Автоматический фотометрический анализатор

 

Изобретение относится к устройствам для фотометрического анализа состава веществ, основанным на измерении величины и скорости изменения интенсивности излучения при прохождении света через анализируемый образец, и может быть использовано в микробиологической, медицинской, Изобретение относится к устройствам для фотометрического анализа состава веществ, основанным на измерении величины и скорости изменения интенсивности излучения при прохождении света через анализируемый образец , и может быть использовано в микробиологической, медицинской, пищевой, химической и др. отраслях промышленности. Целью изобретения является повышение быстродействия и точности измерений . пищевой, химической и др. отраслях промышленности. Целью изобретения является повышение быстродействия и точности измерений. Анализатор содержит осветитель, источник питания , кювету, фотоприемник с усилителем , цифроаналоговый преобразователь , генератор, первый и второй счетчики, переключатель, устройство сравнения, блок установки эталонного уровня интенсивности света, блок управления . Для повышения быстродействия и точности измерения в анализатор введены две схемы выборкихранения информации, второе устройство сравнения, второй переключатель , ключ, разрядная цепь in конденсатора и резистора, регистр, дифференциальный усилитель, охваченный цепью частотно-зависимой отрицательной обратной связи, состоящей из двух резисторов и конденсатора. 1 ил. € Л На чертеже приведена схема автоматического фотометрического анализатора . Устройство состоит из осветителя 1, связанного с выходами управляемого источника 2 питания, кювегы 3, фотоприемника 4, соединенного с усилителем 5, выход которого связан с первым входом дифференциального усилителя 6, охваченного цепью частотно-зависимой отрицательной обратной связи, состоящей из резисторов 7 и 8 и конденсатора 9,и входами перют CD N GO 05 О

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)5 G 01 J 1/44

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А BTOPCKOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4661250/26 (22) 13.03.89 (46) 15.02.91. Бюл. № 6 (71) Грозненское научно-производственное объединение "Промавтоматика" (72) A.В.Олифир, В,П.Соколов, А.П.Ткаченко, А.Г.Лукьяненко и Н.Л.Годзевич (53) 621.381 (088.8) (56) Лвторское свидетельство СССР № 535469, кл. С 01 J 1/44, 1974.

Авторское свидетельство СССР

¹ 771475, кл. G 01 J 1/44, 1978. (54) АВТОМАТИЧЕСКИЙ ФОТОМЕТРИЧЕСКИИ

АНАЛИЗАТОР (57) Изобретение относится к устройствам для фотометрического анализа состава веществ, основанным на измерении величины и скорОсти изменения интенсивности излучения при прохождении света через анализируемый образец, и может быть использовано в микробиологической, медицинской, Изобретение относится к устройствам для фотометрического анализа состава веществ, основанным на измерении величины и скорости изменения интенсивности излучения при прохождении света через анализируемый образец, и может быть использовано в микробиологической, медицинской, пищевой, химической и др, отраслях промышленности.

Целью изобретения является повышение быстродействия и точности измерений.

„„SU„„1627860 А 1 пищевой, химической и др. отраслях промышленности. Целью изобретения является повышение быстродействия и точности измерений. Анализатор содержит осветитель, источник питания, кювету, фотоприемник с усилителем, цифроаналоговый преобразователь, генератор, первый и второй счетчики, переключатель, устройство сравнения, блок установки эталонного уровня интенсивности света, блок управления. Для повышения быстродействия и точности измерения в анализатор введены две схемы выборкихранения информации, второе устройство сравнения, второй переключатель, ключ, разрядная цепь иэ кон1 денсатора и резистора, регистр, дифференциальный усилитель, охваченный цепью частотно-зависимой отрицательной обратной связи, состоящей иэ двух резисторов и конденсатора. 1 ил.

