RU2188403C1

RU2188403C1 - Minireflectometer-colorimeter for analysis of liquid and gaseous media by reagent indicator paper tests

Info

Publication number: RU2188403C1
Application number: RU2001106178/28A
Authority: RU
Inventors: В.М. Островска; В.М. Островская; Д.А. Маньшев; В.Н. Терехов
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью Научно-производственное предприятие "ЭКОНИКС"
Priority date: 2001-03-07
Filing date: 2001-03-07
Publication date: 2002-08-27

Abstract

FIELD: spectral analysis of materials. SUBSTANCE: invention refers to colorimeters reading transmission spectra of liquids and to reflectometers reading spectra of diffuse reflection of solid-phase substances. Invention can also be employed for quantitative determination of substances in liquid and gaseous media with the use of reagent indicator paper tests. Minireflectometer-colorimeter is equipped with permanent storage and on-line storage connected to computer, current-to-voltage converter coupled to second input of amplifier. Light source made up of light-emitting diodes of different wave lengths and light detector are located in companion attachment which has two slits-guides arranged perpendicular to position reagent indicator paper tests and jack plug for quick-split connection with amplifier and power supply unit. In said case light source and detector are placed on different sides of one slit-guide. EFFECT: potential for compatible measurement of luminous radiation both diffusively reflected from indicator paper and transmitted through it. 11 dwg, 1 tbl

Description

Изобретение относится к устройствам для спектральных методов исследования и анализа материалов с помощью оптических и тестовых средств, конкретно к колориметрам для снятия спектров пропускания и рефлектометрам для снятия спектров диффузного отражения твердофазных веществ (в форме бумаг, таблеток, пленок, порошков и т. п.), способных изменять цвет под действием различных веществ и факторов, и может быть использовано для экспрессного количественного определения микрокомпонентов в жидких и газообразных средах, в том числе на месте взятия пробы, например в полевых условиях, для контроля за содержанием различных загрязнителей; в производственных областях, где необходим оперативный контроль за качеством целевого продукта и за проведением технологических процессов; в диагностических клинических лабораториях для определения патологических концентраций микрокомпонентов в биологических объектах. The invention relates to devices for spectral methods of research and analysis of materials using optical and test means, specifically to colorimeters for measuring transmission spectra and reflectometers for recording diffuse reflectance spectra of solid-phase substances (in the form of papers, tablets, films, powders, etc.) capable of changing color under the influence of various substances and factors, and can be used for rapid quantitative determination of microcomponents in liquid and gaseous media, including on-site samples, for example in the field, to control the content of various pollutants; in production areas where operational monitoring of the quality of the target product and the implementation of technological processes is required; in diagnostic clinical laboratories for determining pathological concentrations of microcomponents in biological objects.

Визуальное качественное тестирование по цветовым переходам реакционной зоны индикаторной бумаги или тест-средства на ее основе на месте отбора проб не позволяет получить количественную оценку содержания определяемых веществ в этих пробах. Необходимо проведение экспрессного анализа этих веществ с помощью колориметра, который обеспечивает измерение отношения интенсивности падающего потока света к пропущенному при его прохождении через реакционную зону индикаторного средства или с помощью рефлектометра, который обеспечивал бы измерения отношения интенсивностей падающего и диффузного отраженного света от поверхности реакционной зоны твердофазного тестового средства, изменяющей цвет в зависимости от концентрации определяемого микрокомпонента с выдачей результата измерения в цифровом виде. Visual qualitative testing of color transitions in the reaction zone of indicator paper or test means based on it at the sampling site does not allow a quantitative assessment of the content of the substances to be determined in these samples. It is necessary to carry out an express analysis of these substances using a colorimeter that provides a measure of the ratio of the intensity of the incident light flux to the light transmitted when it passes through the reaction zone of the indicator means or with a reflectometer, which would measure the ratio of the intensities of the incident and diffuse reflected light from the surface of the reaction zone of the solid-phase test means that changes color depending on the concentration of the determined micro component with the issuance of the result from Eren digitally.

При пропускании пучка света I_o через раствор расчет концентрации С вещества ведут согласно закону Ламберта-Бугера-Бера [1], по которому оптическая плотность раствора зависит от концентрации растворенного вещества, причем в случае необходимости для разных длин волн, интенсивности источника излучения и разных оптических устройств вводится поправка на темновой ток I_т, являющийся током матрицы. Таким образом, концентрация вещества определяется по формуле
С=log[(I_o-I_т)/(I-I_т)]/k,
где k - константа прибора для данного раствора, находимая при калибровке прибора путем измерения интенсивности пучка I, прошедшего через раствор с известной концентрацией.When a light beam I _o passes through a solution, the concentration of the substance C is calculated according to the Lambert-Bouger-Beer law [1], according to which the optical density of the solution depends on the concentration of the dissolved substance, and if necessary for different wavelengths, the intensity of the radiation source and different optical devices, correction for the dark current I _t , which is the matrix current, is introduced. Thus, the concentration of a substance is determined by the formula
C = log [(I _o -I _t ) / (II _t )] / k,
where k is the constant of the device for a given solution, found during the calibration of the device by measuring the intensity of the beam I that passed through the solution with a known concentration.

