SU1627860A1 - Автоматический фотометрический анализатор - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к устройствам дл  фотометрического анализа состава веществ, основанным на измерении величины и скорости изменени  интенсивности излучени  при прохождении света через анализируемый образец, и может быть использовано в микробиологической, медицинской, Изобретение относитс  к устройствам дл  фотометрического анализа состава веществ, основанным на измерении величины и скорости изменени  интенсивности излучени  при прохождении света через анализируемый образец , и может быть использовано в микробиологической, медицинской, пищевой, химической и др. отрасл х промышленности. Целью изобретени   вл етс  повышение быстродействи  и точности измерений . пищевой, химической и др. отрасл х промышленности. Целью изобретени   вл етс  повышение быстродействи  и точности измерений. Анализатор содержит осветитель, источник питани , кювету, фотоприемник с усилителем , цифроаналоговый преобразователь , генератор, первый и второй счетчики, переключатель, устройство сравнени , блок установки эталонного уровн  интенсивности света, блок управлени . Дл  повышени  быстродействи  и точности измерени  в анализатор введены две схемы выборки- хранени  информации, второе устройство сравнени , второй переключатель , ключ, разр дна  цепь in конденсатора и резистора, регистр, дифференциальный усилитель, охваченный цепью частотно-зависимой отрицательной обратной св зи, состо щей из двух резисторов и конденсатора. 1 ил. € Л На чертеже приведена схема автоматического фотометрического анализатора . Устройство состоит из осветител  1, св занного с выходами управл емого источника 2 питани , кювегы 3, фотоприемника 4, соединенного с усилителем 5, выход которого св зан с первым входом дифференциального усилител  6, охваченного цепью частотно-зависимой отрицательной обратной св зи, состо щей из резисторов 7 и 8 и конденсатора 9,и входами перют CD N GO 05 О

Description

вой 10 и второй 11 схем выборки-хранени , блока 12 установки эталонного уровн  интенсивности света, соединенного с вторым входом дифференциального усилител  6, выход которого подключен к первому входу второго переключател  13 и к второму входу первого устройства 14 сравнени , выгод которого св зан с вторым управ- л ющим входом первого переключател  15,.генератора 16, соединенного с входом первого переключател  15, второго устройства 17 сраьнени , первый вход которого св зан с выходом пер- вой схемы 10 выборки-хранени , второй вход второго устройства 17 сравнени  соединен выходом ключа 18 и разр дной цепью, состо щей из конденсатора 19 и резистора 20, выход второго устройст а 17 сравнени  подключен к третьему управл ющему входу первого переключател  15, первого счетчика 21, тактовый вход которого соединен с первым выходом первого переключател  15, выход первого счетчика 21 св зан с входом второго счетчика 22, цифроаналогового преобразовател  23, тактовый вход второго счетчика 22 соединен с вторым чыходом первого переключател  15, выход второго счетчика 22 св зан с входом регистра 24, выход которого подключен к очсчетно-регистрирующему устройству 25 блока 26 управлени , выпол- ненного, например, на основе программируемого перезаписываемого запоминающего устройства (ППЗУ), выходы которого соединены с первым управл ющим входом первого переключател  15, управл ющими входами второго переключател  13, первой 10 и второй 11 схем выборки-хранени , ключа 18, входами установки нул  первого 21 и второго 22 счетчиков, тактовым входом регистра 24. Первый вход первого устройства 14 сравнени  соединен с выходом цифроаналоггвого преобразовател  23 и вторым входом второго

переключател  13, выход которого св - .

тан с входом управл емого источника питани . Выход второй схемы 11 выборки-хранени  соединен с входом ключа 18.

Работа устройства происходит автоматически пэг воздействием команд блока 26 управлени  в циклическом режиме. Один цикл работы состоит из нескольких тактоь.

Q

0

5

В исходном положении все команды управлени  отключены, переключатели и ключ наход тс  в положении, указанном на чертеже.

Перед началом измерений производитс  установка заданного значени  интенсивности светового потока источника света (при отсутствии в кювете 3 образца).

При этом в первом такте по команде , поступающей от блока 26 управлени , переключаетс  второй переключатель 13 и замыкаетс  цепь автоматического регулировани  интенсивности светового потока, устанавливающа  такое напр жение питани  осветител , при котором величина сигнала на выходе усилител  5 равна величине сигнала на выходе блока 12 установки эталонного уровн  интенсивности света. В этом же такте на вход установки нул  первого счетчика 21 подаемс  команда от блока 26 управлени , устанавливающа  счетчик 21 в нулевое состо ние.

