RU2189038C2 - Spectrophotometric detector for capillary electrophoresis and for chromatographic capillary liquid - Google Patents
Spectrophotometric detector for capillary electrophoresis and for chromatographic capillary liquid Download PDFInfo
- Publication number
- RU2189038C2 RU2189038C2 RU2000114254A RU2000114254A RU2189038C2 RU 2189038 C2 RU2189038 C2 RU 2189038C2 RU 2000114254 A RU2000114254 A RU 2000114254A RU 2000114254 A RU2000114254 A RU 2000114254A RU 2189038 C2 RU2189038 C2 RU 2189038C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- light
- channel
- collector
- capillary
- photodetector
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области аналитического приборостроения и может быть использовано в приборах капиллярного электрофореза и хроматографах для проведения высокочувствительного детектирования компонентов проб, движущихся в капилляре. The invention relates to the field of analytical instrumentation and can be used in capillary electrophoresis devices and chromatographs for highly sensitive detection of sample components moving in a capillary.
При фотометрическом (спектрофотометрическом) детектировании концентрация компонентов в капилляре определяется путем измерения поглощения света, прошедшего через измерительную ячейку. Известно устройство для проведения капиллярного электрофореза [1], имеющее капилляр, заполненный разделительной средой с раствором разделяемых компонентов, источник света и фотоприемник, расположенные по разные стороны относительно капилляра. Световые потоки, падающие на капилляр и на фотоприемник, малы, поскольку в этом устройстве отсутствуют устройство фокусировки света на капилляре и коллектор для сбора света на фотоприемнике. Поэтому устройство обладает малой чувствительностью. During photometric (spectrophotometric) detection, the concentration of components in the capillary is determined by measuring the absorption of light transmitted through the measuring cell. A device for conducting capillary electrophoresis [1], having a capillary filled with a separation medium with a solution of shared components, a light source and a photodetector located on different sides relative to the capillary. The light fluxes incident on the capillary and on the photodetector are small, since this device does not have a device for focusing light on the capillary and a collector for collecting light on the photodetector. Therefore, the device has low sensitivity.
Известен оптический детектор для капиллярных разделительных колонок [2], в котором дополнительно имеются устройство фокусировки светового пучка на участке капилляра, через который протекает разделенная на компоненты проба, и коллектор, собирающий свет, прошедший через капилляр, на фотодетекторе. Устройство фокусировки переносит изображение источника на капилляр, что приводит к увеличению светового потока, падающего на фотодетектор. За счет устройства фокусировки и коллектора достигается большая чувствительность по сравнению с предыдущим устройством. Общим недостатком подобных детекторов, выполненных по однолучевой схеме, являются значительные шумы, связанные с нестабильностью света источника. Обычно в качестве источника используются дуговые дейтериевые лампы. Эти лампы имеют кратковременные флуктуации светового потока и длительную нестабильность, в несколько раз превосходящие шумы и нестабильности источников питания. Флуктуации светового потока источника пропорционально преобразуются фотодетектором и вызывают шумы и дрейф нулевой линии электрофореграммы (порядка 0,05% от предела детектирования). A known optical detector for capillary separation columns [2], in which there is additionally a device for focusing the light beam on the portion of the capillary through which the sample divided into components flows, and a collector collecting the light transmitted through the capillary at the photodetector. The focusing device transfers the image of the source to the capillary, which leads to an increase in the light flux incident on the photodetector. Due to the focusing device and the collector, greater sensitivity is achieved compared to the previous device. A common drawback of such single-beam detectors is the significant noise associated with the instability of the light source. Usually, deuterium arc lamps are used as a source. These lamps have short-term fluctuations in the luminous flux and long-term instability, several times higher than the noise and instability of power sources. Fluctuations in the light flux of the source are proportionally converted by the photodetector and cause noise and drift of the zero line of the electrophoregram (about 0.05% of the detection limit).
Известен способ обнаружения поглощения света пробой в растворе жидкости [3] с помощью двухканальной фотометрической системы. Первый луч проходит через ячейку с пробой, второй луч служит для получения опорного сигнала. Для выделения из широкого спектра монохроматического луча используется дифракционная решетка. Поглощение света пробой определяется путем логарифмирования отношения напряжений сигналов, пропорциональных мощности луча, прошедшего через ячейку с пробой, и опорного луча. За счет двухканальной схемы достигается значительная компенсация шумов и нестабильностей источника света. A known method of detecting light absorption breakdown in a liquid solution [3] using a two-channel photometric system. The first beam passes through the cell with the sample, the second beam serves to obtain a reference signal. A diffraction grating is used to isolate from a wide spectrum of a monochromatic beam. The light absorption of the breakdown is determined by logarithm of the ratio of the signal voltages proportional to the power of the beam passing through the cell with the breakdown and the reference beam. Due to the two-channel circuit, significant compensation of noise and instabilities of the light source is achieved.
