SU1606918A1 - Интерферометрический способ определени концентрации вещества - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к оптическому приборостроению и может быть использовано дл  анализа состава веществ. Цель изобретени  - повышение чувствительности и селективности. Интерферометрический способ определени  концентрации вещества включает формирование светового потока двух длин волн, его разделение на лучи, один из которых проходит через образцовое вещество, а другой - через анализируемое вещество, смещение этих лучей, формирование двух интерференционных картин: рабочей и опорной и детектирование этих картин. Лучи, образующие рабочую интерференционную картину, пропускают через первый светофильтр, максимум пропускани  которого соответствует максимуму дисперсионной кривой показател  преломлени  вблизи линии поглощени  анализируемого вещества, а лучи, формирующие опорную интерференционную картину, пропускают через второй светофильтр, максимум пропускани  которого соответствует минимуму дисперсионной кривой. По взаимному смещению интерференционных картин суд т о концентрации анализируемого вещества. 2 ил.

Description

Изобретение относитс  к оптическому приборостроению и может быть использовано дл  анализа состава вещества.

изобретени  - повыщение чувствительности и селективности измерений.

На фиг. I изображен контур линии поглощени  раствора цианина и дисперси  показател  преломлени ; на фиг. 2 - схема интерферометрического анализатора, при помощи которого осуществл ют предлагаемый способ.

Интерферометрический анализатор содержит источник 1 излучени , конденсор 2, формирующий параллельный световой поток, щель 3, светофильтр 4 рабочего канала и светофильтр 5 опорного канала, которые размещены один под другим, светодели- тельную пластину 6, кювету 7 опорного канала и кювету 8 рабочего канала, в которых наход тс  образцовое и анализируемое вещества соответственно, призму 9, объектив 10, в фокальной плоскост и которого установлены один под другим фотоприемник И рабочего канала и фотоприемник 12 опорного канала, формирователи 13, счетчик-сумматор 14, блок 15 масштабного умножени  и индикатор 16.

Способ осуществл ют следующим образом .

От источника 1 излучени  световой поток формируетс  с помощью конденсора 2 и щели 3. Далее верхн   часть светового потока пропускаетс  через светофильтр 4 рабочего канала, максимум пропускани  которого соответствует максимуму дисперсионной кривой (фиг. 1), а нижн   часть светового потока - через размещенный под ним светофильтр 5 опорного канала, максимум пропускани  которого соответствует минимуму дисперсионной кривой. Кажда 

О5

о

05

;о

00

часть светового потока, соответствующа  двум длинам волн, делитс  на светодели- тельной пластине 6 на два луча. Один из лучей каждой длины волны проходит через кювету 7, содержащую образцовое вещество (например, растворитель) и через кювету 8, содержащую анализируемое вещество (раствор цианина). Далее лучи отражаютс  от призмы 9 и снова проход т через те же кюветы. Вследствие различи  показателей преломлени  растворител  и раствора цианина на двух длинах волн между ними возникает разность хода.

На светоделительной пластине 6 лучи смещиваютс  и образуют две интерференционные картины из лучей, прощедщих соответствующие светофильтры. Ясно, что смещение полос этих интерференционных полос относительно соответствующих фотоприемников 11 и 12 будет иметь различный знак, скажем, полосы рабочей картины смест тс  вправо, полосы опорной - влево. Эти интерференционные картины проецируютс  с помощью объектива 10 на соответствующие фотоприемники 11 и 12 так, чтобы щирина интерференционных максимумов или .минимумов была того же пор дка, что и размеры светочувствительной площадки фотоприемников. Тогда при смещении полос интерференционной картины с фотоприемников 11 и 12 снимаютс  электрические импульсы, количество которых соответствует количеству полос, прошедщих по чувствительной площадке фотоприе.мников. Эти импульсы приобретают в формировател х 13 соответствующую форму и амплитуду и поступают на счетчик-сумматор 14, который суммирует, вычитает и проводит, другие математические операции по соответствующей программе с этими импульсами. В блоке 15 масщтабного умножени  сигнал со счетчика-сумматора умножаетс  на определенное число в зависимости от измер емого компонента и индицируетс  на индикаторе 16 в единицах концентрации анализируемого компонента.

