RU2471160C1

RU2471160C1 - Luminescent photometer

Info

Publication number: RU2471160C1
Application number: RU2011138723/28A
Authority: RU
Inventors: Александр Наумович Могилевский; Юрий Иммануилович Фабелинский
Priority date: 2011-09-22
Filing date: 2011-09-22
Publication date: 2012-12-27

Abstract

FIELD: instrument making.

SUBSTANCE: luminescent photometer is proposed, comprising a channel of luminescence excitation, including an UV light diode with a source of pulse-periodical supply, a metering chamber with an optical cuvette installed in it with a crystal phosphorus activated with a determined chemical element, and a channel of measurement of luminescence radiation. This channel includes the following components optically connected along the vertical axis: a device of luminescent radiation beam formation, an interference light filter, a receiver of radiation of visible or infrared range, a system of registration connected with a radiation receiver and comprising the serially joined amplifier, synchronous filter, control inputs of which are connected with a source of pulse-periodic supply via a unit of controlled time delay. The device also comprises an analog to digital converter and a device of digital information display.

EFFECT: higher accuracy of measurement of low concentrations of chemical elements by spectra of luminescence in objects of environment and in process solutions.

8 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к устройствам для оптического спектрального определения элементного состава веществ по спектрам люминесценции кристаллофосфоров и может быть использовано для определения малых концентраций химических элементов, в частности актинидных, в объектах окружающей среды, а также в технологических растворах.The invention relates to devices for optical spectral determination of the elemental composition of substances from the luminescence spectra of crystalline phosphors and can be used to determine small concentrations of chemical elements, in particular actinide, in environmental objects, as well as in technological solutions.

Известен фотометр, содержащий источник возбуждающего света, устройство, выделяющее спектральную область возбуждения и выполненное в виде первичного светофильтра, узлы формирования пучка возбуждающего излучения, выполненные в виде поворотного зеркала и диафрагмы и расположенные по вертикальной оси перпендикулярно поверхности исследуемого образца, расположенного в измерительной камере, в которой установлено также устройство, выделяющее спектральную область люминесцентного излучения, выполненное в виде светофильтра, и устройство формирования пучка люминесцентного излучения - сферическое зеркало с отверстием в центре, через которое возбуждающее излучение проходит к образцу. Излучение люминесценции с поверхности образца собирается сферическим зеркалом и через вторичный светофильтр направляется на приемник излучения (фотоэлемент), подключенный к системе регистрации. Фотометр содержит также канал сравнения.A known photometer containing a source of exciting light, a device that emits a spectral region of excitation and is made in the form of a primary filter, nodes for generating a beam of exciting radiation, made in the form of a rotary mirror and diaphragm and located along the vertical axis perpendicular to the surface of the test sample located in the measuring chamber, in which also installed a device that emits the spectral region of luminescent radiation, made in the form of a filter, and a device for A beam of fluorescent radiation is a spherical mirror with a hole in the center through which the exciting radiation passes to the sample. The luminescence radiation from the surface of the sample is collected by a spherical mirror and sent through a secondary filter to a radiation detector (photocell) connected to the registration system. The photometer also contains a comparison channel.

Достоинством описанного фотометра является возможность измерения люминесцентного свечения непрозрачных объектов, а недостатком - низкая спектральная селективность регистрации. Последнее объясняется тем, что сферическое зеркало формирует сильносходящийся световой пучок, и поэтому в качестве вторичного светофильтра можно применять только абсорбционные светофильтры, спектральная избирательность которых обычно невелика.The advantage of the described photometer is the ability to measure the luminescence of opaque objects, and the disadvantage is the low spectral selectivity of registration. The latter is explained by the fact that a spherical mirror forms a strongly converging light beam, and therefore, only absorption filters, whose spectral selectivity is usually low, can be used as a secondary filter.

