RU2347212C2

RU2347212C2 - Spectrometer

Info

Publication number: RU2347212C2
Application number: RU2007112213/28A
Authority: RU
Inventors: Альберт Харисович Гильмутдинов (RU); Альберт Харисович Гильмутдинов; Константин Юрьевич Нагулин (RU); Константин Юрьевич Нагулин
Original assignee: Альберт Харисович Гильмутдинов; Константин Юрьевич Нагулин
Priority date: 2007-03-22
Filing date: 2007-03-22
Publication date: 2009-02-20
Also published as: RU2007112213A

Abstract

FIELD: physics; measuring.

SUBSTANCE: used for qualitative and quantitative determination of a chemical compound of substances. The spectrometer is included consistently located by the lighter with a radiant single-curved and continuous radiation, the compartment for samples in which one of interchangeable meshes can be erected for the sample-atomisator, the basin, the holder of firm samples, a dispersive unit and the positionally-sensitive photodetector, capable to change the orientation concerning a direction of a variance of a dispersive unit, so maintenance of excitation of spectrums of fluorescence with monochromatic radiation with smoothly changeable wave length in a compartment for samples is located a mesh containing a rotary diffraction grating with the reading mechanism, an exit slit with adjustable breadth, to a ditch with explored substance and the objective, thus radiation of a radiant with a continuous spectrum by means of an objective of the lighting plan is projected on a rotary diffraction grating with the reading mechanism developing the given diffraction grating, diffracted monochromatic radiation is oozed with an exit slit and gets to a basin, raising fluorescence of explored substance, radiation of fluorescence of explored substance by an objective of a mesh and an objective of lighting system is transferred on an input crack of a dispersive knot regulated on breadth.

EFFECT: expansion of functionality of a spectrometer in a mode of the fluorescent analyser without changes in the optical plan of the lighter of a spectrometer, increase of accuracy and correctness of the fluorescent analysis.

2 tbl, 5 dwg

Description

Изобретение относится к оптике. Может найти применение для качественного и количественного контроля химического состава и физико-химических свойств газообразных, жидких и твердых веществ, а также в качестве учебного оборудования для подготовки специалистов в области спектрального анализа.The invention relates to optics. It can be used for qualitative and quantitative control of the chemical composition and physico-chemical properties of gaseous, liquid and solid substances, as well as educational equipment for training specialists in the field of spectral analysis.

Известны люминесцентные фотометры, позволяющие измерять интенсивность люминесценции различных элементов и веществ [1, 2]. Для возбуждения люминесценции применяют излучение источника сплошного спектра, предварительно монохроматизированное с помощью светофильтров. Недостатком подобных устройств является невозможность измерения спектров возбуждения люминесценции, а также ограниченный выбор спектральных интервалов возбуждающего излучения, что может привести к неоптимальному возбуждению спектров люминесценции и, следовательно, к снижению чувствительности и правильности анализа.Luminescent photometers are known, which make it possible to measure the luminescence intensity of various elements and substances [1, 2]. To excite luminescence, radiation from a source of a continuous spectrum, previously monochromatized using light filters, is used. The disadvantage of such devices is the impossibility of measuring the luminescence excitation spectra, as well as the limited choice of spectral ranges of the excitation radiation, which can lead to non-optimal excitation of the luminescence spectra and, therefore, to a decrease in the sensitivity and accuracy of the analysis.