Ближайшим из известных является детектор для жидкостной хроматографии [4] , функциональная схема которого изображена на фиг.1. Источником света 1 является дейтериевая лампа или лампа накаливания. Выбор лампы осуществляется путем их перемещения. От источника света 1 выделяется световой луч с рабочей длиной волны с помощью расположенных последовательно входной щели 2, дифракционной решетки 3 и выходной щели 4. С помощью делителя света 5, выполненного на основе волоконной оптики, часть луча фокусируется через коллектор 6 на измерительной ячейке 7. После ячейки излучение через коллектор 8 подается на фотоприемник измерительного канала 9. Остальная часть излучения делителя света подается через коллектор 10 на фотоприемник опорного канала 11. В качестве фотоприемников использованы фотодиоды 12 и 13 и линейные усилители 14 и 15, преобразующие токи фотодиодов в напряжения, которые подаются в логарифматор 16. Выходное напряжение логарифматора определяется поглощением в измерительной ячейке в единицах оптической плотности и подается в регистрирующее устройство 17. The closest known is a liquid chromatography detector [4], a functional diagram of which is depicted in figure 1.
Недостатки этого устройства заключаются в ограниченной чувствительности и ограниченном динамическом диапазоне измеряемых сигналов. Ограничение чувствительности и динамического диапазона определяется в основном малыми величинами световых потоков, падающих на фотоприемники, и свойствами усилителей фототоков. Для повышения чувствительности и расширения динамического диапазона выгодно увеличивать световой поток. Максимально измеряемый сигнал в одном канале равен току фотодиода I, который определяется величиной падающего светового потока. Минимальный сигнал i (предел обнаружения) определяется шумовой составляющей этого тока I в полосе частот f по известной формуле
i = (2 e I / f)1/2. (1)
При реально достижимом токе I=3,2•10-9 шумовой ток фотодиода равен i= 3,2•10-14 А.The disadvantages of this device are the limited sensitivity and limited dynamic range of the measured signals. The limitation of sensitivity and dynamic range is mainly determined by the small values of the light flux incident on the photodetectors, and the properties of the photocurrent amplifiers. To increase sensitivity and expand the dynamic range, it is beneficial to increase the luminous flux. The maximum measured signal in one channel is equal to the current of the photodiode I, which is determined by the magnitude of the incident light flux. The minimum signal i (detection limit) is determined by the noise component of this current I in the frequency band f according to the well-known formula
i = (2 e I / f) 1/2 . (1)
With a realistically achievable current I = 3.2 • 10 -9, the noise current of the photodiode is i = 3.2 • 10 -14 A.
Известный усилитель фототока содержит резистор R в цепи обратной связи, который выбирается исходя из максимального тока фотодиода i и максимально допустимого выходного напряжения усилителя U (порядка 10 В). The known photocurrent amplifier contains a resistor R in the feedback circuit, which is selected based on the maximum current of the photodiode i and the maximum allowable output voltage of the amplifier U (about 10 V).
R=U/I=3,1ГOм. R = U / I = 3.1GOhm.
В установившемся режиме ток через резистор приблизительно равен току фотодиода. Это значит, что его шумовая составляющая приблизительно равна шумовому току фотодиода. Следовательно, известный усилитель обладает повышенными шумами за счет шума тока резистора в цепи обратной связи. Шумы тока фотодиода и тока резистора в цепи обратной связи складываются. Эти шумы ограничивают динамический диапазон усилителя со стороны минимальных значений измеряемого сигнала. При линейной амплитудной характеристике усилителя и указанных значениях фототока и шумового тока динамический диапазон ограничен снизу и сверху и равен I/i=105.In steady state, the current through the resistor is approximately equal to the current of the photodiode. This means that its noise component is approximately equal to the noise current of the photodiode. Therefore, the known amplifier has increased noise due to the noise of the resistor current in the feedback circuit. The noise of the photodiode current and the resistor current in the feedback circuit are added. These noises limit the dynamic range of the amplifier from the side of the minimum values of the measured signal. With a linear amplitude characteristic of the amplifier and the indicated values of the photocurrent and noise current, the dynamic range is limited from below and above and is equal to I / i = 10 5 .
