EA 023467B1 20160630

	Патентная документация ЕАПВ
Запрос:	ea000023467b*\id
Результат:	ID\|Номер и дата охранного документа

больше ...

Термины запроса в документе

Реферат

[RU]

1. Бесколбовый спектрометр (1; 1') для измерения концентрации по меньшей мере одного анализируемого вещества в пробе жидкости (2; 2'), снабженный источником света (3; 3') для генерации монохроматического пучка света (4; 4') с длиной волны 250-750 нм, фотодетектором (5; 5') для приема пучка света (4; 4') и участком измерения (6; 6'), в который может быть помещена проба жидкости (2; 2'), в пути пучка света (4; 4'), при этом источник света (3; 3') и фотодетектор (5; 5') выполнены с возможностью перемещения относительно друг друга для изменения длины участка измерения (6; 6').

2. Бесколбовый спектрометр (1; 1') для измерения концентрации по меньшей мере одного анализируемого вещества в пробе жидкости (2; 2'), снабженный источником света (3; 3') для генерации пучка света (4; 4') с длиной волны 250-750 нм, фотодетектором (5; 5') для приема пучка света (4; 4') и с участком измерения (6; 6'), в который может быть помещена проба жидкости (2; 2'), в пути пучка света (4; 4'), отличающийся тем, что участок измерения (6; 6') расположен между источником света (3; 3') или фотодетектором (5; 5') и оптическим волноводом (7; 7'), расположенным в пути пучка, а источник света (3; 3') и оптический волновод (7; 7') и/или фотодетектор (5; 5') и оптический волновод (7; 7') выполнены с возможностью перемещения относительно друг друга для изменения участка измерения (6; 6'), при этом оптический волновод (7') входит в рукав (15'), а участок измерения (6') расположен между одной поверхностью (23') оптического волновода (7') и концевой деталью (22'), которая герметизирует рукав (15'), и выполнен с возможностью изменения его длины путем перемещения рукава (15') и оптического волновода (7') относительно друг друга.

3. Спектрометр по п.2, отличающийся тем, что рукав (15') имеет по меньшей мере одно отверстие (19') для помещения пробы жидкости (2') в участок измерения (6').

4. Спектрометр по п.3, отличающийся тем, что в рукаве (15') предусмотрены два отверстия (19') вдоль пути пучка на некотором расстоянии друг от друга.

5. Спектрометр по любому из пп.2-4, отличающийся тем, что оптический волновод (7') постоянно прикреплен к корпусу (13') спектрометра (1') и/или рукав (15') проходит секциями в приемной области (21') в корпусе (13') и выполнен с возможностью перемещения в приемной области (21').

6. Спектрометр по любому из пп.2-5, отличающийся тем, что концевая деталь (22'), которая герметизирует рукав (15'), имеет линзу (24') и/или фотодетектор (5').

7. Спектрометр по любому из пп.2-5, отличающийся тем, что источник света (3') проводит пучок света (4') на другую поверхность (25') оптического волновода (4').

8. Спектрометр по любому из пп.2-5, отличающийся тем, что оптический волновод (7') имеет форму акрилового стержня, макролонового стержня, стеклянного стержня или стекловолоконного кабеля.

9. Спектрометр по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что предусмотрены первый источник света (3') и по меньшей мере один второй источник света (3'), так что пучок света (4') может быть образован с первой или, по меньшей мере, со второй длиной волны или диапазоном длин волн, по выбору.

10. Спектрометр по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что один или несколько источников света (3') являются светодиодами, в частности лазерными диодами.

11. Спектрометр по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что предусмотрен контроллер (27'), который на первом этапе управляет одним или несколькими источниками света (3') и фотодетектором (5'), чтобы определить характеристику пробы жидкости (2'), на втором этапе выбирает один из нескольких режимов анализа, которые хранятся в памяти (34') спектрометра (1'), в зависимости от этой характеристики, и на третьем этапе управляет одним или несколькими источниками света (3') и фотодетектором (5) в зависимости от выбранного режима анализа.

12. Спектрометр по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что выполнен переносным и/или не зависящим от электрической сети.

Полный текст патента

(57) Реферат / Формула:

Евразийское
патентное
ведомство
023467 (13) B1
(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ЕВРАЗИЙСКОМУ ПАТЕНТУ
(45) Дата публикации
и выдачи патента: 2016.06.30
(51) Int. Cl. G01N21/03 (2006.01)
(21) Номер заявки:
(22) Дата подачи:
201101563
2010.06.17
(54) БЕСКОЛБОВЫЙ СПЕКТРОМЕТР
(31) 102009025261.4
(32) 2009.06.17
(33) DE
(43) 2012.05.30
(86) PCT/EP2010/058533
(87) WO 2010/146110 2010.12.23
(71) (73) Заявитель и патентовладелец:
ИФЕ ИННОВАЙТИВ ФОРШУНГС- УНД ЭНТВИКЛУНГС ГМБХ ЭНД КО. КГ (DE)
(72) Изобретатель:
Виллувайт Томас, Сак Ахим, Грисбах Ралф (DE)
(74) Представитель:
Ловцов С.В. (RU)
(56) DE-B3-102006004916 DE-U1-9319749
"PROBENEHMER 14 STATIONAERE UND PORTABLE PROBENEMER", INTERNET CITATION, 1 January 2004 (2004-01-01), XP002382972, Retrieved from the Internet: URL:http://www.hach-lange.de/ common/documents/1005/1009/10544_Ebook_ D_HL_Katalog_Teil4.pdf [retrieved on 200605-29], page 108 - page 109
WO-A1-02060320
DE-U1-8407054
(57) Изобретение создает спектрометр (1; 1') для измерения концентрации по меньшей мере одного анализируемого вещества в пробе текучей среды (2; 2') с источником света (3; 3') для генерации светового пучка (4; 4'), с фотодетектором (5; 5') для приема светового пучка (4; 4') и с отрезком измерения (6; 6'), в который может быть помещена проба текучей среды (2; 2'), в пути светового пучка (4; 4'), причем отрезок измерения (6; 6') предложен в изменяемой форме.
Настоящее изобретение относится к бесколбовому спектрометру.
Широко известны спектрометры для измерения концентрации по меньшей мере одного вещества в пробе текучей среды. Способ измерения, на котором основаны спектрометры, зависит от известного физического явления - ослабления (затухания) светового пучка, когда он проходит через текучую среду. Такое ослабление пропорционально концентрации анализируемого вещества и длине измерения в текучей среде, в которую должен пройти световой пучок. Это физическое отношение описано законом ослабления Ламберта-Бера.
Известные спектрометры, такие как описаны в опубликованном описании изобретения DE 2838498 С2, включают устройства, которые имеют сравнительно большие габариты и эксплуатируются в стационарном положении в лаборатории. Для того чтобы измерить концентрацию вещества в пробе текучей среды с использованием известных спектрометров, такую пробу текучей среды необходимо сначала поместить в колбу, которую затем располагают в соответствующем спектрометре.
При вышеуказанном подходе оказалось невыгодным то, что имеющиеся в продаже колбы определяют фиксированный участок измерения, который определяется плоскопараллельными боковыми поверхностями колбы. Однако, если необходим повышенный участок измерения, например, в случае очень низких концентраций анализируемого вещества в пробе текучей среды, необходимо использовать соответствующую колбу с другими размерами. Это относительно увеличивает трудозатраты. Кроме того, колбы легко загрязняются пальцами, их легко случайно уронить и разбить. Поэтому цель настоящего изобретения заключается в том, чтобы предложить усовершенствованный спектрометр, который, в частности, устраняет упомянутую трудоемкую работу с колбами.
Эта цель достигнута бесколбовым спектрометром по п.1 формулы изобретения. Соответственно, предложен бесколбовый спектрометр для измерения концентрации по меньшей мере одного анализируемого вещества в пробе текучей среды, который включает следующее: источник света для создания светового пучка, фотодетектор для приема светового пучка, и участок измерения, на который можно помещать пробу текучей среды, в пути светового пучка, причем участок измерения предлагается в изменяемой форме.
Идея, на которой основано настоящее изобретение, заключается в том, чтобы обойтись полностью без колб и в то же время предложить изменяемый отрезок измерения. Таким образом, устраняется трудоемкая работа с колбами и в то же время обеспечивается возможность измерять очень высокие и очень низкие концентрации анализируемого вещества в пробе текучей среды.
В зависимых пунктах формулы приведены предпочтительные варианты и другие усовершенствования настоящего изобретения.
Под "текучей средой" здесь следует понимать жидкость, газ или их смесь. Предпочтительно текучая среда также может иметь твердую часть.
Предпочтительно "свет" здесь означает не только видимый свет, но и, например, инфракрасное, ультрафиолетовое или рентгеновское излучение.
Согласно одному предпочтительному варианту осуществления спектрометра согласно изобретению источник света и фотодетектор предусмотрены так, что они могут перемещаться относительно друг друга, чтобы изменять отрезок измерения. Таким образом, отрезок измерения может быть легко изменен.
Согласно еще одному предпочтительному варианту осуществления спектрометра согласно изобретению определен отрезок измерения между источником света или фотодетектором и оптический волноводом, расположенным на пути пучка, причем источник света и оптический волновод и/или фотодетектор и оптический волновод предусмотрены так, чтобы они могли перемещаться относительно друг друга, чтобы изменять отрезок измерения. Таким образом, отрезок измерения также можно легко изменять. Согласно еще одному предпочтительному варианту осуществления спектрометра согласно изобретению, оптический волновод проходит в рукав, причем отрезок измерения формируется между одной поверхностью оптического волновода и конечной частью рукава и изменяется путем перемещения рукава и оптического волновода относительно друг друга. Таким образом, отрезок измерения можно изменять либо вводя оптический волновод дальше в рукав, который остается неподвижным относительно рабочей детали спектрометра, которая будет более подробно описана ниже, либо путем надвигания рукава дальше на оптический волновод, который предусмотрен так, что он является неподвижным относительно вышеупомянутой рабочей детали. "Поверхность" означает конец оптического волновода, где входит или выходит световой пучок.