Подобная логарифмическая зависимость справедлива и для отношения интенсивностей исходного светового потока и диффузно отраженного от твердофазного тестового средства [2], которое предварительно определенным образом контактировало с определяемым веществом, причем для оптических рефлектометров аналогичная зависимость учитывает еще и коэффициент диффузии f
С=log[(I_о-I_т)/(I-I_т)]/k•f.A similar logarithmic dependence is also valid for the ratio of the intensities of the initial light flux and diffusely reflected from the solid-phase test means [2], which in a predetermined manner was in contact with the substance being determined, and for optical reflectometers, a similar dependence also takes into account the diffusion coefficient f
C = log [(I _о -I _t ) / (II _t )] / k • f.

Это дает возможность строить градуировочный график зависимости коэффициента диффузного отражения индикаторной полосы от концентрации вещества, вступавшего определенным образом в контакт с ней. This makes it possible to construct a calibration graph of the dependence of the coefficient of diffuse reflection of the indicator strip on the concentration of the substance that came into contact with it in a certain way.

Однако в этом случае учитывается только мономолекулярный слой индикатора на поверхности твердофазной матрицы, который может образовываться при ковалентном закреплении индикатора на ней и дает возможность концентрировать определяемый микрокомпонент на такой поверхности. However, in this case, only the monomolecular layer of the indicator on the surface of the solid-phase matrix is taken into account, which can form when the indicator is covalently fixed on it and makes it possible to concentrate the determined microcomponent on such a surface.

Если же молекулы индикатора расположены по всей толщине и всему объему индикаторной бумаги, что происходит при абсорбционной пропитке раствором индикатора целлюлозной или полимерной бумаги, а концентрирование на такой матрице невозможно из-за вымываемости индикатора, то повышения чувствительности и точности определения микрокомпонента возможно достигнуть по коэффициенту пропускания пучка света через реакционную зону индикаторной бумаги. If the indicator molecules are located throughout the entire thickness and the entire volume of the indicator paper, which occurs during absorption impregnation of the indicator solution with cellulose or polymer paper, and concentration on such a matrix is impossible due to the leachability of the indicator, then it is possible to achieve an increase in the sensitivity and accuracy of determining the microcomponent by transmittance a beam of light through the reaction zone of the indicator paper.

Таким образом, для повышения эффективности экспрессного тестирования важен выбор оптимального варианта оптического метода измерения или коэффициента отражения, или коэффициента пропускания для каждой конкретной индикаторной бумаги и экспресс-теста на ее основе. Thus, in order to increase the efficiency of rapid testing, it is important to choose the optimal variant of the optical measurement method or reflection coefficient or transmittance for each specific indicator paper and express test based on it.

Известно [3] устройство для оперативного контроля малых концентраций растворов, содержащее последовательно расположенные источник светового потока, оптическую систему, модулятор, кювету с раствором, фотоприемник и регистрирующее устройство, светодиод и фотодиод, причем регистрирующее устройство преобразовывает сигнал, пропорциональный концентрации раствора, в вид, удобный потребителю. It is known [3] a device for the operational control of low concentrations of solutions, containing a sequentially located light source, an optical system, a modulator, a cuvette with a solution, a photodetector and a recording device, an LED and a photodiode, the recording device converting a signal proportional to the concentration of the solution into convenient to the consumer.

Известен также спектрометрический концентратомер [4], содержащий источник света в виде светодиода, кювету, полупроводниковый фотоприемник, источник питания, соединенный со светодиодом, дифференциальное измерительное устройство с цифровым индикатором. Настройка спектрометрического концентратомера производится на эталонных растворах вещества с установкой в оптические каналы определенного набора светодиодов и фотометрических кювет. Also known spectrometric concentrator [4], containing a light source in the form of an LED, a cuvette, a semiconductor photodetector, a power source connected to an LED, a differential measuring device with a digital indicator. The spectrometric concentmeter is set up on standard solutions of the substance with the installation in the optical channels of a specific set of LEDs and photometric cuvettes.

Общим недостатком вышеописанных устройств является громоздкость системы, непригодность для работы с индикаторными твердофазными тестовыми средствами. A common drawback of the above devices is the bulkiness of the system, unsuitability for working with indicator solid-phase test means.

Известно рефлектометрическое устройство для определения численного оптического показателя индикаторных полос [5], состоящее из оптического датчика и измерительного блока обработки и отображения информации, причем оптический датчик содержит выносную измерительную головку с источником и приемником света, а также малыми канавками, одна из которых направляет свет от источника к тестовому полю индикаторной полосы, а две другие - отраженный свет от этого тестового поля к приемнику света (детектору). Устройство содержит также сигнализаторы моментов измерения и его завершения. Ограниченность использования этого устройства в том, что он непригоден для измерений светового потока, пропускаемого через индикаторные полосы. A reflectometer device for determining the numerical optical indicator of indicator strips [5] is known, consisting of an optical sensor and a measuring unit for processing and displaying information, the optical sensor comprising an external measuring head with a light source and receiver, as well as small grooves, one of which directs light from source to the test field of the indicator strip, and the other two are reflected light from this test field to the light receiver (detector). The device also contains indicators of the moments of measurement and its completion. The limited use of this device is that it is unsuitable for measuring the luminous flux transmitted through the indicator strip.