Во Еггором такте по окончании переходного процесса регулировки интенсивности света по команде, поступающей от блока 26 управлени , первый переключатель 15 переключаетс  в положение, при котором выход генератора 16 соедин етс  с тактовым входом первого счетчика 21 и начинаетс  его заполнение. Код, записываемый в первом сметчике 21, преобразуетс  в цифроанйлоговом преобразователе 23 в ступенчато нарастающее напр жение, поступающее на первый вход первого устройства 14 сравнени , на второй вход которого подаетс  чапр /кени с выхода дифференциального усилител  6 (пропорциональное напр жению питани  осветител  в режиме Калибровка). В момент , когда напр жение с выхода цифроаналогового преобразовател  23 сравн етс  или превысит напр жение на ВЫХОДР дифференциального усилител  6, первое устройство |4 сравнени  через второй упраат ющий вход переводит первый переключатель 15 в нейтральное положение. При этом в первом счетчике 21 остаетс  записанным такой код, при котором напр жение на выходе цифроаналогового преобразовател  23 равно или превышает не более чем на один шаг квантовани  напр жение на выходе дифференциадытго усшпгечл 6, опредеп ю-г щее напр жение питани  осветител  1 , соответствующее заданному значению величины интенсивности снегового потока источника света. Затем второй переключатель 13 возвращаетс  в исходное состо ние и на вход управл емого источника 2 питани  подаетс  напр жение с выхода цифроаналогового преобразовател  23. На этом этап установки заданного значени  величины интенсивности светового потока источника света заканчиваетс . Затем начинаетс  этап измерени . В третьем такте по командам блока 26 управлени  при нахождении в кювете 3 эталонного образца втора  схема 11 выборки-хранени  переводитс  в режим выборки, а на вход установки нул  второго счетчика 22 подаетс  команда ог блока 26 управлени , устанавливающа  счетчик в нулевое состо ние. Затем втора  схема 11 выборки-хранени  возвращаетс  в режим хранени  и в ней запоминаетс  сигнал, пропорциональный коэффициенту пропускани  эталонного образца. Затем в режим выборки переводитс  перва  схема 10 выборки-хранени . В четвертом такте по команде блока 26 управлени  при нахождении в кювете 3 анализируемого образца перва  схема 10 выборки-хранени  возвращаетс  в состо ние хранени  и и ней запоминаетс  сигнал, пропорциональный коэффициенту пропускани  анализируемого образца. Таким образом, в первой 10 и второй 11 схемах выборки- хранени  запоминаютс  сигналы, отношение уровней которых равно отношению коэффициентов пропускани  анализируемого и эталонного образцов. В п том такте по командам блока 26 управлени  происходит одновременное размыкание ключа 18 и переключение переключател  15 в положение, при котором выход генератора 16 соедин етс  с тактовым входом второго счетчика 22. При размыкании ключа 18 начинаетс  разр д конденсатора 19 разр дной цепи, зар женного первонанально до напр жени  сигнала, запомненного второй схемой 11 выборки-хранени , через резистор 20. Сигнал U разр дной цепи, напр жение которого измен етс  по закону

U U о е

Ос

где Uo - начальное значение напр жени  сигнала, пропорциональ

ное коэффициенту пропускани  эталонного обрлчца; R - величина сопротивлени  резистора 20 разр дной цепи; С - величина емкости конденсатора 19 разр дной цепи t - врем .

Этот сигнал поступает на второй вход второго устройства 1.7 сравнени , на первый вход которого поступает сигнал с выхода первой схемы 10 выборки-хранени , напр жение которого пропорционально коэффициенту пропуска- 5 ни  анализируемого образца.

В момент равенства напр жений на первом и втором входах второго устройства 17 сравнени  сигнап с его выхода возвращает первый переключ - тель 15 в нейтральное понижение, при

этом во второй счетчик

заноситс 

код, пропорциональный интервалу гре- мени, прошедшему от момента начал i разр да конденсатора 19 разр пчоп цепи до момента равенства напр жении на разр дной цепи и напр жени  нзме- рителыюго сигнала, запомненного первой схемой 10 выборки хранени , т.е..