Известен люминесцентный спектрометр СДЛ-1 [3], в котором выделение спектрального интервала возбуждающего излучения производится с помощью дифракционного монохроматора, состоящего из входной щели, коллиматорного зеркала, плоской дифракционной решетки, камерного зеркала и выходной щели. Такой спектрометр позволяет регистрировать не только спектры излучения люминесценции, но и спектры возбуждения люминесценции, что особенно важно при анализе веществ с неизвестными полосами возбуждения и в целях обучения. Недостатком прибора является сложность оптической схемы и значительные потери излучения на большом количестве оптических элементов. Сложная оптическая схема монохроматора возбуждения не позволяет применять ее в универсальных спектрометрах, реализующих несколько различных методов спектрального анализа вещества.Known luminescent spectrometer SDL-1 [3], in which the spectral interval of the exciting radiation is extracted using a diffraction monochromator consisting of an entrance slit, a collimator mirror, a flat diffraction grating, a camera mirror and an exit slit. Such a spectrometer makes it possible to record not only luminescence emission spectra, but also luminescence excitation spectra, which is especially important when analyzing substances with unknown excitation bands and for training purposes. The disadvantage of this device is the complexity of the optical scheme and significant radiation loss on a large number of optical elements. The complex optical design of the excitation monochromator does not allow its use in universal spectrometers that implement several different methods of spectral analysis of matter.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является универсальный спектрометр [4], в котором на единой оптико-механической платформе реализованы возможности проведения атомно-абсорбционных и атомно-эмиссионных измерений, флуоресценции, спектров поглощения, рассеяния, отражения и люминесценции жидких, твердых и газообразных веществ. Оптическая система спектрометра [3] выполнена путем последовательного расположения осветителя, отсека для образцов, диспергирующего узла (полихроматора) и позиционно-чувствительного фотоприемника, способного располагаться вдоль или поперек дисперсии полихроматора. Осветитель выполнен перестраиваемым в зависимости от вида измерения, в отсек для образцов установлена одна из взаимозаменяемых ячеек для образца - атомизатор, кювета и держатель твердых образцов. Недостатком устройства [3] является использование для возбуждения спектров люминесценции анализируемого вещества немонохроматического излучения от источника сплошного спектра. Это может привести к погрешностям при флуоресцентных измерениях, снижению чувствительности и невозможности регистрации спектров возбуждения люминесценции. Облучение исследуемой пробы ультрафиолетовым излучением в широком спектральном интервале может вызвать изменения ее химического состава или структуры. Ограниченность набора спектральных линий при использовании линейчатого источника спектра также исключает возможность оптимизации условий возбуждения люминесценции.Closest to the proposed invention is a universal spectrometer [4], in which the capabilities of atomic absorption and atomic emission measurements, fluorescence, absorption, scattering, reflection and luminescence spectra of liquid, solid and gaseous substances are realized on a single optical-mechanical platform. The optical system of the spectrometer [3] is made by sequentially arranging a illuminator, a sample compartment, a dispersing unit (polychromator), and a position-sensitive photodetector capable of being located along or across the dispersion of the polychromator. The illuminator is made tunable depending on the type of measurement; one of the interchangeable cells for the sample is installed in the sample compartment — an atomizer, a cuvette and a holder for solid samples. The disadvantage of the device [3] is the use for excitation of the luminescence spectra of the analyte non-monochromatic radiation from a source of continuous spectrum. This can lead to errors in fluorescence measurements, a decrease in sensitivity and the inability to register the luminescence excitation spectra. Irradiation of the test sample with ultraviolet radiation in a wide spectral range can cause changes in its chemical composition or structure. The limited set of spectral lines when using a line source of the spectrum also excludes the possibility of optimizing the conditions of luminescence excitation.

Целью предлагаемого изобретения является расширение функциональных возможностей спектрометра [3] в режиме флуоресцентного анализатора без изменений в оптической схеме осветителя спектрометра, повышение точности и правильности флуоресцентного анализа.The aim of the invention is to expand the functionality of the spectrometer [3] in the mode of a fluorescence analyzer without changes in the optical scheme of the illuminator of the spectrometer, increasing the accuracy and correctness of fluorescence analysis.

