УСТРОЙСТВО ДЛЯ СПЕКТРОСКОПИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ ОБРАЗЦОВ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ УЛЬТРАКОРОТКИХ ЛАЗЕРНЫХ ИМПУЛЬСОВ

Полезная модель относится к области физики в части исследования оптических спектров различных веществ (образцов) и может быть использована в качестве удобной универсальной оснастки при лазерной спектроскопии этих веществ для целей медицины, биологии, химии, материаловедения и т.п.
Известна «Волоконно-оптическая кювета» (см. патент №133304 на одноименную полезную модель по МПК G01N 21/05 от 30. 04.2013 г.), содержащая кювету, в которую помещают исследуемое вещество для воздействия на него лазерным излучением. Это излучение возбуждает в молекулах исследуемого вещества ответное излучение с характеристическим спектром комбинационного рассеяния света, который исследуется на соответствующем анализаторе спектра.
-13
Известное устройство, приспособленное для использования в трубопроводах газа (нефти) под большим давлением, не может быть использовано в лабораторных условиях. Кроме того, известная кювета, в силу своего назначения, не позволяет выполнить важные, почти микроскопические, конструктивные требования, необходимые для наиболее эффективного использования (из опыта) оптической спектроскопии на ультракоротких лазерных импульсах (менее 10 сек) при ширине рабочего объема кюветы (слое исследуемого вещества) 0,2…2 мм. Причем для исключения деградации исследуемого вещества от мощного лазерного воздействия требуется перемешивание вещества.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемой полезной модели является «Устройство для экспресс-мониторинга индекса биохимического потребления кислорода» (см. патент №164144 на одноименную полезную модель по МПК С12М 1/34 от 21.10.2015 г.), содержащее кювету с исследуемым веществом и магнитную мешалку этого вещества.
Недостатком известного устройства при его импонирующей простоте, приводящим иногда к деградации исследуемого вещества, является относительно слабое перемешивание вещества, вплоть до невозможности, особенно при густых жидкостях, жидких смесях и сыпучих веществах, не говоря, тем более, о твердых веществах. Также известное устройство требует дополнительно использовать соответствующий штатив, обеспечивающий его устойчивость и конструктивно позволяющий приспособить его к лазеру и анализатору.
Техническим результатом заявляемой полезной модели является обеспечение универсальности устройства, заключающейся в возможности его использования в способе с магнитной мешалкой внутри кюветы и в способе с вращением кюветы на одном и том же оборудовании при исключении лазерного излучения в одну и ту же точку образца.
Указанный технический результат достигается тем, что универсальное устройство для спектроскопических исследований образцов с использованием ультракоротких лазерных импульсов, содержащее корпус и вставляемую в него кювету с исследуемым образцом (веществом) с обеспечением воздействия лазерного луча на образец и анализа его реакции на это воздействие, также содержит подшипник, набор съемных втулок, электродвигатель и пассик, при этом корпус представляет собой горизонтальное основание, с которым жестко связан своим наружным кольцом подшипник, ось которого параллельна основанию, каждая съемная втулка поочередно фиксируется во внутреннем кольце подшипника, от электродвигателя, закрепленного на основании, вращение передается с помощью пассика на сменную втулку, установленную во внутреннем кольце подшипника, лазер и анализатор устанавливают на основании с противоположной от съемных втулок стороны таким образом, чтобы луч лазера и ответное излучение образца проходили через внутреннее кольцо подшипника, первая втулка представляет собой сборную кювету, состоящую из двух параллельных дисковых кварцевых окошек, разделенных кольцевой прокладкой и отстоящих друг от друга на расстоянии 0,2…2 мм, между окошек размещают исследуемый образец, после чего сборная кювета внутри первой втулки стягивается прижимом, вторая сменная втулка имеет закрепленный на ней магнит, удаленный на край от центра вращения, кювета с магнитной мешалкой, представляющая собой стакан из кварцевого стекла, внутри которого помещают металлический изолированный химически нейтральным слоем брусок и исследуемый образец, вставляется перед исследованиями образца в соответствующий паз основания перед второй втулкой без касания по ее центру.
Устройство позволяет использование других сменных втулок, например, с другими геометрическими размерами кювет, для твердых образцов, с одновременным использованием магнитной мешалки и вращения и др.
