Интерферометрический способ определения концентрации вещества

 

Изобретение относится к оптическому приборостроению и может быть использовано для анализа состава веществ. Цель изобретения - повышение чувствительности и селективности. Интерферометрический способ определения концентрации вещества включает формирование светового потока двух длин волн, его разделение на лучи, один из которых проходит через образцовое вещество, а другой - через анализируемое вещество, смещение этих лучей, формирование двух интерференционных картин: рабочей и опорной и детектирование этих картин. Лучи, образующие рабочую интерференционную картину, пропускают через первый светофильтр, максимум пропускания которого соответствует максимуму дисперсионной кривой показателя преломления вблизи линии поглощения анализируемого вещества, а лучи, формирующие опорную интерференционную картину, пропускают через второй светофильтр, максимум пропускания которого соответствует минимуму дисперсионной кривой. По взаимному смещению интерференционных картин судят о концентрации анализируемого вещества. 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

„„SU„„1606918 А 1 (51)5 G 01 N 21 45

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А STOPCKOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

1 (21) 4369628/25-25 (22) 01.02.88 (46) 15.11.90. Бюл. № 42 (71) Специальное конструкторское бюро средств аналитической техники (72) А. А. Булыга и В. P. Козубовский (53) 535.024 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 1275271, кл. G 01 N 21/45, 1986.

Авторское свидетельство СССР № 11228866996611, кл. G О! N 21/45, 1986. (54) ИНТЕРФЕРОМЕТРИЧЕСКИЯ СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОНЦЕНТРАЦИИ

ВЕЩЕСТВА (57) Изобретение относится к оптическому приборостроению и может быть использовано для анализа состава веществ. Цель изобретения — повышение чувствительности и селективности. Интерферометрический способ определения концентрации вещества

Изобретение относится к оптическому приборостроению и может быть использовано для анализа состава вещества.

Ltåëb изобретения — повышение чувствитезьности и селективности измерений.

На фиг. 1 изображен контур линии поглощения раствора цианина и дисперсия показателя преломления; на фиг. 2 — схема интерферометрического анализатора, при помощи которого осуществляют предлагаемый способ.

Интерферометрический анализатор содержит источник 1 излучения, конденсор 2, формирующий параллельный световой поток, щель 3, светофильтр 4 рабочего канала и светофильтр 5 опорного канала, которые размещены один под другим, светоделительную пластину 6, кювету 7 опорного канала и кювету 8 рабочего канала, в которых находятся образцовое и анализируе2 включает формирование светового потока двух длин волн, его разделение на лучи, один из которых проходит через образцовое вещество, а другой — через анализируемое вещество, смещение этих лучей, формирование двух интерференционных картин: рабочей и опорной — и детектирование этих картин. Лучи, образующие рабочую интерференционную картину, пропускают через первый светофильтр, максимум пропускания которого соответствует максимуму дисперсионной кривой показателя преломления вблизи линии поглощения анализируемого вещества, а лучи, формирующие опорную интерференционную картину, пропускают через второй светофильтр, максимум пропускания которого соответствует минимуму дисперсионной кривой. По взаимному смещению интерференционных картин судят о концентрации анализируемого вещества. 2 ил. мое вещества соответственно, призму 9, объектив 10, в фокальной плоскости которого установлены один под другим фотоприемник 1! рабочего канала и фотоприемник 12 опорного канала, формирователи

13, счетчик-сумматор 14, блок 15 масштабного умножения и индикатор 16.

Способ осуществляют следующим образом.

От источника 1 излучения световой поток формируется с помощью конденсора 2 и щели 3. Далее верхняя часть светового потока пропускается через светофильтр 4 рабочего канала, максимум пропускания которого соответствует максимуму дисперсионной кривой (фиг. 1), а нижняя часть светового потока — через размещенный под ним светофильтр 5 опорного канала, максимум пропускания которого соответствует минимуму дисперсионной кривой. Каждая

1606918

Ap=l(n,„— n ) =/гор, 10

20

40

55 часть светового потока, соответствующая двум длинам волн, делится на светоделительной пластине 6 на два луча. Один из лучей каждой длины волны проходит через кювету 7, содержащую образцовое вещество (например, растворитель) и через кювету 8, содержа щую а нализи руемое вещество (раствор цианина). Далее лучи отражаются от призмы 9 и снова проходят через те же кюветы. Вследствие различия показателей преломления растворителя и расгвора цианина на двух длинах волн между ними возникает разность хода.

На светоделительной пластине 6 лучи смешиваются и образуют две интерференционные картины из лучей, прошедших соответствующие светофильтры. Ясно, что смещение полос этих интерференционных полос относительно соответствующих фотоприемников 11 и 12 будет иметь различный знак, скажем, полосы рабочей картины сместятся вправо, полосы опорной влево. Эти интерференционные картины проецируются с помощью объектива 10 на соответствующие фотоприемники 11 и 12 так, чтобы ширина интерференционных максимумов или минимумов была того же порядка, что и размеры светочувствительной площадки фотоприемников. Тогда при смещении полос интерференционной картины с фотоприемников 11 и 12 снимаются электрические импульсы, количество которых соответствует количеству полос, прошедших по чувствительной площадке фотоприемников. Эти импульсы приобретак)т в формирователях 13 соответствующую форму и амплитуду и поступают на счетчик-сумматор

14, который суммирует, вычитает и проводит, другие математические операции по соответствующей программе с этими импульсами.