Известен [6] фотоколориметр-рефлектометр, состоящий из вольтметра с батарейкой, электрического блока питания для светодиодов и футляра с трубками диаметром 16 мм, включающий две оптопары, содержащие источники излучения (ИС) - светодиоды и фотоприемники излучения ФП, включенные по дифференциальной схеме и образующие два оптических канала для твердых веществ на отражение и жидких веществ на поглощение. В канале отражения ось ФП расположена под углом 2α к продольной оси ИС, при этом ФП и ИС установлены так, что расстояние r от центра торца источника излучения до центра светового пятна на исследуемой поверхности удовлетворяет соотношению r = (0,5d+a)ctgα, где d - ширина светового пучка ИС, а - кратчайшее расстояние от торца светодиода до точки пересечения перпендикуляра к исследуемой поверхности в центре светового пятна с плоскостью, в которой расположен торец светодиода, α - угол между направлением излучения и перпендикуляром к исследуемой поверхности. При этом измеряемое пятно имеет диаметр 8 мм, угол α≤45^°.
Основными недостатками данного прибора являются: то, что он не рассчитан на измерение пропускания твердотельных элементов, а измерение их отражения возможно при таком положении мостовой измерительной системы, в котором ИС и ФП расположены зеркально симметрично под углом ≤45^o, и из приведенной формулы следует, что при одной и той же оптимальной видимой человеческому глазу ширине 8 мм измеряемого пятна на поверхности ширина светового пучка должна равняться при α = 45^°~6 мм, α = 30^°~7 мм и, следовательно, размер светодиодов не может быть меньше 6 мм, а диаметр трубчатой приставки, где симметрично расположены светодиод, измеряемое пятно и фототранзистор, меньше 16 мм и конструктивные возможности приставки не позволяют применять светодиоды шириной 2-5 мм. Кроме того, конструкция прибора нетранспортабельна в полевых условиях.Known [6] is a photocolorimeter-reflectometer, consisting of a voltmeter with a battery, an electric power supply for LEDs and a case with tubes with a diameter of 16 mm, including two optocouplers containing radiation sources (IP) - light emitting diodes and photodetectors of FP radiation, switched on according to the differential circuit and forming two optical channels for solids for reflection and liquid substances for absorption. In the reflection channel, the AF axis is located at an angle of 2α to the longitudinal axis of the IS, while the FI and IS are set so that the distance r from the center of the end face of the radiation source to the center of the light spot on the surface under study satisfies the relation r = (0.5d + a) ctgα, where d is the width of the light beam of the IC, and is the shortest distance from the end of the LED to the point of intersection of the perpendicular to the surface under study in the center of the light spot with the plane in which the end of the LED is located, α is the angle between the direction of radiation and the perpendicular to the surface under study awns. In this case, the measured spot has a diameter of 8 mm, an angle α≤45 ^° .
The main disadvantages of this device are: the fact that it is not designed to measure the transmission of solid-state elements, and their reflection can be measured at such a position of the bridge measuring system, in which the ICs and FPs are located mirror symmetrically at an angle of ≤45 ^o , and from the above formula it follows that with the same optimal visible to the human eye width of 8 mm of the measured spot on the surface, the width of the light beam should be equal to α = 45 ^° ~ 6 mm, α = 30 ^° ~ 7 mm and, therefore, the size of the LEDs cannot be less than 6 mm, and the diameter of the tube attachment, where the LED is symmetrically located, the measured spot and phototransistor, is less than 16 mm and the design capabilities of the attachment do not allow the use of LEDs 2-5 mm wide. In addition, the design of the device is not transportable in the field.

Наиболее близким аналогом, принятым за прототип, по технической сущности к предлагаемому изобретению является фотометрический анализатор [7], который выполнен в двух вариантах, отличающихся оптическими каналами: анализатор измерения твердых веществ по отражению светового потока и анализатор измерения жидких веществ по пропусканию светового потока. Анализатор содержит источник и приемник излучения, электромеханический модулятор светового потока, усилитель, аналого-цифровой прибор, датчик сихронизирующих импульсов и вычислительное устройство с регистрирующим прибором. The closest analogue adopted for the prototype, according to the technical essence of the present invention, is a photometric analyzer [7], which is made in two versions, differing in optical channels: analyzer for measuring solids by reflection of light flux and analyzer for measuring liquid substances by transmitting light flux. The analyzer contains a radiation source and receiver, an electromechanical light flux modulator, an amplifier, an analog-to-digital device, a clock sensor, and a computing device with a recording device.

