Brevet FR2359404A1 — publié le 19780217

La présente invention se rapporte à un procédé pour mesurer les faibles niveaux d'intensité lumineuse et à un appareil pour effectuer de telles mesures. Il est connu de mesurer l'intensité lumineuse au moyen, par exemple, d'une cellule photoélectrique à vide poussé ou d'un photomultiplicateur. Mais chacun de ces instruments présente des inconvénients dans certaines circonstances : une cellule photoélectrique est insuffisamment sensible pour la mesure précise de faibles niveaux d'énergie et un photomultiplicateur, 5'11 est sensible à de faibles niveaux d'énergie, donne par contre des lectures qui sont instables sur des périodes prolongées. La difficulté qu'il y a à maintenir la stabilité du photomultiplicateur est due en partie à la difficulté qu'il y a à réaliser une alimentation stable des dynodes du photomultiplicatèur en haute tension, et en partie à une tendance inhérente du gain du photomultiplicateur à varier dans le temps.Les mesures de l'intensité lumineuse qui résultent de l'intégration des impulsions recueillies à l'anode seront par suite inexactes. Dans certaines applications, il est nécessaire de mesurer sur des périodes de plusieurs heures les variations de l'intensité lumineuse provenant d'une faible source d'énergie, et une grande stabilité des mesures est nécessaire à cet effet, afin de permettre la comparaison de résultats obtenus pendant une certaine durée. Un objet de la présente invention est de fournir un procédé pour effectuer de telles mesures avec une précision plus grande que celle qu'on peut obtenir avec la seule aide d'une cellule photoélectrique ou d'un photomultiplicateur Suivant un premier aspect de la présente invention, dans un procédé pour mesurer les faibles niveaux d'intensité lumineuse ev utilisant un photomultiplicateur, on maintient la stabilité des mesures pendant des durées notables en donnant aux impulsions de sortie du photomultiplicateur, qui correspondent à la réception de photons individuels par le photomultiplicateur, une largeur et une amplitude prédéterminées, avant d'intégrer ou de compter les impulsions, afin de fournir une sortie proportionnelle au nombre de photons enregistrés par le photomultiplicateur pendant un intervalle de temps donné, et sensiblement indépendante du changement de gain du photomultiplicateur. En fournissant un procédé de mesure de l'intensité lumineuse dans lequel on donne aux impulsions une nouvelle forme avant de les compter ou de les intégrer, la présente invention évite sensiblement le problème dû à l'instabilité du photomultiplicateur. La sortie d'un système idéalisé aurait une stabilité et un niveau de bruit commandés par la statistique de l'émission de photons et on pourrait s'attendre à ce-que, à des taux de 6 10 photons/secondes, avec une constante d'intégration de 1 seconde, talle soit d'environ 0,1% du signal moyen. Suivant un outre aspect de l'invention, un appareil pour mesurer les faibles niveaux d'intensité lumineuse et pour maintenir la stabilité des mesures pendant une durée notable comprend un photomultiplicateur ; un détecteur relié au photomultiplicateur pour fournir des impulsions de sortie correspondant à la détection de photons individuels par le photomultiplicateur ; un circuit de mise en forme des impulsions relié au détecteur et délivrant des impulsions de sortie ayant une largeur et une amplitude prédéterminées en réponse à chaque impulsion de sortie du photomultiplicateur, les impulsions de sortie du circuit de mise en forme des impulsions étant sensiblement indépendantes des variations de gain du photomultiplicateur ; et un dispositif d'intégration ou de comptage des impulsions relié au circuit de mise en forme des impulsions, afin de donner une sortie proportionnelle au nombre des photons enregistrés par le photomultiplicateur pendant une période déterminée, c' est-à-dire à l'intensité de la lumière tombant sur le photomultiplicateur, sensiblement indépendamment des variations de gain du photomultiplicateur. Le circuit de mise en forme des impulsions comprend de préférence un circuit monostable qui délivre une impulsion de sortie de largeur constante en réponse à chaque impulsion de sortie du photomultiplicateur et un limiteur d'amplitude relié à la sortie du circuit monostable. Dans une forme préférée de réalisation de l'invention, le détecteur comprend un détecteur à seuil possédant un seuil prédéterminé d'amplitude inférieure à l'amplitude minimale des impulsions de sortie du photomultiplicateur, afin d'éliminer le bruit de faible amplitude de l'entrée dans le circuit de mise en forme des impulsions. L'appareil suivant l'invention est en particulier applicable par exemple à la mesure de la fluorescence des effluents des colonnes de chromatographie, soit directement soit après des réactions chimiques ultérieures, quand il est nécessaire de détecter de légers changements d'un niveau de fluorescence ayant de l'importance, et quand la séparation a lieu pendant plusieurs heures. Pour de telles mesures, on peut disposer l'appareil décrit plus haut de manière qu'il mesure la radiation de fluorescence provenant d'un liquide, l'appareil comprenant en outre une source lumineuse disposée de façon à introduire de la lumière dans le liquide. Un mode de réalisation de l'invention va maintenant être décrit plus en détail, à titre d'exemple, en se référant au dessin ci-joint dans lequel - la figure 1 est une vue schématique, comprenant un circuit, sous la forme de blo-cs, de l'appareil suivant l'invention quand on l'utilise dans un fluorimètre, et - la figure 2'montre schématiquement les sorties d'étages suc cessifs du circuit sous la forme de blocs représenté sur la figure 