Под чувствительностью понимается величина, обратная динамическому диапазону. В рассмотренном примере эта величина равна i/I=10-5. Реально верхнее значение динамического диапазона каждого канала значительно ниже приведенного значения по трем причинам.Sensitivity refers to the reciprocal of the dynamic range. In the considered example, this value is i / I = 10 -5 . Actually, the upper value of the dynamic range of each channel is significantly lower than the given value for three reasons.
1. Световой поток в каждом канале не достигает своего максимального значения, которое может быть обеспечено источником света, поскольку свет проходит через делитель света. Шумы двух каналов суммируются на выходе детектора по квадратичному закону, поэтому выгодно делить свет между каналами поровну, при этом в каждый канал попадает 50% света источника. Суммарные шумы на выходе детектора, вычисленные с учетом формулы 1 при уменьшенных значениях фототоков определяются следующим образом:
i = (0,5 I + 0,5 I)1/2 (2 e / f)1/2 = (2 e I / f)1/2. (2)
Если сравнить результаты вычисления шумов по формулам 1 и 2, то можно сделать вывод, что шумы на выходах одноканального детектора и двухканального детектора при равной мощности источника света совпадают. Однако при двухкратном уменьшении света в измерительном канале двухканального детектора в два раза уменьшается сигнал и отношение сигнала к шуму.1. The luminous flux in each channel does not reach its maximum value, which can be provided by the light source, since light passes through the light divider. The noise of the two channels is summed up at the detector output according to a quadratic law, therefore it is advantageous to divide the light between the channels equally, with 50% of the source light falling into each channel. The total noise at the detector output, calculated taking into
i = (0.5 I + 0.5 I) 1/2 (2 e / f) 1/2 = (2 e I / f) 1/2 . (2)
If we compare the results of the calculation of noise according to
Увеличение светового потока за счет увеличения мощности источника ограничено, поскольку при этом яркость фактически не возрастает, а увеличивается площадь излучающей поверхности, а для сохранения выбранной апертуры входного светового пучка возникает необходимость удаления источника от капилляра. An increase in the luminous flux due to an increase in the source power is limited, since the brightness does not actually increase, but the area of the emitting surface increases, and in order to maintain the selected aperture of the input light beam, it becomes necessary to remove the source from the capillary.
2. Световой поток в каждом канале изменяется в рабочем диапазоне длин волн и значительно уменьшается в коротковолновой ультрафиолетовой его части, при этом фототоки одновременно уменьшаются за счет резкого уменьшения чувствительности фотоприемников в этой области спектра. 2. The luminous flux in each channel varies in the operating wavelength range and decreases significantly in its short-wave ultraviolet part, while the photocurrents are simultaneously reduced due to a sharp decrease in the sensitivity of photodetectors in this region of the spectrum.
3. При использовании в качестве коллекторов линз при изменении рабочей длины волны происходит изменение фокусировки пучка света, падающего на измерительную ячейку. Особенно сильно это влияет на сигнал в случае, если в качестве измерительной ячейки используется капилляр диаметром порядка 50 мкм. При ухудшении фокусировки пучка уменьшается световой поток, проходящий через центральную часть капилляра, в которой находятся исследуемые компоненты пробы, и соответственно пропорционально уменьшаются сигналы. Часть света, которая проходит мимо центральной части капилляра, не только не несет информации об исследуемых компонентах, но и вызывает дополнительные шумы и вносит погрешность в результат измерения оптической плотности. 3. When using lenses as collectors, when the working wavelength is changed, the focus of the beam of light incident on the measuring cell changes. This especially affects the signal if a capillary with a diameter of about 50 μm is used as a measuring cell. When the focusing of the beam deteriorates, the light flux passing through the central part of the capillary, in which the studied components of the sample are located, decreases, and the signals are proportionally reduced. The part of the light that passes by the central part of the capillary not only does not carry information about the studied components, but also causes additional noise and introduces an error in the result of measuring the optical density.
По этим причинам динамический диапазон преобразователя уменьшается по сравнению с теоретически достижимым значением, вычисленным по формуле 1, соответственно ухудшается чувствительность. For these reasons, the dynamic range of the converter decreases compared to the theoretically achievable value calculated by
Настоящее предлагаемое изобретение решает задачу повышения чувствительности и расширение динамического диапазона детектора. The present invention solves the problem of increasing sensitivity and expanding the dynamic range of the detector.