Цель достигается тем, что в спектрометре, включающем последовательно расположенные осветитель с источником линейчатого и сплошного излучения, отсек для образцов, в который может быть установлена одна из взаимозаменяемых ячеек для образца - атомизатор, кювета, держатель твердых образцов, диспергирующий узел и позиционно-чувствительный фотоприемник, способный менять свою ориентацию относительно направления дисперсии диспергирующего узла, в отсеке для образцов расположена ячейка, содержащая поворотную дифракционную решетку с отсчетным механизмом, выходную щель с регулируемой шириной, кювету с исследуемым веществом и объектив, при этом излучение источника со сплошным спектром посредством объектива осветительной системы проецируется на поворотную дифракционную решетку с отсчетным механизмом, разворачивающим данную дифракционную решетку, дифрагированное монохроматическое излучение выделяется выходной щелью и попадает в кювету, возбуждая флуоресценцию исследуемого вещества, излучение флуоресценции исследуемого вещества объективом ячейки и объективом осветительной системы переносится на входную регулируемую по ширине щель диспергирующего узла.The goal is achieved by the fact that in the spectrometer, which includes a sequentially located illuminator with a source of linear and continuous radiation, a compartment for samples, in which one of the interchangeable cells for the sample can be installed - an atomizer, a cuvette, a holder of solid samples, a dispersing unit and a position-sensitive photodetector capable of changing its orientation with respect to the dispersion direction of the dispersing assembly, a cell is located in the sample compartment containing a rotational diffraction grating with reference a mechanism, an output slit with an adjustable width, a cuvette with a test substance and a lens, while the radiation of a source with a continuous spectrum is projected through a lens of the lighting system onto a rotary diffraction grating with a readout mechanism that unfolds this diffraction grating, the diffracted monochromatic radiation is emitted by the exit slit and enters the cell By exciting the fluorescence of the test substance, the fluorescence emission of the test substance by the cell lens and the illuminator lens system is transferred to the input slit of the dispersing unit, which is adjustable in width.

На Фиг.1 схематично показано предлагаемое устройство в режиме флуоресцентного анализатора.Figure 1 schematically shows the proposed device in the mode of a fluorescent analyzer.

Спектрометр в режиме флуоресцентного анализатора работает следующим образом. В осветителе включают источник сплошного спектра. Излучение источника со сплошным спектром 1 посредством объектива 2 осветительной схемы проецируется на поворотную дифракционную решетку 3 с отсчетным механизмом 4. Дифрагированное монохроматическое излучение выделяется выходной щелью 5 и попадает в кювету 6, возбуждая флуоресценцию исследуемого вещества. Дифракционная решетка работает в сходящемся пучке, который формируется в кюветном отделении осветительной системой. Для изменения длины волны возбуждения дифракционная решетка способна поворачиваться. В табл.1 в качестве примера приведены значения углов падения излучения на дифракционную решетку и углов дифракции для спектрального интервала от 200 нм до 400 нм при использовании дифракционной решетки 600 штр/мм.The spectrometer in the mode of a fluorescent analyzer operates as follows. In the illuminator include a source of continuous spectrum. The radiation from a source with a continuous spectrum 1 through a lens 2 of the illumination circuit is projected onto a rotary diffraction grating 3 with a readout mechanism 4. The diffracted monochromatic radiation is emitted by the exit slit 5 and enters the cell 6, exciting the fluorescence of the substance under study. The diffraction grating operates in a converging beam, which is formed in the cell compartment by the lighting system. To change the excitation wavelength, the diffraction grating is able to rotate. Table 1 shows, by way of example, the values of the angles of incidence of radiation on the diffraction grating and the diffraction angles for the spectral range from 200 nm to 400 nm when using a diffraction grating of 600 lines / mm.

Излучение флуоресценции исследуемого вещества объективом ячейки 7 и объективом осветительной системы 8 переносится на входную щель 9 с регулируемой шириной. Выделенное диспергирующим узлом 10 излучение попадает на позиционно-чувствительный фотоприемник 11. При ориентации фотоприемника 11 вдоль направления дисперсии диспергирующего узла 10 фотоприемник 11 регистрирует зависимость интенсивности излучения от его длины волны. При ориентации фотоприемника 11 поперек направления дисперсии диспергирующего узла 10 фотоприемник 11 регистрирует пространственное распределение интенсивности излучения вдоль направления ножей входной щели 9 на одной длине волны. Поскольку оптическая система ячейки содержит небольшое количество оптических элементов, потери излучения невелики.The fluorescence radiation of the test substance by the lens of the cell 7 and the lens of the lighting system 8 is transferred to the entrance slit 9 with an adjustable width. The radiation extracted by the dispersing unit 10 is incident on a position-sensitive photodetector 11. When the photodetector 11 is oriented along the dispersion direction of the dispersing unit 10, the photodetector 11 detects the dependence of the radiation intensity on its wavelength. When the photodetector 11 is oriented across the dispersion direction of the dispersing assembly 10, the photodetector 11 registers the spatial distribution of the radiation intensity along the direction of the knives of the entrance slit 9 at the same wavelength. Since the optical system of the cell contains a small number of optical elements, the radiation loss is small.

