SU735932A1 - Фотометрическа камера - Google Patents

Description

Изобретение относится к фотометрии и может быть использовано для определения показателей поглощения или других оптических характеристик твердых и жидких веществ. · ·

Известны фотометрические камеры ⁵ для исследования поглощающих веществ, выполненные в виде многоходовых кювет fl] и [2]. Однако в этих камерах не предусмотрены меры для исключения ошибки, возникающей вследствие преломления светового пучка в данном образце. Поэтому данные устройства предназначены и применяются только для исследования газов. _J5

Наиболее близкой к изобретению является фотометрическая камера, содержащая входную и выходную диафрагмы и два отражателя, один из которых выпоинен в виде сферического зеркала и установлен с возможностью поступательного перемещения в направлении продольной оси камеры Гз). Для компенсации прелом2 пения в твердом или жидком образце, установленном на этой оси, расстояние между отражателями подбирается таким образом, чтобы пучки излучения, отраженные от каждого из них, фокусировались на продольной оси камеры в оптически сопряженных точках. Излучение комбинационного рассеяния выводится на выходную диафрагму через боковую стенку камеры.

Одна эта камера непригодна для точных измерений показателя поглощения или связанных с ним характеристик. Объясняется это тем, что оптически сопряженные точки расположены в центральной части камеры, внутри анализируемого, образца. Это не позволяет установить вблизи сопряженных точек дополнительные оптические элементы для вывода из камеры излучения, прошедшего через образец, без потерь этого излучения, т.е. без снижения точности измерений. Кроме того, количество проходов излучения в известной камере очень ве3 735932 лйко (δθ и более). Следовательно при. использовании ее для измерения' поглощения или оптической плотности неизбежны погрешности, обусловленные потерями при многократном прохождении излу- ₅ чения через границу раздела воздух-образец.

Целью изобретения является повышение точности измерений показателя поглощения образца. ' 10

Достигается это тем, что камера снабжена .системой для отсчета положения.

ί Зеркала, а второй отражатель выполнен в виде смежных граней призмы, установленной между входной и выходной диаф- 15 рагмами симметрично продольной оси камеры.

Кроме того призма установлена с возможностью поворота относительно оси, перпендикулярной продольной оси камеры, а камера снабжена дополнительным сфе-. рическим зеркалом, закрепленным на продольной оси камеры, при этом оба сферических Зеркала имеют одинаковые радиусы кривизны и установлены с противоположных сторон призмы.

На фиг. 1 приведена принципиальная оптическая схема фотометрической камеры, на фиг. 2 - то же, вариант.

Камера содержит входную диафрагму . 1, первый отражатель-основное сферическое зеркало 2 и дополнительное сферическое зеркало 3, установленные на продольной оси 00 камеры и имеющие одинаковые радиусы кривизны, второй отражатель-призму 4, две смежных грани которой являются зеркалами 5 и 6 камеры, столик-дер жат ель 7 образ-, да 8, выходную диафрагму 9 и систему 10 для отсчетного положения сфери- .·. ческохю зеркала 3, выполненную, например, в виде шкалы, закрепленной на корпусе камеры, и индекса, связанного с зеркалом 3, При этом сферическое зеркало 3 имеет возможность перемещения в направлении продольной оси 00, т.е. может устанавливаться и фиксироваться на различных расстояниях от призмы 4.Если в спектрофотометре, для которого предназначена данная камера, образец устанавливается посте монохроматора (на чертеже не показан), то в качестве входной диафрагмы 1 может быть использована выходная щель монохроматора. При установке образца перед монохроматором с его входной щелью может быть совмеще на выходная диафрагма 9. При этом входная 1 и выходная 9 диафрагмы камеры Должны быть оптически сопряжены зеркалами 5,3 и. 6, т.е. изображение входной диафрагмы 1 совмещено с выходной диафрагмой 9.

В камере (см. фиг. 1) дополнительное сферическое зеркало 3 вместе со сферическим зеркалом 2 установлено на стопи-’ , ⁴ ке-держателе 7, который установлен с возможностью перестановочного перемещения в направлении А, перпендикулярном продольной оси 00 камеры. В варианте (см. фиг. 2) зеркала 2 и 3 распопа-¹ гаются с противоположных сторон призмы 4, причем дополнительное сферическое зеркало 3 и столик-держатель 7 закреплены неподвижно, а призма 4 установлена с возможностью перестановочного поворота на 180° относительно оси, перпендикулярной оси 00, например относительно горизонтальной оси Οθί

Определение оптических характеристик (пропускания, поглощения оптической плотности и т.д.) с применением данной камеры производится следующим образом. С использованием устройства 10 сферическое зеркало 2 устанавливается в такое положение , что расстояние от этого зеркала до призмы 4 превышает расстояние между призмой 4 и дополнительным сферическим зеркалом на величину £(1—i·) , где ί. - длина анализируемого образца, а и - его показатель преломления на ‘ интересующей длине волны. На столик-держатель 7 устанавливается твердый образец 8 (или кювета с анализируемой жидкостью) и производится отсчет требуемой оптической .характеристики.

