RU2281479C1 - Флюориметр-мутномер - Google Patents
Флюориметр-мутномер Download PDFInfo
- Publication number
- RU2281479C1 RU2281479C1 RU2005117253/28A RU2005117253A RU2281479C1 RU 2281479 C1 RU2281479 C1 RU 2281479C1 RU 2005117253/28 A RU2005117253/28 A RU 2005117253/28A RU 2005117253 A RU2005117253 A RU 2005117253A RU 2281479 C1 RU2281479 C1 RU 2281479C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- light
- photodetectors
- outputs
- sources
- turbidimeter
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Флюориметр-мутномер содержит первый и второй источники света с различными длинами волн излучаемого света, подключенные соответственно к первому и второму источникам возбуждающего напряжения, первый и второй фотоприемники с выходами для подключения к системе передачи и регистрации результатов измерений, при этом диапазон длин волн света, регистрируемых вторым фотоприемником, перекрывается с диапазоном длин волн света, излучаемого первым источником света, первый и второй источники возбуждающего напряжения подключены к выходам коммутатора, которые также подключены к входам системы передачи и регистрации результатов измерений, направление излучения светового потока первым источником света пересекает оси светочувствительных зон и первого и второго фотоприемников. Технический результат - обеспечение возможности измерения мутности жидкостей. 1 з.п. ф-лы, 5 ил.
Description
Изобретение относится к средствам оптического контроля жидких сред и может быть использовано для измерения концентрации флюоресцирующих веществ и мутности среды в составе специализированных комплексов или систем, устанавливаемых в том числе и на подвижных носителях.
Практика современных океанологических исследований показывает, что при решении ряда задач необходимы прецизионные измерения и оперативная обработка различной гидрофизической информации в реальном масштабе времени на борту носителя аппаратуры при длительной эксплуатации. Основной целью подобных исследований является построение информационных карт, изучение их временной и пространственной изменчивости, тонкой структуры, выявление аномальных гидрофизических зон и др.
Известен способ определения хлорофилла в водной среде [1], заключающийся в проведении возбуждения флюоресценции водной среды и измерении сигнала интенсивности флюоресценции, по которой проводят определение. Способ не позволяет учитывать загрязнение стенок кюветы флюориметра.
Известен также способ определения хлорофилла фитопланктона в водной среде [2], по которому учитывается загрязнение стенок кюветы. В ходе работ по определению содержания хлорофилла фитопланктона в водной среде было показано, что стенки проточной кюветы флюориметра покрывались налетом, который непрерывно ухудшал ее оптические свойства.
Этот способ имеет следующие недостатки: большая длительность и сложность процесса получения оценки влияния налета на результаты измерения, так как для выполнения необходимых измерений интенсивности флюоресценции требуется значительное время; низкая точность учета влияния загрязнения на конечный результат.
Известен способ на основе измерения светового сигнала интенсивности флюоресценции от содержимого кюветы с последующим введением поправочного коэффициента на результат измерения интенсивности флюоресценции исследуемой среды, в котором и в чистую и в загрязненную кюветы помещают эталон, оба раза определяют интенсивность светового сигнала от него для тех же условий облучения и регистрации, что и для исследуемой среды, и поправочный коэффициент определяют на основании полученных данных [3]. В качестве эталона используют или вещество, сходное по спектральным свойствам с исследуемой средой, или дистиллированную воду с одной и той же температурой для обоих измерений, или зеркало с возможностью отражения им света в направлении измерения интенсивности флюоресценции исследуемой среды. При этом, если используют два последних эталона, то кювету облучают первый раз в спектральной полосе, являющейся полосой возбуждения для исследуемой среды, и регистрируют свет в этой полосе, второй раз облучают в спектральной полосе, являющейся полосой регистрации для исследуемой среды, и регистрируют свет в этой же полосе.
Известен флюориметрический детектор [4], содержащий источник светового потока, фокусирующую оптику, капилляр с пробой, параболическое зеркало, светофильтр, фотоприемное устройство, при этом детектируемый объем пробы расположен в фокусе зеркала таким образом, что излучение флюоресценции, собранное зеркалом, образует квазипараллельный пучок, отличающийся тем, что он снабжен сферическим зеркалом, фокус которого сопряжен с фокусом параболического зеркала, причем зеркала расположены на одной оси, перпендикулярной плоскости, в которой находится ось возбуждающего излучения и капилляр, и содержит ПЗС-матрицу дополнительного фотоприемного устройства, установленную в направлении зеркально отраженного от капилляра с пробой луча, при этом источник излучения и/или капилляр выполнены подвижными с возможностью перемещения в направлении, перпендикулярном своим осям.
