Устройство для регистрации инфракрасного спектра эмиссии образца

Устройство для регистрации инфракрасного спектра эмиссии образца содержит источник излучения, сферическое зеркало, оптически связанное с плоскостью образца и первым плоским зеркалом, расположенным на одной оптической оси с воспринимающей системой, приемник, регистрирующий излучение, и компьютер, обрабатывающий сигналы. Также в устройство введены последовательно расположенные на одной оптической оси с источником излучения система конденсоров и дополнительное плоское зеркало, установленное в фокальной плоскости системы конденсоров и оптически связанное с плоскостью образца. Воспринимающая система установлена за первым плоским зеркалом по ходу оптических лучей от него и содержит последовательно расположенные диафрагму с программным управлением шага ее раскрытия и собирающее зеркало, оптически связанные друг с другом. При этом диаметры сферического зеркала и диафрагмы и расстояние между ними согласованы между собой и определены тем, что излучение со сферического зеркала не выходит за пределы диаметра диафрагмы. В качестве источника излучения использована, например, ксеноновая лампа мощностью 100 Вт. Технический результат - повышение информативности регистрируемых эмиссионных спектров и упрощение устройства. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

 

Изобретение относится к области нелинейной оптики, а именно к спектральной измерительной технике, и может быть использовано для исследования структуры различных веществ, в том числе биологических объектов, по полученным эмиссионным спектрам в ИК (инфракрасном) среднем диапазоне.

Возможность регистрировать ИК-эмиссию от образцов возникла в 90-х годах с появлением ИК-Фурье техники. Устройства регистрировали ИК-эмиссию от образца (пленки), нанесенного на металлическую подложку, и содержали нагревательный элемент или источник излучения - лазер, который нагревал подложку до температуры 100° и выше. При этом регистрируемые спектры не были чистыми, а представляли собой суммарные спектры излучения металлической подложки и собственных спектров ИК-эмиссии образца.

Известно устройство для регистрации спектра эмиссии образца [1], в котором внешний источник излучения установлен под углом к предметной плоскости (с образцом), помещенной в вакуумной камере с обеспечением подогрева, а сферическое зеркало, собирающее эмиссию от образца, расположено на пересечении под прямым углом оптических осей, проходящих через предметную плоскость и интерферометр.

Использование аргонового лазера с длиной волны 514,5 нм вызывало подъем температуры в образце до 170°С, что приводило к деструкции образца, поэтому получить качественные спектры могли только в вакууме.

Наиболее близким техническим решением к заявляемому решению, выбранным в качестве прототипа, является устройство для регистрации инфракрасного спектра эмиссии образца [2], содержащее внешний источник монохроматического излучения, предметную плоскость, тороидное зеркало, оптически связанное с предметной плоскостью и плоским зеркалом, которое расположено на одной оси с воспринимающей оптической системой.

Недостатками устройства являются сложность оптической схемы и технических процедур по обслуживанию оптики, а также недостаточное получение информации о спектре.

Технической задачей решения является повышение информативности регистрируемых эмиссионных спектров и упрощение устройства.

Также технической задачей является расширение класса исследуемых объектов.

Поставленная задача достигается тем, что в известном устройстве для регистрации ИК-спектра эмиссии образца, содержащем внешний источник излучения, сферическое зеркало, оптически связанное с предметной плоскостью и плоским зеркалом, расположенным на одной оптической оси с воспринимающей системой, в него введены последовательно расположенные на одной оптической оси после источника излучения система конденсоров, оптически связанная с источником излучения, и дополнительное плоское зеркало, установленное в фокальной плоскости системы конденсоров и оптически связанное с предметной плоскостью, при этом воспринимающая система включает диафрагму и следующее за ней собирающее зеркало, установленные на одной оптической оси за первым плоским зеркалом и оптически связанные друг с другом. Диаметры сферического зеркала и диафрагмы, а также расстояние между ними согласованы между собой и определены тем, что излучение из плоского зеркала не выходит за пределы диаметра диафрагмы

В качестве источника излучения использована газоразрядная лампа, например ксеноновая (Хе) лампа.

Сущность изобретения поясняется фиг.1, на которой изображена оптическая схема устройства.

На фиг.2 изображены снятые с помощью устройства эмиссионные инфракрасные спектры: а) образца кремния с возбуждением через разные светофильтры; б) образца детского мыла.

Видно, что каждое исследуемое вещество характеризуется набором своих спектральных линий инфракрасной эмиссии.

На фиг.3 изображена схема устройства, выбранного за прототип.

