SU792103A1

SU792103A1 - Фотоэлектрический способ измерени концентрации вещества

Info

Publication number: SU792103A1
Application number: SU792709460A
Authority: SU
Inventors: Максим Леонидович Александров; Борис Пантелеевич Кузьмин; Владимир Антонович Павленко
Original assignee: Научно-Техническое Объединение Ан Ссср
Priority date: 1979-01-05
Filing date: 1979-01-05
Publication date: 1980-12-30

Description

Изобретение относится к области оптических методов определения микроконцентраций анализируемого вещества в растворе и может найти широкое применение в хроматографических установ- 5 ках при анализе полимеров и биополимеров как синтетического, так и природного происхождения.

Известны фотоэлектрические способы измерения концентрации веществ, ос-Ю нованные на облучении монохроматическим световым потоком анализируемого вещества в кювете с последующей регистрацией прошедшего потока в электрической системе, используемые в реф- 15 рактометрах, фотометрах, спектрофотометрах и флуориметрах.

Один из известных способов измерения концентрации веществ заключается в облучении вещества, находящегося в 20 фотометрической кювете, световым потоком и регистрации интенсивности света [13 .

Наиболее близким по технической 25 сущности к данному изобретению является фотоэлектрический способ измерения концентрации вещества путём облучения исследуемого вещества в дифференциальной кювете призматического 30 типа и регистрации прошедшего излучения. Известный фотоэлектрический способ измерения концентрации вещества является рефрактометрическим и основан на измерении отклонения светового потока в результате прохождения его через кювету с анализируемым веществом £ 2J.

К недостаткам способа следует отнести использование только одного из проявлений взаимодействия электромагнитного излучения с анализируемым веществом - отклонения светового потока, что снижает чувствительность и точность измерения концентрации анализируемого вещества.

Целью изобретения является повышение чувствительности и точности, измерения концентрации вещества.

Поставленная цель достигается тем, что в фотоэлектрическом способе измерения концентрации вещества путем облучения исследуемого вещества в дифференциальной кювете призматического типа и регистрации прошедшего иэлучения световой поток мйнохроматиэируют на длине волны, соответствующей максимуму поглощения для исследуемого вещест-, ва, и регистрируют изменение интенсив ности светового потока, по которому судят о концентраций исследуемого вещества .

Сущность изобретения поясняется чертежом устройства для реализации данного способа.

Устройство содержит источник свс|га 1, оптическую проектирующую систему 2, диафрагму 3, монохроматор 4, оптическую дифференциальную кювету призматического типа 5, объектив 6, фотоприемник 7, измеритель уровня сигнала 8 и регистрирующий прибор 9, Способ осуществляется следующим образом.

Сформированный от источника света 1 с помощью проектирующей линзовой системы 2 и диафрагмы 3, параллельный световой пучок проходит через монохроматор 4 и кювету 5. Объектив б формирует световое изображение диафрагмы на приемной площадке фотоприемника 7.

Оптическая кювета состоит из двух ячеек,одна из которых заполнена раствором сравнения, а другая - измеряемым раствором. При заполнении обеих ячеек кюветы раствором сравнения монохроматором выделяется спектральный интервал длин волн, соответствующий спектральной области поглощения исследуемого вещества, а с помощью регулируемой диафрагмы 3 устанавливается полное заполнение приемной площадки фотоприемника, определяемое по максимальному сигналу, снимаемому с фотоприемника.

При заполнении второй ячейки исследуемым веществом неизвестной концентрации происходит одновременное изменение поглощения световой энергии и изменение линейной дисперсии светового пучка, прошедшего через анализируемое вещество .

При этом изменение поглощения определяется изв^угной зависимостью:

J — Jq θ ,·(ΐ) где 3 - количество световой энергии, прошедшей через анализируемое вещество;

3₀ - количество световой энергии на входе в анализируемое вещество;

эе- - коэффициент поглощения анализируемого вещества;

с - концентрация анализируемого вещества;

d - толщина слоя анализируемого, вещества, а измерение линейной дисперсии в плоскости измерения, светового пучка связано с явлением аномальной дисперсии в спектральной области поглощения анализируемого вещества и описывается зависимостью:

dt dd. dn. (2)

7Г57) dj ’VW где - коэффициент увеличения оптической системы;

kg - коэффициент, определяемый молекулярными параметрами анализируемого вещества; оС - угол отклонения светового потока;

В- линейное перемещение изображения в плоскости фотоприемника;

Пд - показатель преломления анализируемого вещества, соответствующий пропусканию светофильтра;

Л_о~ длина волны, соответствующая максимуму поглощения вещества;

д- длина волны света, определяющая границы кривой поглощения.

В связи с явлением аномальной дисперсии при длине волны световые лучи, соответствующие' красной и синей линиям спектра, будут-отклоняться в разные стороны от оптической оси, в связи с чем изменится интенсивность светового потока, падающего на фотоприемник.

Таким образом, наличие в ячейке кюветы анализируемого вещества вызы»вает изменение энергии светового потока на фотоприемнике вследствие изменения поглощения и уширения светового изображения относительно размеру приемной площадка фотоприемника.

Использование предлагаемого спосоч ба измерения концентрации позволяет значительно повысить чувствительность измерения по сравнению с прямым рефрактометрическим методом и по сравнению с прямым фотометрическим методом, измерения.

