RU2282180C1 - Thermal lens forming unit for thermal-lens spectrometry - Google Patents
Thermal lens forming unit for thermal-lens spectrometry Download PDFInfo
- Publication number
- RU2282180C1 RU2282180C1 RU2005110437/28A RU2005110437A RU2282180C1 RU 2282180 C1 RU2282180 C1 RU 2282180C1 RU 2005110437/28 A RU2005110437/28 A RU 2005110437/28A RU 2005110437 A RU2005110437 A RU 2005110437A RU 2282180 C1 RU2282180 C1 RU 2282180C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- thermal lens
- diaphragm
- thermal
- laser
- lens
- Prior art date
Links
Landscapes
- Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
Abstract
Description
Предлагаемое изобретение относится к области аналитической химии, а именно к спектрометрии, спектроскопии и спектрофотометрии.The present invention relates to the field of analytical chemistry, namely to spectrometry, spectroscopy and spectrophotometry.
Термолинзовая спектрометрия является одним из наиболее чувствительных оптических методов молекулярной спектроскопии поглощения и все более широко используется как высокочувствительный фотометрический детектор в сочетании с различными методами разделения и концентрирования.Thermal lens spectrometry is one of the most sensitive optical methods of molecular absorption spectroscopy and is increasingly used as a highly sensitive photometric detector in combination with various separation and concentration methods.
Термолинзовое детектирование обеспечивает существенное увеличение чувствительности по сравнению с традиционным УФ детектированием. Основные процессы, протекающие при формировании термолинзы (теплоперенос и формирование температурного профиля преломления), непосредственно связаны с термооптическими характеристиками среды (теплопроводность, теплоемкость, температурный градиент показателя преломления). Таким образом, за счет изменения термооптических характеристик раствора появляется возможность влиять на процесс образования термолинзы и, как следствие, контролировать величину термолинзового сигнала.Thermal lens detection provides a significant increase in sensitivity compared to conventional UV detection. The main processes that occur during the formation of the thermal lens (heat transfer and the formation of the temperature profile of refraction) are directly related to the thermo-optical characteristics of the medium (thermal conductivity, heat capacity, temperature gradient of the refractive index). Thus, by changing the thermo-optical characteristics of the solution, it becomes possible to influence the formation of the thermal lens and, as a result, to control the magnitude of the thermal lens signal.
Известно устройство формирования термолинзы, состоящее из кюветы, индуцирующего термолинзу в кювете аргонового ионного лазера с длинами волн генерации 488,0 и 514,5 нм и зондирующего гелий-неонового лазера с длиной волны 632,8 нм [М.А.Проскурнин и др. "Двухлазерный термолинзовывй спектрометр для проточного анализа", "Ж. аналитической химии", 1999 г., т.54, №1, с.101-108].A device for forming a thermal lens is known, consisting of a cuvette inducing a thermal lens in a cuvette of an argon ion laser with wavelengths of 488.0 and 514.5 nm and a probing helium-neon laser with a wavelength of 632.8 nm [M.A. Proskurnin et al. "Two-laser thermal lens spectrometer for flow analysis", "J. Analytical Chemistry", 1999, v. 54, No. 1, pp. 101-108].
Лазерный луч аргонового ионного лазера фокусируется в какой-либо точке кюветы с анализируемой жидкостью, где в результате формируется термолинза, а второй лазер исследует результаты рассеяния, пропускания света, направленного в эту точку фокусировки лазерного излучения.The laser beam of an argon ion laser is focused at some point of the cell with the analyzed liquid, where a thermal lens is formed as a result, and the second laser examines the results of scattering, transmission of light directed to this focus point of the laser radiation.
Известное устройство формирования термолинзы обладает дороговизной за счет использования индуцирующего термолинзу лазера и сопутствующего его оборудования и нестабильностью образованной термолинзы, обусловленной нестабильностью работы индуцирующего лазера.The known device for forming a thermal lens has a high cost due to the use of an inducing thermal lens laser and its associated equipment and the instability of the formed thermal lens due to the instability of the inducing laser.
