СПЕКТРОМЕТР ДИНАМИЧЕСКОГО РАССЕЯНИЯ СВЕТА С ИНФРАКРАСНЫМ ЛАЗЕРОМ

Полезная модель относится к измерителям размеров наночастиц, использующих метод динамического рассеяния света (фотонной корреляционной спектроскопии).
Известны спектрометры динамического рассеяния света для измерения размеров наночастиц, содержащие лазер, луч которого фокусируется в кювете, содержащей исследуемую среду, фотоприемное устройство для регистрации рассеянного на наночастицах излучения, цифровой многоканальный коррелятор и компьютер (см., например, Photon Correlation Spectroscopy in Particle Sizing. Walther Tscharnuter, Brookhaven Instruments Corporation, Holtsville, NY, USA. Encyclopedia of Analytical Chemistry R.A. Meyers (Ed.), John Wiley & Sons Ltd., 2000).
К недостаткам известных устройств следует отнести невозможность измерения размеров наночастиц в малопрозрачных для видимого света жидкостях.
Наиболее близким к предложенному техническому решению по технической сущности и достигаемому эффекту является фотонный корреляционный спектрометр для измерения размеров наночастиц в жидкостях, содержащий лазер с блоком фокусировки излучения в исследуемую жидкость, помещенную в кювету, которая находится в термостате, систему счета фотонов, включающую оптический коллимирующий блок, фотоприемное устройство и усилитель-дискриминатор, выходной сигнал которого анализируется цифровым коррелятором, подключенным к компьютеру, выполняющему управление прибором и обработку данных с помощью специальной программы (см., например, патент РФ на ПМ №11804 по кл. G01J 9/02 за 2012 год).
К недостаткам описанной конструкции следует отнести сложность процедуры настройки и измерения размеров наночастиц в малопрозрачных жидкостях при использовании метода измерения в пристеночной области кюветы.
Задачей полезной модели является устранение указанных недостатков, упрощение процедуры измерения и повышение надежности и достоверности получаемых результатов.
Поставленная задача решается благодаря тому, что в известном спектрометре, включающем оптическую систему, содержащую лазер, излучающий свет в видимом диапазоне длин волн, с блоком фокусировки излучения в исследуемую жидкость, помещенную в кювету, которая находится в термостате, систему счета фотонов, установленную под большим углом рассеяния и включающую оптический коллимирующий блок, фотоприемное устройство и усилитель-дискриминатор, выходной сигнал которого анализируется цифровым коррелятором, подключенным к компьютеру, по предложенной полезной модели оптическая схема измерения содержит дополнительный инфракрасный диодный лазер со встроенной коллимирующей линзой и две миниатюрные видеокамеры для визуализации инфракрасного излучения.
Описанное исполнение спектрометра позволяет производить измерение размеров наночастиц и их концентраций в малопрозрачных для видимого света жидкостях благодаря использованию инфракрасного лазера, луч которого способен проникать в малопрозрачную среду, при этом юстировка инфракрасного луча реализуется за счет наличия двух веб-камер, отображающих положения лучей инфракрасного лазера и лазера видимого излучения.
На чертеже схематично представлено предложенное устройство.
Спектрометр содержит лазер 1, например, диодный красный (650 нм), луч которого через просветленную асферическую линзу 2 и дихроичное зеркало 3 фокусируется в центре кюветы 4 с исследуемым образцом жидкости. Кювета 4 размещена в термостате 5. Свет, рассеянный под углом 90°, принимается через асферическую просветленную линзу 6 микропиксельным лавинным фотодиодом 7 (далее диод МЛФД), а под углом рассеяния 160° - через линзу 8 диодом МЛФД 9, при этом рассеянный свет под углом 160° попадает на МЛФД 9, отразившись от зеркала 10. Выходные сигналы с выходов МЛФД 7 и МЛФД 9 поступают в анализирующий блок 11, алгоритм работы которого соответствует математическому определению временной корреляционной функции. Сигнал с блока 11 по шине USB 12 подается на компьютер 13, осуществляющий обработку результатов измерения и расчет распределения размеров наночастиц. Спектрометр дополнительно содержит инфракрасный лазер 14 (в диапазоне от 800 до 1000 нм) с асферической линзой 15, две веб-камеры 16 и 17, размещенные на входе и выходе лазерных лучей из кюветы 4 через дихроичное зеркало 3 и плоскопараллельную пластину 18 соответственно.
При юстировке прибора включают оба лазера 1 и 14 и перемещением инфракрасного лазера 14 добиваются совмещения отображения лучей обоих лазеров на веб-камерах 16 и 17, что свидетельствует об идентичности прохождений видимого луча красного лазера 1 и невидимого луча инфракрасного лазера 14.
При измерении размеров и концентраций наночастиц в малопрозрачных жидкостях съюстированный луч лазера 14 фокусируется на кювете 4 с исследуемой жидкостью, откуда рассеянный свет попадает на МЛФД 7 и МЛФД 9, выходные импульсы которых подаются на специализированный цифровой коррелятор анализирующего блока 11. Коррелятор работает в реальном масштабе времени, что обеспечивает максимальное быстродействие и точность измерения размеров наночастиц.