[Каралис В.Н., Корнеева З.А., "Аппаратура для флуоресцентного анализа", М., Изд. Комитета стандартов, мер и измерительных приборов, 1970 г., с.100-101].[Karalis V.N., Korneeva Z.A., "Equipment for fluorescence analysis", M., Ed. Committee of Standards, Measures and Measuring Instruments, 1970, p.100-101].

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому устройству является фотометр, описанный в патенте РФ №2080568, МПК G01J 1/58, опубл. 27.05.1997.The closest in technical essence to the proposed device is a photometer described in the patent of the Russian Federation No. 2080568, IPC G01J 1/58, publ. 05/27/1997.

Люминесцентный фотометр содержит канал возбуждения люминесценции, включающий оптически связанные источник света, устройство, выделяющее спектральную область возбуждения, и средство формирования пучка возбуждающего излучения, измерительную камеру с размещенными в ней кюветой с исследуемым веществом и каналом измерения излучения люминесценции, включающим оптически связанные по вертикальной оси средство формирования пучка люминесцентного излучения, и устройство, выделяющее спектральную область люминесценции в виде турели с интерференционными светофильтрами, приемники излучения видимого и инфракрасного диапазонов и систему регистрации, связанную с приемниками. Дополнительно фотометр содержит n кювет, установленных с возможностью последовательной их замены, причем кювета выполнена в виде конического стакана для более эффективного использования световых пучков. В качестве источника возбуждения люминесценции в фотометре использована ртутная лампа, излучение которой собирается кварцевым конденсором и через поглотитель длинноволновой составляющей (кювета с дистиллированной водой) и светофильтр, пропускающий только УФ-излучение, фокусируется кварцевой линзой и поворотным зеркалом направляется на кювету с кристаллофосфором.The luminescent photometer contains a luminescence excitation channel, including an optically coupled light source, a device that emits an excitation spectral region, and means for generating an excitation radiation beam, a measuring chamber with a cuvette containing the substance to be studied, and a luminescence radiation measuring channel, including a means optically connected along the vertical axis the formation of a beam of luminescent radiation, and a device emitting the spectral region of luminescence in the form of a turret with an interference rented filters, radiation receivers of visible and infrared ranges and a registration system associated with receivers. Additionally, the photometer contains n cuvettes installed with the possibility of successive replacement, and the cuvette is made in the form of a conical glass for more efficient use of light beams. A mercury lamp is used as a source of luminescence excitation in the photometer, the radiation of which is collected by a quartz condenser and through a absorber of the long-wavelength component (a cuvette with distilled water) and a light filter that transmits only UV radiation is focused by a quartz lens and is directed to a cuvette with crystallophosphorus by a rotary mirror.

При работе известного фотометра возбуждаемое ртутной лампой излучение люминесценции кристаллофосфора собирается стеклянной линзой и через один из установленных в турели интерференционных светофильтров направляется к выбранному приемнику излучения. Электрический сигнал от приемника излучения усиливается и поступает на синхронный детектор, с выхода которого после аналого-цифрового преобразования поступает на цифровое табло.During operation of the known photometer, the radiation of crystallophosphorus luminescence excited by a mercury lamp is collected by a glass lens and, through one of the interference light filters installed in the turret, is directed to the selected radiation receiver. The electrical signal from the radiation receiver is amplified and fed to a synchronous detector, the output of which, after analog-to-digital conversion, is fed to a digital display.

Достоинством известного фотометра является высокая селективность определения концентрации актинидных и некоторых других химических элементов в объектах окружающей среды. Недостатком известного фотометра является ограничение обнаружительной способности из-за остаточного излучения ртутной лампы в видимом и инфракрасном диапазонах спектра, а также связанная с использованием ртутной лампы сложная оптическая конструкция канала возбуждения люминесценции. Также недостатком известного фотометра является дополнительная погрешность измерения величины люминесценции из-за неизбежного при стеклодувном изготовлении разброса геометрических размеров оптической кюветы конической формы.The advantage of the known photometer is its high selectivity for determining the concentration of actinide and some other chemical elements in environmental objects. A disadvantage of the known photometer is the limitation of detectability due to the residual radiation of a mercury lamp in the visible and infrared ranges of the spectrum, as well as the complex optical design of the luminescence excitation channel associated with the use of a mercury lamp. Another disadvantage of the known photometer is the additional measurement error of the luminescence due to the inevitable dispersion of the geometric dimensions of a conical-shaped optical cell during glass-blowing.

