RU196306U1

RU196306U1 - TWO CHANNEL FLUORIMETER

Info

Publication number: RU196306U1
Application number: RU2019142011U
Authority: RU
Inventors: Михаил Константинович Аленичев; Александр Давидович Левин; Александр Давидович Нагаев; Антон Юрьевич Садагов
Priority date: 2019-12-18
Filing date: 2019-12-18
Publication date: 2020-02-25

Abstract

Полезная модель относится к области измерительной техники, а именно к устройствам для исследования или анализа материалов с помощью оптических средств, в которых исследуемый материал возбуждается и излучает свет, и может быть использована в качестве детектирующего устройства для сенсоров на основе флуоресценции. Двухканальный флуориметр содержит источник возбуждающего излучения, расположенный на его оптической оси держатель кюветы и два оснащенных фильтрами канала регистрации с детекторами излучения эмиссии. Каналы регистрации перпендикулярны указанной оптической оси и расположены с противоположных сторон от держателя кюветы. С противоположной источнику возбуждающего излучения стороны от держателя кюветы расположен фотоприемник с поглотителем возбуждающего излучения, подключенный вместе с детекторами излучения эмиссии, к единому блоку обработки. Полезная модель позволяет повысить точность проводимых измерений. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.The invention relates to the field of measurement technology, namely, devices for the study or analysis of materials using optical means in which the material under study is excited and emits light, and can be used as a detecting device for fluorescence based sensors. The two-channel fluorimeter contains a source of exciting radiation, a cell holder located on its optical axis, and two recording channels equipped with filters with emission radiation detectors. The registration channels are perpendicular to the indicated optical axis and are located on opposite sides of the cell holder. On the opposite side of the exciting radiation source from the cuvette holder, there is a photodetector with an exciting radiation absorber, connected together with emission radiation detectors, to a single processing unit. The utility model allows to increase the accuracy of measurements. 2 s.p. f-ly, 1 ill.

Description

Полезная модель относится к области измерительной техники, а именно, к устройствам для исследования или анализа материалов с помощью оптических средств, в которых исследуемый материал возбуждается и излучает свет, и может быть использована в качестве детектирующего устройства для сенсоров на основе флуоресценции.The utility model relates to the field of measurement technology, namely, devices for the study or analysis of materials using optical means in which the material under study is excited and emits light, and can be used as a detecting device for fluorescence based sensors.

Из уровня техники известен анализатор «Флюорат-02-3М», содержащий источник возбуждающего излучения в виде ксеноновой лампы, держатель кюветы с образцом, в котором происходит возбуждение люминесценции растворенных веществ, канал пропускания и канал регистрации (см. https://studfile.net/preview/6350949/). В канале пропускания излучение ксеноновой лампы проходит через собирающую линзу, светофильтр канала возбуждения, светоделительную пластину, кварцевую кювету с образцом и, отражаясь от поворотной пластины и зеркала, попадает на приемник излучения канала пропускания, электрический сигнал на котором зависит от оптической плотности. В канале регистрации излучение люминесцирующих компонентов пробы из кварцевой кюветы проходит через собирающую линзу и выделяющий спектральную область светофильтр, после чего попадает на приемник излучения канала регистрации люминесценции, электрический сигнал на котором зависит от концентрации и состава определяемых веществ в растворе. Основным недостатком известного устройства является невозможность выделения спектрального диапазона для второй аналитической линии возбуждаемой люминесценции.The Fluorat-02-3M analyzer is known from the prior art, containing a source of exciting radiation in the form of a xenon lamp, a holder of a cell with a sample in which the luminescence of dissolved substances is excited, a transmission channel and a recording channel (see https://studfile.net / preview / 6350949 /). In the transmission channel, the xenon lamp radiation passes through a collecting lens, an excitation channel light filter, a beam splitter plate, a quartz cell with a sample and, reflected from the rotary plate and the mirror, enters the transmission channel radiation receiver, the electric signal on which depends on the optical density. In the registration channel, the radiation of the luminescent components of the sample from the quartz cuvette passes through a collecting lens and filters out the spectral region of the filter, after which it reaches the radiation receiver of the luminescence registration channel, the electric signal on which depends on the concentration and composition of the substances being determined in the solution. The main disadvantage of the known device is the inability to select the spectral range for the second analytical line of the excited luminescence.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемой полезной модели является двухканальный флуориметр, содержащий источник возбуждающего излучения, расположенный на его оптической оси держатель кюветы и два оснащенных фильтрами канала регистрации с детекторами излучения эмиссии, причем каналы регистрации перпендикулярны указанной оптической оси и расположены с противоположных сторон от держателя кюветы (см. Барковский В.Ф. и др., Физико-химические методы анализа. М., «Высш. Школа», 1972, стр. 154-155). Недостатком известного устройства является зависимость измеряемых значений флуоресценции от эффекта внутреннего фильтра, т.е. от ослабления возбуждающего излучения и излучения эмиссии при прохождении через анализируемый раствор внутри кюветы. Эта зависимость приводит к нарушению линейности зависимости интенсивности флуоресценции от концентрации аналита при количественном химическом анализе (КХА), что существенно снижает диапазон определяемых концентраций.The closest in technical essence to the proposed utility model is a two-channel fluorimeter containing a source of exciting radiation, a cell holder located on its optical axis and two recording channels equipped with filters with emission radiation detectors, the recording channels being perpendicular to the specified optical axis and located on opposite sides of the holder cuvettes (see Barkovsky V.F. et al., Physical and chemical methods of analysis. M., "Higher. School", 1972, pp. 154-155). A disadvantage of the known device is the dependence of the measured fluorescence values on the effect of the internal filter, i.e. from attenuation of exciting radiation and emission radiation when passing through the analyzed solution inside the cell. This dependence leads to a violation of the linear dependence of the fluorescence intensity on the analyte concentration in quantitative chemical analysis (KCA), which significantly reduces the range of determined concentrations.

