Спектрофлуориметр

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУ БЛИН (19) (11) А1 (51) 4 G 01 J 3/42 G Ol N 21/64

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21 ) 4102276/31-25 (22) 26.05.86 (46) 30.12.87., Бюл. И 48 (71) Институт физики AH БССР (72) В.Г.Батюков, P.Ã.Æáàíêîâ, Э.И.Зенькевич, И.И.Калоша, И.Г.Спицын и В.В.Франюк (53) 535,853 (088.8) (56) Рабек Я. Экспериментальные методы в химии полимеров. Мир, Т.l. М.:

1983, с.270-271, Дифференциальный абсолютный спектрофлуориметр Fica 55, тип 55000.

Проспект французского общества производителей контрольно-измерительных приборов, 1978. — Фотолюминесценция: основы теории и методы эксперимента.

Приложение к описанию комбинированного спектрофлуориметрического прибора Fica 55-МК 11. Перевод 1(Ц-55425 всесоюзного центра переводов научно-технической литературы и документации ГКНТ СМ СССР и АН СССР, 1975 с.194. (54) СПЕКТРОФЛУОРИМЕТР (57) Изобретение относится к области спектрального приборостроения. Целью является повьппение стабильности измеряемых характеристик. Спектрофлуориметр содержит по направлению распространения излучения оптически связанные источник излучения и измерительную камеру с держателем образща. Оптический модулятор и эталон счетчика квантов выполнены на основе раствора флуоресцентного стандарта; Оптический модулятор установлен в измери" . тельной камере с возможностью попеременного пропускания и экранирования возбуждающего излучения. Эталон счет-, чика квантов выполнен в виде твердой полимЕрной матрицы с возможностью. поглощения возбуждающего излучения.

По крайней мере, одна точка на эталоне счетчика квантов оптически связана с приемной площадкой детектора тракта выделения длин волн флуоресцентного излучения. 3 ил.

1362948

Изобретение относится к спектральному приборостроению и может быть использовано в приборах для люминес-:: центного (флуоресцентного) спектрального анализа.

Целью изобретения является повышение стабильности эксплуатационных показателей спектрофлуориметра за счет уменьшения воздействия факторов, влияющих на спектрально-поляризационные характеристики счетчика квантов.

На фиг. 1 показана зависимость относительного квантового выхода флуоресценции родамина В в матрице полиметилметакрилата (зависимость (1) и этиленгликоле (зависимость (2) от температуры; на фиг.2 — принципиальная оптическая схема предлагаемого спектрофлуориметра; на фиг,3 — разрез А-А на фиг.2(диск обтюратора с эталоном счетчика квантов).

Спектрофлуориметр содержит оптически связанные источник 1 излучения, тракт вьщеления длин волн возбуждающего излучения 2 — 4, измерительную камеру 5, держатель б образца

7, тракт выделения длин волн флуоресцентного излучения 8-11, регистрирующую систему 12, обтюратор

13, эталон счетчика. 14 квантов, световод 15.

Тракт выделения длин волн возбуждающего излучения включает в себя оптически связанные проекционную систему 2, монохроматор 3, фокусирующую систему 4. Тракт выделения длин волн флуоресцентного излучения включает в себя оптически связанные проекционную систему 8, монохроматор 9„ фокусирующую систему 10, детектор 11.

В измерительной камере 5 непосредственно перед установленным в держателе 6 образцом 7 расположен дисковой обтюратор 13 (кинематический привод

) на чертеже не показан) с двумя секторными лопастями. На одной лопасти укреплен эталон 14 счетчика квантов из активированного родамином В полиметилметакрилата в виде сектора, другая лопасть используется при замере темнового тока. Диск обтюратора 13 вместе с эталонои 14 счетчика квантов находится в неподвижном кожухе (не показан), к последнему жестко присоединен своим торцом световод

15 таким образом, что в момент пере5

10 ! г, 20

ЭО

50 крытия лопастью с эталонои оптической оси тракта вьщеления длин волн возбуждающего излучения между дуговой поверхностью эталона 14 и торцом световода 15 получается минимальный зазор. Другой торец световода 15 укреплен вблизи приемной площадки детектора 11.