Согласно еще одному предпочтительному варианту осуществления спектрометра согласно изобретению рукав имеет по меньшей мере одно отверстие, которое дает возможность помещать пробу текучей среды в отрезок измерения. Таким образом, проба текучей среды может быть легко помещена в отрезок измерения. Это также облегчает возможность получения погружного спектрометра. "Погружной спектрометр" означает, что, для того чтобы взять пробу текучей среды, секцию спектрометра погружают в эту текучую среду и, таким образом, берут пробу этой текучей среды.
Согласно еще одному предпочтительному варианту осуществления спектрометра согласно изобретению вдоль пути пучка предусмотрены два из отверстий в рукаве на некотором расстоянии друг от друга. Таким образом, в том случае, когда предусмотрен большой отрезок измерения, соответственно боль
шая проба текучей среды может быть помещена в отрезок измерения относительно быстро.
Согласно еще одному предпочтительному варианту осуществления спектрометра согласно изобретению оптический волновод постоянно прикреплен к рабочей детали спектрометра и/или рукав проходит секциями в приемной области рабочей детали и предусмотрен так, что он может перемещаться в приемной области. Таким образом, спектрометр можно легко удерживать одной рукой за его рабочую деталь, причем оператор способен перемещать рукав относительно оптического волновода своей другой рукой и таким образом изменять отрезок измерения. Следует отметить, что такое перемещение рукава относительно оптического волновода и способность перемещать источник света и фотодетектор относительно друг друга могут быть предусмотрены этапами, например посредством подходящих захватов или в непрерывно регулируемой форме.
Согласно еще одному предпочтительному варианту осуществления спектрометра согласно изобретению конечная часть рукава имеет линзу и/или фотодетектор. Предпочтительно линза ограничивает отрезок измерения напротив поверхности оптического волновода. Также предпочтительно линза принимает свет с поверхности оптического волновода и фокусирует его на фотодетектор. Это означает, что, если смотреть со стороны оптического волновода, фотодетектор расположен за линзой. Фотодетектор предпочтительно имеет форму фотодиода. Фотодиоды преобразуют свет в электрический ток, используя фотоэлектрический эффект.
Согласно еще одному предпочтительному варианту осуществления спектрометра согласно изобретению источник света образует световой пучок на другой поверхности оптического волновода. Соответственно, источник света предпочтительно расположен в рабочей детали.
Согласно еще одному предпочтительному варианту осуществления спектрометра согласно изобретению оптический волновод имеет форму акрилового стержня, макролонового стержня, стеклянного стержня или стекловолоконного кабеля. Такие стекловолоконные кабели легко получить, и они также отличаются тем, что, например, в рабочей детали они могут быть направлены на источник света по пути, который не является прямым.
Согласно еще одному предпочтительному варианту осуществления спектрометра согласно изобретению предусмотрены первый и второй источники света, так что световой пучок может быть создан с первой или второй длиной волны/диапазоном длин волн, по выбору. Первая и вторая длины волны отличаются друг от друга. То же самое относится и к диапазонам длин волн. Однако диапазоны длин волн могут перекрываться. В зависимости от пробы текучей среды или анализируемого вещества, концентрация которого должна быть измерена, может потребоваться, что для выполнения подходящего измерения необходимы разные длины волны или разные диапазоны длин волн. Так или иначе, первый или второй источник света, который создает световой пучок, может быть, например, настроен пользователем вручную. Альтернативно, настройка может быть автоматизирована посредством контроллера спектрометра. В частности, выбор между первым или вторым источником света может быть сделан в зависимости от выбранного режима анализа, как более подробно объяснено ниже. Конечно, также могут быть предусмотрены больше чем два источника света. Предпочтительно один или больше источников света излучают почти монохроматический свет с диапазоном длин волн 250-5000 нм.
Согласно еще одному предпочтительному варианту осуществления спектрометра согласно изобретению один или больше источников света имеют форму светодиодов, в частности лазерных диодов. Лазерный диод - это светодиод, который создает лазерное излучение.
Согласно еще одному предпочтительному варианту осуществления спектрометра согласно изобретению предусмотрен контроллер. На первом этапе он управляет одним или несколькими источниками света и фотодетектором, чтобы определить характеристику пробы текучей среды, на втором этапе он выбирает один из нескольких режимов анализа, которые хранятся в памяти спектрометра, в зависимости от этой характеристики и на третьем этапе он управляет одним или несколькими источниками света и фотодетектором в зависимости от выбранного режима анализа. Режим анализа здесь содержит одну или несколько команд для определения концентрации анализируемого вещества в пробе текучей среды распознаваемым, воспроизводимым и сравнимым образом. Например, эти команды могут определять калибровку или длину волны используемого светового пучка. "Характеристика" означает, в частности, характерный спектр поглощения текучей среды или анализируемого вещества в текучей среде; это также называется "спектральный фингерпринт".
Согласно еще одному предпочтительному варианту осуществления спектрометра согласно изобретению он имеет переносную форму. Это означает, что габаритные размеры спектрометра такие, что они делают возможным переноску и работу со спектрометром вручную и что спектрометр не должен быть соединен со столом, например лабораторным стендом или другой подставкой.
