SU957074A1 - Способ контрол степени чистоты раствора - Google Patents

Description

Изобретение относитс  к спектро .скопни и квантовой электронике и может быть использовано в научных и прикладных исследовани х дл  контрол  степени чистоты растворов.

Известен способ контрол  чистоты растворов, основанный на измерении спектров поглощени  смеси и ее компонентов и определении по числу и интенсивности полос поглощени  концентрации одной из компонент 11.

Недостаток способа заключаетс  в его слабой чувствительности (им можно измерить концентрацию примеси, если ее величина отличаетс  от концентрации раствора не более чем на два пор дка). Кроме того компоненты в растворе не должны взаимодействовать , а их спектры поглощени  должны быть сильно разнесены. Все это существенно ограничивает круг изу-чаемых объектов.

Наиболее близким к рредлагаемому по техническому решению  вл етс  способ контрол  степени чистоты раствора путем импульсного возбуждени , регистрации временных характеристик люминесцентного свечени  эталонного и исследуемого растворов и определени  концентрации примеси. Известный

способ основан на сравнении раздельно определ емых времен жизни возбуждаемых состо ний люминесцирующих молекул в эталонном и исследуемом растворах С21.

Недостатком способа  вл етс  низка  чувствительность контрол .

Цель изобретени  - повышение чувствительности контрол .

10

Цель достигаетс  благодар  тому, что согласно способу контрол  степени чистоты раствора путем импульсного возбуждени ,регистрации временных характеристик люминесце тно15 го свечени  эталонного и исследуемого растворов и определени  концентрации примеси, предварительно измер ют и выравнивают амплитуды импульсов свечени  обоих растворов, а за20 тем измер ют временные характеристики разности между интенсивност ми свечени  эталонного и исследуемого растворов и по форме первого экстремума этой разности определ ют концен25 трацию примеси.

На фиг.1 изображен набор разностных сигналов свечени  эталонного и исследуемлх растворов; на фиг.2 зависимость амплитуды разностного