Измерения спектров флуоресценции с использованием предлагаемого спектрометра выполняют, например, следующим образом. В кюветное отделение спектрометра устанавливается ячейка, содержащая поворотную дифракционную решетку с отсчетным механизмом, выходную щель, кювету с исследуемым веществом и объектив. По отсчетному механизму дифракционной решетки выставляют необходимую длину волны возбуждения спектров флуоресценции. Включают штатный источник сплошного излучения 1 спектрофотометра. Изменяя с помощью штатного диспергирующего узла 10 спектрометра длину волны, регистрируют фотоприемником 11 зависимость интенсивности излучения флуоресценции исследуемого вещества от длины волны.Measurement of fluorescence spectra using the proposed spectrometer is performed, for example, as follows. A cell containing a rotary diffraction grating with a readout mechanism, an exit slit, a cuvette with a test substance and a lens is installed in the cell compartment of the spectrometer. According to the reading mechanism of the diffraction grating, the necessary excitation wavelength of the fluorescence spectra is set. Include a regular source of continuous radiation of 1 spectrophotometer. By changing the wavelength using a standard dispersing unit 10 of the spectrometer, the photodetector 11 records the dependence of the fluorescence emission intensity of the test substance on the wavelength.

Измерения спектров возбуждения флуоресценции с использованием предлагаемого спектрометра выполняют, например, следующим образом. В кюветное отделение спектрометра устанавливается ячейка, содержащая поворотную дифракционную решетку с отсчетным механизмом, выходную щель, кювету с исследуемым веществом и объектив. Включают штатный источник сплошного излучения 1 спектрофотометра. Диспергирующий узел 10 спектрометра настраивают на длину волны максимума излучения флуоресценции исследуемого вещества. Меняя длину волны возбуждения флуоресценции путем разворота дифракционной решетки 3 с помощью отсчетного механизма 4 регистрируют фотоприемником 11 зависимость интенсивности флуоресценции от длины волны возбуждающего излучения. Расположение фотоприемника 11 вдоль или поперек дисперсии диспергирующего узла 10 позволяет регистрировать флуоресценцию пробы со спектральным или пространственным разрешением соответственно.Measurement of the fluorescence excitation spectra using the proposed spectrometer is performed, for example, as follows. A cell containing a rotary diffraction grating with a readout mechanism, an exit slit, a cuvette with a test substance and a lens is installed in the cell compartment of the spectrometer. Include a regular source of continuous radiation of 1 spectrophotometer. The dispersing unit 10 of the spectrometer is tuned to the wavelength of the maximum fluorescence emission of the test substance. By changing the wavelength of the fluorescence excitation by turning the diffraction grating 3 using the reading mechanism 4, the photodetector 11 records the dependence of the fluorescence intensity on the wavelength of the exciting radiation. The location of the photodetector 11 along or across the dispersion of the dispersing unit 10 allows you to register the fluorescence of the sample with spectral or spatial resolution, respectively.

Таким образом, введение предварительной монохроматизации возбуждающего излучения расширяет функциональные возможности прототипа, повышает точность и правильность флуоресцентного анализа. Необходимо отметить, что для проведения флуоресцентных измерений в предложенном спектрометре не требуется изменения оптической системы спектрометра, предназначенного для атомно-абсорбционных/эмиссионных измерений и спектрофотометрии.Thus, the introduction of preliminary monochromatization of the exciting radiation expands the functionality of the prototype, increases the accuracy and correctness of fluorescence analysis. It should be noted that for carrying out fluorescence measurements in the proposed spectrometer, it is not necessary to change the optical system of the spectrometer designed for atomic absorption / emission measurements and spectrophotometry.

На Фиг.2 схематично показано предлагаемое устройство в режимах атомно-абсорбционного/эмиссионного анализатора или спектрофотометра.Figure 2 schematically shows the proposed device in the modes of an atomic absorption / emission analyzer or spectrophotometer.