Известно, что зависимость показател  п преломлени  от частоты и вблизи центра ы линии поглощени  имеет вид

,

И«-1-Л)/Д

ц«+7«/4

где К- посто нна , завис ща  от параметров анализируемого вещества; у - затухание, которое определ етс  щириной линии поглощ,ени ; )д.Шд -со-расстройка частоты от центра

линии поглощени .

Таким образом, показатель преломлени   вл етс  нечетной функцией расстройки и имеет вид дисперсионной кривой, проход щей черед единицу при (фиг. 1). Если использовать максимумы и минимумы этой кривой дл  анализа, то показатель преломлени  в этих точках в случае, например , раствора цианина отличаетс  более чем в два раза. Поэтому смещение полос рабочей интерференционной картины, если в качестве образцового вещества использован растворитель с коэффициентом преломлени  «1 1,5, будет пропорционально разности хода лучей:

()kKp,

где k 1,2...,Птах - показатель преломлени  в максимуме дисперсионной кривой;

Хр - длина волны в максимуме дисперсионной кривой.

При длине кюветы с рабочим и образцовым веществом, равной мм, k 1,6-101

Таким образом, полосы рабочей интерференционной картины при по влении в рабо- чей кювете раствора цианина смест тс  на 1,6-10 интерференционных максимумов, например , вправо. В это же врем  полосы опорной интерференционной картины смест тс  на

25

,Jnm,v -rt,) l,8- 10

интерференционных максимумов влево, где Птш - показатель преломлени  в минимуме дисперсионной кривой; Хд- длина волны в минимуме дисперсионной кривой. Взаимное

0 смещение составит 3,4-10

В случае же нормального поведени  дисперсии вдали от линии поглощени  ме- щающего компонента изменение показател  преломлени  от Я., до Я., составит величину 0,003 и, следовательно, взаимное

5 смещение полос будет равно 10. Таким образом селективность анализа с помощью

предлагаемого способа равна

S«

0 где S/y-чувствительность к измер емому компоненту, к мешающему. В случае нетрадиционных интерферометрических- способов 5„/5„ 1.

Так как при использовании способа- прототипа измер ют показатель преломлени 

5 анализируемого вещества (раствора цианина ) относительно образцового вещества (растворител ) и показатели преломлени  их отличаютс  незначительно вдали от линии поглощени  цианина (на сотые или дес тые), то чувствительность анализа при исполь0 зовании предлагаемого способа выще в дес тки раз.

Если сравнивать с методом дифференциального поглощени , то чувствительность последнего существенно ниже, поскольку измерени  ведутс  по изменению интенсивности светового потока от 100% до, например , 50% в то врем  как в нащем случае, при тех же услови х, интенсивность светового потока будет измен тьс  от 100% и практически до О в дес тки тыс ч раз, т. е. можно детектировать анализируемое вещество с концентраци ми в дес тки тыс ч раз ниже. Что касаетс  селективности , то поскольку дисперсионна  крива  показател  преломлени   вл етс  по сути производной от контура линии поглощени , то она возрастает в раза.

Способ определени  концентрации вещества обладает гораздо большей селективностью анализа (в сотни раз) по сравнению с другими интерферометрическими способами анализа . Преимуществом способа  вл етс  также высока  чувствительность анализа, котора  в дес тки раз выше, чем традиционных интерферометрических и в сотни раз чем абсорбционных методов.

Claims (1)

1. Формула изобретени 

   Интерферометрический способ определени  концентрации вещества, включающий

   0

   5

   0

   формирование светового потока двум  длинами волн, разделение его на два, один из которых проходит через эталонное вещество, а другой - через кювету, смещение этих потоков, формирование двух интерференционных картин на первой и второй длинах волн светового потока соответственно, заполнение кюветы анализируемым веществом и регистрацию при этом сформированных интерференционных картин и их смещений, по которым суд т о концентрации вещества , отличающийс  тем, что, с целью по- выщени  чувствительности и селективности измерений, формируют световой посток с такими длинами волн, что одна из них соответствует максимуму, а друга  - минимуму дисперсионной кривой показател  преломлени  анализируемого вещества в области его поглощени , а о концентрации вещества суд т по взаимному смещению одной интерференционной картины относительно другой.

   550 600

   Фиа.1

   Фиг. 2