Задачей изобретения является создание люминесцентного фотометра, характеризующегося высокой селективностью определения концентраций различных металлов в объектах окружающей среды, низким пределом определения, а также простотой оптической конструкции.The objective of the invention is the creation of a luminescent photometer, characterized by high selectivity for determining the concentrations of various metals in environmental objects, a low limit of determination, as well as the simplicity of the optical design.

Поставленная задача решается тем, что люминесцентный фотометр содержит канал возбуждения люминесценции, включающий УФ-светодиод с источником импульсно-периодического питания, измерительную камеру с размещенными в ней оптической кюветой с кристаллофосфором, активированным определяемым химическим элементом, и каналом измерения излучения люминесценции, включающим оптически связанные по вертикальной оси устройство формирования пучка люминесцентного излучения, интерференционный светофильтр, приемник излучения видимого или инфракрасного диапазона, систему регистрации, связанную с приемником излучения и содержащую последовательно соединенные усилитель, синхронный фильтр, управляющие входы которого соединены с источником импульсно-периодического питания через блок регулируемой временной задержки, аналого-цифровой преобразователь и устройство отображения цифровой информации.The problem is solved in that the luminescent photometer contains a luminescence excitation channel, including a UV LED with a pulse-periodic power supply, a measuring chamber with an optical cuvette with crystallophosphorus activated by a defined chemical element, and a luminescence radiation measuring channel including optically coupled via the vertical axis of the device for the formation of a beam of luminescent radiation, an interference filter, a receiver of visible or infrared radiation Nogo band registration system associated with the radiation receiver and comprising serially coupled amplifier, a synchronous filter, whose control inputs are connected to the source of repetitively pulsed power unit via an adjustable time delay, an analog-digital converter and display device of the digital information.

Источник импульсно-периодического питания светодиода люминесцентного фотометра выполнен в виде управляемого источника питания и генератора периодических импульсов, причем выход последнего соединен со входом управления источника питания, а величина частоты повторения генератора импульсов численно совпадает со второй гармоникой питающей сети и равна 100 имп/с.The source of the pulse-periodic power supply of the LED of the luminescent photometer is made in the form of a controlled power source and a periodic pulse generator, the output of the latter being connected to the control input of the power source, and the value of the pulse generator repetition frequency numerically coincides with the second harmonic of the supply network and is equal to 100 pulses / s.

Преимущественно синхронный фильтр выполнен в виде резистора, подключенного к выходу усилителя и соединенного с двумя электрическими конденсаторами через два транзисторных ключа соответственно.Mostly the synchronous filter is made in the form of a resistor connected to the output of the amplifier and connected to two electric capacitors through two transistor switches, respectively.

Целесообразно блок регулируемой временной задержки выполнять в виде последовательно включенных резонансного усилителя, фазосдвигающего RC-звена с регулируемыми параметрами и формирователя сигналов управления транзисторными ключами синхронного фильтра, причем частота резонанса резонансного усилителя равна частоте повторения импульсов генератора импульсов в источнике питания светодиода, при этом формирователь сигналов управления транзисторными ключами синхронного фильтра выполнен в виде двух последовательно соединенных усилителей, второй из которых является инвертирующим, причем выходы усилителей соединены соответственно с ключами синхронного фильтра.It is advisable to block the adjustable time delay in the form of a series-connected resonant amplifier, a phase-shifting RC link with adjustable parameters and a shaper of control signals for transistor switches of a synchronous filter, and the resonance frequency of the resonant amplifier is equal to the pulse repetition rate of the pulse generator in the LED power supply, while the control signal generator transistor keys synchronous filter is made in the form of two series-connected amplification s, the second of which is inverting, the amplifiers the outputs are connected respectively to the synchronous filter keys.