' Затем поступательным перемещением столика-держателя 7 (см. фиг;' 1) или поворотом призмы 4 на 180° (см.фиг.2) образец 8 и зеркало 2 выводятся, а зеркало 3 вводится в. ход лучей и производится второй отсчет. '

Благодаря смещению сферического зеркала 2 относительно дополнительного сферического зеркала 3 ца указаннуювеличину, как при введенном, так и выведенном образце, излучение, прошедшее через входную диафрагму 1, после последовательного отражения от зеркала 5 и 2 (или 3 и 6), т.е. после двухкратного прохождения через образец, будет фокусироваться на выходной диафрагме 9.

Следовательно, данная камера, в отлйчие от,известных, позволяет исклю735932 чить погрешность, возникающую вследствие преломления светового пучка в образце без внесения потерь при вводе и выводе излучения из камеры и без потерь при многократном преломлении в образце, 5 т.е. повысить точность измерения.

В случае необходимости количество отсчётов на выбранной длине волны может быть увеличено. Затем, монохроматор .спектрофотометра устанавливается на новую длину волны, описанный цикл измерения повторяется и т.д.

Так как при использовании варианта камеры, показанного на фиг. 2, выведение образца из хода лучей осуществля- ¹⁵ ется поворотом небольшой призмы 4, устраняются динамические нагрузки, связанные, с перемещением столика-держателя 7с образцом 8, вес которого’ может составлять несколько килограммов. В связи с этим данный вариант камеры обеспечивает более высокую то.ч- . ность измерений. Однако вариант, представленный на фиг. Ij может оказаться ₂₅ предпочтительнее в том случае, когда имеются ограничения на размеры прис' тавки в направлении ее продольной оси.

Если дисперсия показателя прелом:— ₃₀ ,пения образца в исследуемом спектраль. ном диапазоне, измерения можно проводить при постоянном смещении сферического зеркала 2, рассчитанном для одного значения, соответствующего средней ₃₅ длине волны области спектрофотометри— ррвания. В случае большой дисперсий необходимо в процессе сканирования спектра осуществлять дополнительное _v перестановочное перемещение сферичес- до кого зеркала 2 до выполнения указанного выше соотношения.

Помимо изображенных на чертеже, возможны другие варианты реализации камеры. Например, дополнительное сферическое зеркало 3 может отсутствовать, при этом основное сферическое зеркало 2 должно при введений и выведении образца 8 перемещаться в противоположных ₅₀ направлениях вдоль продольной оси каме-? ры на величину И (1 “ и )· Кроме того, камера может быть снабжена нескольки— ' ми сферическими зеркалами 2 и несколькими столиками—держателями 7 с образ— ₅₅ нами 8. В этом случае переход к измерениям каждого образца осуществляется поворотом призмы 4 на соответствующий угол, отличный от 180°.

При снабжений камеры приводом вращения или возвратно-поступательного пе—· ремещения призмы 4 обеспечивается автоматическая подача пучков излучения поочередно на образец 8 и на дополнительное сферическое зеркало 2, т.е. появляется возможность полной автоматизации процесса измеренйя поглощения длинных образцов.

Экспериментальная проверка камеры подтвердила эффект повышения точности измерений, обеспечиваемый использованием камеры. Показано, в частности, что имеется возможность находить спектральные показатели поглощения оптических стекол в видимой области спектра, которые не могут быть измерены с пойошью известных камер для спектрофотометров. ^;

Claims (2)

1. I

   Изобретение относитс  к фотометрии и может быть использовано дл  определени  показателей поглощени  или других оптических характеристик твердых и жидких веществ..

   Известны фотометрические камеры дл  исследовани  поглошающи-х веществ, выполненные в виде многоходовых кювет l и 2. Однако в этах камерах не предусмотрены меры дл  исключени  ошибки, возникающей вследствие преломлени  светового пучка в данном образце. Поэтому данные устройства предназначены и примен ютс  только д   исследовани  газов.

   Наиболее близкой к изобретению  вл етс  фотометрическа  камера, содержаща  входную и выходную диафрагмы и два отражател , один из которых выполнен в виде сферического зеркала и установлен с возможностью поступательного перемещени  в направлении продольной оси камеры зЗ. Дл  компенсации преломлени  в твердом или жидком образце, установленном на этой оси, рассто ние между отражател ми подбираетс  таким образом, чтобы пучки излучени , отраженные от каждогхэ из ни.х, фокусировались на продольной оси камеры в оптически сопр женных точках. Излучение комбинационного рассе ни  выводитс  на выходную диа|)рагму через боковую стенку камеры.