На чертеже приведена схема автоматического фотометрического анализатора. устройство состоит иэ осветителя

1, связанного с выходами управляемого источника 2 питания, кюветы 3, фотоприемника 4, соединенного с усилителем 5, выход которого связан с первым входом дифференциального усилителя 6, охваченного цегью частотно-зависимой отрицательной обратной связи, состоящей из резистор, в

7 и 8 и конденсатора 9,и входами лер1627860 вой 10 и второй 11 схем выборки-хранения, блока 12 установки эталонного уровня интенсивности света, соединенного с вторым входом дифференци5 ального усилителя 6, выход которого подключен к первому входу второго переключателя 13 и к второму входу первого устройства 14 сравнения, вы:.од которого связан с вторым управляющим входом первого переключателя

15,.генератора 16, соединенного с входом первого переключателя 15, второго устройства 17 сравнения, первый вход которого связан с выходом первой схемы 10 выборки-хранения, второй вход второго устройства 17 сравнения соецинен выходом ключа 18 и разрядной цепью, состоящей из конденсатора 19 и резистора 20, выход второго устройстра 17 сравнения подключен к третьему управляющему входу первого переключателя 15, первого счетчика 21, тактовый вход которого соединен с первым выходом первого пе- 25 реключателя 15, выход первого счетчика 21 связан с входом второго счетчика 22, цифроаналогового преобразователя 23, тактовый вход второго счетчика 22 соедчнен с вторым зыходом30 первого переключателя 15, выход второго счетчика 22 связан с входом регистра 24, выход которого подключен к озсчетно-регистрирующему устройству 25 блока 26 управления, выполненного, например, на основе программируемого перезаписываемого запоминающего устройства (ППЗУ), выходы которого соединены с первым управляющим входом первого переключателя

15, управляющими входами второго переключателя 13, первой 10 и второй 11 сх и выборки-хранения, ключа 18, вхоцами установки нуля первого 21 и второго 22 сч"тчиков, тлктопым входом регистра 24. Первый вход первого устройства 14 сравнения соецинен с выходом цифроаналогового преобразователя 23 и вторым входом второго переключателя 13, выход которого свя- .

>О лн с входом управляемого источника

2 питания. Выход второй схемы 11 выборки-хранения соединен с входом ключа 18.

Работа устройства происхоцит авто55 млтически по;, воздействием команд блока 26 упрл вл ения в ци клич ес ком режиме. Один цикл работы состоит из нес кольких тактов.

В исходном положении все команды управления отключены, переключатели и ключ находятся в положении, указанном нл чертеже.

Перед началом измерений производится установка заданного значения

Hi:тенсивности светового потока источника света (при отсутствии в кювете 3 образца).

При этом в первом такте по команде, поступающей от блока 26 управления, перекпючается второй переключатель 13 и замыкается цепь автоматического регулирования интенсивности светового потока, устанавливающая такое напряжение питания осветителя, при котором величина сигнала на выходе усилителя 5 равна величине сигнала на выходе блока 12 установки эталонного уровня интенсивности света. В этом же такте на вход установки нуля первого счетчика 21 подае "ся команда от блока 26 управления, устанавливающая счетчик

21 в нулевое состояние, Во втором такте по окончании переходного процесса регулировки интенсивности света по команде, поступающей от блока 26 управления, первый переключатель 15 переключается в положение, при котором выход генератора 16 соединяется с тактовым входом первого счетчика 21 и начинается его заполнение. Код, записываемый в первом с етчике 21, преобразуется в цифроаналоговом преобразователе 23 в ступснчлто нарастающее напряжение, поступающее на первый вход первого устройства 14 сравнения, на второй вход которого подается чапряжени» с выхода цифференциального усилителя 6 (пропорциональное напряжению питания осветителя в режиме "Калибровка" ), В момент, когда напряжение с выхода цифроаналогового преобразователя 23 сравняется или превысит напряжение на выходе дифференциального усилителя 6, первое устройство l4 сравнения через второй управляющий вход переводит первый переключатель 15 в нейтральное положение, При этом в первом счетчике 21 остается записанным такой код, при котором напряжение нл вы:соде цифролнллогоного преобразователя 23 равно или превышает не более чем нл один шаг квантования нлпряжение нл выходе диффе1627860

20 т. е.

)) е Кс а

UI7

t = RC ° 1)7

U I

«о

N = t Г = RCf-1n

1 ) р е ) ) ц и л: t l I I O ) О Q Г ) f J I: I l с,7) !7 б ° о )7 p (f I tе л )7!() -;

tffpе напряжение питания осветителя 1, сс ответствующее заданному значению величины интенсивности снегового потока источника света. Затем второй переключатель 13 возвращается в исходное состояние и на вход управляемого источника 2 питания подается напряжение с выхода цифроанллогового преобразователя 23. Па этом этап установки заданного значения величины интенсивности светового потока источника света заканчивается, Затем начинается этап измерения. В третьем такте по командам блока 26 управления при нахождении в кювете 3 эталонного образца вторая схема 11 выборки-хранения переводится в режим выборки, л на вход устлнонкп ну))я второго счетчика 22 подается команда