Поставленная задача решается за счет того, что в спектрофотометрическом детекторе для капиллярного электрофореза и капиллярной жидкостной хроматографии, содержащем источник света, расположенные последовательно по ходу общего светового луча входную щель и дифракционную решетку, делитель света, разделяющий световой луч на измерительный канал, в котором установлены коллектор, измерительная ячейка, второй коллектор и первое фотоприемое устройство, и опорный канал, в котором установлены коллектор и второе фотоприемное устройство, при этом выходы фотоприемных устройств соединены с устройством обработки информации, выход которого соединен с устройством регистрации, между источником света и входной щелью установлена осветительная линза, делитель света, выполненный в виде пластины, расположен по ходу луча после дифракционной решетки, измерительный и опорный каналы снабжены выходными щелями, установленными после делителя света, а фотоприемное устройство каждого канала выполнено в виде микросхемы, которая содержит фотодиод и нелинейный преобразователь фототока в интервал времени, выход фотодиода соединен с входом нелинейного преобразователя, а выход нелинейного преобразователя является выходом фотоприемного устройства, при этом устройство обработки информации выполнено в виде микропроцессорного устройства, преобразующего упомянутые интервалы времени в цифровые значения, которые используются при вычислении изменения оптической плотности. The problem is solved due to the fact that in the spectrophotometric detector for capillary electrophoresis and capillary liquid chromatography, containing a light source, an entrance slit and a diffraction grating arranged sequentially along a common light beam, a light divider dividing the light beam into a measuring channel in which the collector is installed , a measuring cell, a second collector and a first photodetector, and a reference channel in which a collector and a second photodetector are installed, at m outputs of photodetectors are connected to an information processing device, the output of which is connected to a recording device, a lighting lens is installed between the light source and the entrance slit, the light divider, made in the form of a plate, is located along the beam after the diffraction grating, the measuring and reference channels are equipped with output slots installed after the light divider, and the photodetector of each channel is made in the form of a microcircuit that contains a photodiode and a nonlinear photocurrent converter in the interval l time, the output of the photodiode is connected to the input of a nonlinear inverter, and the output of the nonlinear converter is the output of photodetecting device, wherein the information processing device is a microprocessor unit which converts said time intervals digital values which are used in calculating the change in optical density.
Все элементы фотоприемных устройств, выполненных в виде микросхем, сосредоточены в малом объеме и на площади малых размеров, что значительно уменьшает вредное энергетическое воздействие внешних электрических и магнитных полей, порождающих избыточные шумы фотоприемных устройств. Использование металлостеклянного корпуса с оптическим окном из кварца для приема входного оптического сигнала позволяет наиболее эффективно осуществить электрическую и магнитную экранировку, а также защиту от неблагоприятных условий внешней среды (повышенная влажность, наличие паров химически активных веществ и т.д.). All elements of photodetector devices made in the form of microcircuits are concentrated in a small volume and on an area of small size, which significantly reduces the harmful energy effect of external electric and magnetic fields that generate excess noise of photodetector devices. The use of a metal-glass case with an optical window made of quartz to receive an input optical signal allows for the most efficient implementation of electrical and magnetic shielding, as well as protection against adverse environmental conditions (increased humidity, the presence of vapors of chemically active substances, etc.).
В предлагаемом спектрофотометрическом детекторе нелинейный преобразователь выполнен в виде операционного усилителя с конденсатором в цепи обратной связи, компараторов, соединенных с выходом усилителя, и ключей начальной установки, соединенных с компараторами и конденсатором. Такой интегрирующий преобразователь позволяет наиболее эффективно подавлять содержащиеся во входном сигнале аддитивные флуктуационные и периодические помехи. In the proposed spectrophotometric detector, the nonlinear converter is made in the form of an operational amplifier with a capacitor in the feedback circuit, comparators connected to the amplifier output, and initial setup keys connected to comparators and a capacitor. Such an integrating converter allows the most efficient suppression of additive fluctuation and periodic noise contained in the input signal.
В предлагаемом спектрофотометрическом детекторе коллекторы в измерительном канале выполнены в виде вогнутых зеркал. In the proposed spectrophotometric detector, the collectors in the measuring channel are made in the form of concave mirrors.
В предлагаемом спектрофотометрическом детекторе источник света выполнен в виде дуговой дейтериевой лампы или лампы накаливания, у которых излучающая область имеет вертикальный размер больше, чем горизонтальный размер. In the proposed spectrophotometric detector, the light source is made in the form of an arc deuterium lamp or incandescent lamp, in which the emitting region has a vertical size larger than the horizontal size.
