Вертикальные фотометры

Находят широкое применение в медицинской практике и биохимических исследованиях. При этих исследованиях анализируемая среда вводится в специальную кювету или кюветы на одной вертикальной оси.

Оптическая схема вертикального фотометра показана слева. Здесь друг под другом по вертикальной оси расположены источник излучения 1, кювета 4 (лунка) и фотоприемник 7. 8 – усилитель. Такое устройство работает обычно как фотометр, только просвечивание осуществляется через донышко кюветы.

В подобных анализаторах используется сразу несколько десятков кювет, которые изготавливаются в виде полосок (стрипов), содержащих от 8 до 12 кювет. Полоски могут набираться в планшеты (например, 96 кювет в планшете).

В зависимости от поверхности натяжения жидкости могут наблюдаться следующие два случая:

а) жидкость не смачивает поверхность кювета. В этом случае пучок параллельных лучей, как видно на рисунке, частично отклоняется от первоначального направления (боковые лучи), т.к. мениск жидкой среды работает как собирающая линза, а в схеме б) – как рассеивающая линза.

Как в случае а), так и в случае б) уменьшается поток излучения, поступающий в фотоприемник. Для исключения этого явления в случае. Когда жидкость не смачивает кювету, донышко последнего выполняется сферическим (рис.в). При этом удается добиться параллельного распространения лучей, выходящих из кюветы.

В вертикальных фотометрах очень важной является точная установка (позиционирование) кювет в оптической системе фотометра. Это видно из рисунка г). если ось кюветы смещена по отношению к направлению распространения луча света, то последний отклоняется и не попадает в фотоприемник.

Вертикальные фотометры являются достаточно сложными анализаторами и работают, как правило, под управлением компьютера.

На рисунке показана схема вертикального фотометра для случая осуществления анализа среды в одном стрипе. Луч света от источника 1 через оптическую систему 2, обтюратор 3 попадает к зеркалу 4, а от него через один из фильтров в турели 5 (поворачивающийся диск с несколькими фильтрами) поступает в разветвитель потока 7. Здесь луч света разделяется на 8 или 12 каналов по числу кювет в стрипе или планшете. Луч света из каждого оптического канала 8 попадает в автономную оптическую систему. Каждая из систем включает линзы 9 и 11 и фотоприемники 12, которые через усилитель, мультиплексор подключаются к АЦП и далее к компьютеру. Все последние элементы обобщены в УООИ. Турель может поворачиваться по команде компьютера, что обеспечивается с помощью привода 6, и позволяет посылать в каждую из кювет излучение требуемой длины волны. Точно так же сделаны вертикальные фотометры для просвечивания планшетов. Причем точно так же просвечивается каждый стрип планшета последовательно, поэтому планшет должен передвигаться, либо с помощью оптической системы обеспечивается последовательное просвечивание всех стрипов неподвижного планшета.

18. Оптоволоконные анализаторы (оптроны и фибродатчики).

В основе их работы лежит явление распространения электромагнитного излучения по оптическому волокну. Если послать луч света на границу двух прозрачных тел, то можно наблюдать явление преломления.

В данном случае ход лучей показан, когда , т.е. коэффициент преломления в 1 меньше, чем в 2. если имеет место обратная ситуация, то можно подобрать такое значение угла падения α, при котором луч будет двигаться по поверхности раздела двух сред, как показано на рисунке.

При больших значениях угла падения, чем (например, ), луч никогда не покинет прозрачную среду с коэффициентом дифракции . Это явление называется явлением полного внутреннего отражения. Оно используется для передачи электромагнитных излучений, а также изображений на значительном расстоянии.

Для этого используются световоды, которые представляют собой нити d от нескольких микрон до 1мм, изготовленные из стекла, кварца или полимеров. Имеют 2 слоя - центральный (стержень) и внешний слой. Причем, коэффициент преломления среды составляет внутреннюю центральную часть световода (волокна) больше, чем коэффициент дифракции внешней части. Это и обеспечивает возможность передачи по световоду электромагнитного излучения с минимальными потерями.

Оптические волокна находят применение, например, в эндоскопии, системах связи, а в последние годы их используют для создания катеторных оптоволоконных анализаторов. Причем в сочетании с оптоволокном используются различные оптические эффекты: фосфоресценция, флюоресценция, поглощение, отражение электромагнитного излучения.

На рисунке а) показан фосфоресцентный оптоволоконный анализатор. Он имеет один световод 1, на конце которого имеется слой фосфоресцирующего вещества 2, покрытый пористым защитным слоем 3. Сущность его работы состоит в том, что под действием некоторых веществ, например, О , интенсивность фосфоресценции уменьшается. Это измеряется с помощью фотодиода 4, усилителя 5 и УООМ 6. Покрытие 3 является проницаемым элементом. Такие анализаторы в своей оптической части, как правило, являются устройствами однократного применения.

Рисунок б) – флуоресцентный оптоволоконный анализатор. Здесь на конце оптического волокна 1 размещается слой реагента 2, который через полупроницаемую мембрану 3диффундирует определяемый компонент 4 (пробка). В результате взаимодействия этого компонента с реагентом (обратимого или необратимого) возникает вещество, которое способно светиться (люминесцировать) под действием, например, ультрафиолетового излучения. Ультрафиолетовое излучение поступает от источника 5 через полупрозрачное зеркало 6 в оптоволокно и далее через окно 10 в область расположения реагента. Возникающее свечение, обычно видимой части спектра, отводится по этому же волокну (пунктирная линия) и через полупрозрачное зеркало попадает в фотоприемник 7.

Схема в) – двухсветоводный фотоколометрический оптоволоконный анализатор. В данном анализаторе в защитном кожухе 1 расположены два световода 5 и 6. На конце оптических волокон расположен реакционный слой 2, который диффундирует определяемый компонент через полупроницаемую мембрану 3. в результате реакции изменяется интенсивность окраски реагента, что измеряется на определенно выбранной длине волны. А излучение поступает от источника 7, например, световода, в световод 5. излучение отводится по световоду 6 и поступает непрерывно на фотодиод 8.

Схема г) отличается от предыдущей тем, что здесь в световод 5 поочередно могут посылаться электромагнитные излучения от двух различных световодов 7 и 7` на разных длинах волн, что позволяет с помощью фотодиода 8 поочередно воспринимать сигналы, несущие информацию о двух компонентах в анализируемой среде.

Оптоволоконные анализаторы в настоящее время находят применения для катеторных измерений (концентрации О , двуокиси углерода, рН, ионов натрия и др.)