Claims

Изобретение относитс к области оптических методов определени микроконцентраций анализируемого вещества в растворе и может найти широкое применение в хроматографических установках при анализе полимеров и биополиме ров как синтетического, так и природного происхождени . Известны фотоэлектрические способы измерени концентрации веществ, ос нованные на облучении монохроматическим световым потоком анализируемого вещества в кювете с последующей регистрацией прошедшего потока в электрической системе, используемые в рефрактометрах , фотометрах, спектрофотометрах и флуориметрах. Один из известных способов измерени концентрации веществ заключаетс в облучении вещества, наход щегос в фотометрической кювете, световым потоком и регистрации интенсивности све та ПЗ . Наиболее близким по технической сущности к данному изобретению вл етс фотоэлектрический способ -измере ни концентрации вещества путём облучени исследуемого вещества в диффе .ренциальной кювете призматического типа и регистрации прошедшего излучени . Известный фотоэлектрический способ измерени концентрации вещества вл етс рефрактометрическим и основан на измерении отклонени светового потока в результате прохождени его через кювету с анализируемым веществом t 21. К недостаткам способа следует отнести использование только одного из про влений взаимодействи электромагнитного излучений с анализируемым веществом - отклонени светового потока, что снижает чувствительность и точность измерени концентрации анализи:руемого вещества Целью изобретени вл етс повышение чувствительности и точности, измерени концентрации вещества. Поставленна цель достигаетс тем, что в фотоэлектрическом способе измерени концентраций вещества путем облучени исследуемого вещества в дифференциальной кювете призматического типа и регистрации прошедшего излучени световой поток мйнохроматиэируют на длине волны, соответствующей максимуму поглощени дл исследуемого вещест-, ва, и регистрируют изменение интенсивности светового потока, по которому суд т о концентрации исследуемого ве щества . Сущность изобретени по сн етс чертежом устройства дл реализации данного способа. Устройство содержит источник свс jra 1, оптическую проектирующую сис; тему 2, диафрагму 3, монохроматор 4 оптическую дифференциальную кювету призматического типа 5, объектив 6, фотоприемник 7, измеритель уровн сигнала 8 и регистрирующий прибор 9 Способ осуществл етс следующим образом. Сформированный от источника света 1 с помощью проектирующей линзовой системы 2 и диафрагмы 3, параллельный световой пучок проходит через монохроматор 4 и кювету 5. Объектив б формирует световое изображение диафраг1«ы на приемной площадке фотопри емника 7. Оптическа кювета состоит из двух чеек,одна из которых заполнена paci вором сравнени , а друга - измер е мым раствором. При заполнении обеих чеек кюветы раствором сравнени моиохроматором -выдел етс спектральный интервал длин волн, соответствующий спектральной области поглощени исследуемого вещества, а с помощью ре гулируемой диафрагмы 3 устанавливает с полное заполнение приемной площад ки фотоприемника, определ емое по максимальному сигналу, снимаемому с фотоприемника. При заполнении второй чейки исследуемым веществом неизвестной концентрации происходит одновременное изменение поглощени световой энерги и изменение линейной дисперсии свето вого пучка, прошедшего через анализи руемое вещество , При этом изменение поглощени оп редел етс извес.тной зависимостью: Л . (1) где Д - количество световой энергии прошедшей через анализируемое вещество; Лд - количество световой энергии на входе в .анализируемое вещество; эе- - коэффициент поглощени анали зируемого вещества; с - концентраци анализируемого вещества; d - толщина сло анализируемого вещества, а измерение линейной дисперсии в пло кости измерени , светового пучка св зано с влением аномальной дисперсии в спектральной области поглощени анализируемого вещества и описываетс зависимостью: dd . irj dH dn где k коэффициент увеличени оптической системы; коэффициент, определ емый молекул рными параметрами анализируемого вещества; рС - угол отклонени светового потока; f- линейное перемещение изображени в плоскости фотоприемника; показатель преломлени анализируемого вещества, соответствующий пропусканию светофильтра; длина волны, соответствующа максимуму поглощени вещества; Л - длина волны света, определ юща границы кривой поглощени . В св зи с влением аномальной дисперсии при длине волны Л, световые лучи, соответствующие красной и синей лини м спектра, будут-отклон тьс в разные стороны от оптической оси, в св зи с чем изменитс интенсивность светового потока, падающего на фотоприемник . Таким образом, наличие в чейке кюветы анализируемого вещества выза-вает изменение энергии светового потока на фотоприемнике вследствие изменени поглощени и уширени светового изображени относительно размер 1 приемной Ш1ощадк(й фотоприемника. Использование предлагаемого спосоч ба измерени концентрации позвол ет значительно повысить чувствительность измерени по сравнению с пр мым рефрактометрическим методом и по сравнению с пр мым фотометрическ1|М методом, измерени . Формула изобретени Фотоэлектрический способ измерени концентрации вещества путем облучени исследуемого вещества в дифференциальной кювете призматического типа и регистрации прошедшего излучени , от - личающийс тем, что, с целью повышени чувствительности и точности измерени , световой поток монохроматизируют на длине волны, соответствующей максимуму поглощени дн исследуемого вещества и регистрируют изменение интенсивности светового потока, по которому суд т о концентрации исследуемого вещества. Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе 1.Гринштейн М,М,иКучик н Л.М. Фотоэлектрические концентратомеры дл автоматического контрол и регулиро- вани , М., Машиностроение, 1966, с.64-73.
2.Гринштейн M.M.I.I Кучик н Л.М. Фотоэлектрические концентратомеры дл автомагического контрол и регулировани . М./ Машиностроение, 1966, с.134-137 (прототип).