В блоке 15 масштабного умножения сигнал со счетчика-сумматора умножается на определенное число в зависимости от измеряемого компонента и индицируется на индикаторе 16 в единицах концентрации анализируемого компонента.

Известно, что зависимость показателя и преломления от частоты а вблизи центра 0) линии поглощения имеет вид а=1+А Р+1,g/4

Jt4 где К вЂ” постоянная, зависящая от параметров анализируемого вещества;

7 — затухание, которое определяется шириной линии поглошения;

p=o>,-а — расстройка частоты от центра линии поглощения.

Таким образом, показатель преломления является нечетной функцией расстройки и имеет вид дисперсионной кривой, проходящей черед единицу при в=ар (фиг. 1) .

Если использовать максимумы и минимумы этой кривой для анализа, то показатель преломления в этих точках в случае, например, раствора цианина отличается более чем в два раза. Поэтому смещение полос рабочей интерференционной картины, если в качестве образцового вещества использован растворитель с коэффициентом преломления

n — — 1,5,будет пропорционально разности хода лучей: где k= 1,2...,n,„— показатель преломления в максимуме дисперсионной кривой;

Х вЂ” длина волны в максимуме дисперсионной кривой.

При длине кюветы с рабочим и образцовым веществом, равной 1=2 мм, й=

l 03

Таким образом, полосы рабочей интерференционной картины при появлении в рабочей кювете раствора цианина сместятся на

1,6 10 интерференционных максимумов, например, вправо. В это же время полосы опорной интерференционной картины сместятся на г= /kjn;„— n ) = l 8 10з интерференционных максимумов влево, где

n,„— показатель преломления в минимуме дисперсионной кривой; Х вЂ” длина волны в минимуме дисперсионной кривой. Взаимное смещение составит 3,4 10 .

В случае же нормального поведения дисперсии вдали от линии поглощения мешающего компонента изменение показателя преломления от до Х, составит величину — 0,003 и, следовательно, взаимное смещение полос будет равно 10. Таким образом селективность анализа с помощью предлагаемого способа равна ††" †3, 5н

Яи где 5„чувствительность к измеряемому компоненту, S к мешающему. В случае нетрадиционных интерферометрических способов S„/S — 1.

Так как при использовании способапрототипа измеряют показатель преломления анализируемого вещества (раствора цианина) относительно образцового вещества (растворителя) и показатели преломления их отличаются незначительно вдали от линии поглощения цианина (на сотые или десятые), то чувствительность анализа при использовании предлагаемого способа выше в десятки раз.

Если сравнивать с методом дифференциального поглощения, то чувствительность последнего существенно ниже, поскольку измевения ведутся по изменению интенсивности светового потока от 100О до, например, 50О в то время как в нашем случае, при тех же условиях, интенсив1606918

15 ность светового потока будет изменяться от

100О и практически до 0 в десятки тысяч раз, т. е. можно детектировать анализируемое вещество с концентрациями в десятки тысяч раз ниже. Что касается селективности, то поскольку дисперсионная кривая показателя преломления является по сути производной от контура линии поглощения, то она возрастает в /3 раза.

Способ определения концентрации вещества обладает гораздо большей селективностью анализа (в сотни раз) по сравнению с другими интерферометрическими способами анализа. Преимуществом способа является также высокая чувствительность анализа, которая в десятки раз выше, чем традиционных интерферометрических и в сотни раз чем абсорбционных методов.

Формула изобретения

Интерферометрический способ определения концентрации вещества, включающий формирование светового потока двумя длинами волн, разделение его на два, один из которых проходит через эталонное вещество, а другой — через кювету, смешение этих потоков, формирование двух интерференционных картин на первой и второй длинах волн светового потока соответственно, заполнение кюветы анализируемым веществом и регистрацию при этом сформированных о интерференционных картин и их смещений, по которым судят о концентрации вещества, отличающийся тем, что, с целью повышения чувствительности и селективности измерений, формируют световой посток с такими длинами волн, что одна из них со15 ответствует максимуму, а другая — минимуму дисперсионной кривой показателя преломления анализируемого вещества в области его поглощения, а о концентрации вещества судят по взаимному смещению одной интерференционной картины относительно другой.

1606918

Составитель О. Турков

Техред Л. Криви к Корректор И Эрдейи

Заказ 3547 Тираж 510 Подписное

ВНИИПИ Государств ненпого комитета по изобретениям и открытиям прп ГКНТ б;CCP

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

Производственно-издательский комбинат «Патент», г. Ужгород, ул. Гагарина, 101