Спектрофлуориметр работает следующим образом.

Излучение от источника 1 оптической системой 2 проецируется на вход монохроматора 3, который вьщеляет узкий спектральный интервал возбуждающего излучения. Фокусирующая система

4 направляет вьщеленное монохроматором 3 возбуждающее излучение в камеру

5 на установленный в держателе 6 образец 7. Флуоресцентное излучение с образца 7 посредством проекционной системы 8 поступает в монохроматор 9.

Вьщеленный монохроматором 9 узкий спектральный интервал флуоресцентного излучения фокусирующей системой 10 отображается на приемной площадке детектора 11.

В момент перекрытия тракта выделения длин волн возбуждающего излучения лопастью с эталоном 14, последний поглощает возбуждающее излучение и, соответственно, излучает флуорес- ° ценцию, интенсивность которой с дуговой поверхности эталона !4 посредством световода 15 переносится на при» " емную площадку детектора 11.

Таким образом, возбуждающее излучение попеременно попадает на образец 7.и на эталон 14 счетчика квантов, флуоресцентное излучение с образца.7 и с эталона 14 счетчика квантов попеременно регистрируется детекторои ll и обрабатывается регистрирующей системой 12, Обработка двух сигналов для коррекции числа квантов возбуждающего излучения, попадающих на образец, осуществляется таким же образом, как в известных спектрофлуориметрах.

Использование твердой полимерной матрицы, активированной флуоресцентным стандартом, в качестве эталона счетчика квантов.

Для твердьгх полимеров существенно ниже температурные эффекты. Были проведены исследования температурной зависимости относительного квантового выхода флуоресценции для твердой

1362948

20

55 матрицы из полиметилметакрилата, активированного родамином В и для жидкого раствора родамина В в этиленгликоле. Как следует из графика, приведенного на фиг.1 изменение температуры только на 1 С приведет к о изменению величины опорного сигнала спектрофлуориметра для твердого эталона примерно на 0,57, а для жидкого на 1,2-1,3Х. Поэтому достижение высокой стабильности эксплуатационных показателей спектрофлуориметра,использующих жидкий эталон, возможно только ценой конструктивных усложнений, связанных с термостабилизацией эталона.

Таким образом, применение твердого эталона обеспечивает более высокую стабильность работы счетчика кван-. тов из-за меньшего влияния температурного фактора.

Следует отметить и другие особенности твердых эталонов.

В полимере молекулы красителя жестко закреплены, что существенно уменьшает влияние диффузионных процессов на люминесцентные характеристики эталона и делает его.параметры работы более стабильным. Твердые эталоны имеют медленный период эксплуатации, так как не происходит из" менение объема растворителя и диффузии проникающего кислорода, а процессы окисления крайне малы. Они обладают высокой химической стойкостью и устойчивостью к воздействию ионизирующих излучений.

Резкое уменьшение свободного объема при переходе от раствора красителя в мономере к полимерному раствору затрудняет конформационные превращения молекул красителя, что обычно приводит к уменьшению вероятности безызлучательных процессов и стабилизирует люминесцентные характеристики эталона.

Кроме того, твердые полимеры, в том числе полиметакрилат, могут быть достаточно легко обработаны

-обычными для оптической технологии методами, Пример. Спектрофлуориметр с эталоном счетчика квантов изготовлен из активированного родамином В полиметилметакрилата. Эталон представляет собой сектор, установленный на секторную лопасть дискового обтюратора, и имеет следующие параметры . угол сектора 75, радиус 24 мм; толщина 3 мм; концентрация родамина

В 3,5-4 мг/мл. Обтюратор расположен в измерительной камере перед измеряемым образцом таким образом, что оптическая ось тракта выделения длин волн возбуждающего излучения перпендикулярна как плоскости обтюраторной лопасти, так и плоскости эталона, % и пересекает эталон на расстоянии

7 мм от его дуговой поверхности. Та-ким образом, съем излучения флуоресценции осуществляется под углом о

90, а.излучение флуоресценции проходит по эталону путь 4-10 мм прежде,. чем попасть на торец световода.