Целесообразно оптическую кювету выполнять в виде цилиндрического кварцевого стаканчика, причем УФ-светодиод расположен относительно оптической кюветы на расстоянии, при котором диаметр расходящегося пучка излучения светодиода равен внутреннему диаметру оптической кюветы.It is advisable to make the optical cuvette in the form of a cylindrical quartz glass, and the UV LED is located relative to the optical cuvette at a distance at which the diameter of the diverging beam of the LED radiation is equal to the inner diameter of the optical cuvette.

На фиг.1 представлена общая функциональная схема люминесцентного фотометра.Figure 1 presents the General functional diagram of a luminescent photometer.

На фиг.2 - функциональная схема синхронного фильтра и блока регулируемой временной задержки.Figure 2 is a functional diagram of a synchronous filter and an adjustable time delay unit.

Люминесцентный фотометр содержит канал возбуждения люминесценции, состоящий из источника света, выполненного в виде УФ-светодиода 1, подключенного к нему управляемого источника питания 2 и соединенного с источником питания 2 генератора импульсов 3. Управляемый источник питания 2 выполнен по обычной схеме трансформаторного выпрямителя, на выходе которого включен стабилизатор напряжения, имеющий вход «вкл/выкл» (например, микросхема типа К1156ЕН5). Возможно также использование обычного стабилизированного источника питания, на выходе которого установлен ключ в виде мощного транзистора. Генератор импульсов 3 создает временную последовательность электрических импульсов, которые периодически включают и выключают источник питания 2. Величина частоты повторения импульсов генератора импульсов 3 численно совпадает со второй гармоникой питающей сети, равной в данном случае 100 Гц. Ввиду того что возбуждение люминесценции производится УФ-светодиодом, полуширина спектрального излучения которого не превышает 5…10 нм, канал возбуждения люминесценции в отличие от прототипа не содержит устройств, выделяющих спектральную область возбуждения и формирующих пучок возбуждающего излучения.The luminescent photometer contains a luminescence excitation channel, consisting of a light source made in the form of a UV LED 1, a controlled power source 2 connected to it and connected to a power source 2 of the pulse generator 3. The controlled power source 2 is made according to the usual transformer rectifier circuit, at the output which includes a voltage regulator having an on / off input (for example, a chip of type K1156EN5). It is also possible to use a conventional stabilized power source, at the output of which a key is installed in the form of a powerful transistor. The pulse generator 3 creates a temporary sequence of electrical pulses that periodically turn the power source 2 on and off. The pulse repetition frequency of the pulse generator 3 numerically coincides with the second harmonic of the supply network, which in this case is 100 Hz. Due to the fact that the luminescence is excited by a UV LED, the half-width of the spectral radiation of which does not exceed 5 ... 10 nm, the luminescence excitation channel, unlike the prototype, does not contain devices that emit the spectral region of excitation and form a beam of exciting radiation.

Излучение УФ-светодиода 1 направлено на оптическую кювету 4, содержащую кристаллофосфор. Кювета 4 расположена в измерительной камере (на фиг.1 не показана).The radiation of the UV LED 1 is directed to an optical cuvette 4 containing crystallophosphorus. The cuvette 4 is located in the measuring chamber (not shown in FIG. 1).