Недостатками фотометрического анализатора являются нетранспортабельные габариты, не пригодные для работы вне лабораторных условиях, применение у источника излучения двух светофильтров, несовместимость в одном варианте прибора каналов измерений отражения и пропускания светового потока, причем вариант пропускания предусматривается только для жидкостей, но не для твердых тестов. The disadvantages of the photometric analyzer are non-transportable dimensions, not suitable for working outside the laboratory environment, the use of two light filters at the radiation source, incompatibility of the measurement channels of reflection and transmission of the light flux in one version of the device, and the transmission option is provided only for liquids, but not for solid tests.

Таким образом, каждый из перечисленных приборов обладает теми или иными ценными оптическими свойствами, но ни один из них не позволяет выполнять измерения светового потока, пропущенного через индикаторную бумагу, после ее контакта с жидкими и газообразными пробами. Thus, each of the listed devices has some valuable optical properties, but none of them allows measuring the luminous flux passed through the indicator paper after its contact with liquid and gaseous samples.

Технический результат предлагаемого изобретения - портативный мини-рефлектометр-колориметр, позволяющий проводить совместимое измерение светового излучения как диффузно отраженного от индикаторной бумаги, так и пропущенного через нее; что дает возможность расширения приемов экспрессного количественного определения микрокомпонентов в жидких или газообразных средах с помощью разнообразных твердофазных тестовых средств, изготовленных на основе индикаторных бумаг и дающих цветные реакции с воздействующими на них анализируемыми веществами, и улучшает экспрессность и условия эксплуатации без снижения точности, надежности и экспрессности анализа. The technical result of the invention is a portable mini reflectometer-colorimeter, which allows a compatible measurement of light radiation diffusely reflected from the indicator paper, and passed through it; which makes it possible to expand the methods for express quantitative determination of microcomponents in liquid or gaseous media using a variety of solid-phase test agents made on the basis of indicator papers and giving color reactions with analytes acting on them, and improves expressivity and operating conditions without compromising accuracy, reliability and expressness analysis.

Указанный технический результат достигается тем, что мини-рефлектометр-колориметр для анализа жидких и газообразных сред реагентными индикаторными бумажными тестами подобно прототипу, содержащий блок питания, источник и приемник света, подключенный к усилителю, выход которого связан с аналого-цифровым преобразователем, соединенным через вычислительный блок с регистратором, согласно предлагаемому изобретению снабжен постоянным запоминающим устройством и оперативно-запоминающим устройством, подключенными к вычислительному блоку, и преобразователем, связанным со вторым входом усилителя, а источник света, выполненный из переключаемых светодиодов различных длин волн, и приемник света расположены в выносной приставке, в которой имеются две перпендикулярно расположенные прорези-направляющие для размещения реагентных индикаторных бумажных тестов и штекер для быстроразъемного соединения с усилителем и блоком питания, при этом источник и приемник света размещены по разным сторонам одной из прорезей-направляющей. The specified technical result is achieved by the fact that a mini-reflectometer-colorimeter for analyzing liquid and gaseous media with reagent indicator paper tests, like a prototype, contains a power supply, a light source and a receiver connected to an amplifier, the output of which is connected to an analog-to-digital converter connected via a computer a unit with a recorder according to the invention is equipped with a read-only memory and a random-access memory connected to the computing unit, and a converter connected to the second input of the amplifier, and the light source made of switchable LEDs of various wavelengths and the light receiver are located in a portable set-top box, in which there are two perpendicularly arranged slots-guides for placing reagent indicator paper tests and a plug for quick-disconnect connection with the amplifier and a power supply, while the light source and receiver are placed on opposite sides of one of the slots-guide.

Предлагаемый мини-рефлектометр-колориметр позволяет измерять интенсивность светового потока как диффузно отраженного от поверхности реакционной зоны реагентного индикаторного бумажного теста (РИБ-Теста), так и пропущенного через реакционную зону РИБ-Теста при фотометрировании в видимом спектральном диапазоне, причем РИБ-Тесты могут быть изготовлены из целлюлозных и искусственных полимерных материалов в форме квадратов, дисков, полос, лент и т. п. , на которые нанесен и закреплен индикатор, и помещены в эквидистантно выполненные кассеты и имеют на поверхности цветовые реакционные зоны размером 3-10 мм и более после их контакта с растворами, суспензиями, эмульсиями, газами, пылью, аэрозолями. The proposed mini reflectometer-colorimeter allows you to measure the intensity of the light flux both diffusely reflected from the surface of the reaction zone of the reagent indicator paper test (RIB Test) and passed through the reaction zone of the RIB Test during photometry in the visible spectral range, and the RIB Test can be made of cellulose and artificial polymeric materials in the form of squares, discs, strips, tapes, etc., on which the indicator is applied and fixed, and placed in equidistant cassettes They also have color reaction zones 3-10 mm or more in size after they come in contact with solutions, suspensions, emulsions, gases, dust, aerosols.

Таким образом, мини-рефлектометр-колориметр может быть использован в качестве рефлектометра, колориметра и фотометра в тест-методах анализа с помощью реагентных индикаторных бумажных тестов. Для пояснения предлагаемого изобретения представлены следующие фигуры. Thus, a mini OTDR-colorimeter can be used as an OTDR, colorimeter and photometer in test analysis methods using reagent indicator paper tests. To explain the invention, the following figures are presented.

