Спектрофотометр

Область техники
Полезная модель относится к химической аналитической технике, а именно, к спектрофотометрам для определения концентраций растворов по оптической плотности в диапазоне длин волн 370-950 нм.
Уровень техники
В настоящее время из уровня техники известны различные варианты спектрофотометров.
В уровне техники известен источник информации Д1 (RU 2065166, 10.08.1996), в котором известен спектрофотометр, который содержит источник света, кювету для контролируемого раствора, блок фотоэлектрического преобразования и блок обработки электрических сигналов.
Недостатком известного в Д1 решения является сложность конструкции, вследствие чего необходима сложная перенастройка прибора в случае замены источника излучения.
Из источника информации Д2 (RU 167244 U1, 27.12.2016) известен спектрофотометр, который содержит  источник светового излучения, кювету с исследуемым раствором, линзы, светофильтр, фотодиод и регистрирующее устройство, при этом, в качестве источника светового излучения оно содержит светодиод с интерференционным фильтром в диапазоне 475-500 нм, к кювете подсоединены трубки для подвода и отвода растворов, а регистрирующее устройство выполнено с использованием интерфейса.
Недостатком известного в Д2 решения является сложность конструкции, вследствие чего необходима перенастройка прибора в случае замены источника излучения.
Из источника информации Д3 (RU 2109255 С1, 20.04.1998) известен спектрофотометр, содержащий источник света, входной конденсор, кювету с образцом, диспергирующую оптическую систему и фотодетектор, при этом кювета с образцом установлена непосредственно за входным конденсором пучка, формируемого двумя источниками света, за кюветой установлена диспергирующая система, состоящая из дифракционной решетки со сложным профилем штриха и коллимирующих элементов, при этом дифракционная решетка выполнена с возможностью отражения одновременно двух первых порядков дифракции от двух плоскостей каждого штриха с отличающимися максимумами концентрации энергии, а коллимирующие элементы установлены так, что они фокусируют диффрагирующее от решетки излучение в виде пространственно разделенных порядков дифракции на несколько, но не менее двух фотодетекторов, представляющих собой линейно-матричные фоточувствительные элементы, установленные в фиксированных, заданных относительно дифракционной решетки и коллимирующих элементов, положениях.
Недостатком известного в Д3 решения является сложность конструкции, вследствие чего необходима перенастройка прибора в случае замены источника излучения.
Источник информации Д1 выбран заявителем в качестве наиболее близкого аналога к заявленной полезной модели.
Раскрытие полезной модели
Задачей, на решение которой направлена заявленная полезная модель, является разработка спектрофотометрам для определения концентраций  растворов по оптической плотности в диапазоне длин волн 370-950 нм, позволяющего устранить недостатки, выявленные в предшествующем уровне техники.
Технический результат заявленной полезной модели направлен на упрощение конструкции спектрофотометра за счет исключения элементов юстировки спектрофотометра с сохранением функциональных возможностей спектрофотометра.
Указанный технический результат, на достижение которого направлено заявленное техническое решение, достигается благодаря тому, что спектрофотометр включает корпус, внутри которого установлена измерительная камера, которая содержит держатель кюветы, блок излучения, блок приема излучения, при этом блок излучения содержит держатель светодиода, в котором установлен светодиод, а блок приема излучения содержит держатель фотодиода, в котором установлен фотодиод, при этом, измерительная камера содержит посадочные места, выполненные с возможностью установки в них блока излучения и блока приема излучения и образования соосной оптической оси светодиода и фотодиода.
Спектрофотометр является однолучевым спектрофотометром.
Форма держателя светодиода повторяет форму посадочного места для него, форма держателя фотодиода повторяет форму посадочного места для него. Держатель светодиода выполнен сменным. Светодиод выполнен сменным.
Краткое описание чертежей
На фиг.1 представлен общий вид спектрофотометра.
На фиг.2 представлена конструкция измерительной камеры.
На фиг.3 представлена конструкция измерительной камеры с указанием соосной оптической оси светодиода и фотодиода.