Кювета имеет форму цилиндрического кварцевого стаканчика, который также выполняет роль тигля. Приготовление кристаллофосфора происходит в этом тигле: в него вносятся основа кристаллофосфора, раствор с анализируемым химическим элементом, растворы с необходимыми добавками, а затем производится спекание в муфельной печи. Кювета 4 изготавливается из стандартных кварцевых трубок и вследствие этого, в отличие от кювет конической формы у прототипа, имеет минимальный разброс геометрических размеров, что и обеспечивает соответственно минимально возможный разброс при измерении величины люминесценции. Кювета 4 расположена относительно светодиода 1 в том месте измерительной камеры, где диаметр расходящегося пучка излучения равен внутреннему диаметру цилиндрической кюветы 4, что обеспечивает максимально полное использование излучаемой светодиодом 1 энергии.The cuvette has the shape of a cylindrical quartz glass, which also acts as a crucible. The preparation of crystallophosphorus occurs in this crucible: the base of crystallophosphorus, a solution with the analyzed chemical element, solutions with the necessary additives are introduced into it, and then sintering in a muffle furnace is performed. The cuvette 4 is made of standard quartz tubes and, as a result, unlike the conical shaped cuvette of the prototype, has a minimum spread in geometric dimensions, which ensures the smallest possible spread in measuring the luminescence value. The cuvette 4 is located relative to the LED 1 in that place of the measuring chamber, where the diameter of the diverging radiation beam is equal to the inner diameter of the cylindrical cuvette 4, which ensures the most complete use of the energy emitted by the LED 1.

Устройство 5 формирования пучка люминесцентного излучения содержит оптически связанные по вертикальной оси стеклянные линзы, которые формируют пучок люминесцентного излучения, и интерференционный светофильтр, выделяющий необходимый спектральный интервал люминесценции. На выходе устройства 5 формирования пучка люминесцентного излучения расположен приемник излучения 6 видимого или инфракрасного диапазона (зависит от определяемого химического элемента).The luminescent radiation beam forming device 5 comprises glass lenses optically connected along the vertical axis, which form a luminescent radiation beam, and an interference filter emitting the necessary luminescence spectral range. At the output of the device 5 for forming a beam of luminescent radiation, a radiation receiver 6 of the visible or infrared range is located (depends on the chemical element being determined).

Система регистрации фотометра содержит последовательно соединенные усилитель 7, синхронный фильтр 8, управляющие входы которого соединены с генератором импульсов 3 через регулируемый блок временной задержки 9, аналого-цифровой преобразователь 10 и устройство отображения цифровой информации 11. Использование синхронного фильтра в качестве синхронного детектора позволяет за счет интегрирующих свойств синхронного фильтра увеличить общий коэффициент усиления фотометра без опасения перегрузить синхронный детектор шумами приемника излучения. Наличие в составе предложенного люминесцентного фотометра регулируемого блока временной задержки 9 позволяет устранить погрешность, связанную с задержкой выхода импульсов люминесцентного излучения относительно импульсов УФ-излучения светодиода 1. Эта задержка может иметь место для некоторых видов кристаллофосфоров, а также вследствие различия времени задержек сигналов в каналах возбуждения и измерения.The photometer registration system contains a serially connected amplifier 7, a synchronous filter 8, the control inputs of which are connected to a pulse generator 3 through an adjustable time delay unit 9, an analog-to-digital converter 10, and a digital information display device 11. Using a synchronous filter as a synchronous detector allows integrating properties of the synchronous filter to increase the overall gain of the photometer without fear of overloading the synchronous detector with the noise of the radiation receiver Nia. The presence in the composition of the proposed luminescent photometer of an adjustable time delay unit 9 eliminates the error associated with the output delay of the luminescent radiation pulses relative to the UV radiation pulses of LED 1. This delay can occur for some types of crystalline phosphors, as well as due to the difference in the time of signal delays in the excitation channels and measurements.

Функциональная схема синхронного фильтра и блока регулируемой временной задержки представлена на фиг.2. Синхронный фильтр 8 содержит подключенный к выходу усилителя 7 резистор 12, соединенный с двумя электрическими конденсаторами 13 и 14 через транзисторные ключи 15 и 16 соответственно. Выходное напряжение синхронного фильтра 8, симметричное относительно общего провода, поступает с конденсаторов 13 и 14 соответственно на вход аналого-цифрового преобразователя 10. Управление транзисторными ключами 15 и 16 осуществляется блоком регулируемой временной задержки 9.A functional diagram of a synchronous filter and an adjustable time delay block is shown in FIG. The synchronous filter 8 contains a resistor 12 connected to the output of the amplifier 7, connected to two electric capacitors 13 and 14 through transistor switches 15 and 16, respectively. The output voltage of the synchronous filter 8, symmetrical with respect to the common wire, is supplied from the capacitors 13 and 14, respectively, to the input of the analog-to-digital converter 10. The transistor switches 15 and 16 are controlled by an adjustable time delay unit 9.