   10

   Одна эта камера непригодна дл  точ- йых измерений показател  поглощени  или cBfeaHHbix с ним характеристик. Объ сн етс  это тем, что оптически сопр женные точки расположены в неигг15 ральной части камеры, внутри анализи .руемого, образца. Это не позвол ет установить вблизи сопр женных точек дополнительные оптические элементы дл  вььвода из камеры излучени , прошедшего

   20 через образец, без потерь этого излучени , т.е. без снижени  точности измер&ний . Кроме того, количество проходов излучени  в известной камере очень велйко и более). Следовательно при. использовании ее дл  измерени  поглощени  или оптической плотности неизбеж ны погрешности, обусловленные потер ми при многократном прохождении излучени  через границу раздела воздух-образец . Целью изобретени   вл етс  повышение точности измерений показател  погл щени  образца. Достигаетс  это тем, что камера сна жена .системой дл  отсчета положени , i Зеркала, а второй отражатель выполнен в виде смежных граней призмы, ус.танов лвнной между входной и выходной диаф рагмами симметрично продольной оси камеры . Кроме того призма установлена с во можностью поворота относительно оси, перпендикул рной продольной оси камер а камера снабжена дополнительным сферическим зеркалом, закрепленным на продольной оси камеры, при этом оба сферических Зеркала имеют одинаковые радйусь кривизны и установлены с противоположных сторон призмы. На фиг. 1 приведена принципиальна  оптическа  схема фотометрической камеры , на фиг. 2 - то же, вариант. Камера содержит аходную диафрагму 1, первый отражатель-основное сферическое зеркало 2 и дополнительное сферическое зеркало 3, установленные на продольной оси ОО камеры и имеющие одинаковые радиусы кривизны, второй отражатель-призму 4, две смежных грани которой  вл ютс  зеркалами 5 и б кймеры, столик-дер жат ель 7 образца iB, выХодную диафрап у 9 и систему 10 дл  отсчетнбго положени  сферическс х ) зеркала 3, вьгполнённую, на .пример, в виде шкалы, закрепленной на корпусе камеры, и индексй, св занного с зеркалом 3j, При этом сферическое зеркало 3 имеет возможность .перемещени  в направлении продольнрй оси СО, т.е. может устанавливатьс  и фик- сйрйватьс  на различных рассто ни х от призмы 4.Если в спектрофотометре дл  которого предназначена камера , образец устанавливаетс  после мовохроматора (на чертеже не показав ), то в качестве входной диафрагмы 1 может быть использована выходна  шель монохроматора. При установке образца перед монохроматором с его входной щелью может быть совмещена выходна  диафрагма 9. При этом входна  1 и выходна  9 диафрагмы камеры должны быть оптически сопр жены зеркалами 5,3 и. 6, т.е. изображение входной диафрагмы 1 совмещено с выходной диафрагмой 9. В камере (см. фиг. 1) дополнительное сферическое зеркало 3 вместе со сферическим зеркалом 2 установлено на столике-держателе 7, который установлен с возможностью перестановочного перемещени  в направлении А, перпендикул { ном продольной оси 00 камеры. В варианте (см, фиг. 2) зеркала 2 и 3 располагаютс  с противоположных сторон призмы 4, причем дополнительное сферическое зеркало 3 и столик-держатель 7 закреплеш неподвижно, а призма 4 установлена с возможностью перестановочного поворота на 180 относительно оси, перпендикул рной оси ОО, например относительно горизонтальной оси иО, Определение оптических характеристик (пропускани , поглощени  оптической плотности и т.д.) с применением данной камеры производитс  следующим образом. С использованием устройства Ю сферическое зеркало 2 устанавливаетс  в такое положение , что рассто ние от этого зеркала до призмЫ 4 превышает рассто ние между призмой 4 и дополнительным сферическим зеркалом на величину .(1--) , где i- длина анализируемого образца, а и - его показатель преломлени  на интересующей длине волны. На столик-держатель 7 устанавливаетс  твердый образец 8 (или кювета с анализируемой жидкостью) и производитс  отсчет требуемой оптической характеристики. Затем поступательным перемещением столика-держател  7 (см. фиг. 1) или поворотом призмь 4 на ISO (см.фиг.2) образец 8 и зеркало 2 вывод тс , а зеркало 3 вводитс  в. ход лучей и производитс  второй отсчет. Благодар  смещению сферического зеркала 2 относительно дополнительного сферического зеркала 3 на указаннуювеличину , как при введенном, так и вьь. веденном образце, излучение, прошедщее через аходную диафрагму 1, после последовательного отражени  от зеркала 5 к 2 (или 3 и 6), т.