Схема предлагаемого спектрофотометрического детектора представлена на фиг. 2. Спектрофотометрический детектор содержит источник света 1, входную щель 2, дифракционную решетку 3, делитель света 5, разделяющий световой луч на 2 канала: измерительный, содержащий коллектор 6, измерительную ячейку 7, второй коллектор 8 и фотоприемое устройство 9, и опорный, содержащий коллектор 10 и фотоприемое устройство 11, при этом фотоприемные устройства каждого канала 9 и 11 содержат фотодиоды 12 и 13. Спектрофотометрический детектор содержит также устройство обработки информации 16 и устройство регистрации 17. The proposed spectrophotometric detector is shown in FIG. 2. The spectrophotometric detector comprises a
Между источником света и входной щелью установлена осветительная линза 18, делитель света 5 выполнен в виде пластины и расположен по ходу луча после дифракционной решетки 3, измерительный и опорный каналы снабжены выходными щелями 19 и 20, установленными после делителя света 5, фотоприемные устройства каждого канала 9 и 11 выполнены в виде микросхем, которые содержат фотодиоды 12 и 13 и нелинейные преобразователи фототоков в интервалы времени 21 и 22, входы нелинейных преобразователей 21 и 22 соединены соответственно с выходами фотодиодов 12 и 13, а выходы нелинейных преобразователей 21 и 22 являются выходами фотоприемных устройств 9 и 11 и присоединены к устройству обработки информации 16, выход которого соединен с устройством регистрации 17. При этом устройство обработки информации 16 выполнено в виде микропроцессорного устройства, преобразующего упомянутые интервалы времени в цифровые значения, которые используются в микропроцессорном устройстве при вычислении изменения оптической плотности. A lighting lens 18 is installed between the light source and the entrance slit, the
Работает предлагаемый спектрофотометрический детектор следующим образом. The proposed spectrophotometric detector operates as follows.
Световой луч от источника света 1 проходит через осветительную линзу 18 и фокусируется на входной щели 2. Через входную щель световой луч попадает на дифракционную решетку 4, затем на делитель света 5, выполненный в виде светоделительной пластины, которая разделяет световой луч на 2 канала -измерительный и опорный. Световой луч измерительного канала через выходную щель 19 попадает на коллектор 6, с помощью которого фокусируется на капилляре измерительной ячейки 7. Световой луч, интенсивность которого после измерительной ячейки 7 в каждый момент времени определяется степенью поглощения его компонентами пробы, фокусируется коллектором 8 на фотодиоде 12 фотоприемного устройства 9. Нелинейный преобразователь 21 преобразует ток l1 фотодиода 12 в интервал времени T1:
T1=CU/l1,
где С - емкость конденсатора в цепи обратной связи,
U - перепад напряжения на конденсаторе.The light beam from the
T 1 = CU / l 1 ,
where C is the capacitance of the capacitor in the feedback circuit,
U is the voltage drop across the capacitor.
Световой луч опорного канала через выходную щель 20 попадает на коллектор 10, с помощью которого фокусируется на фотодиоде 13 фотоприемного устройства 11. Нелинейный преобразователь 22 преобразует ток I2 фотодиода 13 в интервал времени Т2:
Т2=CU/I2.The light beam of the reference channel through the output slit 20 enters the
T 2 = CU / I 2 .
Зависимость времени заряда Т от зарядного тока I нелинейная: время заряда обратно пропорционально зарядному току (гиперболическая зависимость). При линейном преобразовании максимальная величина фототоков ограничивается максимально допустимым периодом преобразования порядка 1 секунды. Преимущество нелинейного преобразователя проявляется в отсутствии ограничения со стороны больших значений фототоков, поскольку при увеличении фототоков длительность интервалов времени уменьшается. Погрешность преобразования не увеличивается, поскольку в течение допустимого периода преобразования возможно усреднение результата преобразования. The dependence of the charge time T on the charging current I is non-linear: the charge time is inversely proportional to the charging current (hyperbolic dependence). In linear conversion, the maximum value of photocurrents is limited by the maximum allowable conversion period of the order of 1 second. The advantage of the nonlinear converter is manifested in the absence of restrictions on the side of large photocurrents, since with increasing photocurrents the duration of time intervals decreases. The conversion error does not increase, since the conversion result can be averaged over an acceptable conversion period.
Таким образом, при CU=const. вся информация о величине сигнала (потоке оптического излучения) преобразуется в значения интервалов времени Т. Thus, with CU = const. all information about the magnitude of the signal (optical radiation flux) is converted to the values of time intervals T.