Спектрометр в режиме атомно-абсорбционного анализатора с коррекцией неселективного поглощения работает следующим образом (см. Фиг.2). В осветителе поочередно с частотой модуляции (модулятор на фигуре не показан) включаются источники излучения сплошного 1 и линейчатого 2 спектра. Изображения светящихся тел источников 1 и 2 совмещаются, например полупрозрачным зеркалом 3 и объективом 4 осветительной схемы проецируется в центр кюветного отделения, где расположен атомизатор 5, далее объективом 6 изображение светящихся тел источников 1, 2 и центральной зоны атомизатора 5 строятся в плоскости входной щели 7 с регулируемой шириной. Выделенное диспергирующим узлом 8 излучение попадает на позиционно-чувствительный фотоприемник 9. При ориентации фотоприемника 9 вдоль направления дисперсии диспергирующего узла 8 фотоприемник регистрирует зависимость интенсивности излучения, прошедшего атомизатор, от длины волны. При ориентации фотоприемника 9 поперек направления дисперсии диспергирующего узла 8 фотоприемник регистрирует пространственное распределение интенсивности излучения, прошедшего атомизатор, вдоль направления ножей входной щели 7 на одной длине волны. Измеряя интенсивность излучения, прошедшего атомизатор, до начала атомизации и в процессе атомизации анализируемой пробы, вычисляют величину атомного поглощения. Учет пространственных неоднородностей селективно и неселективно поглощающих паров в атомизаторе устраняет погрешность аналитического сигнала и повышает достоверность измерения атомной абсорбции.The spectrometer in the mode of an atomic absorption analyzer with correction of non-selective absorption works as follows (see Figure 2). In the illuminator, alternating with the modulation frequency (the modulator is not shown in the figure), the radiation sources of the continuous 1 and line 2 spectra are switched on. Images of luminous bodies of sources 1 and 2 are combined, for example, a translucent mirror 3 and a lens 4 of the lighting scheme are projected into the center of the cell compartment where atomizer 5 is located, then with lens 6 the image of luminous bodies of sources 1, 2 and the central zone of atomizer 5 are built in the plane of the entrance slit 7 with adjustable width. The radiation extracted by the dispersing unit 8 is incident on a position-sensitive photodetector 9. When the photodetector 9 is oriented along the dispersion direction of the dispersing unit 8, the photodetector registers the dependence of the radiation intensity transmitted through the atomizer on the wavelength. When the photodetector 9 is oriented across the dispersion direction of the dispersing unit 8, the photodetector registers the spatial distribution of the intensity of radiation transmitted by the atomizer along the direction of the knives of the entrance slit 7 at the same wavelength. By measuring the intensity of the radiation passed through the atomizer, before the start of atomization and during the atomization of the analyzed sample, the atomic absorption value is calculated. Taking into account spatial inhomogeneities of selectively and nonselectively absorbing vapors in the atomizer eliminates the error of the analytical signal and increases the reliability of the measurement of atomic absorption.