Согласно еще одному предпочтительному варианту осуществления спектрометра согласно изобретению он имеет форму, не зависящую от сети. Это означает, что спектрометр не должен быть соединен с электрической сетью, а имеет источник энергии, который интегрирован в спектрометр. Источник энергии, который интегрирован в спектрометр, может быть не подзаряжаемым или подзаряжаемым аккумулятором. Кроме того, предусмотрено использование спектрометра согласно изобретению для определения объема текучей среды (ниже названной первой текучей средой) в сосуде. Здесь "сосуд" должен по
ниматься как любой вид приемника для приема текучей среды определенного объема. Соответственно, термин "сосуд" включает любой тип контейнера, границу водоема и т.д.
Для этой цели сначала вторую текучую среду с известным объемом и известной концентрацией анализируемого вещества помещают в сосуд, и затем она перемешивается с первой текучей средой.
Затем концентрацию анализируемого вещества в смеси первой и второй текучих сред измеряют, используя спектрометр.
Спектрометр затем определяет на основании концентрации анализируемого вещества в смеси объем первой текучей среды. Для этого в спектрометр подаются ранее известный объем второй текучей среды и известная концентрация анализируемого вещества во второй текучей среде. Концентрацию анализируемого вещества во второй текучей среде также можно определить, используя спектрометр.
Кроме того, предложен переносной бесколбовый погружной спектрофотометр для определения концентраций анализируемого вещества в пробах текучих сред:
a) с источником света и фотодетектором, которые расположены на общей оптической оси, причем источник света состоит из нескольких диодов, которые излучают свет разных длин волн (светодиодная матрица) и которые расположены, в сущности, параллельно оптической оси;
b) с контроллером/анализатором, который определяет концентрацию анализируемого вещества в пробе текучей среды на основании измеренных значений, поданных фотодетектором;
c) причем источник света и фотодетектор расположены на или в достаточно стойкой к деформации и изгибу опорной системе и между ними определен бесколбовый отрезок измерения, который автоматически наполняется при погружении спектрофотометра в измеряемую пробу текучей среды, и источник света и/или фотодетектор способны перемещаться относительно друг друга в пути пучка; и
d) причем переносной спектрофотометр снабжен не зависящим от электрической сети источником питания и цифровым дисплеем для отображения результата измерения.
"Текучая среда" является термином, который включает жидкости и газы. Опорная система для источника света и фотодетектора может быть, например, рельсом или стержнем из достаточно стойкого к деформации и изгибу пластика. Подходящие пластики можно определить простыми испытаниями. То же самое относится и к подходящим размерам опорной системы. Понятно, что свойства материала и размеры опорной системы влияют друг на друга. Например, если материал имеет высокое сопротивление изгибу, опорный рельс, изготовленный из него, может быть тоньше. Опорная система также может иметь форму, например, трубки или штыря. Источник света и фотодетектор тогда могут быть расположены, например, внутри трубки или штыря.
Предпочтительно светодиоды источника света излучают почти монохроматический свет в диапазоне длин волн 200-1000 нм, например 250-750 или 900 нм. В случае измерений в газах длины волн измерений также могут быть в диапазоне 1000-5000 нм. В принципе, могут быть применены все длины волн измерений, которые полезны или желательны для решения конкретной задачи измерения. Многочисленные разные светодиоды могут быть включены, например, в форму матрицы светодиодов, диапазоны излучаемых длин волн которых разные, но также могут частично перекрываться. Диапазоны длин волн зависят от определяемых анализируемых веществ. Светодиоды или светодиодные матрицы с подходящими диапазонами длин волн и подходящими размерами имеются в продаже. Поскольку спектрофотометр погружают в пробу текучей среды для измерения, источник света (например, светодиод или светодиодная матрица) находится в корпусе, который герметизирован против проникновения текучей среды, стойкий к текучей среде и имеет подходящие размеры.
В качестве фотодетектора можно использовать, например, фотодиод. Фотодиоды с подходящей чувствительностью, шириной спектра, различаемой спектрометром и подходящими размерами имеются в продаже. Поскольку спектрофотометр погружают в пробу текучей среды для измерения, фотодетектор находится в корпусе, который герметизирован против проникновения текучей среды, стойкий к текучей среде и имеет подходящие размеры.
В пути пучка между источниками света и фотодетектором есть один или несколько оптических элементов для эффективного направления света излучателя на фотодетектор. Они могут быть реализованы как оптические линзы или система линз или как оптические зеркала или сочетание зеркал и линз.
Для повышения спектральной чистоты света, который излучают излучатели, в пути пучка между излучателем и фотодетектором могут быть расположены узкополосные оптические фильтры.
Предпочтительно между источником света и фотодетектором расположены экраны для того, чтобы отфильтровывать рассеянный или отраженный свет. Экраны могут быть интегрированы в стойкий к текучей среде корпус фотодетектора. В простейшем случае для этого используется перфорированный экран, и в таком случае падающий свет от источника света падает через окно, которое прозрачное для света выбранной длины волны, например окно из кварцевого стекла или пластика, который прозрачен для ультрафиолета. Источник света также может быть снабжен таким экраном, если это необходимо или желательно.