Блок регулируемой временной задержки 9 выполнен в виде последовательно включенных резонансного усилителя 17, фазосдвигающего RC-звена 18 и формирователя сигналов управления транзисторными ключами 15 и 16. Резонансный усилитель 17 собран по известной схеме низкочастотного селективного усилителя и частота его резонанса равна частоте повторения импульсов генератора импульсов 3 - в нашем случае 100 Гц. Напряжение на выходе резонансного усилителя 17 имеет форму синусоиды и поступает на вход фазосдвигающего RC-звена 18. Последнее представляет собой обычный электрический фазовращатель. Фаза синусоидального напряжения на его выходе изменяется (регулируется) за счет изменения величины электрического сопротивления резистора (реостата), входящего в состав RC-звена. Формирователь состоит из двух последовательно соединенных усилителей 19 и 20, второй из которых (усилитель 20) является инвертирующим, причем выходы усилителей соединены соответственно с транзисторных ключами 15 и 16. Такое управление транзисторными ключами 15 и 16 обеспечивает их попеременное включение и соответственно попеременное подключение электрических конденсаторов 13 и 14 к резистору 12. Аналого-цифровой преобразователь 10 не имеет каких-либо особенностей, кроме наличия симметричного сигнального входа, необходимого для подключения к симметричному выходу синхронного фильтра 8. Устройство отображения цифровой информации 11 имеет стандартную конструкцию.The adjustable time delay unit 9 is made in the form of a series-connected resonant amplifier 17, a phase shifting RC link 18 and a shaper of control signals for transistor switches 15 and 16. The resonant amplifier 17 is assembled according to the known scheme of a low-frequency selective amplifier and its resonance frequency is equal to the pulse repetition frequency of the pulse generator 3 - in our case, 100 Hz. The voltage at the output of the resonant amplifier 17 has the form of a sinusoid and is fed to the input of the phase-shifting RC link 18. The latter is a conventional electric phase shifter. The phase of the sinusoidal voltage at its output changes (is regulated) by changing the value of the electrical resistance of the resistor (rheostat), which is part of the RC-link. The shaper consists of two series-connected amplifiers 19 and 20, the second of which (amplifier 20) is inverting, and the outputs of the amplifiers are connected respectively to transistor switches 15 and 16. Such control of transistor switches 15 and 16 ensures their alternating switching on and correspondingly alternating connection of electric capacitors 13 and 14 to the resistor 12. The analog-to-digital converter 10 does not have any features, except for the presence of a balanced signal input, which is necessary for connecting to the system metricity synchronous output filter 8. The display device of the digital information 11 has a standard structure.

Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.