Спектрометр в режиме атомно-эмиссионного анализатора работает следующим образом (см. Фиг.2). В осветителе источники сплошного 1 и линейчатого 2 спектра отключены. Изображение центральной зоны атомизатора 5, расположенного в кюветном отделении спектрометра, объективом 6 строится в плоскости входной щели 7 с регулируемой шириной. Выделенное диспергирующим узлом 8 излучение атомов в атомизаторе 5 попадает на позиционно-чувствительный фотоприемник 9. При ориентации фотоприемника 9 вдоль направления дисперсии диспергирующего узла 8 фотоприемник регистрирует зависимость интенсивности излучения атомов анализируемого вещества от длины волны. При ориентации фотоприемника 9 поперек направления дисперсии диспергирующего узла 8 фотоприемник регистрирует пространственное распределение интенсивности излучения атомов анализируемого вещества вдоль направления ножей входной щели 7 на одной длине волны. Измеряя интенсивность излучения атомов анализируемого вещества до начала атомизации и в процессе атомизации исследуемой пробы, вычисляют величину атомной эмиссии. Учет пространственных неоднородностей излучающих паров в атомизаторе устраняет погрешность аналитического сигнала и повышает достоверность измерения атомной эмиссии.The spectrometer in the mode of an atomic emission analyzer operates as follows (see Figure 2). In the illuminator, solid 1 and line 2 spectrum sources are turned off. The image of the central zone of the atomizer 5, located in the cuvette compartment of the spectrometer, with a lens 6 is built in the plane of the entrance slit 7 with an adjustable width. The radiation of atoms extracted by the dispersing unit 8 from the atomizer 5 is incident on a position-sensitive photodetector 9. When the photodetector 9 is oriented along the dispersion direction of the dispersing unit 8, the photodetector registers the dependence of the radiation intensity of atoms of the analyte on the wavelength. When the photodetector 9 is oriented across the dispersion direction of the dispersing unit 8, the photodetector registers the spatial distribution of the radiation intensity of atoms of the analyte along the direction of the knives of the entrance slit 7 at the same wavelength. By measuring the radiation intensity of the atoms of the analyte before the start of atomization and in the process of atomization of the test sample, calculate the value of atomic emission. Taking into account the spatial inhomogeneities of the emitting vapors in the atomizer eliminates the error of the analytical signal and increases the reliability of the measurement of atomic emission.

Предлагаемое устройство в режиме спектрофотометра работает следующим образом (см. Фиг.2). В осветителе включается источник сплошного спектра 1. Изображение светящегося тела источника 1 объективом 4 осветительной схемы проецируется в центр кюветного отделения спектрометра, где расположена кювета 5 с жидкой или газообразной пробой или держатель твердых образцов, далее объективом 6 изображение светящегося тела источника 1 и центральной зоны кюветы 5 строятся в плоскости входной щели 7 с регулируемой шириной. Выделенное диспергирующим узлом 8 излучение попадает на позиционно-чувствительный фотоприемник 9. При ориентации фотоприемника 9 вдоль направления дисперсии диспергирующего узла 8 фотоприемник регистрирует зависимость интенсивности прошедшего кювету излучения от его длины волны. При ориентации фотоприемника 9 поперек направления дисперсии диспергирующего узла 8 фотоприемник регистрирует пространственное распределение интенсивности прошедшего кювету излучения вдоль направления ножей входной щели 7 на одной длине волны. Измеряя интенсивность прошедшего излучения через пустую и заполненную исследуемым веществом кювету, вычисляют величину пропускания или поглощения. Учет пространственных неоднородностей излучения источника, а также поглощающих свойств кюветы и исследуемого образца устраняет погрешность аналитического сигнала и повышает достоверность измерения поглощательной способности.The proposed device in the spectrophotometer mode operates as follows (see Figure 2). The continuous spectrum source 1 is switched on in the illuminator. The image of the luminous source body 1 with the lens 4 of the lighting circuit is projected to the center of the cuvette compartment of the spectrometer, where the cuvette 5 with a liquid or gaseous sample or the holder of solid samples is located, then with lens 6 the image of the luminous body of source 1 and the central zone of the cuvet 5 are built in the plane of the entrance slit 7 with an adjustable width. The radiation extracted by the dispersing unit 8 is incident on a position-sensitive photodetector 9. When the photodetector 9 is oriented along the dispersion direction of the dispersing unit 8, the photodetector registers the dependence of the intensity of the transmitted radiation on the wavelength of the cell. When the photodetector 9 is oriented across the dispersion direction of the dispersing unit 8, the photodetector registers the spatial distribution of the intensity of the radiation transmitted through the cell along the direction of the knives of the entrance slit 7 at the same wavelength. By measuring the intensity of the transmitted radiation through an empty cell filled with the test substance, the transmittance or absorption is calculated. Taking into account the spatial inhomogeneities of the radiation from the source, as well as the absorbing properties of the cuvette and the test sample, eliminates the error of the analytical signal and increases the reliability of measuring the absorption capacity.