Фотодетектор соединен с аналого-цифровым преобразователем, который оцифровывает принятые аналоговые данные измерений и переводит их в форму, которую можно обрабатывать электронно. Программируемый микропроцессор отвечает за управление спектрофотометром, например управление све
тодиодами, аналого-цифровым преобразователем и цифровым дисплеем, калибровку и анализ результатов измерений, например определения концентрации анализируемого вещества по измеренному ослаблению на конкретной длине волны измерения и/или по измеренным ослаблениям на одной или нескольких определенных длин волн измерений, известным молярным коэффициентам декадного ослабления и известной толщине слоя пробы текучей среды. Измеренные значения могут быть преобразованы в подходящие единицы и отображены буквенно-цифровыми символами на цифровом дисплее. Подходящие аналого-цифровые преобразователи, цифровые дисплеи и программируемые микропроцессоры или микроконтроллеры имеются в продаже и не требуют дальнейших пояснений. Из-за его небольших размеров и независимого от сети источника электропитания (например, от аккумулятора) спектрофотометр особенно подходит для наружного использования, т.е. вне лаборатории. Легкость использования (измерение осуществляется путем погружения в пробу текучей среды) вместе с автоматическим анализом делает его особенно подходящим для непрофессиональных пользователей, например, для исследования сточных вод в странах третьего мира или для контроля воды в плавательном бассейне.
Преимущество этого спектрофотометра заключается в том, что источник света и фотодетектор могут быть перемещены относительно друг друга в пути пучка в диапазоне 0,5-5 см, так чтобы можно было установить толщины слоя от 0,5 до 5 см. Например, источник света и фотодетектор могут перемещаться относительно друг друга по рельсам на опорной системе. Альтернативно, сама опорная система может выдвигаться или втягиваться телескопически, например используя пружинный механизм с упорами на подходящих расстояниях. В случае трубчатой или пальцеобразной опорной системы можно использовать подходящую винтовую резьбу, которая ввинчивается или вывинчивается согласно желательной толщине слоя. В принципе, здесь не существует специальных ограничений при условии, что расстояние и, таким образом, толщину слоя можно установить достаточно точно, и она таковой и останется. Точно установленное расстояние может быть определено, например, путем использования нормально подцвеченного раствора, путем измерения его ослабления и сравнения его с известным ослаблением и концентрацией, используя закон Ламберта-Бера.
Поэтому в отличие от случая с известными устройствами могут быть установлены легко изменяемые, например, относительно большие толщины слоя, которые могут потребоваться в случае измерения очень низких концентраций. С другой стороны, в случае измерения очень высоких концентраций можно легко установить меньшую толщину слоя. В случае известных устройств пришлось бы подготовить многочисленные колбы с разными толщинами слоев для всех возможных случаев при наружном использовании. Конечно, также можно установить толщины слоев меньше 0,5 или больше 5 см, так как в принципе для этого не существует физических препятствий. Здесь важен только диапазон размеров имеющихся в продаже колб. Конечно, пробы с чрезмерно высокой концентрацией можно разбавить вместо того, чтобы уменьшать толщину слоя. Также в случае чрезмерно низкой концентрации путь пучка через пробу текучей среды также можно увеличить системой зеркал. Переносной спектрофотометр подходит для измерения очень широкой гаммы текучих сред. Пробой текучей среды может быть, например, газ, жидкость (например, также жидкость организма, такая как сыворотка) или их смесь (например, туман или дым). Тип определения измеренного значения также в некоторой степени дает возможность измерять мутные пробы текучей среды (т.е. жидкие суспензии твердых частиц в текучих средах), такие как мутные пробы воды, интерстициальные воды, воды свалок, сточные воды, суспензии проб грунта и удобрения. Предпочтительно переносной спектрофотометр используется для определения концентрации содержания материалов, растворенных в воде. Проба воды может быть, например, из аквариума, садового пруда или плавательного бассейна. В отношении источника воды ограничений нет. Примерами материалов, содержание которых в воде может быть определено с помощью переносного спектрофотометра, являются кислород, озон, хлор (свободный хлор, весь хлор), азотные соединения (весь азот), калий, железо, цинк, тяжелые металлы, аммоний, циануровая кислота, цианид, мочевина, карбонат (жесткость воды), перекись водорода, хлорид, нитрит, нитрат или фосфат. В частности, используя переносной спектрофотометр, можно также определять значение рН пробы воды. Для этой цели ее смешивают, например, с одно-компонентным индикатором, таким как феноловый красный, или с двухкомпонентным смешанным индикатором (например, бромтимоловый синий/тимоловый синий), который затем измеряют фотометрически. Устройства автоматически распознает используемый индикатор.
Конечно, нефелометрические измерения мутности также могут быть выполнены с использованием переносного спектрофотометра.
Переносной спектрофотометр также может быть использован в сельском и лесном хозяйстве для проверки содержания питательных веществ в почве.
Переносной спектрофотометр также подходит для измерения проб газов, например, для определения концентрации моноксида углерода, диоксида углерода, воды или спиртов или пыли в воздухе.
Подходящие правила (например, касающиеся приобретения, подготовки и обращения с пробами, эталонами, реагентами для детектирования, подходящими длинами волн для измерения и т.д.) для фотометрического определения многих анализируемых веществ в воде можно найти, например, в публикации "Deutsche Einheitsverfahren (DEV) zur Wasseruntersuchung (Германские унифицированные процедуры для исследования воды)", которая известна специалисту в данной области техники.