Наиболее близким техническим решением к предложенному является устройство формирования термолинзы для термолинзовой спектрометрии, включающее кювету для анализируемого раствора и зондирующий лазер для анализа сформированной термолинзы [М.Ю.Кононец и др. "Изучение адсорбции комплекса железа (II) с 1,10-фенантролином на лабораторной посуде методом термолинзовой спектрометрии», «Ж. Аналитической химии», 2003 г., т.58, №4, с.382-287] Кроме того, известное устройство содержит индуцирующий аргоновый ионный лазер с длиной волны 514,5 нм. В качестве зондирующего лазера используют гелий-неоновый лазер с длиной волны 632,8 нм. Лазерный луч индуцирующего лазера фокусируется в какой-либо точке кюветы с анализируемой жидкостью, где в результате формируется термолинза, а второй лазер исследует результаты рассеяния, пропускания света, направленного в эту точку фокусировки лазерного излучения.The closest technical solution to the proposed one is a thermal lens forming device for thermal lens spectrometry, including a cuvette for the analyzed solution and a probe laser for analyzing the formed thermal lens [M.Yu. Kononets et al. "Studying the adsorption of an iron (II) complex with 1,10-phenanthroline on laboratory glassware by thermal lens spectrometry "," J. Analytical Chemistry ", 2003, vol. 58, No. 4, p. 382-287] In addition, the known device contains an induction argon ion laser with a wavelength of 514.5 nm. as a probe The laser used is a helium-neon laser with a wavelength of 632.8 nm, the laser beam of the inducing laser is focused at some point in the cell with the analyzed liquid, where a thermal lens is formed, and the second laser examines the results of scattering and transmission of light directed to this point focusing laser radiation.
Синхронизацию измерений проводили при помощи специально разработанного программного обеспечения. Термолинзовый сигнал измеряли в кварцевой кювете с длиной оптического пути 1 см. Мощность излучения индуцирующего и зондирующего лазеров в кювете с образцом составляла соответственно 180 мВт и 4 мВт.Measurement synchronization was carried out using specially developed software. The thermal lens signal was measured in a quartz cell with an optical path length of 1 cm. The radiation power of the inducing and probing lasers in the cell with the sample was 180 mW and 4 mW, respectively.
Известное устройство формирования термолинзы обладает дороговизной за счет использования индуцирующего термолинзу лазера и сопутствующего его оборудования и программного обеспечения и нестабильностью образованной термолинзы, обусловленной нестабильностью работы индуцирующего лазера.The known device for forming a thermal lens has a high cost due to the use of a laser inducing a thermal lens and related equipment and software and the instability of the formed thermal lens due to the instability of the inducing laser.
Задачей предложенного технического решения является удешевление устройства и создание условий для получения стабильной термолинзы.The objective of the proposed technical solution is to reduce the cost of the device and create the conditions for obtaining a stable thermal lens.
Поставленная задача решается тем, что устройство формирования термолинзы для термолинзовой спектрометрии, включающее кювету для анализируемого раствора и зондирующий лазер для анализа сформированной термолинзы, дополнительно содержит диафрагму, расположенную в центре кюветы, выполненную из диэлектрика и содержащую в центральной части отверстие с диаметром не более 1 мм, и два электрода, расположенных по обе стороны диафрагмы и подключенных к источнику питания, а зондирующий лазер установлен напротив отверстия диафрагмы.The problem is solved in that the device for forming a thermal lens for thermal lens spectrometry, including a cuvette for the analyzed solution and a probe laser for analyzing the formed thermal lens, additionally contains a diaphragm located in the center of the cuvette, made of a dielectric and containing a hole with a diameter of not more than 1 mm in the central part , and two electrodes located on both sides of the diaphragm and connected to a power source, and a probe laser is installed opposite the diaphragm opening.
Целесообразно кювету выполнить прозрачной или с прозрачными окнами, расположенными по обе стороны диафрагмы.It is advisable to make the cuvette transparent or with transparent windows located on both sides of the diaphragm.
Предпочтительно в качестве зондирующего лазера для анализа сформированной термолинзы использовать гелий-неоновый лазер с длиной волны излучения 628 нм с толщиной пучка менее 1 мм.It is preferable to use a helium-neon laser with a radiation wavelength of 628 nm and a beam thickness of less than 1 mm as a probe laser for analyzing the formed thermal lens.
Целесообразно в качестве анализируемых растворов выбрать электропроводящие растворы на основе кислот, оснований, органических растворителей из числа пропилена карбоната, нитрометана и диметилсульфоксида.It is advisable to use electrically conductive solutions based on acids, bases, and organic solvents among propylene carbonate, nitromethane, and dimethyl sulfoxide as the analyzed solutions.