1, aux points désignés par A, B, C et D sur la figure 1. Sur le dessin, la figure 1 représente un fluorimètre, portant la référence générale 1, qui contre la lumière fluorescente émise par un échantillon de liquide s'écoulant à travers une cellule d'écoulement 2. La fluorescence est excitée par de la lumière provenant d'une lampe 3 à tube de quartz et vapeur d'iode et dirigée à l'intérieur de la cellule à l'aide d'un guide de lumière 4 en quartz. Un filtre 5 est interposé entre deux parties du guide de lumière 4. Un guide de lumière E en verre faisant avec le guide 4 un angle de sensiblement 900 amène de la lumière fluorescente provenant de l'échantillon, à travers un second filtre 7, à un photomultiplicateur 8. La sortie du photomultiplicateur 8, représentée en A sur la figure 2, est constituée par des impulsions ayant une amplitude et une fréquence variables et correspondant aux photons individuels arrivant sur le photomultiplicateur. Ces impulsions sont introduites, à travers un amplificateur 9 à haute fréquence Sortie représentée en B sur la figure 2) dans un détecteur à seuil 10 qui élimine les impulsions de bruit de faible amplitude inférieure au seuil 14 représenté sur la figure 2 par une ligne interrompue. On introduit les impulsions de sortie provenant du détecteur à seuil 10 dans un circuit monostable 11 à grande vitesse qui, en réponse à chaque impulsion reçue, délivre une impulsion de sortie d'une largeur de l'ordre de 50 nano-secondes. On introduit ensuite ces impulsions de sortie, représentées en C sur la figure 2, dans un limiteur d'amplitude 12, qui limite les impulsions à une amplitude constante. On introduit finalement les impulsions, représentées en D sur la figure 2, qui sont maintenant sensiblement identiques. dans un amplificateur d'intégration 13, qui intègre les impulsions arrivant vendant un intervalle de temps défini à des vitesses allant jusqu'à 107 impulsions/seconde. La sortie de l'amplificateur intégrateur est, pour des débits allant jusqu'à 107 impulsions/seconde. sensiblement proportionnelle au nombre des photons qui frappent la photocathode du photomultiplicateur 8 pendant l'intervalle défini de temps et est sensiblement indépendante de la multiplication d'électrons du photomultiplicateur 8. Au-delà. cette linéarité du débit diminue quand les circuits de mise en forme des impulsions des amplificateurs utilisant des circuits logiques classiques deviennent saturés. Mais des amplificateurs utilisant des circuits plus rapides peuvent procurer de bons résultats avec des taux augmentés de photons. REVENDICATIONS 1. Procédé pour mesurer les faibles niveaux d'intensité lumineuse en utilisant un photomultiplicateur, caractérisé par le fait qu'on maintient la stabilité des mesures pendant des durées notables en donnant aux impulsions de sortie du photomultiplicatueur, qui correspondent à la réception de photons individuels par le photomultiplicateur, une largeur et une amplitude prédéterminées, avant d'intégrer ou de compter les impulsions, afin de fournir une sortie proportionnelle au nombre de photons enregistrés par le photomultiplicateur pendant un intervalle de temps donné, et sensiblement indépendante du changement de gain du photomultiplicateur. 2. Appareil pour mesurer les faibles niveaux d'intensité alumineuse, comprenant un photomultiplicateur et un détecteur relié au photomultiplicateur pour fournir des impulsions de sortie correspondant à la détection de photons individuels par le photomultiplicateur, cet appareil étant caractérisé par le fait que, pour assurer le maintien de la stabilité des mesures du niveau lumineux pendant une durée notable, il comprend : un circuit de mise en forme des impulsions relié au détecteur et délivrant des impulsions de sortie ayant une largeur et une amplitude prédéterminées en réponse à chaque impulsion de sortie du photomultiplicateur, les impulsions de sortie du circuit de mise en forme des impulsions étant sensiblement indépendantes des variations de gain du photomultiplicateur ; et un dispositif d'intégration ou de compagne des impulsions relié au circuit de mise en forme des impulsions, afin de fournir une sortie proportionnelle au nombre des photons enregistrés par le photomultiplicateur pendant une période déterminée, c'est-à-dire à l'intensité dela lumière tombant sur le photomultiplicateur, sensiblement indépendemment du changement de gain du photomultiplicateur. 3. Appareil suivant la revendication 2, caractérisé par le fait que le circuit de mise en forme des impulsions comprend un circuit monostable relié u détecteur pour élaborer une impulsion de sortie de largeur constante en réponse à chaque impulsion de sortie du photomultiplicateur et un limiteur d'amplitude relié à la sortie du circuit monostable. 4. Appareil suivant l'une des revendications 2 et 3, caractérisé par le fait que le détecteur comprend un détecteur à seuil possédant un seuil prédéterminé d'amplitude inférieure à l'amplitude minimale des impulsions de sortie du photomultiplicateur, afin d'éliminer le bruit de faible amplitude de l'entrée dans le circuit de mise en forme des impulsions. 5. Appareil suivant l'une quelconque des revendications 2 à 4, caractérisé par le fait que le photomultiplicateur est capable de mesurer la radiation de fluorescen-ce provenant d'un liquide, l'appareil comprenant en outre une source lumineuse disposée de manière à introduire de la lumière dans le liquide 6. Appareil suivant la revendication 5, caractérisé en ce qu'il comprend des guides de lumière pour respectivement introduire dans le liquide de la lumière provenant de ladite source et introduire dans le photomultiplicateur une radiation de fluorescence provenant du liquide.