Держатель твердых прозрачных образцов для сканирующего спектрофотометра

Полезная модель относится к аналитической технике, а именно к фиксирующим портам спектрофотометра для позиционирования объекта в целях улучшения наблюдения.
В настоящее время аналитические исследования состава вещества в инфракрасной, ультрафиолетовой и видимой областях спектра, определение коэффициента преломления света, например, драгоценных камней, проводят с помощью сканирующих спектрофотометров, оборудованных опорными и аналитическими портами для установки образцов.
Известны, например, двухлучевые сканирующие спектрофотометры с двойным монохроматором и интегрирующей сферой типа Lambda650/750/850/950PerkinElmer, предназначенные для измерения пропускания полупрозрачного образца, в результате сравнения двух потоков оптического излучения, один из которых является опорным (референтным), другой луч проходит сквозь исследуемый образец.
Подобное устройство спектрофотометра состоит из следующих компонентов, расположенных внутри пространства модуля приставки: интегрирующая сфера, в которой находятся порты для образцов и детекторы для сбора спектральных данных, оптическая камера, имеющая оптический транспортный канал, проводящая свет в соответствующие порты сферы, плата предусилителя детектора и конденсор луча, выполняющий функцию преобразования света в фокусированный луч.
При проведении измерений на спектрофотометре, чтобы провести пучок аналитического света через оптический конденсор для сбора в фокусированный луч и пропускания через прозрачный образец, требуется дополнительное оборудование с высокой стоимостью. Также при измерении величин, конденсированные лучи приводят к ограничениям спектрального диапазона в зависимости от материала линз, сложностям при настройке и анализе данных.
Другой способ фокусирования аналитического луча, предусматривающий использование апертуры, проводится реже, однако также имеет ряд недостатков. Например, несмотря на то, что апертуры позволяют использовать полный спектральный диапазон и иметь широкий выбор размеров и форм, способствуют снижению энергии луча, в связи с чем, измерение отдельных участков образцов становиться невозможным. Заводские порты разработаны специально под эти элементы спектрофотометра, они представляют собой однодюймовое отверстие, ведущее в интегрирующую сферу, основание с подвижной клипсой, пластиной крепления и прижимное кольцо.
Задачей, на решение которой направлена полезная модель, является упрощение процесса исследования и проведения измерений, преимущественно твердых прозрачных образцов (например, драгоценных камней), на двухлучевом сканирующем спектрофотометре с двойным монохроматором и интегрирующей сферой.
Технический результат, получаемый при использовании устройства, выражается в упрощении проведения спектральных измерений и улучшения качества анализа за счет фиксации твердых прозрачных образцов в необходимых положениях без использования конденсора луча и апертуры спектрофотометра заводского исполнения. Результат имеет важную практическую значимость в условиях замещения дорогостоящего импортного дополнительного оборудования простейшим устройством заявленной конструкции.
Для решения поставленной задачи держатель твердых прозрачных образцов для двухлучевого сканирующего спектрофотометра с двойным монохроматором и интегрирующей сферой, характеризуется тем, что представляет собой планку для размещения образца, помещаемую в кюветную камеру спектрофотометра, включающая основание и крышку, соединенные на поворотном шарнире, при этом на плоскости основания и крышки соосно выбраны сквозные равные по размеру отверстия с углубленными уширениями большего диаметра относительно сквозных отверстий, причем, на основании - с внутренней стороны для размещения исследуемого образца, на крышке – с внешней стороны. Кроме того, держатель образцов дополнительно снабжен съемными калибровочными шайбами.
Сопоставительный анализ признаков заявленного решения с признаками ближайших аналогов свидетельствует о соответствии заявленного решения критерию «новизна».
Совокупность признаков полезной модели обеспечивает решение заявленной технической задачи, а именно, получение простейшего устройства держателя образцов, находящемся на определенном расстоянии от источника света, при котором исключаетсяиспользование оптического конденсора, причем сохраняется направление распространения аналитического луча. Кроме того, техническое решение обеспечивает полное сохранение энергии света и отсутствие ограничений в спектральном диапазоне.