30 сигнала, нормированной к амплитуде импульса свечени , от разности времени жизни -возбуждаемых люминесцирующих молекул в эталонном и исследуемом растворах; на фиг.З - схема экспериментальной установки дл  реализации способа. Установка состоит из лазера 1 на азоте, лазера 2 на красител х, кювет дл  растворов 3 и 4, монохроматоров 5 и б, фотоумножителей 7 и 8, блоков электрических задержек 9 и 10, осциллографа 11, самописца 12 и дискриминатора 13 шума. Дл  по снени  основной- идеи способа , допустим, что имеетс  два типа экспоненциально затухающих свечений (два флуоресцирующих раствора) с временами затухани  Т и С и одинаковыми начальны ми амплитудами. Задача состдит в том чтобы Измерить разницу времен затуха ни  (времен жизни возбужденного состо ни ) /51 Т - С, , которое много меньше Т и С. (-иL« LI Л .Естественно , что при непосредственном измерении кривых затухани  различи  между временами С и ti . обнаружить не удаетс , так как нельз  измерить отличие по амплитуде обо их импульсов флюоресценции, котора  ; и самой амплитуды. Покажем, что эта задача может быть решена, если регистрировать разность двух сигналов FT.- FI .Разностный сигнал F F,() (1) представл ет собой импульс с максимумом момент времени L Т т X - v:±.gni - (2) так дТ V Характеризу  длительность импульса ut удвоенным временным рассто нием от максимума до точки перегиба (в точке перегиба -т 0 ) , получаем, что длительность импульса разностно . го сигнала равна , «Н-) / .  t-nvwh- t ) Как видно из СЗ), при сокращении дь величина ut уменьшаетс , однако при лТ«Г длительность измер емого сигнала перестает зависеть от tsK и становитс  равной. V«4. . С4) Это означает, что даже при очень малом различии времен затухани  дву процессов (лС« f) разностный импуль имеет достаточно ббльшую длительнос ut с 2 т и -может быть измерен аппаратурой с временным рйзрешением йГ«9 Как видно из предыдущего, длител ность измер емого разностного импул са ut при dt«t не несет информации об искомой величине дТ . Така  информаци  может быть получена при измерении относительной амплитуды разностного импульса/ котора  при этом условии , согласно (1) и (2), пр мо пропорциональна A... Из сказанного следует, что минимально измерима  разность двух вре- мен определ етс  не временным разрешением аппаратуры (на которое накладываетс  значительно более простое требование ), а ее амплитудным разрешением. Поскольку в данном методе используетс  Дифференциальный способ измерени  разностного сигнала, можно легко обеспечить измерение веЬичин лР/Р0 10 и менее. Следовательно, определ ема  таким способом разность времен затухани  составл ет; лГ,-.2, Это означает, что в случае наносекундных времен затухани  свечени  можно надежно измер ть разницу времен затухани  в несколько дес тков пикосекунд. Способ реализуетс  следующим образом (фиг.З). Возбуждение свечени  осуществл етс  лазером 1 на азоте ( МВт; 2,4 не; Гц) или накачиваемым им лазером 2 на красител х. Свечение объектов 3 и 4 проходит через монохроматоры 5 и 6 (дисперси  14А/ММ) и регистрируетс  фотоумножител ми 7 и 8 (18ЭЛУ-ФС, временное разрешение 1 не). Электрический сигнал с фотоумножителей через электрические задержки 9 и 10 поступает на двухканальный стробоскопический осциллограф 11 (С7-11, полоса пропускани  б ГГц). Часть сигнала с фотоумножител  поступает на вход синхронизации осциллографа 11. Вычитание импульсов свечени  обоих образцов , осуществл етс  либо осциллографом, работающим в необходимом режиме (при этом она регистрируе.тс  на экране осциллографа и самописце 12 (К-201), либо самописцем, на вход которого оба импульса поступают в противофазе через дискриминатор 13 шума . Измерение производитс  следуюгцим образом: в обе кюветы 3 и 4 заливаетс  эталонный (чистый) раствор; путем подбора электрических 9 и 10 задержек добиваютс , чтобы; сигналы с фотоумножителей 8 и 7 точно совпадали по фазе; выравнивают алтлитуду обоих импульсов; регистрируетс  их разность (она должна равн тьс  нулю, если оба фотоэлемента не искажают импульс возбуждени ); заливают исследуе№1й раствор в кювету 3; уравнивают амплитуду сигналов, идущих с фотоумножителей 7 и 8; регистрируют разность си налов с фотоумножителей 7 и 8; определ ют амплитуду этой разности измер ют амплитуду импульсов РЙ; нормируют лр к амплитуде импульса свечени  FO (т.е. наход т параметр др /FO) i из теоретически рассчитанной зависимости А (1;)фиг.2) по экспериментально определенному лр / Р наход т аТ; из известной зависимости Штерна-Фольмера , записанной в виде . „-,

(Г -лт;Ц - КС

(где , - врем  жизни возбужденного состо ни  эталонного раствора; к константа ), определ ют С - концентрацию добавки..

Пример. Данный способ экспериментально реализован дл  измерени  концентрации тушител  KI в растворе родамина В в этаноле. Врем  жизни возбужденного состо ни  t чистого раствора родамина В в этаноле (С ) .составило 4,2 не. При . -добавлении тушител  KI в раствор -. родамина В его врем  жизни возбужденного состо ни  сократилось на 0,1 не , что и было измерено разностным способом . Рассчитанна  из зависимости Штерна-Фольмера концентраци  KI со . ставила 5 1СГм.

Таким образом, предлагаемый способ позвол ет увеличить точность измерени  UL и, следовательно, повысить чувствительность контрол  степени чистоты раствора. Если по известному способу при t-, .10 не минимальное по величине отличие Т/ от f , которое можно измерить, составл ет Д НС, то по предлагаемому способу можно зарегистрировать лС 0,07 (фиг.1) т.е. чувствительность измерени  dt , а, Ьледовательно, и контрол  степени чистоты раствора возрастает в 10-100 раз.

Claims (2)

1.Степанов Б.И., Грибковский В.П. Введение в теорию люминесценции. Минск, изд-во АН БССР, 1963, с.224.

2.Теренин А.Н. Фотоника молекул красителей. Л.,Наука, 1976, с.452 (прототип).

xJ . е

S ff 7 g

.1

Р

/ от, ест.

рт

.о,0гд

-о,ог

-0,ff/i

-ff.ffO

o,f а,1 ff,3 ff. r,r

0tfg.2

Фуг.