Все приведенные способы и устройства для измерения мало пригодны для измерений в динамическом режиме.
Известен также флюориметр [5], являющийся по технической сущности наиболее близким к предлагаемому. Флюориметр-прототип содержит источник света, подключенный к источнику возбуждающего напряжения, и фотоприемник с выходом для подключения к системе передачи и регистрации результатов измерений. При этом источник света и фотоприемник расположены в двух отдельных корпусах, а ось источника света и ось фотоприемника расположены перпендикулярно одна относительно другой.
Недостатком флюориметра-прототипа является недостаточная функциональность, не позволяющая измерять мутность жидкостей.
Задачей, решаемой изобретением, является расширение функциональных возможностей с целью обеспечения возможности измерения мутности жидкостей.
Сущность изобретения заключатся в том, что флюориметр-мутномер содержит первый и второй источники света с различными длинами волн излучаемого света, подключенные соответственно к первому и второму источникам возбуждающего напряжения, первый и второй фотоприемники с выходами для подключения к системе передачи и регистрации результатов измерений, при этом диапазон длин волн света, регистрируемых вторым фотоприемником перекрывается с диапазоном длин волн света, излучаемого первым источником света, первый и второй источники возбуждающего напряжения подключены к выходам коммутатора, которые также подключены к входам системы передачи и регистрации результатов измерений, направление излучения светового потока первым источником света пересекает оси светочувствительных зон и первого и второго фотоприемников, коммутатор циклически формирует на своих выходах состояние, когда сигналы на обоих выходах отсутствуют, состояние, когда сигнал присутствует на первом выходе и отсутствует на втором, состояние, когда сигнал присутствует на втором выходе и отсутствует на первом.
В флюориметре-мутномере предусмотрен корпус, при этом наружная поверхность корпуса со стороны набегающего потока имеет форму цилиндра обтекаемой формы, оптическая связь с исследуемой средой первого и второго источников света, а также первого и второго фотоприемников, снабженных светофильтрами, осуществляется с помощью линз (иллюминаторов) из кварцевого стекла, имеющих цилиндрическую поверхность, сопряженную с наружной поверхностью корпуса, светочувствительные зоны первого и второго фотоприемников направлены навстречу набегающему потоку, а направления излучения световых пучков первым и вторым источниками света образуют острые углы с осями светочувствительных зон соответственно первого и второго фотоприемников.
Сущность изобретения поясняется чертежами, на которых изображены:
на фиг.1 - функциональная схема флюориметра-мутномера;
на фиг.2 - конструкция флюориметра-мутномера, вид сбоку в продольном сечении;
на фиг.3 - конструкция флюориметра-мутномера, вид спереди;
на фиг.4 - конструкция флюориметра-мутномера, вид сверху;
на фиг.5 - временные диаграммы сигналов на выходах коммутатора и фотоприемников.
На фиг.1-5 обозначены:
1 - первый источник света;
2 - второй источник света;
3 - первый фотоприемник;
4 - второй фотоприемник;
5 - выход первого фотоприемника 3;
6 - выход второго фотоприемника 4;
7 - система передачи и регистрации результатов измерений;
8 - корпус;
9, 10 - светофильтры;
11-14 - линзы;
15 - цилиндрическая поверхность линз;
16 - наружная поверхность корпуса 8;
17 - направление излучения светового пучка первым источником 1 света;
18 - направление излучения светового пучка вторым источником 2 света;
19 - ось светочувствительной зоны первого фотоприемника 3;
20 - ось светочувствительной зоны второго фотоприемника 4;
21 - первый источник возбуждающего напряжения;
22 - второй источник возбуждающего напряжения;
23 - коммутатор;
24 - выход цифрового интерфейса;
25 - сигнал на первом выходе коммутатора;
26 - сигнал на втором выходе коммутатора;
27 - сигнал на выходе первого фотоприемника;
28 - сигнал на выходе второго фотоприемника.
