Brevet FR2314483A1 — publié le 19770107

La présente invention a pour objet un spectrofluo rimètre à balayage. Elle trouve une application en spectro fluorimétrie et notamment dans ia détection de traceurs en hydrologie et dans l'identification de substances polluantes fluorescentes. On sait que la spectrofluorimétrie tire parti des propriétés que possèdent certaines substances d'absorber des rayonnements lumineux situés dans une certaine plage de longueur d'onde et de réémettre, par un mécanisme de fluorescence, un rayonnement de longueur d'onde différente.De très nombreuses substances solubles, notamment organiques, présentent des propriétés telles (rendement quantique de fluorescence élevé, grande différence entre longueur d 'onde drabsorp- tion et de fluorescencej qu'elles peuvent être décelées par fluorimétrie à des concentrations très faibles de l'ordre de 10 12, Les spectres d'absorption et de fluorescence étant déterminés en grande partie par ia structure moléculaire de la substance étudiéé, la spectrofluorimétrie permet en plus de la détection, l'identification de la substance analysée. Un spectrofluorimètre est donc essentiellement constitué par une source de lumière, qui délivre un faisceau d'excitation, généralement à spectre large, un premier monochromateur, dit d'excitation, qui sélectionne dans la lumière émise par la source une bande étroite de longueur d'onde située dans le spectre d'absorption de la substance à analyser, un second monochromateur, dit d'analyse, qui sélectionne, dans la lumière de fluorescence émise par la substance, une autre bande étroite de longueur d'onde dont l'intensité est détectée par un photodétecteur puis mesurée par des moyens électroniques. Chacun des deux monochromateurs d'excitation et analyse est essentiellement constitué par un élément optique dispersif, tel que prisme ou réseau, qui est monté mobile en rotation, et par des moyens optiques aptes à diriger la lumière émise soit par la source, soit par la substance à analyser, vers l'élément dispersif correspondant. Cette constitution du spectrofluorimètre en deux étages confère à la mesure un rapport signal/bruit élevé, qui peut être encore amélioré si l'on adopte une technique de balayage selon laquelle on fait varier simultanément la lon gueur d'onde moyenne de la bande passante d'excitation et ia longueur d'onde moyenne de ia bande passante mesurée dans le spectre d'émission, en maintenant constant l'écart entre ces longueurs d'onde. Cet écart est de préférence voisin de la différence de longueur d'onde entre le pic d'absorption et le pic de fluorescence. Un tel spectromètre est dit à balayage à pas cons tant". I1 est doublement discriminant car il ne permet de détecter que les substances fluorescentes qui présentent à la fois l'écart choisi entre ieurs pics d'absorption et de fluorescence, ainsi que les caractêristiques spectrales d'iden tification (longueur d'onde spécifique). Les spectrofluorimètres susceptibles de fonctionner selon ce principe exigent l'entraînement simultané des deux systèmes dispersifs. Cet entraînement simultané conduit à des moyens tels que courroies d'entraînement, moteurs synchronisés, etc... qui sont souvent de mise en oeuvre difficile et qui nécessitent des réglages délicats et fréquents. I1 en résulte que de tels appareillages sont onéreux et encombrants. La présente invention a tour objet un spectrofluorimètre de ce genre, conçu spécialement pour la mesure selon le procédé, à balayage à pas constant, permettant d'alléger considérablement l'appareil et de faciliter sa mise en oeuvre. Selon l'invention, on utilise un montage simplifié de ces éléments pour obtenir un pas constant iors du balayage en longueur d'onde. Ce montage consiste à rendre solidaires d'un même axe de rotation les deux éléments dispersifs. De façon plus précise, le spectrofluorimètre à balayage de l'invention est du genre de ceux qui comprennent - une source lumineuse d'excitation, un un premier monochromateur essentiellement constitué par un premier élément optique dispersif mobile en rotation, - une cuve d'analyse transparente recevant une partie de la lumière dispersée par ledit premier élément, ladite partie de la lumière étant à une première longueur d'onde d'exci station, - un second monochromateur essençlellement constitué par un second élément optique dispersif mobile en rotation et des moyens optiques aptes à diriger la lumière provenant de la cuve d'analyse sur ledit second élément dispersif, - un photodétecteur disposé à la sortie du spectrofluorimètre et recevant une partie de la lumière dispersée par le se cond élément, ladite partie étant à une seconde longueur d'onde, - des moyens pour entraîner solidairement au cours du balayage lesdits premier et second éléments dispersifs en conservant constant l'écart entre lesdites première et seconde longueurs d'onde, e t il est caractérisé en ce que lesdits premier et second éléments optiques dispersifs sont solidaires d'un même arbre de rotation commandé par lesdits moyens d'entrainement, les deux éléments dispersifs étant montés décalés l'un par rapport à l'autre d'un angle constant et réglable. Selon une première variante de l'invention, l'axe de rotation est animé d'un mouvement de rotation continue. L'exploration rotative, en accordant un grand intervalle entre deux signaux successifs, permet, sans dispositif mécanique d'occultation des faisceaux, dealterner, par un montage approprié, 1 'éclairement du couple des deux monochromateurs par le faisceau de mesure et par un faisceau de référence. Selon. une deuxième variante de l'invention, l'axe