В предлагаемом изобретении действие индуцирующего лазера заменяется на аналогичное действие электродов, помещенных в анализируемый раствор и формирующих в определенном месте раствора термолинзу с помощью электрического тока. При этом место формирования термолинзы находится в отверстии диафрагмы. Зондирующий лазер, формирующий световой луч, также направлен в данное место, и путем пропускания света через термолинзу измеряется появившееся пространственное распределение интенсивности и спектральная картина этого пространственного распределения интенсивности.In the present invention, the action of the inducing laser is replaced by a similar action of the electrodes placed in the analyzed solution and forming a thermal lens in a certain place of the solution using electric current. In this case, the place of formation of the thermal lens is located in the hole of the diaphragm. A probe laser forming a light beam is also directed to this place, and by transmitting light through a thermal lens, the emerging spatial intensity distribution and the spectral pattern of this spatial intensity distribution are measured.
На чертеже представлен общий вид устройства.The drawing shows a General view of the device.
Устройство состоит из кюветы 1, внутри которой находится анализируемый раствор, с оптическими окнами 2, диафрагма 3 с отверстием 4, электроды 5, зондирующий лазер 6, формирующий световой луч 7, спектральный прибор 8, источник тока 9, отверстия 10 в кювете 1.The device consists of a cuvette 1, inside which there is an analyzed solution, with optical windows 2, a diaphragm 3 with a hole 4, electrodes 5, a probe laser 6, forming a light beam 7, a spectral device 8, a current source 9, holes 10 in the cuvette 1.
Диафрагма 3 размещена в кювете 1 между окнами 2. Электроды 5 расположены с разных сторон диафрагмы 3. Лазер 6, формирующий световой луч 7 и спектральный прибор 8 направлены на отверстие 4 в диафрагме 3. Окна 2 выполнены из светопропускающего материала, а диафрагма 3 и кювета 1 - из диэлектрика.The diaphragm 3 is placed in the cuvette 1 between the windows 2. The electrodes 5 are located on different sides of the diaphragm 3. The laser 6 forming the light beam 7 and the spectral device 8 are directed to the hole 4 in the diaphragm 3. The windows 2 are made of light-transmitting material, and the diaphragm 3 and the cuvette 1 - from dielectric.
Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.
Пробу анализируемого раствора, например хлористого натрия в дистиллированной воде 7·10-2 М, помешают в кювету 1 из оргстекла объемом 50 мл. Пробу заполняют в кювету 1 таким образом, чтобы раствор находился по обе стороны от диэлектрической (в данном случае - тефлоновой диафрагмы) с отверстием, а электроды 5 были погружены в раствор.A sample of the analyzed solution, for example sodium chloride in distilled water 7 · 10 -2 M, will be placed in a 50 ml plexiglass cuvette 1. The sample is filled into cuvette 1 so that the solution is located on both sides of the dielectric (in this case, Teflon diaphragm) with a hole, and the electrodes 5 are immersed in the solution.
На электроды 5 подают электрическое напряжение от источника тока 9, которое вызывает в электропроводящем растворе ток, плотность которого максимальна в отверстии 4, что приводит к локальному нагреванию вещества в этом месте. За счет локального нагрева в отверстии формируется так называемая термолинза из анализируемого раствора, через термолинзу пропускают световой луч 7 и анализируется взаимодействие светового луча 7 с термолинзой с помощью спектрального прибора 8.The electrodes 5 are supplied with electric voltage from a current source 9, which causes a current in the electrically conductive solution, the density of which is maximum in the hole 4, which leads to local heating of the substance in this place. Due to local heating in the hole, a so-called thermal lens is formed from the analyzed solution, the light beam 7 is passed through the thermal lens and the interaction of the light beam 7 with the thermal lens is analyzed using a spectral device 8.
В качестве зондирующего лазера для анализа сформированной термолинзы используют гелий-неоновый лазер с длиной волны излучения 628 нм с толщиной пучка менее 1 мм.A helium-neon laser with a radiation wavelength of 628 nm and a beam thickness of less than 1 mm is used as a probe laser to analyze the formed thermal lens.
Лазерный луч пропускают сквозь раствор через оптические окна по обе стороны от диафрагмы так, чтобы луч проходил точно в отверстие 4. Без наложения напряжения на электроды 5 луч образует на экране, расположенном на расстоянии 80 см от кюветы, световое пятно диаметром 7 мм вследствие уширения из-за естественных причин. В центре пятна определяют интенсивность излучения I0, в качестве спектрального прибора используют фотодиод типа ФД-7К.A laser beam is passed through the solution through optical windows on either side of the diaphragm so that the beam passes exactly into the hole 4. Without applying voltage to the electrodes 5, the beam forms a light spot with a diameter of 7 mm on a screen 80 cm from the cell due to the broadening of due to natural causes. In the center of the spot, the radiation intensity I 0 is determined; a photodiode of the FD-7K type is used as a spectral device.