Светодиод 1, подключенный к управляемому генератором повторяющихся импульсов 3 источнику питания 2, периодически излучает световые импульсы в УФ-диапазоне. Величина частоты повторения световых импульсов определяется генератором импульсов 3 и численно совпадает со второй гармоникой питающей сети, равной в данном случае 100 Гц. Излучаемые световые импульсы светодиода 1 направлены на оптическую кювету 4, содержащую кристаллофосфор, активированный определяемым химическим элементом. В кристаллофосфоре под воздействием УФ-излучения светодиода 1 возникают периодические импульсы люминесцентного излучения. С помощью устройства 5 формирования пучка люминесцентного излучения последнее направляется на чувствительную площадку приемника излучения 6. Электрический сигнал с выхода приемника излучения 6, имеющий вследствие периодичности включения светодиода 1 форму меандра, передается на блок регистрации, где усиливается усилителем 7. Выходное напряжение усилителя 7 поступает на сигнальный вход синхронного фильтра 8, выполняющего функции обычного синхронного детектора. Опорный сигнал, необходимый для работы синхронного детектора, формируется блоком регулируемой временной задержки 9, и его фазовый сдвиг первоначально отрегулирован для получения максимальной величины выходного напряжения синхронного фильтра 8. Тем самым учитывается задержка выхода импульсов люминесцентного излучения относительно импульсов УФ-излучения светодиода 1, которая может иметь место по разным причинам. Выходное напряжение синхронного фильтра 8 преобразуется в цифровую форму аналого-цифровым преобразователем 10 и индицируется устройством отображения информации 11.LED 1, connected to a power source 2 controlled by a generator of repeating pulses 3, periodically emits light pulses in the UV range. The value of the frequency of repetition of light pulses is determined by the pulse generator 3 and numerically coincides with the second harmonic of the supply network, equal in this case to 100 Hz. The emitted light pulses of the LED 1 are directed to an optical cuvette 4 containing crystallophosphorus activated by a defined chemical element. In the crystallophosphorus under the influence of UV radiation of LED 1, periodic pulses of luminescent radiation occur. Using the device 5 forming a beam of luminescent radiation, the latter is sent to the sensitive area of the radiation receiver 6. The electric signal from the output of the radiation receiver 6, which has a meander shape due to the periodicity of turning on the LED 1, is transmitted to the recording unit, where it is amplified by the amplifier 7. The output voltage of the amplifier 7 is supplied to the signal input of the synchronous filter 8, which performs the functions of a conventional synchronous detector. The reference signal necessary for the operation of the synchronous detector is generated by the adjustable time delay unit 9, and its phase shift is initially adjusted to obtain the maximum output voltage of the synchronous filter 8. This takes into account the output delay of the luminescent radiation pulses relative to the UV radiation pulses of LED 1, which can take place for various reasons. The output voltage of the synchronous filter 8 is digitized by an analog-to-digital converter 10 and is indicated by the information display device 11.

Действующий образец предложенного фотометра опробован при определении малых концентраций нептуния в природных водах. В качестве основы кристаллофосфора применен молибдат свинца. Масса кристаллофосфора в кювете 200 мг, объем раствора пробы 0,1 мл. При активации молибдата свинца нептунием спектральная полоса люминесценции возникает в ближнем ИК-диапазоне в области 1,7 мкм. Соответственно этому в фотометре выбраны интерференционный светофильтр и тип приемника излучения.The current sample of the proposed photometer was tested in the determination of low concentrations of neptunium in natural waters. Lead molybdate was used as the basis of crystallophosphorus. The mass of crystallophosphorus in the cuvette is 200 mg, the volume of the sample solution is 0.1 ml. When lead molybdate is activated by neptunium, the spectral luminescence band appears in the near infrared in the region of 1.7 μm. Accordingly, the interference filter and the type of radiation receiver are selected in the photometer.

В качестве иллюстрации работы фотометра в таблице приведены результаты измерения концентраций нептуния в некоторых скважинах, расположенных в районе хранения радиоактивных отходов:To illustrate the operation of the photometer, the table shows the results of measuring the concentrations of neptunium in some wells located in the radioactive waste storage area:

условный № скважиныconditional well number 1one 22 33 4four 55 содержание Np, пг/млNp content, pg / ml 4,64.6 6,56.5 30thirty 350350 50fifty

Аналитические испытания образца фотометра показали, что предел определения нептуния для чистых растворов составляет 3 пг/мл, что намного меньше предела определения нептуния прототипом (200 пг/мл).Analytical tests of the photometer sample showed that the limit of determination of neptunium for pure solutions is 3 pg / ml, which is much less than the limit of determination of neptunium by the prototype (200 pg / ml).