Еще одним преимуществом переносного спектрофотометра является его совместимость с имеющимися в продаже экспресс-тестами или фотометрическими тестами. Экспресс-тесты почти на любое анализируемое вещество, например на хлор, могут быть получены от компаний, например, Fluka или Merck. При измерении эталонов, которые поставляются с такими экспресс-тестами для калибровки, переносной спектрофотометр автоматически детектирует способ измерения (например, подходящую длину волны измерения) с помощью соответственно запрограммированной базы данных, которая, например, содержит характеристический спектр поглощения как спектральный "фингерпринт". Выбранный способ измерения отображается на цифровом дисплее переносного спектрофотометра. Однако, конечно, также можно вручную выбрать способ измерения, который будет использоваться. Изменения конкретного эталона в зависимости от изготовителя также учитываются в базе данных и при необходимости корректируются. Один вариант осуществления переносного спектрофотометра состоит, в сущности, из следующих компонентов:
источник света в форме матрицы светодиодов (например, типов ОР291А, HLMP-СМ36, L-7113UVC, L-53SRC-DV), в которой каждым светодиодом можно управлять отдельно. Для того чтобы ограничивать ток в каждом случае установлены последовательные резисторы;
фотодетектор в форме фотодиода (например, типа FH229) со схемой анализа. Фотодиод соединен с операционным усилителем (например, типа МСР 6001-Е/ОТ) таким образом, что выходной ток Iphoto, который генерирует фотодиод, преобразуется в напряжение Uphoto = Iphoto*10000* В/А, которое линейно пропорционально току. Полученное таким образом напряжение прямо пропорционально интенсивности света, падающего на фотодиод. Напряжение Uphoto подается на вход 18-битного дельта-сигма аналого-цифрового преобразователя (например, типа МСР 3421А0Т-Е/ОТ) и преобразуется им в цифровой сигнал. Аналого-цифровой преобразователь также имеет собственное усиление, которое можно регулировать посредством программного обеспечения от 1-кратного до 8-кратного. При необходимости, таким образом, можно регулировать диапазон измерения;
микропроцессор или микроконтроллер (например, типа PIC18F1220), который отвечает за управление светодиодами и аналого-цифровым преобразователем, управляет ходом измерения и выводит измеренный значения на дисплей в текстовой форме и преобразованные в подходящие единицы;
дисплей, на который измеренные значения могут выводиться в буквенно-цифровых символах;
повышающий трансформатор (например, типа ХС9119D10AMR), который подает стабилизированное напряжение 5 В на электронную схему при операции измерения. Если устройство находится в режиме ожидания, нестабилизированное напряжение аккумулятора типа CR2032 (приблизительно 3 В, тип приведен только для примера) используется для электропитания процессора. Для экономии электроэнергии все периферийные устройства (фотодиод, аналого-цифровой преобразователь и дисплей) отключены от электропитания.
В одном варианте осуществления механическая конструкция напоминает палец, причем большая часть передней стороны занята дисплеем. Несколько кнопок дают возможность устанавливать параметры для измерения и начинать измерение.
Измерительная ячейка является частью корпуса. Калибровку переносного спектрофотометра можно пропустить из-за бесколбовой работы, поскольку в отличие от известных устройств не используются заменяемые колбы.
Светодиодная матрица и фотодиод для измерения поглощения находятся на двух поверхностях измерительной ячейки, которые плоскопараллельны друг другу, так что излучение проходит непосредственно через объем измерения, и передаваемый свет падает на фотодиод. Для отведения окружающего света и света от светодиодов, который отражается в измерительной ячейке, предусмотрены простые экраны.
Измерение.
Предполагается исследовать концентрацию иона C(ion) в растворе. На первом этапе путем добавления реагента для детектирования из ионов образуется подкрашивающий комплекс. В этом случае избыток реагента для детектирования помещен в раствор, чтобы получить полное преобразование всех ионов для детектирования в подкрашивающем комплексе. В реакции
ион + реагент для детектирования -> подкрашивающий комплекс + реагент для детектирования равновесие реакции находится на правой стороне.
Количество образовавшегося красящего вещества, таким образом, линейно соотнесено с концентрацией ионов:
С(красящее вещество) = А*С(ион). Образовавшийся подкрашивающий комплекс показывает характеристические полосы поглощения, согласно которые, исходя из того, какой реагент для детектирования используется, проходят из инфракрасного диапазона в ультрафиолетовый диапазон. Нет необходимости измерять в максимуме поглощения (так называемое измерение лямбда-макс). Путем облучения пробы светом подходяще выбранного светодиода можно измерить поглощение подкрашивающего комплекса, и по закону Ламберта-Бера можно таким образом вычислить концентрацию подкрашивающего комплекса и концентрацию иона.
Ниже:
I0 - интенсивность светодиода, принятая фотодиодом, без подкрашивающего комплекса;
I = интенсивность светодиода, принятая фотодиодом, с подкрашивающим комплексом;
а - указывает чувствительность реакции фотодиода на свет светодиода;
b - выражает удельную характеристику поглощения подкрашивающего комплекса;
(а и b зависят от длины волны).
Закон Ламберта-Бера:
I/I0 = -ехр (-b* С(подкрашивание)) указывает на уменьшение передаваемого света как функцию концентрации иона.
Если известен удельный коэффициент пропускания Т = I/I0, то из него можно вывести концентрацию С(ион):
С(ион) = С(подкрашивание)/А = -1/(А*Ь)*1П(Т)/