Устройство обработки информации 16 выполнено в виде микропроцессорного устройства, которое преобразует интервалы T1 и Т2 в цифровые величины, усредняет их за период измерения (например, за 1 секунду) и использует при вычислении в реальном времени приращений оптической плотности ΔА, соответствующих измеряемым компонентам пробы:
ΔA=log(T1/T10xT20/T2),
где Т10 и T20 интервалы времени на выходах фотоприемных устройств начале эксперимента (в этот момент времени ΔА=0). Эта формула позволяет не вычислять промежуточные значения фототоков и таким образом уменьшает объем вычислений.The
ΔA = log (T 1 / T 10 xT 20 / T 2 ),
where T 10 and T 20 are the time intervals at the outputs of the photodetectors at the beginning of the experiment (at this time ΔА = 0). This formula allows not to calculate intermediate values of photocurrents and thus reduces the amount of calculations.
Последовательность величин ΔА запоминается в микропроцессорном контроллере 16 в виде файла, который передается на индикатор и принтер устройства регистрации 17. The sequence of values ΔA is stored in the
Предлагаемое техническое решение обеспечивает повышение чувствительности и расширение динамического диапазона детектора. На чувствительность и динамический диапазон детектора сильно влияют следующие его характеристики:
- качество фокусировки света на капилляре, связанное с информативностью светового потока,
- количество света в измерительном и опорном каналах,
- свойства фотоприемных устройств, обеспечивающих преобразование света и выделение сигналов на фоне шума.The proposed technical solution provides increased sensitivity and expansion of the dynamic range of the detector. The sensitivity and dynamic range of the detector are greatly influenced by its following characteristics:
- the quality of focusing light on the capillary associated with the information content of the light flux,
- the amount of light in the measuring and reference channels,
- the properties of photodetectors providing light conversion and signal extraction against noise.
Излучающая область источника света выполнена таким образом, что ее вертикальный размер больше, чем горизонтальный размер. Такая конфигурация излучающей области источника позволяет наилучшим образом использовать его световой поток, поскольку в итоге излучающая область источника проектируется с уменьшением на капилляр, у которого допустимый размер пятна засветки по вертикали в несколько раз больше, чем по горизонтали (последний размер ограничивается диаметром капилляра). The emitting region of the light source is designed so that its vertical size is larger than the horizontal size. Such a configuration of the emitting region of the source allows the best use of its luminous flux, since in the end the emitting region of the source is projected with a decrease in the capillary, whose allowable spot size is several times larger than the horizontal (the last size is limited by the diameter of the capillary).
Делитель света выполнен в виде пластины таким образом, что большая часть света попадает в измерительный канал. Выходные щели определяют границы пропускаемых длин волн измерительного и опорного каналов. Уменьшение светового потока опорного канала компенсируется путем увеличения площади выходной щели в этом канале. Для этого ширина и высота щели в опорном канале выбирается в несколько раз больше, чем ширина и высота щели в измерительном канале. Увеличение доли света в измерительном канале повышает чувствительность. The light divider is made in the form of a plate so that most of the light enters the measuring channel. The output slots define the boundaries of the transmitted wavelengths of the measuring and reference channels. The decrease in the luminous flux of the reference channel is compensated by increasing the area of the exit slit in this channel. For this, the width and height of the slit in the reference channel is selected several times larger than the width and height of the slit in the measuring channel. An increase in the proportion of light in the measuring channel increases sensitivity.
В качестве примера используем в качестве делителя света тонкую кварцевую пластину. Примерно 10% света, падающего на нее от источника, отражается в опорный канал. Остальные 90% падающего света попадают в измерительный канал. По этой причине сигнал в измерительном канале уменьшается всего на 10% по сравнению с одноканальным детектором и почти в 2 раза больше, чем в известном двухканальном детекторе. Если выбрать в опорном канале ширину выходной щели в 5 раз больше, чем в измерительном (например, 50 и 10 нм соответственно), и в 5 раз больше по высоте, то световой поток опорного канала, пропорциональный площади щели, будет в 2,5 раза больше, чем световой поток измерительного канала. При этом шумами опорного канала можно пренебречь. Из этого примера можно сделать вывод, что в измерительном канале используется центральная часть светового потока, расположенного в малом телесном угле, а в опорном канале - часть светового потока, расположенного в большем телесном угле. Однако при использовании прозрачной пластины в опорный канал попадает только 10% падающего света. As an example, we use a thin quartz plate as a light divider. About 10% of the light incident on it from the source is reflected in the reference channel. The remaining 90% of the incident light enters the measuring channel. For this reason, the signal in the measuring channel decreases by only 10% compared to a single-channel detector and is almost 2 times greater than in the well-known two-channel detector. If the width of the output slit in the reference channel is 5 times greater than in the measuring channel (for example, 50 and 10 nm, respectively) and 5 times greater in height, then the luminous flux of the reference channel, which is proportional to the area of the slot, will be 2.5 times more than the luminous flux of the measuring channel. In this case, the noise of the reference channel can be neglected. From this example, we can conclude that in the measuring channel the central part of the light flux located in a small solid angle is used, and in the reference channel a part of the light flux located in a larger solid angle is used. However, when using a transparent plate, only 10% of the incident light enters the reference channel.