Ui U.e

Кс

1 о

где Uк - напр жение измерительного сигнала, пропорциональное коэффициенту пропускани  анализируемого образца. Интервал времени, в IPMOHUP которого происходит  апо шение счетчика 22, равен

с г;

а код, записанный во второй cnt i 22 за этот интервап времени, 45

N t .f - 1 i

где f - частота сигнала на выходе

генератора 16,

Таким образом, в п том такте ра- боты устройства на выходе счетчика 22 формируетс  цифровой код, пропорциональный разности оптических плотностей анализируемого и эталонного образцов.

В случае фотометрировани  быст- ропротекающей химической реакции реакционна  смесь помещаетс  в кювету 3 в начале третьего )лкг. а и длительность третьего т.чьт-i иь-i iip.iс-тс  равной длительности начального (индукционного) периода реакции. Если четвертый такт отстоит от третьего на некоторый фиксированный интервал времени, то цифровой код, который формируетс  на выходе счетчика 22, в п том такте бучет пропорционален приращению оптической плотности образца за этот интервал времени, т.е. пропорционален скорости аналитической химической реакции, котора , в свою очередь, пропорциональна (при использовании кинетических методов анализа) концентрации анализируемого вещества.

В шестом такте по командам блока 26 управлени  происходит параллельна запись информации с выхода второго счетчика 22 в регистр 24 и отображение ее на отсчетно-регистрирующем усройстве 25. На этом первый цикл работы устройства заканчиваетс  и устройство возвращаетс  в исходное состо ние .

Во втором (и последующих) циклах работы устройства этап установки заданного значени  величины интенсивности светового потока источника света пропускаетс . Он повтор етс  лишь при необходимости по мере загр знени  оптических элементов анализатора , старени  источника и приемника света с периодом, устанавливаемым исход  из того, что уровень измерительных сигналов в процессе работы анализатора не должен выходить из диапазона, в котором цифрова  отсчетна  система обеспечивает требуемую точность обработки (например , один раз на 10-50 измерений в зависимости от скорости загр знени оптических окон кюветы).

Таким образом, выполнение цифровой измерительной системы и системы автоматической установки и стабилизации светового потока источника све та независимыми и построение измерительной системы по схеме, позвол ющей реализовать алгоритм, предусматривающий вычисление отношени  фактических значений измерительных сигналов, пропорциональных коэффи- циентам пропускани  анализируемого и эталонного (сравнительного) образцов , позвол ет увеличить по сравнению с прототипом быстродействие и точность анализатора за счет возможности выбора параметров цифровой изм

5

0

5

0

5

0

5

0

5

рительнои системы независимо от инерционных свойств объекта регулировани , системы автоматической установки и стабилизац светового потока источника света, снижени  вли ни  на точность анализатора погрешностей системы автоматической установки и стабилизации светового потока источника света и исключени  необходимости операции стабилизации светового потока (калибровки) перец каждым измерением.

Функции системы автоматической установки и стабилизации интенсивности света свод тс  к установке и поддержанию такого уровн  интенсивности света осветител , при котором цифрова  измерительна  система обеспечивает требуемую точность обработки измерительных сигналов (пропорциональных интенсивности света осветител ) при воздействии дестабилизирующих факторов: изменение чувствительности фотоприемника, старение источника света, загр знение оптических элементов анализатора и т.д. Высокое быстродействие и точность анализатора позвол ет использовать в нем широкий класс аналитических реакций, в ходе которых скорость изменени  оптических характеристик образца пропорциональна содержанию анализируемого вещества ,  вл ющегос  одним из компонентов , участвующих в реакции, катализатором или ингибитором реакции.

Благодар  наличию системы автоматической установки и стабилизации светового потока источника света существенно снижаетс  вли ние на погрешность измерени  присутстви  в анализируемом образце различных примесей, вызывающих рассе ние и поглощение света (при фотометрировании), но не вли ющих на скорость соответствующей химической реакции (така  ситуаци  имеет, например, место при контроле продукции микробиологической и пищевой промышленности).

Claims (1)

1. Формула изобретени 

   Автоматический фотометрический анализатор, содержащий осветитель с регул тором интенсивности света, вы- полненным в вице управл емого источника питани  и последовательно включенных счетчика и цифроаналогопого преобразовател , фотоприемник с усилителем , оптически св занный через