Спектрофотометр

 

Изобретение относится.к области оптического спектрального приборостроения . Целью изобретения является повышение точности измерений путем подавления мультипликативной помехи в виде низкочастотных колебаний энергетической яркости источника и упрощение конструкции. Для этого в спектрофотометре источник излучения 1 проецируется на входную щель 4 монохроматора с помощью зеркала 2 и светоделителя 3, представляющего собой бизеркало. На входной щели образуются два изображения источника 1. Обтюратор 5 осуществляет временное разделение пучков. Входной 6 или выходной 8 коллиматор монохроматора состоит из двух полузеркал,разрезанных по меридиональной плоскости монохроматора. При взаимном разворо- 5 (Л

СОЮЗ СОВЕТСИИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

gg 4 G 01 J 3/42

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н А ВТОРСИОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3937935/31-25 (22) 29.05.85 (46) 30.01.87. Бюл. 9 4 (71) Специальное конструкторское бюро аналитического приборостроения

Научно-технического. объединения АН

СССР и Межфакультетская проблемная научно-исследовательская лаборатория молекулярной биологии и биоорганической химии им. А.Н.Белозерского МГУ им. М.В.Ломоносова (72) Т.В. Дубатова, Ю.Е. Каэакевич, В.Н. Ларионов и А.А. Тоболов (53) 535.853(088.8) (56) Double- Wavelength Double Веат

Spectrophotometer Catalog, Ф Ех — E, 526 р.

Котова Е.И, Ларионов В.Н. Многофункциональный дифференциальный спектрофотометр. — Оптико-механическая промьппленность, 1982, Ф 6, с.26-28.

„.,80„„2 6910 (54) СПЕКТРОФОТОМЕТР (57) Изобретение относится к области оптического спектрального приборостроения. Целью изобретения является повьппение точности измерений путем подавления мультипликативной помехи в виде низкочастотных колебаний энергетической яркости источника и упро- щение конструкции. Для этого в спектрофотометре источник излучения 1 проецируется на входную щель 4 монохроматора с помощью зеркала 2 и светоделителя 3, представляющего собой бизеркало. На входной щели образуются два изображения источника

1. Обтюратор 5 осуществляет временное разделение пучков, Входной 6 или выходной 8 коллиматор монохроматора состоит из двух полуэеркал,разрезанных по меридиональной плоскости монохроматора. При взаимном разворо128691 те полуэеркал вокруг оси, совпадающей с меридиональной плоскостью, осуществляется двухлучевой режим работы спектрофотометра. Измерительные ячейки 10 устанавливаются непосредственно за выходной щелью 9. При взаимном развороте в сагиттальной плоскости на угол Ь = k/f, где k — расстояние между изображениями источ0 ника 1 в плоскости входной щели 4, f — фокусное расстояние коллиматора, осуществляется двухволновый режим работы спектрофотометра. Осуществле1 ние двухлучевого и двухволнового режимов позволяют. повысить точность спектрофотометрических измерений.

1 з.п. ф — лы, 7 ил.

Изобретение относится к оптическому спектральному приборостроению.

Цель изобретения — повышение точности измерений путем подавления мультипликативной помехи в виде низкс частотных колебаний энергетической яркости источника и упрощение конструкции.

На фиг.1 показана оптическая схема спектрофотометра; на фиг.2 — раз. рез А-А на фиг, 1; на фиг.3 — разрез

Б-Б на фиг.1; на фиг.4 — 7 — положение спектров в фокальной плоскости монохроматора в зависимости от взаимного расположения полузеркал коллиматора.

Спектрофотометр содержит (фиг.1) источник 1 излучения, светящееся тело которого расположено в одном иэ фокусов эллипсоидного зеркала 2, светоделитель 3,. представляющий собой бизеркало, ребро которого находится в меридиональной плоскости, входную щеЛь 4, диск-обтюратор 5, установленный непосредственно за входной щелью 4, входной коллиматор 6, содержащий два полузеркала, дифракционную решетку 7, выходной коллиматор 8, выходную щель 9, измерительную ячейку 10, а также ахроматический объектив 11 и фотоприемники 12 — 14. Приемная площадка фотоприемника 12 расположена вблизи заднего фокуса ахроматического объектива 11.

Спектрофотометр работает следующим образом.

Изображение источника 1 с помощью эллипсоидного зеркала 2 фокуси-руется в плоскости входной щели 4 двухлучевого монохроматора. Светоделитель 3 установлен в сходящемся пучке на определенном расстоянии от входной щели 4. В результате в плоскости входной щели 4 образуются два действительных изображения источника 1, разнесенные в сагиттальной плоскости на заданное расстояние.