Осуществление полезной модели
Полезная модель относится к химической аналитической технике и может быть использована для определения концентраций растворов по оптической плотности в диапазоне длин волн 370-950 нм.
На фиг.1, представлен спектрофотометр, который содержит корпус 1, внутри которого установлены измерительная камера со сменным источником излучения (светодиодом), приемником излучения, жидкокристаллический индикатор, например, HD44780, схема управления и индикации, представляющие собой 8-разрядный микроконтроллер, 16-рязрядный аналого-цифровой преобразователь, двухступенчатый регулятор тока  излучателя и сенсорная клавиатура 2. Конструкция измерительной камеры, внутренняя поверхность которой выполнена ребристой, позволяет производить измерения в диапазоне оптической плотности от 0 до 1,5 без использования светонепроницаемой крышки. В качестве приемника излучения используется фотодиод, оптический элемент которого совместно с оптическим элементом излучающего светодиода образуют соосную оптическую систему, юстировка которой не требуется, в связи с тем, что из-за конструкции измерительной камеры после сборки оптическая система уже юстирована и погрешность измерения определяется только допусками при изготовлении измерительной камеры. Результаты измерений выводятся в виде значений оптической плотности и относительного поглощения, посредством USB-интерфейса они могут быть переданы на компьютер и в дальнейшем обработаны программным обеспечением.
Измерительная камера (Фиг. 2, 3) содержит держатель кюветы 3, посадочные места 4, 5 для установления в них блока излучения и блока приема излучения, соответственно. Блок излучения содержит держатель 6 светодиода с крышкой 7, в котором закреплен светодиод 8. Блок приема излучения содержит держатель 9 фотодиода с крышкой 10, в котором закреплен фотодиод 11. Блок излучения и блок приема излучения образуют однолучевую схему, в которой светодиод 8 и фотодиод 11 расположены соосно на оптической оси измерительной камеры. Форма держателей 6, 9 светодиода 8 и фотодиода 11 повторяют форму посадочных мест 4, 5, соответственно. Оптические элементы фотодиода 11 и светодиода 8 образуют оптическую систему, оптическая ось которой совпадает с геометрической осью посадочных мест 4, 5 измерительной камеры, в частности,  цилиндрических. Держатель кюветы 3 с измеряемым раствором является основанием оптической системы спектрофотометра. Конструкция измерительной камеры обеспечивает окончательную юстировку оптической системы в процессе сборки спектрофотометра. При этом использование в спектрофотометре полупроводниковых светодиодов, погрешность длины волны излучения которых определяется погрешностью стабильности длины волны и не превышает 10 нм, обеспечивает получение точных данных при достаточно простой схеме подключения.
Держатель 9 фотодиода и держатель 6 светодиода снабжен отверстием диаметром 3 мм, выполняющие функции коллиматоров светового потока. Данные отверстия также позволяют снизить ток, проходящий через светодиод 8.
Держатель 6 светодиода, совместно с крышкой 7 образуют съемную легкозаменяемую конструкцию.
Для осуществления измерений по разным длинам волн светодиод 8, установленный в держателе 6 светодиода 8, выполнен сменным. В качестве светодиода 8 могут быть использованы, например, светодиоды KINGBRIGHT диаметром 3 мм, прозрачные, сферические, с длиной волны излучения 370, 400, 460, 520, 570, 590, 620, 640, 660, 720, 780, 850 и 950 нм.
Фотодиод 11, установленный в держателе 9 фотодиода имеет высокую чувствительность в широком спектральном диапазоне (370-950нм). Держатель 9 фотодиода выполнен сменным. При замене держателя 9 фотодиода юстировка оптической системы не нарушается.
Дополнительно внутренняя поверхность держателя кюветы 3 выполнена ребристой для снижения подсветки фотодиода 9 внешними источниками света.
Конструкция измерительной камеры позволяет установить держатели 6, 9 светодиода и фотодиода в соответствующие посадочные места 4, 5 с натягом.