Выбор таких параметров обуслов.лен тем, что, оптическая плотность эталона в диапазоне 250-600 нм составляет 3,0-11,0, чем обеспечивается на крыльях полосы поглощения эта лона поглощение не менее 90Х падающего возбуждающего излучения..

Эффект реабсорбции флуоресцентного излучения самими молекулами родамина В на таком оптическом пути внут-. ри эталона является полным, чем обеспечивается независимость контура полосы флуоресценции и ее относительной интенсивности от длины волны возбуждающего излучения„

При таком расположении оптической оси тракта возбуждающего излучения к плоскости эталона устраняются ошибки измерений, обусловленные изменением коэффициента пропускания на поверхности эталона с изменением поляризации возбуждающего излучения.

Таким образом, применение предлагаемого спектрофлуориметра позволяет полностью исключить влияние на спектрально-поляризационные характеристики счетчика квантов факторов, присущих устройствам для направления возбуждающего излучения на эталон,. кроме того, позволяет использовать два и более эталона с различными характеристиками, которые могут быть установлены на многолопастных обтюраторах (модуляторах) и этим расши рить спектральный диапазон возбуждающего излучения. При этом можно разместить эталон (эталоны) непосредственно в одной измерительной камере с образцом и этим упростить конструкцию спектрального прибора.

1.Спектрофлуориметр, содержащий оптически связанные источник излучения, тракт выделения длин волн возбуждающего излучения, измерительную камеру с держателем образца, тракт выделения длин волн флуоресцентного излучения с детектором, регистрирующую систему, расположенные последовательно, а также оптический модулятор и эталон счетчика квантов, выполненный на осйове флуоресцентного стандарта, причем эталон счетчика квантов оптически связан с трактом выделения длин волн возбуждающего излучения, с помощью оптического модулятора, а через световод — с регистрирующей системой,- при этом модулятор выполнен с возможностью попеременного направления возбуждающего излучения на эталон счетчика квантов и в измерительную камеру, о т— л и ч. а ю шийся тем, что, с. целью повьппения стабильности измеряемых характеристик, оптический моду5 1

Формула изобретения

362948 6 лятор выполнен в виде обтюратора, часть которого является экранирующей, .и установлен в измерительной камере, а эталон счетчика квантов выполнен в виде твердой полимерной матрицы и установлен на экранирующей части обтюратора, при этом по крайней мере одна точка на эталоне счетчика квантов оптически связана с приемной площадкой детектора тракта выделения длин волн флуоресцентного излучения.

2. Спектрофлуориметр по п.1; о тл и ч а ю шийся тем, что обтюратор выполнен дисковым, а полимерная матрица счетчика квантов изготовлена из полиметилметакрилата,- активирована родамином В, выполнена в виде лопасти дискового обтюратора и

20 совмещена с ней, при этом толщина полимерной матрицы по оптической оси тракта выделения длин волн возбуждающего излучения и концентрация в ней родамина В выбраны из условия полу25 чения оптической плотности не менее

3,0 в спектральном диапазоне длин волн возбуждающего излучения.

1362948

1362948

A-А

Составитель Б.Широков

Техред М.Дидык

Редактор Ю.Середа

Корректор А.Тяско

Заказ 6356/27

Тираж 776 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета -СССР по делам изобретений и открытий

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

Производственно-полиграфическое предприятие, r.Óæãoðoä, ул.Проектная, 4