Диск-обтюратор 5 осуществляет временное разделение пучков путем их переменного прерывания. Пусть с угол между полузеркалами входного коллиматора 6 в меридиональной плоскости, — угол между полузеркалами в сагиттальной плоскости. При о = = 0 в плоскости выходной щели

9 наблюдается картина, схематично изображенная на фиг.2. Два идентичных спектра, получаемые от соответствующих изображений источника 1, разнесены в саггитальной плоскости

20 на расстоянии 2k причем !

2k = 2k (f /Г1), (1)

25 где 2k — расстояние между изображениями источника в плоскости входной щели 4; — фокусное расстояние входного коллиматора 6;

f. — фокусное расстояние выходного коллиматора 8.

В этом случае из монохроматора выводятся два монохроматических пучка длиной волны л,. Только при выполнении условия 2k (< H, где Н вЂ” высота штрихов решетки 7, в плоскости входного коллиматора 6 имеет место значительное переналожение двух световых пучков от входной щели, т.е. на каждое полузеркало попадает излучение от обоих изображений в плоскости входной щели 4. Поэтому при — 0, В Ф 0 каждый из спектров, 128691 изображенных на фиг.2,распадается на . два спектра (фиг.3)..В результате в плоскости выходной щели двухлучевого монохроматора образуются две идентичные пары спектров. Запишем соотношение, определяющее расстояние между спектрами каждой пары в параксиальном приближении: (2) l0

2m = 2 .

В этом случае из монохроматора выводятся четыре монохроматических пучка длиной волны Эо.

При m = k нижний спектр верхней пары и верхний спектр нижней пары совпадают (фиг.4). При этом выполняется соотношение (3) 20 = k/f,.

Пусть ah-Ь вЂ” A . Можно показать, что

50 й(8дпф,(Cos 2 - 1) +

При таком режиме работы из монохроматора выводятся четыре монохроматических пучка длиной волны 3„ два из которых пространственно совмещены в плоскости выходной щели 9.

Если при значении угла, определяемом формулой (3), полузеркала развернуты друг относительно друга в меридиональной ппоскости (о(Ф О;

P = k/f, ), то в плоскости выходной щели 9 образуется картина, изображенная на фиг.5. Световые пучки, отраженные от различных полузеркал входного коллиматора 6, падают на 35 дифракционную решетку 7 под разными углами. В результате в плоскости выходной щели 9 происходит дисперсный сдвиг соответствующих спектров друг относительно друга, из монохромато- 40 ра выводятся два пучка длиной волны

>1 и два пучка длиной волны 32, причем два монохроматических пучка различных длин волны 3 и h пространственно совмещены в плоскости выходной щели 9.

0 4

В практически важных случаях формула (4) аппроксимируется выражением: — cos, Sin 2о1 (5) Соя Ж 1

Такую зависимость разности длин волн л от угла относительно разворота полузеркал d во многих случаях можно с достаточной точностью реализовать с помощью синусного механизма. Часто бывает достаточна и более грубая аппроксимация:

2d (Сокро ) d. 2d ck . (6) А = 1.Е

Со Io

С I о (7) В непосредственной близости от выходной щели 9 установлена измерительная ячейка 10 и далее три фотоприемника 12 — 14, разнесенные в сагиттальной плоскости. Полузеркала коллиматора 6 при юстировке спектрофотометра поворачиваются друг отно- . сительной друга в сагиттальной плоскости на угол = k/f» и в дальнейшем этот угол остается неизменным.

В режиме спектрофотометрических измерений на одной длине волны полузеркала коллиматора 6 устанавливаются в положение о = О. При этом в плоскости выходной щели 9 образуется картина, изображенная на фиг.4. Сигнал на выходе фотоприемника 12 пропорционален интенсивности монохроматического излучения длиной волны прошедшего через измерительную ячейку 10 (рабочий сигнал). Сигналы на выходе фотоприемников 13 и 14 пропорциональны интенсивности монохроматического излучения длиной волны 3о, падающего на измерительную ячейку 10. В качестве контрольного сигнала можно брать сумму сигналов с выходов фотоприемников 13 и 14. На выходе измерительной схемы регистрируется величина

+ Соз V. Sin 2*), (4) Тод где

Указанный непрерывной р

d — постоянная дифракционной решетки;

Vo — угол падения световых пучков на дифракционную решетку при ci = О.

" где Со, С вЂ” коэффициенты пропорциональности; контрольный сигнал на длине волнь; 3 рабочий сигнал на длине волны 3 . режим применяется для егистрации оптической

128691

А1, 1 г г

{8) 40

55 (9) aA> > = A> — А плотности вещества, находящегося в измерительной ячейке, как функции времени A> (t), а также для записи о епектров поглощения А (3).