Фиг. 1 - мини-рефлектометр-колориметр (схематичный вид передней панели корпуса). FIG. 1 - mini reflectometer-colorimeter (schematic view of the front panel of the housing).

Фиг.2 - структурная блок-схема мини-рефлектометра-колориметра. Figure 2 is a structural block diagram of a mini reflectometer-colorimeter.

Фиг. 3 - структурная схема оптического датчика со светодиодами и фотодиодом, с индикаторной полосой в прорези-направляющей в режиме измерения диффузного отражения. FIG. 3 is a structural diagram of an optical sensor with LEDs and a photodiode, with an indicator strip in the slot-guide in the diffuse reflection measurement mode.

Фиг. 4 - структурная схема оптического датчика со светодиодами и фотодиодом, с индикаторной полосой в прорези-направляющей в режиме измерения пропускания и поглощения. FIG. 4 is a structural diagram of an optical sensor with LEDs and a photodiode, with an indicator strip in the slot-guide in the transmission and absorption measurement mode.

Фиг.5 - схема оптического датчика в разрезе по А-А на фиг.3. Figure 5 is a diagram of an optical sensor in section along aa in figure 3.

Фиг.6 - схема оптического датчика в разрезе по Б-Б на фиг.4. Fig.6 is a diagram of an optical sensor in section along BB in Fig.4.

Фиг. 7 - вид индикаторных полос: РИБ-Гидразин-Тест (1) и РИП-Нитрит-Тест (2) [8]. FIG. 7 - type of indicator strips: RIB-Hydrazine-Test (1) and RIP-Nitrite-Test (2) [8].

Фиг. 8 - оптическая характеристика реагентной индикаторной полосы РИБ-Гидразин-Тест: зависимость значений для коэффициентов: диффузного отражения R_o/R и пропускания Т_о/Т от длины волны излучения светодиода; концентрация 1,1-диметилгидразина 2 мг/л.FIG. 8 - optical characteristic of the reagent indicator strip RIB-Hydrazine-Test: the dependence of the values for the coefficients: diffuse reflection R _o / R and transmittance T _o / T on the wavelength of the LED radiation; the concentration of 1,1-dimethylhydrazine 2 mg / L.

Фиг. 9 - градуировочная зависимость значений R_o/R_i и Т_о/Т_i реагентной индикаторной полосы РИБ-Гидразин-Тест от концентрации 1,1-диметилгидразина при красном светодиоде 660 нм.FIG. 9 - calibration dependence of the values of R _o / R _i and T _o / T _{i of the} reagent indicator strip RIB-Hydrazine-Test on the concentration of 1,1-dimethylhydrazine with a red LED of 660 nm.

Фиг. 10 - оптическая характеристика реагентной индикаторной полосы РИП-Нитрит-Тест: зависимость значений для коэффициентов: диффузного отражения R_o/R и пропускания Т_о/Т от длины волны излучения светодиода; концентрация пероксида водорода 50 мг/л.FIG. 10 - optical characteristic of the reagent indicator strip RIP-Nitrite-Test: the dependence of the values for the coefficients: diffuse reflection R _o / R and transmittance T _o / T on the wavelength of the radiation of the LED; the concentration of hydrogen peroxide is 50 mg / l.

Фиг. 11 - градуировочная зависимость значений R_o/R_i и T_o/T_i реагентной индикаторной полосы РИП-Нитрит-Тест от концентрации нитрит-ионов при желто-зеленом светодиоде 565 нм.FIG. 11 - calibration dependence of the values of R _o / R _i and T _o / T _{i of the} reagent indicator strip RIP-Nitrite-Test on the concentration of nitrite ions with a yellow-green LED 565 nm.

Мини-рефлектометр-колориметр состоит из трех самостоятельных частей, соединяемых между собой гибкими шинами с разъемными соединениями (без позиции):
- корпус, в котором размещен блок обработки и отображения информации;
- выносная приставка, в которой размещен оптический датчик;
- источники питания: автономный и выносной сетевой адаптер.The mini-OTDR-colorimeter consists of three independent parts interconnected by flexible buses with detachable connections (without position):
- the housing in which the information processing and display unit is located;
- remote attachment, in which the optical sensor is located;
- power supplies: stand-alone and remote network adapter.

На внешней передней панели корпуса 1 имеется цифровое индикаторное табло 2, кнопки многофукционального переключения 3: 3а - переключения режимов, 3б - калибровки, 3в - измерения, 3г - ввода чисел; на боковых стенках корпуса расположены сетевой включатель 4, разъем для подключения выносного блока питания 5, быстроразъемный штекер 6 подсоединения оптического датчика 7 и блока питания. On the external front panel of the housing 1 there is a digital indicator board 2, multi-functional switching buttons 3: 3a - switching modes, 3b - calibration, 3c - measuring, 3g - entering numbers; On the side walls of the housing are a power switch 4, a connector for connecting an external power supply 5, a quick-disconnect plug 6 for connecting an optical sensor 7 and a power supply.