На фиг 1 и 2 представлены соответственно эскизы вида слева и вида прямо устройства с одетой первой втулкой (с вращающейся кюветой), а на фиг. 3 и 4 представлены эскизы видов слева и прямо устройства с одетой второй втулкой с закрепленным магнитом и с кюветой с магнитной мешалкой.
Устройство содержит наружное кольцо подшипника 1, первую съемную втулку 2 с вращающейся кюветой, состоящей из двух кварцевых окошек 3, прокладки 4, прижима 5, и исследуемого образца 6, электродвигатель 7, пассик 8, кювету 9 в виде кварцевого стакана с магнитной мешалкой 10, вторую втулку 11 с вращающимся магнитом 12, основание 13 и паз 14 для установки кюветы 9.
Лазер 15 и анализатор 16 не входят в устройство и показаны для пояснения.
Все используемые материалы и элементы устройства широко применяются в РФ.
Универсальное устройство для спектроскопических исследований образцов с использованием ультракоротких лазерных импульсов, содержащее корпус (основание 13) и вставляемую в него кювету 9 с исследуемым образцом (веществом) 6 с обеспечением воздействия лазерного луча на образец 6 и анализа его реакции на это воздействие, также содержит подшипник 1, набор съемных втулок 2 и 11, электродвигатель 7 и пассик 8, при этом корпус представляет собой горизонтальное основание 13, с которым жестко связан своим наружным кольцом подшипник 1, ось которого параллельна основанию 13, каждая съемная втулка 2 или 11 поочередно фиксируется во внутреннем кольце подшипника 1, от электродвигателя 7, закрепленного на основании 13, вращение передается с помощью пассика 8 на сменную втулку 2 или 11, установленную во внутреннем кольце подшипника 1, лазер 15 и анализатор 16 устанавливают на основании 13 с противоположной от съемных втулок стороны таким образом, чтобы луч лазера 15 и ответное излучение образца 6 проходили через внутреннее кольцо подшипника 1, первая втулка 2 представляет собой сборную кювету, состоящую из двух параллельных дисковых кварцевых окошек 3, разделенных кольцевой прокладкой 4 и отстоящих друг от друга на расстоянии 0,2…2 мм, между окошек 3 размещают исследуемый образец 6, после чего сборная кювета внутри первой втулки 2 стягивается прижимом 5, вторая сменная втулка 11 имеет закрепленный на ней магнит 12, удаленный на край от центра вращения, кювета 9 с магнитной мешалкой, представляющая собой стакан из кварцевого стекла, внутри которого помещают металлический изолированный химически нейтральным слоем брусок 10 и исследуемый образец 6, вставляется перед исследованиями образца 6 в соответствующий паз 14 основания 13 перед второй втулкой 11 без касания по ее центру.
Устройство позволяет использование других сменных втулок, например, с другими геометрическими размерами кювет, для твердых образцов, с одновременным использованием магнитной мешалки и вращения и др.
Устройство работает следующим образом.
Предполагается, что на основании 13, с которым жестко связан подшипник 1 (например, приварен при металлическом основании 13), выверено установлены электродвигатель 7, лазер 15 и анализатор 16.
Вначале заправляют выбранную для использования кювету исследуемым образцом (веществом) 6. При использовании вращающейся кюветы отвинчивают прижим 5 снятой первой втулки 2, между окошками 3 помещают образец 6 и завинчивают прижим 5. Затем устанавливают втулку 2 во внутреннее кольцо подшипника 1.
При использовании кюветы с магнитной мешалкой 10 в кювету 9 заливают исследуемое вещество 6. Далее во внутреннее кольцо подшипника 1 устанавливают вторую втулку 11, а в паз 14 основания 13 устанавливают кювету 9.
После завершения заправки соответствующей кюветы и установки ее и установки соответствующей втулки на свои места включают электродвигатель 7, лазер 15 и анализатор 16. При использовании вращающейся кюветы внутри втулки 2 за счет ее вращения при смещении лазерного луча от центра вращения лазерный луч (точнее его импульсы) попадают в различные точки исследуемого вещества 6, исключая его деградацию. При использовании кюветы 9 деградация находящегося в ней вещества 6 исключается перемешиванием этого вещества магнитной мешалкой 10, которая перемещается внутри этого вещества в этой кювете за счет вращения втулки 11 с магнитом 12, притягивающим металлический брусок-мешалку 10.
В зависимости от физического состояния и химического состава исследуемого возбужденного лазером 15 вещества оно реагирует своим излучением с соответствующим спектром, который исследуется анализатором 16.