Устройство (фиг.1) содержит источник излучения 1 (источник света когерентного или некогерентного, любая газоразрядная лампа - ртутная, ксеноновая, глобар); систему конденсоров 2, дополнительное плоское зеркало 3, расположенное под 45° к горизонтали, предметную плоскость 4 - металлическая подложка с исследуемым образцом (пленкой), сферическое зеркало 5, первое плоское зеркало 6, воспринимающую систему - ирисовую диафрагму 7 с программным управлением шага раскрытия диафрагмы и собирающее зеркало 8, приемник 9, регистрирующий излучение, и PC компьютер 10, обрабатывающий сигналы.

Устройство работает следующим образом: излучение от источника 1 фокусируется системой конденсоров 2 на плоское зеркало 3, которое отражает сфокусированное излучение на предметную плоскость с образцом 4. Образец может быть любой толщины и прозрачности, жидким или твердым. Под действием излучения оптического диапазона в образце происходит возбуждение и испускание ИК-квантов. Это эмиссия ИК-излучения, которая собирается сферическим зеркалом 5, формируется в слабо расходящийся пучок и направляется на плоское зеркало 6. Оно направляет полученную ИК-эмиссию на диафрагму 7. Меняя диаметр отверстия диафрагмы, получают соответствующие спектральные кольца, которые собираются зеркалом 8, регистрируются приемником 9 и обрабатываются компьютером 10. С помощью устройства получают и регистрируют спектры исследуемого образца в ИК-области.

Сущность технического решения заключается в следующем. Слабоинтенсивное, частично когерентное излучение от источника видимого света фокусируется в плоскости образца, в котором происходит раскачка молекулярных колебаний, сфазированных в объеме светового пятна возбуждающего излучения. Вследствие этого возбуждения диполи молекул образца испускают под различным углом ИК-кванты эмиссии. С помощью оптических зеркал излучение направляется на диафрагму, шаг раскрытия которой управляется программой. Зарегистрированные приемником и обработанные компьютером спектры дают сразу полную картину об образце, а использование в качестве источника излучения газоразрядной лампы с полихроматическим излучением (широким участком спектра видимого света) возбуждает все моды при воздействии на образец. Это дает возможность расширить класс исследуемых объектов.

Было создано и испытано устройство для регистрации спектра эмиссии. Источник видимого света - ксеноновая лампа мощностью 100 Вт, лучи от нее фокусировались системой короткофокусных линз диаметром 20 мм. Первое сферическое зеркало устанавливалось на расстоянии 5 см от диафрагмы. Это предотвращало попадание на приемник паразитных излучений.

Предлагаемое устройство по сравнению с прототипом обладает следующими преимуществами:

- устройство имеет повышенные технические возможности, поскольку использование широкополосной накачки от лампы позволяет получать полную информацию о спектре исследуемого вещества (при использовании лазера не все колебания активны) по ориентации дипольных моментов, определять структуру вещества без использования изотопов;

- расширение спектральных границ, т.е. регистрация большего количества спектральных линий в диапазоне от 400 до 2000 см-1 и возможность регистрировать обертона и составные частоты. Возможность наблюдать не только ИК-переходы, а также переходы в комбинационном рассеянии;

- получать более достоверные и точные спектры, поскольку вышедший свет от образца используется полностью;

- расширяется класс исследуемых объектов: можно при комнатной температуре и атмосферном давлении без специальной подготовки исследовать биологические структуры и объекты без их деструкции, а также пленки, газы, кристаллы, жидкости;

- по сравнению с громоздким, сложным в изготовлении прототипом с многочисленными технологическими операциями по подготовке устройства к работе (с чувствительной оптикой к акустическим шумам, звукам, колебаниям, температуре и влажности, что требует многократной юстировки и специально обученного персонала), предлагаемое устройство имеет упрощенную оптическую схему, компактно (размеры устройства 300×20×100 мм), его легко переносить, оно дешевле в изготовлении, просто и удобно в работе;

- взаимодействие оптических элементов дает возможность получить пространственное разделение частот, что позволяет обходиться без ИК-Фурье спектрометра, дисперсионных оптических элементов интерферометра.

Источники информации

1. «Applications of Laser-Induced Thermal Emission Spectroscopy to Various Samples», A.Tsuge, V.Uwamino, and T.Ishisuka, Applied Spectroscopy, Volume 43, №7, 89.

2. «Preliminary Studies of Laser-Induced Thermal Emission Spectroscopy of Condensed Phases», L.T.Lin, D.D.Archibald and D.E.Honigs, Applied Spectroscopy, Volume 42, №3, 1988 - прототип.