Переход к двухволновому режиму осуществляется при помощи взаимного разворота полузеркал коллиматора 6 вокруг оси, перпендикулярной меридианальной плоскости.В плоскости выходной щели 9 при этом образуется 10 картина, изображенная на фиг.5. Через измерительную ячейку 10 поочередно пропускаются.; монохроматические пучкй длин волн и 3 разность между которыми определяется выраже- 15 ниями (4) — (6). В период, когда диск-обтюратор 5 перекрывает одно из изображений источника в плоскости входной щели 4 (например, ниж— нее), на фотоприемник 12 поступает 20 монохроматический пучок длиной волны 3,, прошедший через измерительную ячейку 10, а на фотоприемник 13— контрольный монохроматический пучок длиной волны h . Фотоприемник 14 25 при этом не засвечивается. При пере-, 1 крытии другого иэображения источника возникает противоположная картина. На выходе измерительной схемы могут одновременно и непрерывно ре- 30 гистрироваться оптические плотности на длинах волн 1 -, h как функции времени Аг (t), Аг (t), а также ! г абсорбционное отношение R> > (t) г и абсорбционная разность А y (t), определяемые, соответственно вйражениями:

При сканировании дифракционной решетки 7 в этом режиме могут также регистрироваться спектр поглощения А { ), абсорбционное отношение как функция длины волны R> + ()), f а также первая производная спектра

АА (Ъ) / Ъ (в этом случае а) вы1Ig ) +5/ бирается достаточно малым).

Переход к дифференциальным измерениям осуществляется посредством замены одной измерительной ячейки двумя разнесенными по высоте выходной щели. В двухлучевом режиме полузеркала коллиматора 6 устанавливаются в положение = = 0 (фиг.2)

Непосредственно за выходной щелью 9

0 о установлены две измерительные ячейки 10, далее излучение поступает на ахроматический объектив t.1 и фотоприемник 12. Через измерительные ячейки IO поочередно проходят монохроматические пучки длиной волны

Оба пучка в плоскости дифракционной решетки 7 совмещены.. Ахроматический объектив 11 изображает плоскость дифракционной решетки 7 в плоскость фоточувствительной ппощадки фотоприемника 12, где монохроматические пучки всех длин волн, таким образом, еще раз совмещаются. В таком режиме могут регистрироваться спектр поглощения А ()) (при этом в одной из измерительных ячеек образец отсутствует), разностный спектр поглощения А 5 ), поглощение и разность поглощений на фиксированной длине волны как функции времени

А (), А (t), При переходе к двухволновому режиму вместо двух измерительных ячеек 10 используют одну, Полузеркала коллиматора 6 разворачивают друг относительно друга на угол, определяемый формулой (3), в сагиттальной плоскости, а также на угол, определяемый рабочими длинами волн h, h> согласно формулам (4) — (6), в меридиональной плоскости.

Формула изобретения

1. Спектрофотометр, содержащий оптически связанные источник света, фокусирующее зеркало, светоделитель, обтюратор, монохроматор, снабженный входной щелью, входным зеркальным коллиматорным объективом, дифракционной решеткой, выходным зеркальным коллиматорным объективом и выходной щелью, а также измерительную ячейку, фокусирующий объектив и фотоприемники, отличающийся тем, что, с целью повышения точности изб мерении путем подавления мультипликативной помехи в виде низкочастотных колебаний энергетической яркости источника света и упрощения конструкции, входной или выходной зеркальный коллиматорный объектив выполнен разрезным в виде двух полузеркал, причем плоскость разреза совпадает с меридиональной плоскостью монохроматора, при этом полузеркала установлены с воэможностью взаимного разворота в меридиональ1 286910

1 = - ——

,г где хроматора;

Рие. 4

7 ной плоскости монохроматора, а измерительная ячейка установлена непосредственно за выходной щелью монохроматора.

2. Спектрофотометр по п.1, о т—

5 л и ч а ю шийся тем, что полузеркала входного или вйходного зеркального коллиматорного .объектива установлены с возможностью дополнительного взаимного разворота в сагит- 1О тальной плоскости монохроматора на фиксированный угол

k — расстояние между изображениями источника света в плоскости входной щели моно-f — Фокусное расстояние соот.,г ветственно входного или выходного зеркального колли- маторного объектива.

Р @ 7

Составитель С.Иванов

Редактор А.Огар Техред II.Îëåéíèê Корректор M.Äåì÷èê

Заказ 7703/40 Тираж 776 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

rio делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д,4/5

Производственно-полиграфическое предприятие г Ужго ..П

° жгород, ул. роек тная, 4