Технической проблемой является устранение указанных недостатков и обеспечение возможности корректировки эффекта внутреннего фильтра при измерениях флуоресценции. Технический результат заключается в повышении точности проводимых измерений при КХА и расширении диапазона определяемых концентраций. Поставленная проблема решается, а технический результат достигается тем, что в двухканальном флуориметре, содержащем источник возбуждающего излучения, расположенный на его оптической оси, держатель кюветы и два оснащенных фильтрами канала регистрации с детекторами излучения эмиссии, каналы регистрации перпендикулярны указанной оптической оси и расположены с противоположных сторон от держателя кюветы, причем с противоположной источнику возбуждающего излучения стороны от держателя кюветы располагают фотоприемник с поглотителем возбуждающего излучения, подключенный вместе с детекторами излучения эмиссии, к единому блоку обработки. Фильтры в каналах регистрации предпочтительно выполнены интерференционными и снабжены линзами, формирующими параллельные пучки излучения внутри фильтров. Блок обработки может представлять собой микропроцессор, выполненный с возможностью вычисления по результатам измерения детекторов и фотоприемника коэффициентов коррекции, позволяющих компенсировать эффект внутреннего фильтра.The technical problem is the elimination of these drawbacks and the possibility of adjusting the effect of the internal filter when measuring fluorescence. The technical result consists in increasing the accuracy of measurements with KHA and expanding the range of determined concentrations. The problem posed is solved, and the technical result is achieved by the fact that in a two-channel fluorimeter containing an excitation radiation source located on its optical axis, a cell holder and two recording channels equipped with filters with emission radiation detectors, the registration channels are perpendicular to the specified optical axis and are located on opposite sides from the holder of the cell, moreover, from the opposite side to the source of exciting radiation from the holder of the cell, a photodetector with an absorber is arranged stimulating radiation, connected together with emission radiation detectors, to a single processing unit. The filters in the registration channels are preferably interference and equipped with lenses forming parallel radiation beams inside the filters. The processing unit may be a microprocessor, configured to calculate correction coefficients based on the measurement results of the detectors and the photodetector, allowing to compensate for the effect of the internal filter.

На чертеже (фиг. 1) представлена схема предлагаемого двухканального флуориметра.The drawing (Fig. 1) presents a diagram of the proposed two-channel fluorimeter.

Предлагаемый флуориметр состоит из источника 1 возбуждающего излучения (например, в виде лазерного диода), расположенного на его оптической оси держателя 2 кюветы, двух каналов регистрации с детекторами 3, 4 излучения эмиссии (например, фотодиодами) и фотоприемник 5 с поглотителем возбуждающего излучения. Каналы регистрации перпендикулярны указанной оптической оси источника 1 и расположены с противоположных сторон от держателя 2 кюветы, а фотоприемник 5 расположен с противоположной стороны от источника 1. Каналы регистрации оснащены интерференционными фильтрами 6 с линзами 7, формирующими внутри них параллельные пучки излучения для обеспечения точного выделения выбранной длины волны эмиссии. Фотоприемник 5 подключен вместе с детекторами 3, 4 к единому блоку обработки в виде микропроцессора 8, который выполнен с возможностью вычисления по результатам измерения коэффициентов коррекции, позволяющих компенсировать эффект внутреннего фильтра.The proposed fluorimeter consists of a source of exciting radiation 1 (for example, in the form of a laser diode) located on its optical axis of the holder 2 of the cuvette, two recording channels with emission detectors 3, 4 of emission (for example, photodiodes) and a photodetector 5 with an exciting radiation absorber. The registration channels are perpendicular to the specified optical axis of the source 1 and are located on opposite sides of the holder 2 of the cuvette, and the photodetector 5 is located on the opposite side of the source 1. The registration channels are equipped with interference filters 6 with lenses 7 forming parallel radiation beams inside them to ensure accurate selection of the selected emission wavelengths. The photodetector 5 is connected together with the detectors 3, 4 to a single processing unit in the form of a microprocessor 8, which is configured to calculate correction coefficients based on the measurement results, which make it possible to compensate for the effect of the internal filter.