1. Устройство для регистрации инфракрасного спектра эмиссии образца, содержащее источник излучения, сферическое зеркало, оптически связанное с плоскостью образца и первым плоским зеркалом, расположенным на одной оптической оси с воспринимающей системой, приемник, регистрирующий излучение и компьютер, обрабатывающий сигналы, отличающееся тем, что в него введены последовательно расположенные на одной оптической оси с источником излучения система конденсоров и дополнительное плоское зеркало, установленное в фокальной плоскости системы конденсоров и оптически связанное с плоскостью образца, а воспринимающая система установлена за первым плоским зеркалом по ходу оптических лучей от него и содержит последовательно расположенные диафрагму с программным управлением шага ее раскрытия и собирающее зеркало, оптически связанные друг с другом, при этом диаметры сферического зеркала и диафрагмы и расстояние между ними согласованы между собой и определены тем, что излучение со сферического зеркала не выходит за пределы диаметра диафрагмы.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в качестве источника излучения использована, например, ксеноновая лампа мощностью 100 Вт.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к геологическим, экологическим, технологическим и др. .

Изобретение относится к измерительной технике. .

Изобретение относится к оптической спектроскопии. .

Изобретение относится к магнитным измерениям, исследованию состава веществ путем определения их магнитных, магнито-оптических и спектральных характеристик и может найти применение для качественного и количественного контроля состава пород, технологических продуктов, биологических объектов и т.п.

Изобретение относится к аналитической химии и может быть использовано для установления содержаний примесных компонентов в пробах и при аттестации стандартных образцов и аналогичных им по назначению веществ, в частности при определении малых содержаний компонентов (примесей) в твердых монолитных веществах и материалах.

Способ содержит следующие этапы: стальную полосу с покрытием приводят в движение по дугообразной траектории на наружной поверхности (813) барабана (8), вращающегося вокруг оси (51), с цилиндрической стенкой, контактно направляющей полосу, абляционный лазерный луч направляют в полости внутри цилиндрической стенки таким образом, чтобы его оптическое падение происходило по оси нормали (41) к наружной поверхности барабана в точке-мишени (11) контакта полосы и барабана, прохождение луча через стенку происходит через отверстие (811) стенки, прозрачное для луча. Плазменное спектральное излучение от лазерной абляции в точке контакта отбирают за счет оптического отражения в направлении оси нормали (41) к наружной поверхности барабана и через отверстие, после чего направляют в блок спектрального измерения. Ось нормали (41) к наружной поверхности, соответствующей оптическому падению и отражению, приводят во вращение синхронно с барабаном. Технический результат - обеспечение измерения при спектральном анализе слоя металлического покрытия, наносимого на поверхность стальной полосы, находящейся в движении и имеющей разные форматы и разные скорости движения, потенциально превышающие 1 м/с. 3 н. и 12 з.п. ф-лы, 8 ил.
Изобретение относится к области материаловедения и может быть использовано при оценке влияния структуры стали на аналитический сигнал при проведении эмиссионного спектрального анализа элементного состава. способ включает измерение интенсивностей входящих в состав стали химических элементов эмиссионно-спектральным методом на исходных и термообработанных образцах, что позволяет обеспечить высокую точность и информативность контроля элементного состава и структуры стали. 2 з.п. ф-лы, 2 табл.
Изобретение относится к области аналитической химии элементного анализа и может быть использовано для лазерно-искрового эмиссионного определения лантана, церия, празеодима, неодима в металлических сплавах и порошках. Способ основан на воздействии на поверхность исследуемого образца сфокусированного лазерного излучения с энергией импульса 0,12-0,9 Дж и длительностью импульса 0,02-240 мкс. Проводят анализ свечения лазерной искры, что позволяет выделить спектральные линии паров определяемых элементов и идентифицировать спектральные линии. Для определения каждого из элементов используются экспериментально установленные наиболее чувствительные линии лазерной эмиссии элементов в следующих спектральных диапазонах для: лантана 390-415 нм, церия 400-425 нм, празеодима 410-425 нм, неодима 400-415 нм.

Изобретение относится к области материаловедения и может быть использовано при оценке влияния структуры магниевого сплава на аналитический сигнал. Способ контроля структурных изменений в магниевом сплаве включает измерение интенсивностей входящих в состав магниевого сплава химических элементов эмиссионно-спектральным методом на исходных и термообработанных в специальных контейнерах образцах, что позволяет обеспечить высокую точность и информативность контроля элементного состава и структуры магниевого сплава. 3 з.п. ф-лы, 2 табл.

Изобретение относится к области спектрометрии и касается искрового оптико-эмиссионного спектрометра. Спектрометр содержит искровой источник, входную щель, тороидальное зеркало для направления света через входную щель, несколько дифракционных решеток и матричный приемник. Тороидальное зеркало предназначено для направления света через входную щель таким образом, чтобы свет из разных областей в искровом источнике был пространственно разделен на отображении света на дифракционных решетках. При этом первая дифракционная решетка предпочтительно освещается светом из первой области искрового источника и одновременно вторая дифракционная решетка предпочтительно освещается светом из второй области искрового источника. Технический результат заключается в повышении точности измерений. 2 н. и 9 з.п. ф-лы, 9 ил.