Структурная блок-схема мини-рефлектометра-колориметра включает оптический датчик 7, присоединенный через соединительный жгут с помощью штекера 6 на корпусе прибора к операционному усилителю 8, к которому подключен электронный преобразователь фототока в уровни напряжения, пропорциональные световым откликам оптического датчика (по схеме выпрямителя с усилителем) (ПТН) 9, и второй вход которого подключен к аналого-цифровому преобразователю (АЦП) 10 напряжения в цифровую форму; и соединенный с АЦП вычислительный блок 11, состоящий из микропроцессора (МП) 12 и контроллера управления 13 цифровым индикаторным табло 2; причем МП связан системной шиной с постоянным запоминающим устройством (ПЗУ) 14 и оперативно-запоминающим устройством (ОЗУ) 15 и к нему подключен звуковой пьезокерамический излучатель 16. The structural block diagram of a mini-OTDR-colorimeter includes an optical sensor 7 connected via a connecting harness with a plug 6 on the device body to an operational amplifier 8, to which an electronic converter of the photocurrent to voltage levels is connected, proportional to the light responses of the optical sensor (according to the rectifier circuit with amplifier) (PTN) 9, and the second input of which is connected to an analog-to-digital converter (ADC) 10 of the voltage in digital form; and a computing unit 11 connected to the ADC, consisting of a microprocessor (MP) 12 and a control controller 13 with a digital indicator board 2; moreover, the MP is connected by a system bus to a read-only memory (ROM) 14 and a random access memory (RAM) 15 and a piezoceramic emitter 16 is connected to it.

В оптическом датчике 7 размещены набор светодиодов 17 с максимумами излучения при длинах волн (λ) 472 нм (голубой), 525 нм (голубовато-зеленый), 537 нм (зеленый), 565 нм (желто-зеленый), 590 нм (желтый), 625 нм (оранжево-красный), 660 нм (красный), а также фотоприемник 18 (фотодиод 10^-8-10^-4А), который через штекер 19 для быстроразъемного соединения подключен к усилителю 8 и блоку питания, прорези-направляющие 20 для размещения РИБ-Тестов, экран 21; на наружной стороне оптического датчика расположены переключатель 22 светодиодов и регулировочный тумблер 23 темнового тока; тестовая полоса 24 помещена в прорези-направляющей 20 соответственно в режимах отражения (фиг.3) или пропускания (фиг.4) таким образом, что реакционная зона 25 расположена между светодиодом 17 и фотодиодом 18.An optical sensor 7 contains a set of LEDs 17 with emission maxima at wavelengths (λ) of 472 nm (blue), 525 nm (bluish-green), 537 nm (green), 565 nm (yellow-green), 590 nm (yellow) , 625 nm (orange-red), 660 nm (red), as well as a photodetector 18 (photodiode 10 ^-8 -10 ^-4 A), which is connected via a plug 19 for quick disconnect to the amplifier 8 and the power supply, slotted guides 20 for placing RIB-Tests, screen 21; on the outside of the optical sensor, a switch 22 of the LEDs and a dark current adjustment switch 23 are arranged; the test strip 24 is placed in the slot-guide 20, respectively, in the reflection modes (figure 3) or transmission (figure 4) so that the reaction zone 25 is located between the LED 17 and the photodiode 18.

Принцип работы мини-рефлектометра-колориметра основан на фотометрическом измерении отраженного от РИБ-Теста или пропущенного через него излучения светодиода. В качестве РИБ-Тестов использованы бумаги из природных и искусственных полимеров, на которые сорбированы или ковалентно привиты реагенты-индикаторы, причем бумаги в форме полос, дисков, квадратов, закрепленных с помощью державок, подложек или кассет. Кассеты для РИБ-Тестов эквидистантны их различным заданным формам. The principle of operation of the mini OTDR-colorimeter is based on the photometric measurement of the LED emitted from the RIB Test or transmitted through it. As RIB Tests, we used papers made from natural and artificial polymers onto which reagent indicators were sorbed or covalently grafted, moreover, papers in the form of strips, discs, squares fixed with holders, substrates or cassettes. Cassettes for RIB-Tests are equidistant to their various specified forms.

Световой поток, исходящий от одного из светодиодов 17 оптического датчика 7, отражаясь от реакционной зоны 25 твердофазного тестового средства 24 или проходя через эту зону, создает в фотоприемнике 18 ток, который, преобразуясь на ПТН 9 в напряжение, усиливается операционным усилителем 8. The luminous flux emanating from one of the LEDs 17 of the optical sensor 7, reflected from the reaction zone 25 of the solid-phase test means 24 or passing through this zone, creates a current in the photodetector 18, which, being converted to a voltage at PTN 9, is amplified by an operational amplifier 8.

Преобразование уровней напряжения, пропорциональных току фотодиода 18, в цифровую форму осуществляется в блоке АЦП 10. The conversion of voltage levels proportional to the current of the photodiode 18, in digital form is carried out in block ADC 10.