При наложении на электроды в емкости постоянного напряжения, равного 41,6 В вследствие омического нагрева объема раствора, прилегающего к отверстию в пластине, формируется термолинза, из-за чего лазерный луч дополнительно уширяется и световое пятно на экране становится шире - диаметром около 15 мм. Интенсивность излучения в пятне становится меньше и равна IB, причем отношение I0/IB=14.When a constant voltage of 41.6 V is applied to the electrodes in the capacitance due to ohmic heating of the volume of the solution adjacent to the hole in the plate, a thermal lens is formed, due to which the laser beam is further broadened and the light spot on the screen becomes wider - about 15 mm in diameter. The radiation intensity in the spot becomes less and equal to I B , and the ratio I 0 / I B = 14.
При использовании в аналогичном эксперименте пробы 7·10-3 М раствора хлористого натрия в дистиллированной воде при наложении на электроды 5 в кювете 1 постоянного напряжения в 41,6 В пробный лазерный пучок уширяется в меньшей степени и интенсивность излучения в пятне падает до отношения I0/IB=6.When a sample of 7 · 10 -3 M sodium chloride solution in distilled water is used in a similar experiment, when a constant voltage of 41.6 V is applied to electrodes 5 in cuvette 1, the probe laser beam broadens to a lesser extent and the radiation intensity in the spot decreases to the ratio I 0 / I B = 6.
Для отверстия в диафрагме диаметром в 1 мм и межэлектродном расстоянии 6,5 см получено, что при температуре раствора 25°С с удельной электропроводностью 70 Ом-1см-1 формирование термолинзы с двукратным падением интенсивности зондирующего лазерного пучка происходит при напряжении на электродах примерно 41,5 В, а при удельной электропроводности 8 Ом-1см-1 - при напряжении примерно 55 В.For a hole in the diaphragm with a diameter of 1 mm and an interelectrode distance of 6.5 cm, it was found that at a solution temperature of 25 ° C with a conductivity of 70 Ohm -1 cm -1, the formation of a thermal lens with a twofold decrease in the intensity of the probe laser beam occurs at a voltage of approximately 41 , 5 V, and with a specific conductivity of 8 Ohms -1 cm -1 - at a voltage of about 55 V.
Предложенное устройство формирования термолинзы для термолинзовой спектрометрии применимо ко всем электропроводящим жидким растворам. Практический интерес имеют в первую очередь растворы малых и сверхмалых концентраций, имеющие достаточно слабое светопоглощение и светорассеяние. Это водные растворы, в том числе растворы кислот, оснований, а также ряд органических растворителей типа пропилен карбоната, нитрометана и диметилсульфоксида.The proposed thermal lens forming device for thermal lens spectrometry is applicable to all electrically conductive liquid solutions. Of practical interest are, first of all, solutions of small and ultra-low concentrations, which have rather weak light absorption and light scattering. These are aqueous solutions, including solutions of acids, bases, as well as a number of organic solvents such as propylene carbonate, nitromethane and dimethyl sulfoxide.
Водные растворы по своим свойствам не являются наиболее благоприятными для измерений по своим свойствам, однако они с успехом могут использоваться для этого, и образование термолинзы заметного размера происходит при сравнительно умеренных напряжениях на электродах - порядка 40 В, при оценочном объеме термолинзы порядка 10-3 см3, при концентрациях раствора 10-1-10-3 М. Поскольку энергия, рассеиваемая в объеме при протекании электрического тока, пропорциональна квадрату напряжения между электродами и обратно пропорциональна сопротивлению раствора, то при практически доступных напряжениях порядка нескольких кВ данное устройство может быть применимо в дальнейшем для термолинзовой спектрометрии концентрации водных растворов порядка 10-7-10-8 М.Aqueous solutions by their properties are not the most favorable for measurements by their properties, however, they can be successfully used for this, and the formation of a thermal lens of a noticeable size occurs at relatively moderate voltage on the electrodes - about 40 V, with an estimated volume of the thermal lens about 10 -3 cm 3 , at a solution concentration of 10 -1 -10 -3 M. Since the energy dissipated in the volume during the flow of electric current is proportional to the square of the voltage between the electrodes and inversely proportional to the resistance p solution, then at practically accessible voltages of the order of several kV, this device can be applicable in the future for thermal lens spectrometry of the concentration of aqueous solutions of the order of 10 -7 -10 -8 M.
Поскольку вместо дорогостоящего лазера, как в прототипе, в предлагаемом изобретении использованы более дешевые источник света и источник напряжения с электродами, это позволяет удешевить способ термолинзовой спектроскопии и получить более стабильную термолинзу.Since instead of an expensive laser, as in the prototype, the proposed invention uses a cheaper light source and a voltage source with electrodes, this makes it possible to reduce the cost of the thermal lens spectroscopy method and obtain a more stable thermal lens.