Предлагаемый спектрометр не является простой суперпозицией нескольких отдельных известных приборов, реализующих заявленные свойства и характеристики. Спектрометр сконструирован таким образом, что переход от одного спектроаналитического метода к другому не требует изменений и подстройки оптической схемы, а сводится к замене функционально законченных модулей, устанавливаемых в отсек атомизатора. При этом большая часть оптических элементов, механических узлов и электронных блоков базового спектрофотометра являются универсальными, т.е. используются во всех режимах работы. На Фиг.3-5 представлены фотографии макета универсального спектрометра в качестве атомно-абсорбционного спектрометра/пламенного фотометра (Фиг.3), сканирующего спектрофотометра ультрафиолетового, видимого и ближнего инфракрасного спектрофотомера (Фиг.4) и спектрополяриметра (Фиг.5). Единая базовая оптическая схема, система регистрации и управляющая и обрабатывающая программы обеспечивают единство условий проведения измерений, унификацию метрологических характеристик и снижение себестоимости сложного спектрохимического анализа. Так, совокупная стоимость функциональных аналогов составляет порядка двух млн. руб., что в два раза меньше стоимости предлагаемого спектрометра.The proposed spectrometer is not a simple superposition of several separate known devices that implement the claimed properties and characteristics. The spectrometer is designed in such a way that the transition from one spectroanalytical method to another does not require changes and fine tuning of the optical scheme, but is reduced to the replacement of functionally complete modules installed in the atomizer compartment. Moreover, most of the optical elements, mechanical components, and electronic components of the base spectrophotometer are universal, i.e. used in all operating modes. Figure 3-5 presents photographs of the layout of a universal spectrometer as an atomic absorption spectrometer / flame photometer (Figure 3), a scanning spectrophotometer for ultraviolet, visible and near infrared spectrophotometers (Figure 4) and a spectropolarimeter (Figure 5). A single basic optical scheme, a recording system, and control and processing programs ensure a uniform measurement environment, unification of metrological characteristics and cost reduction of complex spectrochemical analysis. So, the total cost of functional analogues is about two million rubles, which is half the cost of the proposed spectrometer.

Новизна предлагаемого изобретения доказывается путем проведения сопоставительного анализа его аналогов и прототипа, представленного в Приложении 1. Изобретение, не ухудшая характеристик и функциональных возможностей прототипа, расширяет список применяемых методов спектрального анализа вещества за счет проведения люминесцентного анализа.The novelty of the invention is proved by a comparative analysis of its analogues and prototype, presented in Appendix 1. The invention, without compromising the characteristics and functionality of the prototype, expands the list of applied methods of spectral analysis of a substance by conducting luminescent analysis.

Полезность применения предлагаемого изобретения подтверждает, например, возможность применения с предлагаемым спектрометром тестированных методик контроля содержания в природных, питьевых и сточных водах, воздухе и почвах металлов, нефтепродуктов, нитратов и др., а также определение содержания витаминов и исследования биожидкостей. Широкий спектр реализуемых аналитических методов, малая себестоимость и габариты дают существенную экономию при комплектации таким спектрометром небольших стационарных и мобильных аналитических лабораторий. Возможность исследования спектров возбуждения флуоресценции с помощью предлагаемого спектрометра раскрывает перспективы его использования в исследовательских целях и для подготовки специалистов-аналитиков в ВУЗах.The usefulness of the application of the present invention is confirmed, for example, by the possibility of using tested methods of controlling the content of metals, petroleum products, nitrates, etc. in natural, drinking and wastewater, air and soils, as well as determining the content of vitamins and studying biofluids. A wide range of implemented analytical methods, low cost and dimensions give significant savings when such a spectrometer is equipped with small stationary and mobile analytical laboratories. The possibility of studying the fluorescence excitation spectra using the proposed spectrometer reveals the prospects for its use for research purposes and for training analysts in universities.

Список литературыBibliography

1. Левшин Л.В., Салецкий A.M. Люминесценция и ее измерение. - Изд. Московского университета, 1989, с.175-177.1. Levshin L.V., Saletsky A.M. Luminescence and its measurement. - Ed. Moscow University, 1989, p. 175-177.