С целью наиболее полного использования светового потока в предлагаемом спектрофотометрическом детекторе делитель света выполнен в виде зеркала с отверстием в средней части. При этом через отверстие проходит световой поток в измерительный канал, а от зеркальной части отражается световой поток в опорный канал. Оба потока разделяются без потерь. In order to make the best use of the light flux in the proposed spectrophotometric detector, the light divider is made in the form of a mirror with a hole in the middle part. In this case, the light flux passes through the hole into the measuring channel, and the light flux is reflected from the mirror part into the reference channel. Both streams are losslessly separated.
В качестве коллекторов в измерительном канале используются вогнутые зеркала, которые сохраняют фокусировку во всем рабочем диапазоне длин волн. Вогнутое зеркало коллектора, расположенное перед капилляром, совместно с осветительной линзой обеспечивает оптимальное увеличение оптической системы для получения максимального светового потока через капилляр. При этом изображение светящейся области лампы проектируется на капилляр со значительным уменьшением и не зависит от рабочей длины волны. Concave mirrors are used as collectors in the measuring channel, which maintain focus in the entire operating wavelength range. A concave collector mirror located in front of the capillary, together with a lighting lens, provides an optimal increase in the optical system to obtain maximum light flux through the capillary. In this case, the image of the luminous region of the lamp is projected onto the capillary with a significant reduction and does not depend on the working wavelength.
Нелинейный преобразователь выполнен в виде операционного усилителя с конденсатором в цепи обратной связи, компараторов, соединенных с выходом усилителя, и ключей, соединенных с компараторами и конденсатором. Из формулы Т=CU/I видно, что ограничение сверху не происходит, поскольку при увеличении светового тока происходит уменьшение интервала времени. Интервал времени измеряется микропроцессорным контроллером известными способами в очень большом динамическом диапазоне с высокой точностью. Одновременно, применение операционного усилителя с конденсатором цепи обратной связи исключает шумы тока через резистор обратной связи, которые в известном устройстве ограничивают динамический диапазон преобразователя со стороны минимальных значений измеряемого сигнала. The non-linear converter is made in the form of an operational amplifier with a capacitor in the feedback circuit, comparators connected to the output of the amplifier, and keys connected to comparators and a capacitor. From the formula T = CU / I it can be seen that there is no limitation from above, since when the light current increases, the time interval decreases. The time interval is measured by a microprocessor controller by known methods in a very large dynamic range with high accuracy. At the same time, the use of an operational amplifier with a feedback capacitor eliminates current noise through a feedback resistor, which in the known device limits the dynamic range of the converter from the side of the minimum values of the measured signal.
Таким образом, задача повышения чувствительности и расширения динамического диапазона детектора решается за счет новых технических решений, обеспечивающих увеличение светового потока в измерительном и опорных каналах, улучшение фокусировки светового луча на капилляре, уменьшение шумов на нижнем пределе и устранение ограничения на верхнем пределе динамического диапазона детектора. Thus, the task of increasing the sensitivity and expanding the dynamic range of the detector is solved by new technical solutions that increase the luminous flux in the measuring and reference channels, improve the focusing of the light beam on the capillary, reduce noise at the lower limit, and eliminate restrictions on the upper limit of the dynamic range of the detector.