Claims (4)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2005110437/28A RU2282180C1 (en) | 2005-04-12 | 2005-04-12 | Thermal lens forming unit for thermal-lens spectrometry |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2005110437/28A RU2282180C1 (en) | 2005-04-12 | 2005-04-12 | Thermal lens forming unit for thermal-lens spectrometry |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2282180C1 true RU2282180C1 (en) | 2006-08-20 |
Family
ID=37060688
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2005110437/28A RU2282180C1 (en) | 2005-04-12 | 2005-04-12 | Thermal lens forming unit for thermal-lens spectrometry |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2282180C1 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2456581C1 (en) * | 2010-12-29 | 2012-07-20 | Учреждение Российской академии наук Ордена Ленина и Ордена Октябрьской Революции Институт геохимии и аналитической химии им. В.И. Вернадского РАН (ГЕОХИ РАН) | Cell for thermal lens spectrometry |
| RU2463568C1 (en) * | 2011-05-11 | 2012-10-10 | Учреждение Российской академии наук Ордена Ленина и Ордена Октябрьской Революции Институт геохимии и аналитической химии им. В.И. Вернадского РАН (ГЕОХИ РАН) | Apparatus for thermal lens spectroscopy |
-
2005
- 2005-04-12 RU RU2005110437/28A patent/RU2282180C1/en not_active IP Right Cessation
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| КОНОНЕЦ М.Ю. и др. Изучение адсорбции комплекса железа (II) с 1,10-фенантролином на лабораторной посуде методом термолинзовой спектрометрии. Журнал аналитической химии. 2003, т.58, №4 с.382. * |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2456581C1 (en) * | 2010-12-29 | 2012-07-20 | Учреждение Российской академии наук Ордена Ленина и Ордена Октябрьской Революции Институт геохимии и аналитической химии им. В.И. Вернадского РАН (ГЕОХИ РАН) | Cell for thermal lens spectrometry |
| RU2463568C1 (en) * | 2011-05-11 | 2012-10-10 | Учреждение Российской академии наук Ордена Ленина и Ордена Октябрьской Революции Институт геохимии и аналитической химии им. В.И. Вернадского РАН (ГЕОХИ РАН) | Apparatus for thermal lens spectroscopy |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US5021646A (en) | Remote optical path for capillary electrophoresis instrument | |
| US5066382A (en) | Thermal control for capillary electrophoresis apparatus | |
| Chen et al. | Raman spectroscopic detection system for capillary zone electrophoresis | |
| JP4648343B2 (en) | Electrophoresis device | |
| US5221448A (en) | Buffer gradient and temperature gradient capillary electrophoresis | |
| RU2282180C1 (en) | Thermal lens forming unit for thermal-lens spectrometry | |
| US20020094580A1 (en) | Photothermal absorbance detection apparatus and method of using same | |
| CN105675560A (en) | Method for obtaining fluorescence emission spectrum information of single polymer molecule in shearing field | |
| US5037523A (en) | Air cooled cartridge for capillary electrophoresis | |
| JPH0663964B2 (en) | Micro flow cell | |
| JP3944044B2 (en) | Multicapillary array electrophoresis device | |
| Song et al. | Application of liquid waveguide to Raman spectroscopy in aqueous solution | |
| JP5039156B2 (en) | Electrophoresis device | |
| Naumov et al. | Moments of single-molecule spectra in low-temperature glasses: Measurements and model calculations | |
| Lozier | [17] Rapid kinetic optical absorption spectroscopy of bacteriorhodopsin photocycles | |
| RU86013U1 (en) | DEVICE FOR THERMAL LENS SPECTROMETRY | |
| Kitamura et al. | Photometric analyses of optically-trapped single microparticles in solution | |
| US5047134A (en) | Buffer gradient and temperature gradient capillary electrophoresis | |
| KR101229404B1 (en) | A hazardous substances detection sensor chip | |
| JP4045253B2 (en) | Capillary and electrophoresis device | |
| US3947124A (en) | Analytical spectroelectrochemistry | |
| US4402606A (en) | Optogalvanic intracavity quantitative detector and method for its use | |
| Li et al. | A high‐sensitivity LIF detector with silver mirror coating detection window and small‐angle optical deflection from collinear system for CE | |
| RU2456581C1 (en) | Cell for thermal lens spectrometry | |
| Ruddick et al. | Development of a Raman detector for capillary electrophoresis |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20150413 |