В предлагаемом флюориметре-мутномере длина волны света , воспринимаемого первым фотоприемником 3, находится в диапазоне от 650 нм до 690 нм, а длина волны света, воспринимаемого вторым фотоприемником 4, находится в диапазоне от 510 нм до 530 нм, который включает длину волны света, излучаемого первым источником 1. В этом случае первый фотоприемник 3 регистрирует свет, получаемый в результате флюоресценции уранина, а второй - в результате флюоресценции хлорофилла-А.
Источники 1 и 2 света, фотоприемники 3 и 4, а также система 7 передачи и регистрации результатов измерений выполнены по обычным схемам, используемым при построении флюориметров, и не имеют каких-либо особенностей.
Система 7 может включать, например, первый и второй усилители, входы которых подключены к выходам соответственно первого и второго фотоприемников 3 и 4 (входы первого и второго усилителей образуют первый и второй входы системы 7), а выходы подключены к входам аналого-цифрового преобразователя, связанного с микроконтроллером или электронно-вычислительной машиной (ЭВМ), к которой через выход 24 цифрового интерфейса по известным схемам подключены различные средства индикации и отображения информации, например монитор, самописец, принтер и т.п., или же другое вычислительное устройство (другая ЭВМ), осуществляющая накопление, хранение, дальнейшую обработку и передачу полученных данных. В качестве цифрового интерфейса может использоваться интерфейс RS-232, RS-485, а также беспроводные каналы передачи данных, например Bluetooth.
Кроме этого, система 7 имеет устройство ввода дискретных сигналов, два входа которого образуют третий и четвертый входы системы 7.
Коммутатор 23 может быть выполнен, например, в виде ЭВМ (микроЭВМ) или микроконтроллера, оснащенных устройством вывода дискретных сигналов, два выхода которого образуют выходы коммутатора 23. Коммутатор 23 циклически реализует следующие состояния: сигналы на обоих выходах отсутствуют, сигнал присутствует на первом выходе и отсутствует на втором, сигнал присутствует на втором выходе и отсутствует на первом. В качестве микроконтроллера или ЭВМ может использоваться микроконтроллер или ЭВМ, входящая в состав системы 7.
Флюориметр-мутномер выполнен, в частности, таким образом, что наружная поверхность корпуса 8 со стороны набегающего потока имеет форму цилиндра обтекаемой формы (на фиг.4 направление набегающего потока условно показано стрелками).
Оптическая связь с исследуемой средой первого и второго источников 1 и 2 света, а также первого и второго фотоприемников 3 и 4, снабженных светофильтрами 9 и 10, осуществляется с помощью линз (иллюминаторов) 11-14 из кварцевого стекла, имеющих цилиндрическую поверхность 15, сопряженную с наружной поверхностью 16 корпуса 8.
Светочувствительные зоны первого и второго фотоприемников 3 и 4 направлены навстречу набегающему потоку, а направления 17 и 18 излучения световых пучков первым и вторым источниками 1 и 2 света образуют острые углы α с осями 19 и 20 светочувствительных зон соответственно первого и второго фотоприемников 3 и 4 (см. фиг.2). Причем направление 17 излучения светового потока первым источником 1 света выбирается таким образом, чтобы оно пересекало оси светочувствительных зон и первого и второго фотоприемников 3 и 4. Обычно углы α составляют от 10° до 45°.
Флюориметр-мутномер работает следующим образом.
На первом этапе измерений оба источника 1 и 2 света выключены, а фотоприемники 3 и 4 осуществляют измерение фонового сигнала. На втором этапе первый источник 1 света включается, первый фотоприемник 3 регистрирует излучение, обусловленное флюоресценцией, а второй фотоприемник 4 регистрирует излучение, вызванное рассеиванием излучения от первого источника 1 света в мутной среде. В этом случае флуоресценция возбуждается излучением с длиной волны λ1, а регистрируется излучение с длиной волны .
На третьем этапе измерений первый источник 1 света выключен, второй включен, первый фотоприемник 1 выключен, а второй фотоприемник 4 регистрирует излучение, обусловленное флюоресценцией.
На первом этапе измерений при выключенных источниках 1 и 2 света и соответственно отсутствии сигналов от коммутатора 23 на третьем и четвертом входах системы 7 передачи и регистрации результатов измерений, система 7 производит измерение значений фонового сигнала от первого и второго фотоприемников 3 и 4 соответственно U01 и U02. На втором этапе измерений при включенном первом источнике 1 света и выключенном втором источнике 2 света (при наличии сигнала на третьем входе системы 7 и отсутствии сигнала на четвертом ее входе) система 7 регистрирует значения сигналов от первого и второго фотоприемников 3 и 4 соответственно U11 и U12.