de rotation est animé d'un mouvement de rotation oscillant. En exploration alternative on retrouve la même latitude pour la réalisation de mesures différentielles. En outre, la solidarité des deux éléments optiques exclut tout risque de décalage résultant du Jeu du dispositif mécanique d'entrainement habituel (chaines, courroies, ...) lors des changements de rotations. Les éléments optiques utilisés pour la réalisation du spectrofluorimètre conforme à l'invention peuvent être des éléments dispersifs plans, c'est- -dire un focalisant, comme des prismes à faces planes ou des réseaux plans ; chacun de ces éléments dispersifs étant associé à une lentille. Selon une réalisation préférentielle de l'invention, on utilise des éléments dispersifs focalisants. Cette disposition qui supprime toutes lentilles, simplifie beaucoup le spectrofluo rimètre. De toute façon, les caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront mieux après la description qui suit d'un exemple de réalisation donné à titre explicatif et nullement limitatif, en référence à la flgure unique annexée qui représente schématiquement les organes essentiels du spectrofluorimètre de 1 'invention. Sur la figure, ie spectrofluorimètre représenté comprend une source lumineuse 10, oui émet un faisceau de lumière 12 en direction d'un premier réseau concave 14 ; la lumière 16 dispersée par le réseau 14 est dirigée vers une cuve d'analyse 18 contenant une soiution 20 dans laquelle est dissoute la substance fluorescente à analyser ; iorsque la lumière 16, qui frappe la cuve, possède une longueur d'onde qui tombe dans le spectre d'absorption de la solution 20, la substance fluorescente réémet un rayonnement 22. Ce rayonnement est renvoyé par un miroir plan 24 vers un second réseau concave 26. Une partie 28 de la lumière dispersée par ce second réseau est dirigée vers. un photodétecteur 30. Selon la caractéristique essentielle du spectrofluo rimètre de l'invention, les deux réseaux 14 et 26 sont focalisants et sont montés solidaires sur un arbre 32 pouvant être animé, pendant l'opération de balayage, d'un mouvement de rotation uniforme, grâce à un organe d'entrainement 34. Les deux réseaux 14 et 26 sonL décalées l'un par rapport à l'autre d'un angle fixe, de telle sorte que les longueurs d'onde des rayonnements d'excitation 16 et d'analyse 28 différent d'une valeur constante au cours du balayage.Le réglage de ce décalage angulaire peut s'effectuer de manière simple, par exemple a i'aide d'une pièce de blocage 36 qui permet d'une part, de disposer les réseaux selon la posItion recherchée puis de les bloquer dans ladite position. Ainsi quSll a été expllqué plus haut, l'écart angulaire sera de préférence tel que l'écart entre les longueurs d'onde d'excitation et d'analyse qui en résulte soit égala l'écart entre les longueurs d'onde des pics d'absorption et de fluorescence de la substance à analyser. La nature focalisante des réseaux concaves 14 et 26 dispense des éléments focalisants tels que miroirs concaves ou lentilles. Elie permet aussi de donner à i'ensemble un encombrement réduit et autorise, de ce fait, le montage des deux réseaux sur un même axe tournant. Il va de soi que tout type de réseau est utilisable dans l'appareil de l'invention, et notamment les réseaux hoLogra- phiques. Il va de soi également qu'on ne sortirait pas du cadre de l'invention en remplaçant les réseaux concaves par exemple par des prismes rendus focalisants par ltexistence d'une face concave. Dans l'exemple de réalisation précédent, les éléments dispersifs étaient du type focalisant On pourrait aussi bien remplacer, au prix d'une modification mineure, les éléments dispersifs focalisants 14 et 26 par des éléments focalisants plans associés chacun à une lentille. REVENDICATIONS 1. Spectrofluorimètre à balayage du genre de ceux qui comprennent - une source lumineuse d'excitation, - un premier monochromateur essentiellement constitué par un premier élément optique dispersif mobile en rotation, - une cuve d'analyse transparente recevant une partie de la lumière dispersée par ledit premier élément, ladite partie de la lumière étant à une première longueur d'onde d'exci station, -un second monochromateur essentiellement constitué par un second élément optique dispersif mobile en rotation et des moyens optiques aptes à diriger la lumière provenant de la cuve d'analyse sur ledit second élément dispersif, - un photodétecteur disposé à la sortie du spectrofluorimètre recevant une partie de la lumière dispersée par ledit second élément, ladite partie étant à une seconde longueur d'onde, - des moyens pour entraîner solidairement au cours du balayage lesdits premier et second éléments dispersifs en conservant constant l'écart entre lesdites première et seconde longueurs d'onde, caractérisé en ce que lesdits premier et second éléments optiques dispersifs sont solidaires d'un même arbre de rotation commandé par lesdits moyens d'entraînement, les deux éléments dispersifs étant montés décalés l'un par rapport à l'autre d'un angle constant et réglable. 2. Spectrofluorimètre selon la revendication 1, caractérisé en ce que les éléments optiques dispersifs sont plans et associés chacun à au moins une lentille. 3. Spectrofluorimètre selon la revendication 1, carac térisé en ce que les éléments optiques dispersifs sont focali sangs 4. Spectrofluorimètre selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'arbre de rotation effectue un mouvement de rotation continue. 5 Spectrofluorimètre selon la revendication 1, carac térisé en ce que l'arbre de rotation effectue un mouvement alternatif.