2. Пат. Российской Федерации 2080568, МПК⁷ G01J 1/58, G01N 21/64, Люминесцентный фотометр/ Могилевский А.Н., Фабелинский Ю.И.; заявка №93055243/25; заявл. 1993.12.16, опубл. 1997.05.27. - 3 с.:2 ил.2. Pat. Russian Federation 2080568, IPC ⁷ G01J 1/58, G01N 21/64, Luminescent photometer / Mogilevsky A.N., Fabelinsky Yu.I.; application No. 93055243/25; declared 1993.12.16, publ. 1997.05.27. - 3 p.: 2 ill.

3. Люминесцентный спектрометр СДЛ-2. Техническое описание.3. Luminescent spectrometer SDL-2. Technical description.

4. Пат. Российской Федерации 2251668, МПК⁷ G01J 3/28, Спектрометр/ Гильмутдинов А.Х., Захаров Ю.А.; заявка №2002116133; заявл. 2002.06.19, опубл. 2005.05.05. - 6 с.:ил.4. Pat. Russian Federation 2251668, IPC ⁷ G01J 3/28, Spectrometer / Gilmutdinov A.Kh., Zakharov Yu.A.; application No. 2002116133; declared 06.06.19, publ. 2005.05.05. - 6 p.: Ill.

Таблица 1Table 1 Длина волны, нмWavelength nm Угол падения, градAngle of incidence, deg Угол дифракции, градDiffraction angle, deg 409409 5555 3535 369369 5454 3636 328328 5353 3737 287287 5252 3838 246246 5151 3939 205205 50fifty 4040

Таблица 2
Сопоставительный анализ аналоговtable 2
Comparative analysis of analogues Заявляемые технические решенияThe claimed technical solutions Прототип Спектрометр [4]Prototype Spectrometer [4] Аналог 1 Люминесцентный фотометр [1,2]Analog 1 Luminescent Photometer [1,2] Аналог 2 Люминесцентный спектрометр [3]Analog 2 Luminescent Spectrometer [3] Проведение измерений атомной абсорбции при атомизации в пламениCarrying out measurements of atomic absorption during atomization in a flame ++ -- -- Фотометрирование пламениFlame metering ++ -- -- Регистрация спектров поглощения, пропускания в ультрафиолетовой, видимой и ближней инфракрасной части спектраRegistration of absorption, transmission spectra in the ultraviolet, visible and near infrared parts of the spectrum ++ -- -- Исследование оптически активных сред путем регистрации вращения плоскости поляризацииThe study of optically active media by detecting the rotation of the plane of polarization ++ -- -- Возможность разворота фотоприемника для регистрации излучения со спектральным и пространственным разрешениемThe ability to turn the photodetector to register radiation with spectral and spatial resolution ++ -- -- Регистрация спектров возбуждения флуоресценцииRegistration of fluorescence excitation spectra -- -- ++ Возможность изменения условий возбуждения спектра флуоресценцииThe possibility of changing the excitation conditions of the fluorescence spectrum -- Ограничена набором используемых светофильтровLimited to the range of filters used ++ Регистрация спектров люминесценции и флуоресценцииRegistration of luminescence and fluorescence spectra -- ++ ++ МногофункциональностьMultifunctionality ++ -- -- Возможность быстрой смены конфигурации прибораThe ability to quickly change the configuration of the device ++ -- --

Claims

A spectrometer including a sequentially located illuminator with a source of linear and continuous radiation, a compartment for samples, into which one of the interchangeable cells for the sample can be installed - an atomizer, a cuvette, a holder of solid samples, a dispersing unit and a position-sensitive photodetector that can change its orientation relative to dispersion direction of the dispersing unit, characterized in that in order to ensure the excitation of the fluorescence spectra with monochromatic radiation with a continuously variable d of another wave in the sample compartment, there is a cell containing a rotary diffraction grating with a readout mechanism, an output slit with an adjustable width, a cuvette with a test substance and a lens, while the radiation of a source with a continuous spectrum is projected onto a rotary diffraction grating with a readout mechanism through the lens of the illumination circuit, expanding this diffraction grating, the diffracted monochromatic radiation is emitted by the exit slit and enters the cell, exciting fluorescence uemogo substance, the fluorescence emission of the test substance and the cell lens lens lighting system is transferred onto the entrance slit of adjustable width dispersing node.