е. после двухкратного прохождени  через образец, будет фокусироватьс  на выходной диафрагме 9. Следовательно, данна  камера, в отлйчие от.известных, позвол ет исключить погрешность возникающую вследст вие преломлени  светового пучка в образце без внесени  потерь при вводе и выводе излучени  из камеры и без поте при многократном преломлении в образц т.е. повысить точность измерени . В случае необходимости количество отсчётов на выбранной длине волны может быть увеличено. Затем, монахроматор .спектрофотометра устанавливаетс  на новую длину волны, описанный цикл измерени  повтор етс  и т.д. Так как при использовании варйа.нта камеры, показанного на фиг, 2, выведе ние образца из хода -лучей осуществл етс  поворотом небольшой призмы 4, устран ютс  динамические нагрузки, св занные,с перемещением столика-дё{ «атёл  7с об|)азцом 8, вес которого может составл ть несколько килограммов . В св зи с этим данный вариант ка меры обеспечивает более высокую то.чность измерений. Однако вариант, представленный на фиг. 1 может оказатьс  предпочтительнее в том случае, когда имеютс  ограничени  на размеры приставки в направлении ее продольной рои. Если дисперси  показател  прелом- ,лени  образца в исследуемом спектральном диапазоне, измерени  можно проводить при посто нном смещении сферичес кого зеркала 2, рассчитанном дл  одного значени , соответствующего средней длине волны области спектрофотометрировани . В случае большой дисперсий необходимо в процессе сканировани  спектра осуществл ть дополнительное перестановочное перемещетае сферического зеркала 2 до выполнени  указаавого выше соотношени . Помимо изображенных на чертеже, возможны другие варианты реализации камеры. Например, дополнительное сферическое зеркало 3 может отсутствовать при этом основное сферическое зеркало 2 должно при введений и вьшедении обра ца 8 перемещатьс  в противоположных направлени х вдоль продольной оси каме ры на величину И (1 - ). Кроме того, камера может быть снабжена несколькими сферическими зеркалами 2 и несколь кими столиками-держател ми 7 с образцами 8. В этом случае переход к измерени м каждого образца осуществл етс  поворотом призмы 4 на соответствук щий угол, отличный от 18О°. При снабжении камеры приводом вращени  или возвратно-поступательного пе-ремещени  призмы 4 обеспечиваетс  автоматическа  подача пучков излучени  Поочередно на образец 8 и на дополнительное сферическое зеркало 2, т.е. по вл етс , возможность полной автоматизации процесса измерени  поглощени  длинных образцов. Экспериментальна  проверка камеры подтвердила эффект повышени  точности измерений, обеспечиваемый использов;анаем камеры. Показано, в частности, что имеетс  возможность находить спектральные показатели поглощени  оптичесKttx стекол в видимой области спектра. Которые не могут быть измерень с .пойрщью известньгх: камер дл  спектрофотометров .Формула изобретени  1.Фотометрическа  камера, содержаща  входную и выходную диафрагмы и два отражател , один из которых выполнен в виде сферического зерке а к устайойлен с Возможностью поступательного перемещени  внаправлении продольной оси камеры, от.лйчакэща с  тем, что, с целью повышени  точности измерений показател  поглощени  образца , она снабжена системой дл  отсчета поло.жени  зеркала, а второй отражатель выполнен в виде смежных граней призмы , установленной между входной и выходной диафрагмами симметрично продольной оси камеры. 2.Камера по п. 1, о т л и ч а а   с   тем, что призма устаноалена с возможностью поворота относительно оси, перпендикул рной продольной ОСи камеры, а камера снабжена дополнительным сферическим зеркалом, закрепленным на продольной оси камеры, при этом оба сферических зеркала имеют одинаковые радиусы кривизны и установлены с противоположных сторон призмы. Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе t б.оНп U.X/bite,bong Opticxxl Pailns of Large ApertuTM Joovnae-o tVieOpU.c.ad Society of Awerica v. 32, № 5, 1942, p. .
2. 2. Неуймин Г, Г., Агафонов Е. А., Морской многоходовой ф тометрпро- зрачномер. Оптико-механическа  промышленность , 1968, № 6, с. 3136 .

   3. 7T.t4.,Construction anUUse oi ReClecimg VAuG-tipte - , AbsorfoUon Ceaftu ov the Uitra-ytoaet,Visibte «n near Ah nareS, ftppllied SpeeirostopVj

   V.P.V№ 1, 1971. p. 103.

   fO