Регулировка смещения "нуля" темнового тока операционного усилителя осуществляется регулировочным тумблером 23. The adjustment of the offset "zero" of the dark current of the operational amplifier is carried out by the adjustment switch 23.

МП 12 осуществляет программное управление процессом преобразования и обработки информации, включая работу звукового излучателя 16 и индикацию результатов экспресс-анализа на табло 2. MP 12 provides program control of the process of converting and processing information, including the operation of the sound emitter 16 and the indication of the results of express analysis on the scoreboard 2.

Программа работы мини-рефлектометра-колориметра хранится в блоке ПЗУ 14. Кроме этого в ПЗУ хранятся градуировочные зависимости коэффициентов отражения и пропускания (идентичные уровням напряжений) РИБ-Тестов от концентраций определяемых веществ, а также алгоритмы вычисления концентраций и обработки результатов. В блок ОЗУ 15 заносятся текущие градуировочные зависимости отношения коэффициентов отражения или пропускания для РИБ-Тестов от концентрации предварительно воздействующих на них определяемых веществ. Результаты измерений выводятся через контроллер 13 на цифровое жидкокристаллическое табло 2. The work program of the mini-reflectometer-colorimeter is stored in the ROM unit 14. In addition, the ROM stores the calibration dependences of the reflection and transmission coefficients (identical to voltage levels) of the RIB-Tests on the concentrations of the substances being determined, as well as algorithms for calculating the concentrations and processing the results. The RAM block 15 contains the current calibration dependences of the ratio of reflection or transmission coefficients for the RIB-Tests from the concentration of the pre-determined substances that are acting on them. The measurement results are displayed through the controller 13 on a digital liquid crystal display 2.

В режиме градуировки устанавливается зависимость от концентрации вещества значений отношения коэффициентов диффузного отражения R_o/R_i или пропускания Т_о/Т_i РИБ-Теста, где R_o, T_o соответствуют контрольной зоне РИБ-Теста, R_i, Т_i - экспонированной для разных концентраций и R, Т - для максимальной концентрации.In the calibration mode, the dependence of the ratio of diffuse reflection coefficients R _o / R _i or transmission T _o / T _{i of the} RIB Test, where R _o , T _o correspond to the control zone of the RIB Test, R _i , T _i - exposed for different concentrations and R, T - for maximum concentration.

Определение микрокомпонентов осуществляется в следующей последовательности. The determination of microcomponents is carried out in the following sequence.

Пример 1. Калибровка прибора. Example 1. Calibration of the device.

Включают мини-рефлектометр-колориметр. Сигнал с звукового излучателя 16 свидетельствует о готовности прибора к работе. Turn on a mini OTDR colorimeter. The signal from the sound emitter 16 indicates the readiness of the device for operation.

Индикаторная полоса 24 вкладывается в паз кассеты в прорези-направляющей 20 оптического датчика 7. Кнопкой 3а вводится режим измерения светового потока, при этом на экране высвечивается 1 - отражение или 2 - пропускание. Переключателем 22 устанавливается светодиод, при повторном нажатии на кнопку 3а на экране появляется значение длины волны светодиода 17. Нажатиями кнопки 3б вводится код вещества, кнопки 3в - измерение, при котором на экране появляются значения коэффициентов диффузного отражения или пропускания. Числа калибровки (значения концентраций) вводятся кнопкой 3г. Выбирают светодиод с длиной волны, наиболее чувствительной к индикаторной полосе. Например, для индикаторных полос [8] : РИБ-Гидразин-Тест - красный светодиод λ = 660 нм (фиг.8), для РИБ-Нитрит-Тест - желто-зеленый λ = 565 нм (фиг.10). Градуировочные зависимости отношения R/R_i или Т/Т_i коэффициентов диффузного отражения или пропускания индикаторных полос от концентрации (С) вещества изображены на фиг.9, 11.The indicator strip 24 is inserted into the groove of the cassette in the slot-guide 20 of the optical sensor 7. Using the button 3a, the light flux measurement mode is entered, and 1 - reflection or 2 - transmission is displayed on the screen. The LED is set by switch 22, when the button 3a is pressed again, the wavelength of the LED 17 appears on the screen. By pressing the button 3b the substance code is entered, button 3c the measurement, in which the values of diffuse reflection or transmission coefficients appear on the screen. Calibration numbers (concentration values) are entered using the 3g button. The LED with the wavelength most sensitive to the indicator strip is selected. For example, for indicator strips [8]: RIB-Hydrazine-Test - red LED λ = 660 nm (Fig. 8), for RIB-Nitrite-Test - yellow-green λ = 565 nm (Fig. 10). The calibration dependences of the ratio R / R _i or T / T _{i of} the diffuse reflection or transmission coefficient of the indicator bands on the concentration (C) of the substance are shown in Figs. 9, 11.

Пример 2. Определение концентрации 1,1-диметилгидразина в водном растворе. Example 2. Determination of the concentration of 1,1-dimethylhydrazine in an aqueous solution.

