателя удается избежать влияния механических воздействий на устойчивость настройки оптической системы, что позволяет создавать конструкцию флуориметра малочувствительную к вибрациям.Due to the compactness and simplicity of the holder design, it is possible to avoid the influence of mechanical stresses on the stability of the optical system settings, which makes it possible to create a fluorimeter design insensitive to vibrations.

Литература:Literature:

1. Углев Р.А. Флуоресценция и мониторинг фитопланктона (http://www.lan.krasu.ru/studies/index.aspdivbookbookid53.htm).1. Uglev R.A. Fluorescence and monitoring of phytoplankton (http://www.lan.krasu.ru/studies/index.aspdivbookbookid53.htm).

2. Москвин А.Л. и др. «ФЛЮОРИМЕТР» Патент РФ RU №49997 опубликован (10.12.2005).2. Moskvin A.L. et al. “FLUORIMETER” RF Patent RU No. 49997 published (10.12.2005).

3. Rostler; Peter S. Multipass illumination of an elongated zone. US Patent №4,254,336 (March 3, 1981).3. Rostler; Peter S. Multipass illumination of an elongated zone. US Patent No. 4,254,336 (March 3, 1981).

4. Inman R.S. Polygonal planar multipass cell, system and apparatus including same, and method of use. US Patent №5,818,578 (October 6, 1998).4. Inman R.S. Polygonal planar multipass cell, system and apparatus including same, and method of use. US Patent No. 5,818,578 (October 6, 1998).

5. Doyle; Walter M Multipass sampling system for Raman spectroscopy. US Patent №6,795,177 (September 21, 2004).5. Doyle; Walter M Multipass sampling system for Raman spectroscopy. US Patent No. 6,795,177 (September 21, 2004).

6. Chupp; Vernon L MULTIPASS LIGHT CELL FOR INCREASING THE INTENSITY LEVEL OF RAMAN LIGHT EMISSION FROM A SAMPLE. US Patent №3,704,951 (December 5, 1972).6. Chupp; Vernon L MULTIPASS LIGHT CELL FOR INCREASING THE INTENSITY LEVEL OF RAMAN LIGHT EMISSION FROM A SAMPLE. US Patent No. 3,704,951 (December 5, 1972).

7. Kallet; Eli A. Enhanced fluorescent emission. US Patent №4,345,837 (August 24, 1982).7. Kallet; Eli A. Enhanced fluorescent emission. US Patent No. 4,345,837 (August 24, 1982).

8. Gilby; Anthony С. Fluorescence detector geometry. US Patent №7,251,026 (July 31, 2007).8. Gilby; Anthony C. Fluorescence detector geometry. US Patent No. 7,251,026 (July 31, 2007).

9. Векшин Н.Л. Кювета для люминесцентных измерений. Патент РФ №1312452 (23.05.1987).9. Vekshin N.L. Ditch for luminescent measurements. RF patent No. 1312452 (05.23.1987).

10. Векшин Н.Л. Многоходовое устройство для люминесцентного анализа. Патент РФ №1254357 (30.08.1986).10. Vekshin N.L. Multi-way device for luminescent analysis. RF patent No. 1254357 (08/30/1986).

11. Техническое описание фирмы «Ocean Optics» http://www.oemoptic.ru/holders_cuvfl-da.php.11. Technical description of the company Ocean Optics http://www.oemoptic.ru/holders_cuvfl-da.php.

12. Техническое описание фирмы «3М» http://www.vinilcar.ru/scotchprint-3m.html12. Technical description of the company "3M" http://www.vinilcar.ru/scotchprint-3m.html

Claims

1. Photometer for measuring fluorescence, comprising a cuvette holder, a light source, a sample cuvette, a retroreflective mirror, a light guide for collecting and transmitting a fluorescence signal to an optical recording system, characterized in that the cuvette holder further comprises at least one pair of angled reflectors, in one of which a light source is installed, while corner reflectors are placed in the upper and lower inner corners of the holder diagonally against each other, where the diagonal passes through the center the axis of the holder and the central axis of the cell, the working surfaces of which are facing at least one light source, which allows multiple passage of the light flux between the upper and lower corner reflectors through the working volume of the cell, while a retroreflective mirror is placed under the base of the cell, and the light guide is installed with the possibility of collecting fluorescence over the upper part of the cell.

2. The photometer according to claim 1, characterized in that the holder is made in the form of a prism, the side surfaces of which are made in the form of parallelograms of the same size, and the upper and lower bases of the prism are parallel to each other and contain an even number of angles.

3. The photometer according to claim 2, characterized in that the upper and lower bases of the prism are selected from the group consisting of a quadrangle, hexagon and octagon.

4. The photometer according to claim 2 or 3, characterized in that the internal shape of the volume of the holder is a cube.

5. The photometer according to claim 1, characterized in that the light source is based on a light emitting diode.

6. The photometer according to claim 1, characterized in that the light source is based on a light guide transmitting the light flux from the LED to the holder.

7. The photometer according to claim 5, characterized in that the LEDs have the same spectral range of radiation.

8. The photometer according to claim 5, characterized in that the LEDs have different spectral ranges of radiation.

9. The photometer according to claim 5, characterized in that the working wavelength of the light-emitting diodes is included in the group consisting of 365 ÷ 375 nm; 405 ± 5 nm; 475 ± 5 nm; 505 nm; 525 nm; 565 nm; 575 nm; 595 nm; 625 ± 5 nm; 660 nm.

10. The photometer according to claim 1, characterized in that the retroreflective mirror is made in the form of a planar sheet, an angular reflector, a parabolic reflector.

11. The photometer according to claim 1, characterized in that the walls of the holder are made of an opaque material that is included in the group consisting of metal, plastics, composite materials and combinations thereof.

12. The photometer according to claim 1, characterized in that the wall thickness of the holder lies in the range from 1.0 to 15 mm