Яркость, которую принимает фотодиод, состоит из двух компонентов: свет от светодиода, который излучается через измерительную ячейку, и поступающий сбоку свет от окружающей среды. Фотонапряжение, которое преобразует аналого-цифровой преобразователь, таким образом, имеет следующую характеристику:
U_photo = а^Цокружающая среда) + Цсветодиод)),
где а - коэффициент пропорциональности, который зависит от чувствительности светодиода, оптической конструкции и электрического усиления фототока.
Путем темного измерения с отключенным светодиодом
U_photo_dark = а^окружающая среда) и путем вычитания его из фотонапряжения с включенным светодиодом можно определить кажущуюся яркость светодиода, кроме коэффициента а:
U_photo - U_photo_dark = а*!(светодиод) => I(светодиод)*а = U_photo - U_photo_dark.
Для определения коэффициента пропускания это измерение должно быть выполнено дважды: один раз с пробой для исследования, в которую еще не добавлен реагент для детектирования, и один раз с пробой, смешанной с реагентом.
Полученное значение для Цсветодиод^а без реагента называется I0, и полученное значение с реагентом называется I.
При вычислении коэффициента пропускания Т = I/I0 коэффициент а выпадает.
Суммируя:
"^-J ptiumMithi-iifouring ' plwtuMut-ktwiilK-okHti'ittg
C(ion) * In
A-b IJ , , , ¦ U
необходимо сказать, что постоянная а выражает не только чувствительность фотодиода к длине волны, которая используется, но и уменьшение от светодиода и окружающей среды, вызываемое мутностью пробы.
Путем измерения кажущейся яркости светодиода при первом измерении без подкрашивающего комплекса этот фактор может быть полностью устранен, так что можно будет измерять даже немного мутные пробы.
Определение типа подкрашивающего комплекса, содержащегося в пробе.
Поскольку в спектрометр встроены светодиоды разных цветов, можно сделать выборку спектра поглощения подкрашивающего комплекса в нескольких точках. Полученный таким образом дискретный спектр - характеристический для каждого подкрашивающего комплекса и путем сравнения его со спектрами, хранящимися в базе данных, можно получить присутствующий подкрашивающий комплекс и поэтому также детектируемые ионы. Ручной ввод ионов, которые должны быть обнаружены, таким образом, опускается.
Изобретение объяснено более подробно ниже на основании вариантов осуществления и со ссылками на прилагаемые чертежи.
Фиг. 1 схематически показывает спектрометр согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения.
Фиг. 2 показывает в виде в плане спектрометр согласно еще одному варианту осуществления настоящего изобретения, причем рукав показан частично прозрачно.
Фиг. 3 показывает вид с фиг. 2, причем рабочая деталь также показана частично прозрачно. Фиг. 4 показывает вид сбоку с фиг. 3.
Одинаковые ссылочные номера на чертежах обозначают одинаковые или функционально эквивалентные компоненты, если не указано иное.
На фиг. 1 схематически показан спектрометр 1 согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения.
Спектрометр 1 является бесколбовым спектрометром для измерения концентрации по меньшей мере одного анализируемого вещества в пробе текучей среды 2. Спектрометр 1 имеет источник света 3 для
генерации светового пучка 4. Спектрометр 1 также имеет фотодетектор 5 для приема светового пучка 4.
Спектрометр 1 также имеет отрезок измерения 6 в пути светового пучка 4. Пробу текучей среды 2 помещают в отрезок измерения 6, и объем помещенной пробы текучей среды 2 определяется на основании отрезка измерения 6. Другими словами, отрезок измерения 6 определяет толщину слоя пробы текучей среды 2, в которую должен проникнуть световой пучок 4 для того, чтобы достигнуть фотодетектора 5 от источника света 3.
Отрезок измерения 6 предложен в изменяемой форме, чтобы изменять объем пробы текучей среды 2, которая может быть помещена или уже помещена в него. Таким образом, можно определять анализируемое вещество в очень низкой или очень высокой концентрации в пробе текучей среды 2. Например, отрезок измерения 6 в том случае, если анализируемое вещество присутствует в пробе текучей среды только в очень низкой концентрации, меняют на относительно большой.
Путем изменения отрезка измерения 6, например, начальный объем 2a пробы текучей среды 2 можно увеличить на дополнительный объем 2b. Объемы 2a и 2b показаны на фиг. 1 ограниченными вверху и внизу пунктирной линией и слева и справа непрерывной линией, и вертикальная пунктирная линия отделяет два объема 2a и 2b друг от друга.
Отрезок измерения 6 теперь можно изменять разными способами. Согласно настоящему варианту осуществления предложен оптический волновод 7, который расположен в пути светового пучка 4. Отрезок измерения 6 определен между оптическим волноводом 7 и фотодетектором 5. Таким образом, отрезок измерения 6 можно изменить путем перемещения либо фотодетектора 5 относительно оптического волновода 7, либо оптического волновода 7 относительно фотодетектора 5. Альтернативно, также предполагается, что отрезок измерения 6 определен непосредственно между фотодетектором 5 и источником света 3, т.е. оптический волновод 7 не используется. Отрезок измерения 6 тогда может быть изменен путем перемещения либо фотодетектора 5 относительно источника света 3, либо источника света 3 относительно фотодетектора 5.
Вышеуказанные перемещения относятся к движению по пути светового пучка 4. Также фотодетектор 5 и источник света 3 в варианте осуществления согласно фиг. 1 могут быть заменены, это означает, что отрезок измерения 6 будет определен между источником света 3 и оптическим волноводом 7.
Вышеописанный спектрометр 1, таким образом, полностью обходится без колб, описанных во введении, т.е., в частности, не требуется колбы для измерения концентрации анализируемого вещества. Поэтому он является бесколбовым спектрометром 1. Ниже спектрометр 1', к которому применимы пояснения относительно фиг. 1, описан в отношении фиг. 2-4.
