СПЕКТРОФОТОМЕТР

Данная полезная модель относится к оптическому приборостроению и предназначена для определения оптической плотности, коэффициента пропускания, флуоресценции, рассеяния, концентрации ингредиентов образцов проб различного физического состояния.
Известен спектрофотометр, содержащий источник накачки, источник света в виде лазера с распределенной обратной связью, линзы, зеркала, кюветы с исследуемой и образцовой пробами, конденсоры, поворотные устройства, фотоэлементы, поляризационные ослабители, установленные между конденсорами и фотоэлементами, которые связаны с цифровым индикатором через дифференциальный усилитель, аналого-цифровой преобразователь, микропроцессор (патент РФ на полезную модель №38934) [1].
Спектрофотометр снабжен механическим поворотным устройством зеркала лазера, с помощью которого осуществляют регулировку длины волны его излучения. Поэтому измерения требуют значительных затрат времени.
Задачей предлагаемого спектрофотометра является уменьшение времени на проведение измерений.
Для решения указанной задачи известный спектрофотометр, содержащий источник света в виде лазера с распределенной обратной связью, линзы, зеркала, кюветы с исследуемой и образцовой пробами, конденсоры, поворотное устройство, поляризационные ослабители, фотоэлементы, усилитель и аналого-цифровой преобразователь, согласно полезной модели, фотоэлементы связаны с компьютером через усилитель, который выполнен двухканальным, а поворотное устройство зеркала лазера с распределенной обратной связью выполнено в виде изгибающейся пьезопластинки, на которую подается напряжение от генератора пилообразных импульсов или от компьютера через цифро-аналоговый преобразователь.
Сущность предлагаемого спектрофотометра поясняется функциональной схемой.
1
1
1
1
1
Предлагаемый спектрофотометр содержит источник накачки, в качестве которого используется твердотельный лазер 1, цилиндрическую линзу 2, сферическую линзу 3, вращающееся зеркало 4, закрепленное на изгибающейся пьезопластине 5, призму 6, на которую укреплена активная среда 7 и нанесено металлическое покрытие 8, отражательные зеркала 9, 9 кюветы 10, 10 с исследуемым и эталонным растворами, конденсоры 11, 11 поляризационные ослабители 12, 12, связанные с поворотным устройством 13, фотоэлементы 14, 14, двухканальный усилитель 15, трехканальный аналого-цифровой преобразователь 16, компьютер 17, цифро-аналоговый преобразователь 18, генератор пилообразных импульсов 19. Элементы 2-8 составляют лазер с распределенной обратной связью.
Предложенный спектрофотометр работает следующим образом. Излучение от источника накачки в виде твердотельного лазера 1, сформированное в полоску цилиндрической линзой 2 и сферической линзой 3, с помощью вращающегося зеркала 4 сводится на активную среду 7 через гипотенузную грань призмы 6. Призму 6 следует выполнять из того же материала, что и активную среду 7, но без красителя. Тогда длина волны генерации лазера с распределенной обратной связью не будет зависеть от температуры.
Призма 6 имеет на катете металлическое покрытие 8, которое необходимо для избежания нарушения полного внутреннего отражения на катетной грани. Часть излучения накачки проникает в активную среду 7 непосредственно, другая часть - после отражения от металлического покрытия 8.
Интерферируя внутри активной среды 7, пучки накачки создают условия для возникновения генерации. Изменение длины волны генерации лазера с распределенной обратной связью внутри диапазона, осуществляется за счет поворота вращающееся зеркала 4, которое укреплено на изгибающейся пьезопластине 5 и определяется выражением
нак
где λ - длина волны лазера накачки
Θ - угол падения излучения
Поворот вращающегося зеркала 4 лазера с распределенной обратной связью осуществляется за счет изгиба пьезопластины 5, который возникает при подаче на нее напряжения от генератора пилообразных импульсов 19 или от компьютера 17 через цифро-аналоговый преобразователь 18.
Диапазон генерации лазера с распределенной обратной связью определяется типом красителя в активной среде 7. Для его изменения заменяют генерирующие молекулы красителя.
min
max
Для уменьшения потерь на отражение света от гипотенузной грани призмы 6, угол между гипотенузной и катетной гранями призмы 6 к которой примыкает активная среда 7, должен соответствовать средней длине волны диапазона перестройки данного красителя. Изменение угла падения излучения накачки осуществляется за счет поворота вращающегося зеркала 4, которое укреплено на изгибающейся пьезопластине 5 в пределах от Θ до Θ.
ген
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
Лазер с распределенной обратной связью генерирует два равных световых потока (правый и левый) с длиной волны генерации λ, которые падают на отражательные зеркала 9-9, а далее на кюветы 10, 10 с исследуемым и эталонным растворами. После выхода из кювет 10, 10световые потоки падают на конденсоры 11, 11. Для осуществления возможности регулирования световых потоков, падающих на фотоэлементы 14, 14, предусмотрены поляризационные ослабители 12, 12, которые связаны с поворотным устройством 13. Регулировка осуществляется путем их вращения вокруг собственной оси с помощью поворотного устройства 13. Применение поляризационных ослабителей 12, 12 позволяет работать с образцами, имеющими большую и малую оптическую плотность. Для повышения чувствительности фотоэлементы 14, 14 подключены к двухканальному усилителю 15 на выходе, которого находится трехканальный аналого-цифровой преобразователь 16, который преобразует аналоговый сигнал с выхода усилителя в цифровой код. Трехканальный аналого-цифровой преобразователь 16 связан с компьютером 17, который производит обработку результатов измерений по определенной программе и выводит результаты вычислений на монитор. Необходимую длину волны генерации лазера устанавливают при помощи компьютера 17, с которого через цифро-аналоговый преобразователь 18 на пьезопластину 5 подается необходимое напряжение. В результате чего она изгибается и закрепленное на ней зеркало 4 поворачивается на требуемый угол. При необходимости быстрого исследования пробы во всем диапазоне генерации длин волн лазера при помощи компьютера 17 включают генератор пилообразных импульсов 19. С генератора пилообразных импульсов 19 подается напряжение на пьезопластину 5 и одновременно через аналого-цифровой преобразователь 16 на компьютер. Под действием напряжения генератора пилообразных импульсов 19 пьезопластина 5 изгибается и зеркало 4 поворачивается за один импульс так, что длина волны генерации лазера изменяется во всем диапазоне. Фотоэлементы 14, 14 при этом фиксируют изменение интенсивности излучения прошедшего через кюветы 10, 10, результаты измерений, усиленные двухканальным усилителем 15 подаются на компьютер 17 через аналого-цифровой преобразователь 16. Таким образом, на компьютер 17 поступает информация об изменении интенсивности излучения лазера прошедшего через кюветы 10, 10 в зависимости от длины волны генерации, что позволит быстро определить минимумы и максимумы поглощения пробы внутри диапазона генерации лазера с распределенной обратной связью. В случае необходимости работы на фиксированной длине волны генерации лазера с распределенной обратной связью ее значение устанавливается на компьютере и далее через цифро-аналоговый преобразователь 18 в виде напряжения передается на изгибающуюся пьезопластину 5, которая поворачивает вращающееся зеркало 4 на требуемый угол.
Применение изгибающейся пьезопластины с укрепленным на ней поворотным зеркалом лазера с распределенной обратной связью, цифро-аналогового преобразователя, компьютера и генератора пилообразных импульсов позволит быстро определить минимумы и максимумы поглощения пробы внутри диапазона генерации лазера.