На основании полученных данных производится вычисление мутности среды С (ЕМФ) и концентрации первого вещества (в данном случае уранина) К1 (мг/дм3) (которая пропорциональна интенсивности флюоресценции на длине волны , возбуждаемой светом с длиной волны λ1) согласно следующим формулам:
где kм - коэффициент пропорциональности, В/ЕМФ; kф1 - коэффициент пропорциональности, мг/(дм3·B).
На третьем этапе измерений при включенном втором источника 2 света и выключенном первом источнике 1 света (при наличии сигнала на четвертом входе системы 7 и отсутствии сигнала на третьем ее входе) система 7 регистрирует значение сигнала второго фотоприемника 4 U22, на основании которого вычисляется концентрация второго вещества (в данном случае хлорофилла-А) К2 (мг/дм3) (которая пропорциональна интенсивности флюоресценции на длине волны , возбуждаемой светом с длиной волны λ2). Вычисление производится согласно следующей формуле:
где kф2 - коэффициент пропорциональности, мг/(дм3·B).
При этом перед вычислениями по формулам (1)-(3) производится первичная обработка сигналов первого и второго фотоприемников 3 и 4, которая может включать в себя фильтрацию, усреднение и т.п.
Технический результат заключается в расширении функциональных возможностей за счет обеспечения возможности измерения мутности жидкости наряду с измерением концентрации веществ в жидкости флюориметрическим методом. Кроме этого, благодаря предложенной конструкции флюориметра-мутномера достигается плавное обтекание корпуса потоком жидкости, при этом измерение концентрации исследуемых веществ и мутности жидкости происходит в незначительно возмущенной области потока, чем обеспечивается устранение погрешностей, связанных с нарушением структуры исследуемого потока.
На предприятии-заявителе был изготовлен и испытан опытный образец предлагаемого флюориметра-мутномера. Испытания опытного образца подтвердили возможность получения указанного технического результата.
Таким образом, представленные чертежи и описание позволяют, используя существующую элементную базу и технологии, изготовить предлагаемый флюориметр-мутномер промышленным способом и использовать его измерения концентрации различных веществ и мутности жидкости в составе специализированных комплексов или систем, что характеризует изобретение как промышленно применимое.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Авторское свидетельство СССР №1473518, МПК G 01 N 21/64, 1987.
2. T.Platt. The feasibility of mapping the chlorophyll distribution in the gulf of St. Lawrenge. Fisheries research board of Canada. Technical report. N 332. August, 1972, p.1-3.
3. Патент РФ №2031399, МПК G 01 N 21/64, 1995.
4. Патент РФ №2182329, МПК G 01 N 21/64, 2002.
5. Патент США №4293225, МПК G 01 N 21/64, 1981 (прототип).
Claims (2)
1. Флюориметр-мутномер, содержащий первый и второй источники света с различными длинами волн излучаемого света, подключенные соответственно к первому и второму источникам возбуждающего напряжения, первый и второй фотоприемники с выходами для подключения к системе передачи и регистрации результатов измерений, при этом диапазон длин волн света, регистрируемых вторым фотоприемником, перекрывается с диапазоном длин волн света, излучаемого первым источником света, первый и второй источники возбуждающего напряжения подключены к выходам коммутатора, которые также подключены к входам системы передачи и регистрации результатов измерений, направление излучения светового потока первым источником света пересекает оси светочувствительных зон и первого и второго фотоприемников, коммутатор циклически формирует на своих выходах состояние, когда сигналы на обоих выходах отсутствуют, состояние, когда сигнал присутствует на первом выходе и отсутствует на втором, состояние, когда сигнал присутствует на втором выходе и отсутствует на первом.