or блока 26 управления, устлнавлпвающая счетчик в нулевое состояние, Затем вторая схема 11 выборки-хранения возвращается в режим хранения и в ней запоминается сигнал, пропорциональный коэффициенту пропускания эталонного образца ° Затем в режим выборки переводится первая схема 10 выборки-хранения, В четвертом такте по команде блока 26 управления при нахождении в кювете 3 анализируемого образца первая схема -10 выборки-хранения возвращается в состояние хранения и в ней запоминается сигнал, пропорциональный коэффициенгу пропусклния лнллизп— руемого образца. Таким образом, в первой 10 и второй 11 схемах выборкихранения запоминаю гся сигнл.)II, отношение уровней которых равно O7 «oflleнию ко эффи ци ент ов пр опус I

11 выборки-хранения, через резистор

20, Сигнал U разрядной цепи, напряжение которого изменяется по закону

U = UIf е "< где Vp — начальное значение напряжения сигнала, пропорциональ-, Нор коэффициенту пропус клния э TB.I) nit ftn I- обрл.7 në, величинл con;)n t )7)7))oft)to ре— зисторл 20 разрядной пепи величина емкосяи конденсатора 19 разрядной цепи", время.

Этот сигнал поступает на второй вход второго устройства 1,7 сравнения, на первый вход которого поступает сигнал с выхода первой схемы 10 выборки-хранения, напряжение которого пропорционально коэффициенту пропускания анализируемого образца, В момент равенства напряжений на первом и втором входах второго устройства 17 сраннеftttt) спгнлл с ег 7 выхода возвращает первый пере)л)очлтель 15 в нейтральное Ito.t)I«zpft)f«, nptt этом во второй с«етчик ?2 злнос))тся код, пропорциональный lfflтервл )у гремени, npofllegtller1y от момента пл )л7)л разряда KQHBå)to а орл 1 9 ра зря,)не й) цепи до момента рлвенствл нлпряже)fist! на разрядной цегн) и нлпря.);ения нзмерительного et) f ))alla, зл)гс мне нс го первой схемой 10 выбсрки xpa)te)nfft, где U — напряжение измерите.)),ного сигнала, пропорциональное коэффициенту п1)с«пус),лнпи анллизируемс7г обрлзцл.

11нтервал времpltlf, в гe«te))If p ко гo— рого происходит злпо )нс нпе < ч тчп),»

22, равен л код, записанный во вторс и с Ipт".

22 за этот интервал врсмс I)if где f — частота сиг)гл n;t !Iл выходе генератора 16.

Таким образом, в пятом такте р;)боты устройства на вь! < ;tp с tp I If»

22 формируется цифровой кo, t, пропорциональный разности опти еских плотностей анализируемого и этa Ionllог образцов.

В случае фотометрировлния быгтропротекаюшей химической реакции реакционная смесь по;)ещлaòñя в кювету 3 в начале третьег 1 тc1)cta длительность третьего г;)) т: );ь .;;р;,—

1627860 ется ра вной длительности начального (индукционного) периода реакции. Если четвертый такт отстоит от третьего на некоторый фиксированный интер5 вал времени, то цифровой код, который формируется на выходе счетчика

22, в пятом такте будет пропорционален приращению оптической плотности образца за этот интервал времени, т.е. пропорционален скорости аналитической химической реакции, которая, в свою очередь, пропорциональна (при использовании кинетических методов анализа) концентрации анализи1 руемого вещества, В шестом такте по командам блока

26 управления происходит параллельная запись информации с выхода второго счетчика 22 в регистр 24 и отображение ее на отсчетно-регистрирующем устройстве 25. На этом первый цикл работы устройства заканчивается и устройство возвращается в исходное состо25 я ние.

Во втором (и последующих) циклах работы устройства этап установки заданного значения величины интенсивности светового потока источника света пропускаетс.я. Он повторяется лишь при необходимости по мере загрязнения оптических элементов анализатора, старения источника и приемника света с периодом, устанавливаемым исходя из того, что уровень измерительных сигналов в процессе работы анализатора не должен выходить из диапазона, в котором цифровая отсчетная система обеспечивает требуемую точность обработки (например, один раз на 10-50 измерений в зависимости от скорости загрязнения оптических окон кюветы).