Держатель для прозрачных образцов может быть выполнен из металла или пластика, например, напечатанного на 3D принтере, и применяется для фиксирования исследуемых образцов на минимальном расстоянии от интегрирующей сферы, при котором захватываются большая частьрассеянных лучей образцом.
Заявленное устройство иллюстрируется чертежом, где на фигуре 1 схематически показаны основание и крышка держателя образцов, вид слева; на фигуре 2 - основание и крышкадержателя образцов, вид сверху; на фигуре 3 – держатель образцов в собранном виде; на фигуре 4 – схема расположения держателя с образцом перед входными портами интегрирующей сферы, где А- направление опорного луча, Б – направление измерительного луча.
Устройство держателя представляет собой планку с крышкой для размещения в ней исследуемого образца. Размеры держателя соответствуют размерам кюветной камеры спектрофотометра.
Держатель твердых прозрачных образцов состоит из основания 1 с боковой проушиной 2 для соединения на поворотном шарнире 9 с крышкой 3. Для чего на крышке 3 сбоку выбрано сквозное поперечное отверстие 8. По центру на плоскости основания 1 и крышки 3 соосно выбраны сквозные равные по диаметру отверстия 4, 5, причем, на основании 1 отверстие 4 имеет углубленное уширение (посадочный разъем) 6 большего диаметра с внутренней стороны и глубиной, составляющей не менее половины толщины пластины основания 1, а на крышке 3 отверстие 4 имеет углубленное уширение (разъем) 7 большего диаметра с внешней стороны и глубиной, составляющей не менее половины толщины пластины крышки 3. Углубленные уширения 6, 7 могут быть выполнены округлой или четырехугольной формы. Размеры собранной планки должны соответствовать для установки в спектрофотометр в соответствующую позицию и составляют, например, высоту 11,0 мм, ширину 12,5 мм, длину 46 мм и диаметр сквозного отверстия 3 мм (см. фиг. 1-3).
Сквозные отверстия 4, 5 с разъемами 6, 7 предназначены для установки образцов и пропуска лучей. Диаметр отверстий 4, 5 может варьироваться в зависимости от размеров образца. В посадочный разъем 6 основания 1 размещают образец, который закрывают для фиксирования крышкой 3. При необходимости в надежности фиксации и увеличения диапазона размеров образцов могут дополнительно использовать съемные калибровочные шайбы, помещаемые в вышеуказанные разъемы (на фигурах не показаны).
Заявленное устройство держателя образцов используется следующим образом.
Размеры держателя образцов должны соответствовать размерам кюветной камеры спектрофотометра, например, для двухлучевого сканирующего спектрофотометра с двойным монохроматором и интегрирующей сферой типа Lambda650/750/850/950 PerkinElmer составляют, в мм: по длине – 46, ширине – 12,5, высоте – 11. При этом все детали держателя образцов должны иметь светопоглощающую окраску, например, черную. Диаметр отверстий 4, 5 устройства держателя подбирается в зависимости от размеров образца, для чего, дополнительно могут использовать калибровочные шайбы с определенным диаметром внутренних отверстий.
Для использования устройства держателя в двухлучевом сканирующем спектрофотометре твердый прозрачный образец 10 (например, из драгоценного камня) помещают в разъем 6 на основании 1, закрывают крышкой 3,таким образом, фиксируют для дальнейших исследований. Держатель с образцом 10 помещают в кюветную камеру 11 для измерительного луча спектрофотометра. При этом во вторую камеру 12 спектрофотометра для опорного луча размещают пустой держатель с аналогичными параметрами отверстий 4, 5, тем самым создают равные условия для анализа свойств лучей, проходящих через камеры 11, 12.
Таким образом, держатель в спектрофотометре выполняет роль порта. Свет в виде лазера с распределенной обратной связью направляют к образцу, расположенный в разъеме 6 держателя, через сквозные отверстия 4, 5 и систему зеркал спектрофотометра. Исследуя преломленный свет, проходящий через образец, при помощи детекторов13 для регистрации и анализа спектральных данных выполняют исследовательские работы по определению состава вещества (см. фиг. 4).
Простейшее устройство держателя образцов позволяет несложным образом проводить исследования и получать результаты без использования других способов анализа и дорогостоящего дополнительного оборудования, что немаловажно для целей импортозамещения.