2. Флюориметр-мутномер по п.1, в котором предусмотрен корпус, при этом наружная поверхность корпуса со стороны набегающего потока имеет форму цилиндра обтекаемой формы, оптическая связь с исследуемой средой первого и второго источников света, а также первого и второго фотоприемников, снабженных светофильтрами, осуществляется с помощью линз из кварцевого стекла, имеющих цилиндрическую поверхность, сопряженную с наружной поверхностью корпуса, светочувствительные зоны первого и второго фотоприемников направлены навстречу набегающему потоку, а направления излучения световых пучков первым и вторым источниками света образуют острые углы с осями светочувствительных зон соответственно первого и второго фотоприемников.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2005117253/28A RU2281479C1 (ru) | 2005-06-06 | 2005-06-06 | Флюориметр-мутномер |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2005117253/28A RU2281479C1 (ru) | 2005-06-06 | 2005-06-06 | Флюориметр-мутномер |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2281479C1 true RU2281479C1 (ru) | 2006-08-10 |
Family
ID=37059673
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2005117253/28A RU2281479C1 (ru) | 2005-06-06 | 2005-06-06 | Флюориметр-мутномер |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2281479C1 (ru) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2008033057A2 (fr) * | 2006-09-13 | 2008-03-20 | Limited Company 'gene And Cell Therapy' | Procédé de determination fluorométrique des paramètres de la photosynthèse d'organisme photo-autotrophes, dispositif pour le mettre en oeuvre et chambre de mesure |
RU177930U1 (ru) * | 2016-12-15 | 2018-03-16 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки "Федеральный исследовательский центр Южный научный центр Российской академии наук"(ЮНЦ РАН) | Автономный флуориметрический комплекс для определения содержания хлорофилла фитопланктона и общего взвешенного вещества в водной среде |
-
2005
- 2005-06-06 RU RU2005117253/28A patent/RU2281479C1/ru not_active IP Right Cessation
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2008033057A2 (fr) * | 2006-09-13 | 2008-03-20 | Limited Company 'gene And Cell Therapy' | Procédé de determination fluorométrique des paramètres de la photosynthèse d'organisme photo-autotrophes, dispositif pour le mettre en oeuvre et chambre de mesure |
WO2008033057A3 (fr) * | 2006-09-13 | 2008-05-08 | Ltd Company Gene And Cell Ther | Procédé de determination fluorométrique des paramètres de la photosynthèse d'organisme photo-autotrophes, dispositif pour le mettre en oeuvre et chambre de mesure |
RU177930U1 (ru) * | 2016-12-15 | 2018-03-16 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки "Федеральный исследовательский центр Южный научный центр Российской академии наук"(ЮНЦ РАН) | Автономный флуориметрический комплекс для определения содержания хлорофилла фитопланктона и общего взвешенного вещества в водной среде |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Zhang et al. | A smartphone-based chloridometer for point-of-care diagnostics of cystic fibrosis | |
JP4791625B2 (ja) | 分光光度・比濁検出ユニット | |
JP6134719B2 (ja) | 試料配列の自己対照型検出及び撮像のためのシステム及び方法 | |
JP2003530568A (ja) | 試料の蛍光を検出するための方法および装置 | |
US10324020B2 (en) | Fluidic optical cartridge | |
CN101743466A (zh) | 空间频率光学测量仪器和方法 | |
US20100182606A1 (en) | Apparatus and method for multi-parameter optical measurements | |
CN111491735A (zh) | 具有多种检测形式的移动生物传感仪器 | |
WO2009067043A1 (fr) | Procédé de mesure des dimensions de particules dans un liquide et dispositif de mise en oeuvre | |
RU2281479C1 (ru) | Флюориметр-мутномер | |
WO2005100955A1 (en) | Method and apparatus for determining the absorption of weakly absorbing and/or scattering liquid samples | |
JP2001033388A (ja) | クロロフィルa濃度測定方法及びその装置 | |
CN106353263A (zh) | 气体成分检测装置 | |
JP3422725B2 (ja) | ラマン分光分析と粒度分布測定を同時に行う分析装置 | |
JPS6236542A (ja) | 粒子解析装置 | |
RU49997U1 (ru) | Флюориметр | |
RU157814U1 (ru) | Лазерный флуориметр для исследования подводной среды | |
RU2308708C2 (ru) | Флюориметр | |
JPH0486546A (ja) | 検体検査装置 | |
JPH0792076A (ja) | 粒子解析装置 | |
US20220113244A1 (en) | System and method for detecting a presence of a particle in a fluid | |
JPH03154850A (ja) | 検体検査装置 | |
JP2010185738A (ja) | 被検物質濃度計測方法及び本方法を用いた被検物質濃度計測装置 | |
JPS62278436A (ja) | 蛍光測定法及び装置 | |
US6446020B1 (en) | Method of calibrating the sample height in a sample analyzer |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PC4A | Invention patent assignment |
Effective date: 20070925 |
|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20120607 |