Эффект внутреннего фильтра заключается в ослаблении интенсивности флуоресценции за счет поглощения возбуждающего излучения при прохождении через образец, установленный в спектрофлуориметр. Этот эффект приводит к нарушению линейности и ограничению сверху диапазона концентраций аналита, определяемого с помощью флуориметра. Это ограничивает аналитические возможности флуоресцентного спектрального анализа.The effect of the internal filter is to attenuate the fluorescence intensity due to the absorption of the exciting radiation when passing through a sample installed in a spectrofluorimeter. This effect leads to a violation of linearity and the upper limit of the concentration range of the analyte, determined using a fluorimeter. This limits the analytical capabilities of fluorescence spectral analysis.

Предлагаемое техническое решение направлено на коррекцию ослабления излучения за счет эффекта внутреннего фильтра при измерении флуоресценции. С этой целью в схеме флуориметра, наряду с детекторами 3, 4, регистрирующими излучение эмиссии, предусмотрен дополнительный фотоприемник 5, измеряющий интенсивность излучения, прошедшего через образец.The proposed technical solution is aimed at correcting the attenuation of radiation due to the effect of the internal filter when measuring fluorescence. For this purpose, in the fluorimeter circuit, along with detectors 3, 4 that register emission radiation, an additional photodetector 5 is provided that measures the intensity of radiation transmitted through the sample.

Предлагаемый двухканальный флуориметр работает следующим образом.The proposed two-channel fluorimeter works as follows.

Перед установкой кюветы с образцом в держатель 2, фотоприемник 5 проходящего излучения измеряет и передает в микропроцессор 8 интенсивность падающего на него света I₀. Затем в держатель 2 устанавливается кювета с образцом, и производится измерение интенсивностей излучения эмиссии I_Э3 и I_Э4 (индексы 3 и 4 относятся к соответствующим детекторам), и интенсивности света, прошедшего через образец I_прош.Before installing the cell with the sample in the holder 2, the photodetector 5 of the transmitted radiation measures and transfers to the microprocessor 8 the intensity of the light incident on it I ₀ . Then, a cuvette with a sample is installed in holder 2, and the emission intensities I _E3 and I _{E4 are measured} (indices 3 and 4 relate to the respective detectors) and the intensity of the light transmitted through the sample I _ask .

По полученным данным вычисляет коэффициент коррекции Т, определяемый пропусканием образца, по формулеAccording to the obtained data, it calculates the correction coefficient T, determined by the transmission of the sample, according to the formula

а затем - интенсивность флуоресценции, деленной на коэффициент коррекции

определяемый эффектом внутреннего фильтра в канале возбуждения, по формулеand then the fluorescence intensity divided by the correction factor

determined by the effect of the internal filter in the excitation channel, according to the formula

где F_изм.i - значение интенсивности флуоресценции в i-ом канале (i=1, 2), непосредственно измеренное одним из детекторов 3 или 4.where F _{meas. i} is the value of the fluorescence intensity in the i-th channel (i = 1, 2), directly measured by one of the detectors 3 or 4.

Таким образом, предлагаемая полезная модель позволяет измерять интенсивность флуоресценции, скорректированную на ослабление за счет эффекта внутреннего фильтра. Это позволяет повысить точность проводимых измерений, а также расширить диапазон измеряемых линейности и диапазон измеряемых концентраций при количественном флуоресцентном спектральном анализе.Thus, the proposed utility model makes it possible to measure the fluorescence intensity corrected for attenuation due to the effect of the internal filter. This allows you to increase the accuracy of the measurements, as well as expand the range of measured linearity and the range of measured concentrations in quantitative fluorescence spectral analysis.

Claims

1. A two-channel fluorimeter containing a source of exciting radiation, a cell holder located on its optical axis and two recording channels equipped with filters with emission radiation detectors, the recording channels being perpendicular to the indicated optical axis and located on opposite sides of the cell holder, characterized in that from the opposite a source of exciting radiation from the side of the cell holder is a photodetector with an exciting radiation absorber connected together with detectors and radiation emission to a single processing unit.

2. The fluorimeter according to claim 1, characterized in that the filters in the registration channels are interference and equipped with lenses forming parallel radiation beams inside the filters.

3. The fluorimeter according to claim 1, characterized in that the processing unit is a microprocessor configured to calculate correction coefficients based on the measurement results of the detectors and the photodetector to compensate for the effect of the internal filter.