Индикаторную полосу РИБ-Гидразин-Тест, через которую предварительно прокачивают 10 мл анализируемого водного раствора с помощью карманного устройства со шприцом [8], вставляют в паз кассеты в прорези-направляющей оптического датчика. Кнопкой 3а включают режим работы на отражение и длину волны 660 нм, кнопкой 3б вводится код 1 (гидразин) и нажатием кнопки 3в проводят измерение. На цифровом индикаторном табло 2 высвечивается значение концентрации 1,1-диметилгидразина в соответствии с градуировочной зависимостью (фиг.9). The RIB-Hydrazine-Test indicator strip, through which 10 ml of the analyzed aqueous solution is preliminarily pumped using a pocket device with a syringe [8], is inserted into the slot of the cartridge in the slot-guide of the optical sensor. Using button 3a, the reflection mode and wavelength of 660 nm are switched on, button 1 (hydrazine) is entered with button 3b and measurement is performed by pressing button 3b. On a digital indicator board 2, the concentration value of 1,1-dimethylhydrazine is displayed in accordance with the calibration dependence (Fig. 9).

Пример 3. Определение концентрации нитрит-ионов. Example 3. Determination of the concentration of nitrite ions.

Определение проводят, как в примере 1, с тем отличием, что применяют индикаторную полосу РИБ-Нитрит-Тест [8], которую вводят на 1 секунду в контакт с анализируемым раствором. Измерения проводят при коде 2 (нитрит), при желто-зеленом светодиоде 565 нм (фиг. 11), выбирая более оптимальный режим - пропускание. The determination is carried out, as in example 1, with the difference that the indicator strip RIB-Nitrite-Test [8] is used, which is introduced for 1 second into contact with the analyzed solution. The measurements are carried out at code 2 (nitrite), with a yellow-green LED 565 nm (Fig. 11), choosing a more optimal mode - transmission.

Таким образом, новым в мини-рефлектометре-колориметре по отношению к известному прототипу является выполнение подключенного к измерительному блоку оптического канала, обеспечивающего совместимое определение как диффузного отражения, так и пропускания твердофазных реагентных индикаторных бумажных тестов после воздействия на них определяемых микроколичеств веществ в жидких и газообразных средах; что расширяет выбор наиболее оптимального способа измерения, а портативность прибора улучшают условия эксплуатации без снижения точности измерений (таблица). Thus, a new one in the mini-reflectometer-colorimeter with respect to the known prototype is the implementation of an optical channel connected to the measuring unit, which provides a compatible determination of both diffuse reflection and transmission of solid-phase reagent indicator paper tests after exposure to determined microquantities of substances in liquid and gaseous environments; which expands the choice of the most optimal measurement method, and the portability of the device improves operating conditions without compromising measurement accuracy (table).

Источники информации
1. Булатов М.И. и др. Практическое руководство по фотоколориметрическим и спектрофотометрическим методам анализа. - М.: Химия, 1975.Sources of information
1. Bulatov M.I. and others. A practical guide to photocolorimetric and spectrophotometric methods of analysis. - M .: Chemistry, 1975.

2. Zipp A., Hornby W.E. Talanta, 1984, 31, 863. 2. Zipp A., Hornby W.E. Talanta, 1984, 31, 863.

3. А.с. СССР 1312453 А1, G 01 N 21/25, 1985. 3. A.S. USSR 1312453 A1, G 01 N 21/25, 1985.

4. А.с. СССР 1582089 А1, G 01 N 21/27,1987. 4. A.S. USSR 1582089 A1, G 01 N 21 / 27.1987.

5. Заявка ФРГ 3630777 A1, 1988. 5. The application of Germany 3630777 A1, 1988.

6. Пат. РФ 2154260, G 01 N 33/52, G 01 J 3/46, 2000. 6. Pat. RF 2154260, G 01 N 33/52, G 01 J 3/46, 2000.

7. А.с. СССР 1343309 A1, G 01 N 21/27, 1985. 7. A.S. USSR 1343309 A1, G 01 N 21/27, 1985.

8. Островская В.М. Реактивные индикаторные средства для многоэлементного тестирования воды. М.: 1-ая Образцовая типография, 1992, 36 стр., 8 ил. Ь Ба 8. Ostrovskaya V.M. Reactive indicator means for multi-element testing of water. M.: 1st Model Printing House, 1992, 36 pp., 8 ill. B ba

Claims

A mini-reflectometer-colorimeter for analyzing liquid and gaseous media with reagent indicator paper tests, containing a power supply, a light source and a receiver connected to an amplifier, the output of which is connected to an analog-to-digital converter connected through a computing unit to a recorder, characterized in that it is equipped with read-only memory and random-access memory connected to the computing unit, and a current to voltage converter, the input of the converter being connected to the output of the light receiver, the output of the converter is connected to the input of the operational amplifier, and the light source made of switchable LEDs of different wavelengths, and the light receiver are located in a portable set-top box, in which there are two perpendicularly located slots-guides for placing reagent indicator paper tests and a plug for a quick-disconnect connection with the amplifier and power supply, while the light source and receiver are placed on different sides of one of the slots-guide.