Изобретение относится к области спектрального анализа и касается способа и устройства атомно-эмиссионного анализа нанообъектов. Способ включает в себя испарение нанообъектов лазерным пучком и анализ нанообъектов по их свечению. Нанообъекты помещают на поверхность прозрачной подложки. На поверхность с нанообъектами изнутри подложки направляют под регулируемым углом, большим угла полного внутреннего отражения, импульс лазерного излучения с энергией, достаточной для хотя бы частичного испарения нанообъектов. Излучение пара подвергают спектральному анализу. Устройство содержит подложку с нанообъектами на поверхности и излучатель. Излучатель обеспечивает интенсивность излучения, достаточную для испарения нанообъектов, причем по обе стороны подложки или с одной ее стороны в потоке свечения нанообъектов установлен спектроанализатор, содержащий коллиматор, который входной апертурой обращен к нанообъектам. Подложка выполнена из материалов, прозрачных для излучения излучателя и которые могут быть прозрачными для собственного излучения нанообъектов. Технический результат заключается в упрощении способа измерений. 2 н. и 2 з.п. ф-лы, 2 ил.
Изобретение относится к области аналитической химии элементного анализа и может быть использовано для лазерно-искрового эмиссионного определения бериллия в металлических сплавах и порошках. Способ основан на воздействии на поверхность исследуемого образца сфокусированного лазерного излучения с длительностью импульса 240-250 мкс и энергией импульса 1,3-1,4 Дж. Проводимый анализ свечения лазерной искры позволяет выделить спектральные линии паров бериллия и идентифицировать его спектральные линии. Для определения бериллия используются экспериментально установленные наиболее чувствительные линии лазерной эмиссии элемента в спектральном диапазоне 310-321 нм.

Изобретение относится к лазерно-искровой эмиссионной спектрометрии. Система (102) для определения свойств образца (114) содержит ЛИЭС-детектор (104, 106) и детектор инфракрасного поглощения (108, 110) для исследования образца (114) с целью создания спектральных данных ЛИЭС и спектральных данных инфракрасного поглощения, соответственно; и процессор данных (112), предусмотренный для применения по меньшей мере одной хемометрической модели прогнозирования, каждая из которых построена для установления связи, предпочтительно количественной связи, между признаками объединенных спектральных данных ЛИЭС и поглощения с отдельным специфическим свойством образца, с комбинированным набором данных, выведенным из по меньшей мере частей данных ЛИЭС и данных поглощения, для создания из него определения, предпочтительно количественного определения, специфического свойства, связанного с указанной моделью. Технический результат заключается в количественном определении свойств вещества в сложной матрице образа. 2 н. и 5 з.п. ф-лы, 6 ил.

Изобретение относится к области спектрального анализа и касается способа идентификации фарфора по виду материала. Способ включает в себя освещение исследуемых образцов, регистрацию спектров фотолюминесценции и создание по спектральным характеристикам обучающей выборки с последующим формированием базы данных в виде 3-х групп образцов по виду материала: костяной фарфор, мягкий и твердый. Принадлежность новых образцов фарфора к какой-либо из указанных групп определяют по наибольшим числовыми значениями классификационных функций, рассчитанных для каждой из групп. В качестве источника освещения используют ультрафиолетовое излучение. Регистрацию спектров возбуждаемой фотолюминесценции проводят в оптическом диапазоне электромагнитного излучения и определяют интенсивности полос оптически активных центров О*, [UO2]2+, Mn2+, Fe3+ в спектрах образцов. Технический результат заключается в обеспечении возможности автоматизации и повышении степени объективности процесса идентификации. 4 ил., 2 табл.

Изобретение относится к спектральной измерительной технике. Устройство для регистрации эмиссии образца в среднем диапазоне инфракрасного спектра содержит внешний источник излучения, конденсорную систему, первое плоское зеркало, сферическое зеркало. В качестве регистрирующей системы использована ИК-матрица с возможностью продольного и поперечного перемещения относительно лучей, исходящих от второго плоского зеркала. Матрица размещена за фокальной плоскостью этих лучей, причем расстояние от фокальной плоскости до воспринимающей системы таково, что диаметр пучка ИК-эмиссии совпадает или близок к размеру входного окна регистрирующей матрицы. 5 ил.

Изобретение относится к области нелинейной оптики, а именно к спектральной измерительной технике, и может быть использовано для исследования структуры различных веществ, в том числе биологических объектов, по полученным эмиссионным спектрам в ИК среднем диапазоне

Наверх