Предложенный фотометр при соответствующем подборе интерференционного светофильтра и приемника излучения позволяет с высокой селективностью и без предварительного разделения определять в объектах окружающей среды концентрации многих химических элементов (урана, плутония, нептуния, америция, кюрия, редкоземельных элементов и некоторых металлов например рений, осмий, вольфрам). Анализ возможен в кислых, щелочных, карбонатных и органических средах, причем в последнем случае вследствие особенностей приготовления кристаллофосфора (спекание в муфеле при 800-1000°С) отсутствует влияние величины содержания органических веществ на результаты анализа.The proposed photometer with the appropriate selection of the interference filter and radiation detector allows one to determine the concentrations of many chemical elements (uranium, plutonium, neptunium, americium, curium, rare earth elements and some metals such as rhenium, osmium, tungsten) in environmental objects with high selectivity and without prior separation. . The analysis is possible in acidic, alkaline, carbonate and organic media, and in the latter case, due to the preparation of crystallophosphorus (sintering in a muffle at 800-1000 ° C), there is no effect of the content of organic substances on the analysis results.

Преимуществами предложенного люминесцентного фотометра являются высокая селективность, определяемая параметрами интерференционного светофильтра, очень низкий предел определения, а также крайне простая оптическая конструкция канала возбуждения люминесценции и малая величина дополнительной погрешности измерения величины люминесценции из-за разброса геометрических размеров оптической кюветы.The advantages of the proposed luminescent photometer are its high selectivity, determined by the parameters of the interference filter, a very low detection limit, as well as the extremely simple optical design of the luminescence excitation channel and the small additional error of measuring the luminescence due to the spread in the geometric dimensions of the optical cell.

Указанные преимущества делают оправданным изготовление специализированных фотометров для каждого определяемого химического элемента. При практическом осуществлении фотометра возможно также введение в его состав канала сравнения, выполненного по общеизвестным схемам, что повысит долговременную стабильность измерений.These advantages make it justified to manufacture specialized photometers for each chemical element being determined. In the practical implementation of the photometer, it is also possible to introduce into its composition a comparison channel made according to well-known schemes, which will increase the long-term stability of measurements.

Claims

1. A luminescent photometer containing a luminescence excitation channel, including a UV LED, a source of pulse-periodic power supply for the LED, and the pulse repetition frequency of the power supply numerically coincides with one of the even harmonics of the power supply network, a measuring chamber with an optical cell placed in it with crystallophosphorus activated defined chemical element, and a channel for measuring luminescence radiation, including a luminescent beam forming device optically coupled along the vertical axis radiation filter, interference filter, visible or infrared radiation receiver, a registration system connected to the radiation receiver and containing a series-connected amplifier, a synchronous filter, the control inputs of which are connected to a pulse-periodic power supply through an adjustable time delay unit, an analog-to-digital converter, and digital information display device.

2. The luminescent photometer according to claim 1, characterized in that the source of pulse-periodic power supply of the LED is made in the form of a controlled power source and a periodic pulse generator, the output of the latter being connected to the control input of the power source.

3. The luminescent photometer according to claim 2, characterized in that the value of the pulse generator repetition frequency numerically coincides with the second harmonic of the supply network and is equal to 100 pulses / s.

4. The luminescent photometer according to claim 1, characterized in that the synchronous filter is made in the form of a resistor connected to the output of the amplifier and connected to two electric capacitors through two transistor switches, respectively.

5. The luminescent photometer according to claim 1, characterized in that the variable time delay unit is made in the form of a series-connected resonant amplifier, a phase-shifting RC link with adjustable parameters and a shaper of control signals for the transistor switches of the synchronous filter, the resonance amplifier resonance frequency being equal to the pulse repetition rate pulse generator in the power supply of the LED.

6. The luminescent photometer according to claim 5, characterized in that the driver of the synchronous filter transistor switch control signals is made in the form of two series-connected amplifiers, the second of which is inverting, and the outputs of the amplifiers are connected respectively to the synchronous filter keys.

7. The luminescent photometer according to claim 1, characterized in that the optical cuvette is made in the form of a cylindrical quartz glass.

8. The luminescent photometer according to claim 1, characterized in that the UV LED is located relative to the optical cuvette at a distance at which the diameter of the diverging radiation beam of the LED is equal to the inner diameter of the optical cuvette.