Таким образом, выполнение цифровой измерительной системы и системы автоматической установки и стабилизации светового потока источника све

35

45 та независимыми и построение измерительной системы по схеме, позволяющей реализовать алгоритм, предусматривающий вычисление отношения

50 фактических значений измерительных сигналов, пропорциональных коэффициентам пропускания анализируемого и эталонного (сравнитепьного) образцов, позволяет увеличить по сравнению с прототипом быстродействие и точность анализатора за счет возмож1ости выбора параметpoR цифровой измерительной системы независимо от инерционных свойств с бъекта регулирования, системы автсматической установки и стабилиэациг светового потока источника света, снижения влияния на точность анализатора погрешностей системы автоматической установки и стабилизации светового потока ис.точника

1 света и исключения необходимости one1 рации стабилизации светового потока (калибровки) перед каждым измерением, Функции системы автоматической установки и стабилизации интенсивности света сводятся к установке и поддержанию такого уровня интенсивности света осветителя, при котором цифровая измерительная система обеспечивает требуемую точность обработки измерительных сигналов (пропорциональных интенсивности света осветителя) при воздействии дестабилизирующих факторов: изменение чувствительности фотоприемника, старение источника с света, загрязнение оптических элементов анализатора и т.д. Высокое быстродействие и точность анализатора позволяет использовать в нем широкий класс аналитических реакций, в ходе которь|х скорость изменения оптических характеристик образца пропорциональна содержанию анализируемого вещества, являющегося одним из компонентов, участвующих в реакции, катализатором или ингибитором реакции.

Благодаря наличию системы автоматической установки и стабилизации светового потока источника света существенно снижается влияние на погрешность измерения присутствия в анализируемом образце различных примесей, вызывающих рассеяние и поглощение света (при фотометрировании), но не влияющих на скорость соответствующей химической реакции (такая ситуация имеет, например, место при контроле продукции микробиологической и пищевой промышленности).

Ф о р м у л а и э о б р е т е н и я

Автоматичес кий фотометрич ес кий анализатор, содержащий осветитель с регулятором интенсивности света, вы полненным в виде управляемого источника питания и последовательно включенных счетчика и цифроаналоголого преобразователя, фотоприемник с усилителем, оптически связанный через соответствующих счетчиков, а управляющий вход — с выходом блока управления, блок ус та нов ки эталонного уровня интенсивности света и отсчетнорегистрирующее устройство, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью повышения быстродействия и точности измерений, в него введены дифференциальный усилитель, выход которого соединен с его инвертирующим входом

15

Составитель А.Ястребов

Редактор Л. Веселовская Техред J1.0лийнык Корректор Н.Ревская

Заказ 331 Тираж 330 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", r.Óæãîðîä, ул. Гагарина,101

9 162786 кювету с осветителем, устройство сравнения, первый вход которого соединен с выходом цифроаналогового преобразователя, генератор, второй

5 счетчик, переключатель, выходы которого соединены со счетными входами через последовательно соединенные первый резистор и первый конденсатор, две схемы выборки-хранения, второе 20 устройство сравнения, второй переключатель, ключ, разрядная цепь "в виде параллельно соединенных второго резистора и второго конденсатора, регистр и третий резистор, при этом 25 .первый переключатель снабжен вторым и третьим управляющими входами, выход усилителя соединен через третий резистор с инвертирующим входом дифференциального усилителя, неинвер- 30 тирующий вход которого соединен с блоком установки эталонного уровня о 10 интенсивности све га, а выход — с первым входом второго пере лючателя и с вторым входом первого устройства сравнения, выход которого соединен с вторым управляющим входом первого переключателя, второй вход второго переключателя соединен с выходом цифроаналогового преобразователя, выход второго переключателя соединен с входом управляемого источника питания осветителя, входы схем выборки-хранения соединены с выходом усилителя, выход первой из них соединен с первым входом второго устройства сравнения, а выход второй — с входом клю" ча, выход которого соединен с вторым входом второго устройства сравнения и через разряцную цепь — с общей ши-, ной, выход второго устройства сравнения соединен с третьим управляющим входом первого переключателя, вход которого соединен с выходом генератора, регистр включен между выходами второго счетчика и входами отсчетно-регистрирующего устройства, управляющие входы второго переключателя, схем выборки-хранения, ключа, входы установки нуля счетчиков и тактовый вход регистра соединены с соответствующими выходами блока управления.