Источники информации
1. Патент США 5169511, G 01 N 27/26, B 01 D 57/02, 1992 г.Sources of information
1. US patent 5169511, G 01 N 27/26, B 01 D 57/02, 1992
2. Патент ЕПВ (ЕР) 0527652, G 01 N 30/74, 35/08. 21/05, 27/26, 1993 г. 2. Patent EPO (EP) 0527652, G 01 N 30/74, 35/08. 05/21, 27/26, 1993
3. Патент ЕПВ (ЕР) 0497434, G 01 N 21/27, G 01 J 1/16, 3/42, 1992 г. 3. Patent EPO (EP) 0497434, G 01 N 21/27, G 01
4. Проспект фирмы Spectra-Physics, The UV-VIS detectors for liquid chromatography SpectraChrom, 1989 г. 4. Prospectus from Spectra-Physics, The UV-VIS detectors for liquid chromatography SpectraChrom, 1989.
Claims (5)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2000114254A RU2189038C2 (en) | 2000-05-24 | 2000-05-24 | Spectrophotometric detector for capillary electrophoresis and for chromatographic capillary liquid |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2000114254A RU2189038C2 (en) | 2000-05-24 | 2000-05-24 | Spectrophotometric detector for capillary electrophoresis and for chromatographic capillary liquid |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2000114254A RU2000114254A (en) | 2002-03-20 |
| RU2189038C2 true RU2189038C2 (en) | 2002-09-10 |
Family
ID=20235744
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2000114254A RU2189038C2 (en) | 2000-05-24 | 2000-05-24 | Spectrophotometric detector for capillary electrophoresis and for chromatographic capillary liquid |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2189038C2 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104316629A (en) * | 2014-10-14 | 2015-01-28 | 安徽皖仪科技股份有限公司 | Liquid phase multi-channel detector device |
| RU174942U1 (en) * | 2016-06-08 | 2017-11-13 | Общество с ограниченной ответственностью Научно-производственное предприятие "ТЕХНОМЕДИКА" | OPTICAL SPECTROPHOTOMETER ASSEMBLY |
-
2000
- 2000-05-24 RU RU2000114254A patent/RU2189038C2/en not_active IP Right Cessation
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| БУЛАТОВ М.И. и др. Практическое руководство по фотоколориметрическим и спектрофотометрическим методам анализа. - Л.: Химия,1968,с.146-147. * |
| Проспект фирмы Spectra-Physics, The UV-VIS detectors for liquid chromatography SpectraChrom, 1989. * |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104316629A (en) * | 2014-10-14 | 2015-01-28 | 安徽皖仪科技股份有限公司 | Liquid phase multi-channel detector device |
| RU174942U1 (en) * | 2016-06-08 | 2017-11-13 | Общество с ограниченной ответственностью Научно-производственное предприятие "ТЕХНОМЕДИКА" | OPTICAL SPECTROPHOTOMETER ASSEMBLY |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US4241998A (en) | Spectrophotometer | |
| JPS61251724A (en) | Spectrophotometer | |
| JPS6250641A (en) | Analyzing instrument having absorption spectrophotometer | |
| US4536091A (en) | Absorbance monitor | |
| RU2189038C2 (en) | Spectrophotometric detector for capillary electrophoresis and for chromatographic capillary liquid | |
| US4057734A (en) | Spectroscopic apparatus with balanced dual detectors | |
| US5721613A (en) | Fluorescence spectrometer | |
| US10451479B2 (en) | Multichannel ultra-sensitive optical spectroscopic detection | |
| EP0986250B1 (en) | Photodiode array | |
| US4030829A (en) | Keying waveform generator for spectrophotometer | |
| CN116735569A (en) | Plasma emission spectrum detector based on full spectrum measurement | |
| JPH0249645B2 (en) | ||
| JPS59125041A (en) | Polarization type differential refractometer | |
| Kaltenbach | A high-sensitivity diode array detector for on-column detection in capillary electrophoresis | |
| JPH04369467A (en) | Photothermal lens analyser | |
| CN219957355U (en) | Plasma emission spectrum detector based on full spectrum measurement | |
| RU2059226C1 (en) | Spectral correlator | |
| JPS59162424A (en) | Phase compensating type ratio spectrophotometer | |
| Pfeffer et al. | Simple, compact visible absorption spectrophotometer | |
| SU1239524A1 (en) | Two-wave photometer | |
| Lynch et al. | New fluorescence photometer | |
| SU857732A1 (en) | Spectral photometer | |
| CN117589426A (en) | Optical system spectral transmittance testing device | |
| Rosenzweig et al. | Laser-based double beam absorption detector for high-performance liquid chromatography | |
| JPS6315535B2 (en) |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20130525 |
|
| BF4A | Cancelling a publication of earlier date [patents] |
Free format text: PUBLICATION IN JOURNAL SHOULD BE CANCELLED |
|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20160525 |