Бесколбовый спектрометр 1' используется для измерения концентрации по меньшей мере одного анализируемого вещества в пробе текучей среды 2'. На фиг. 2 показана проба текучей среды 2', ограниченная вверху и внизу пунктирной линией и на каждой стороне двумя непрерывными линиями.
Проба текучей среды 2' может быть газом, жидкостью или их смесью. Проба текучей среды 2 также может включать некоторую твердую часть, например пыль. Анализируемое вещество предпочтительно является содержащимся материалом, который предпочтительно растворен в воде. Примерами таких материалов являются кислород, озон, хлор (свободный хлор, весь хлор), соединения азота (весь азот), магний, кальций, медь, калий, железо, цинк, тяжелые металлы, аммоний, циануровая кислота, цианид, мочевина, карбонат (жесткость воды), перекись водорода, хлорид, нитрит, нитрат или фосфат. Однако проба текучей среды 2' в равной мере может быть газом, в частности воздухом. Посредством спектрометра 1' можно измерить, например, концентрацию моноксида углерода, диоксида углерода, содержание воды, спиртов, мутности, пыли в воздухе. Например, пробы текучей среды 2' также могут быть пробами почвы или удобрений. Также можно измерять значение рН в пробе текучей среды 2', используя спектрометр 1'.
В зависимости от пробы текучей среды 2' и/или анализируемого вещества, может быть необходимо сначала поместить избыток индикатора в пробу текучей среды 2' или в текучую среду 20'. Например, для того, чтобы определить значение рН, проба текучей среды 2' или текучая среда 20' может быть смешана с фенольным красным. Спектрометр 1' имеет несколько источников света 3', см. фиг. 3. Источниками света 3' предпочтительно являются светодиоды, более предпочтительно лазерные светодиоды. Источники света 3' настроены так, чтобы излучать почти монохроматический свет с длиной волны предпочтительно 250-750 нм. Предпочтительно каждый из источников света 3' настроен так, чтобы излучать свет разных длин волны или разных диапазонов длин волн. Например, один источник света 3' может быть настроен на излучение света с длиной волны от 610 до 750 нм, и другой источник света 3' может быть настроен на излучение света с длиной волны от 590 до 610 нм. Выбор источника света 3' может зависеть от пробы текучей среды 2' и/или концентрации анализируемого вещества, которая должна быть измерена, а также он может быть выбран автоматически, как сказано более подробно ниже.
Один или несколько источников света 3' создают световой пучок 4', который показан на фиг. 3 штрихпунктирной линией. Эти несколько источников света 3' могут быть расположены приблизительно полукругом и более предпочтительно формировать матрицу.
Спектрометр 1' также имеет фотодетектор 5' для приема светового пучка 4'. Фотодетектор 5' преобразует падающий световой пучок 4' в электрические сигналы. Эти электрические сигналы зависят от силы падающего света и/или длины волны светового пучка 4'. Фотодетектором 5 предпочтительно является
фотодиод.
Спектрометр 1' также выполнен в форме с отрезком измерения 6' в пути светового пучка 4'. Проба текучей среды 2' может быть помещена в отрезок измерения 6', причем объем пробы текучей среды 2', который может быть туда помещен, определяется на основании отрезка измерения 6', как сказано выше в отношении фиг. 1. Отрезок измерения 6' предусмотрен так, чтобы его можно было изменять, чтобы изменять объем пробы текучей среды 2', который может быть в него помещен. Для этой цели, например, спектрометр 1 имеет следующую форму.
В пути светового пучка 4' расположен оптический волновод 7' в форме акрилового стержня, макро-лонового стержня, стеклянного стержня или стекловолоконного кабеля. Оптический волновод 7' имеет первую секцию 12', которая размещена постоянно в рабочей детали 13' в форме корпуса. Оптический волновод 7' также имеет вторую секцию 14', которая выходит из рабочей детали 13' в рукав 15'.
Рукав 15' имеет, в сущности, кольцеобразное поперечное сечение. Внутренний диаметр кольцеобразного поперечного сечения рукава 15' соответствует, в сущности, наружному диаметру круглого поперечного сечения оптического волновода 7'. Рукав 15' предпочтительно снабжен несколькими длинными отверстиями 19'. Два длинных отверстия 19' могут быть расположены друг напротив друга, как показано на фиг. 4. Также, например, две такие пары длинных отверстий 19' напротив друг друга вдоль пути светового пучка 4' могут быть расположены на некотором расстоянии друг от друга вдоль рукава 15'. Независимо от положения рукава 15' относительно рабочей детали 13' и/или оптического волновода 7', одно из длинных отверстий 19' всегда соединено с отрезком измерения 6', означая, что проба текучей среды 2' может быть взята из текучей среды 20', например тела воды. Согласно настоящему варианту осуществления такие пробы могут быть взяты путем простого погружения длинных отверстий 19' и, таким образом, также погружения рукава 15' с конечной деталью 22' в текучую среду 20'.
Рукав 15' имеет первую секцию 16', которой он входит в рабочую деталь 13'. Секция 16' входит так, что она может перемещаться по пути светового пучка 4' в приемном пространстве 21' рабочей детали 13'. Например, секция 16' может быть снабжена наружной резьбой, которая входит в зацепление с соответствующей внутренней резьбой в рабочей детали 13'. Альтернативно, секция 16' может быть снабжена снаружи защелками, которые входят в зацепление с соответствующими защелками в рабочей детали 13' и, таким образом, делают возможным ступенчатое перемещение рукава 15' относительно рабочей детали
13'.
Вторая секция 17' рукава 15' выходит из рабочей детали 13' и, таким образом, окружает вторую секцию 14' оптического волновода 7'. Третья секция 18' рукава 15' соединена со второй секцией 17' рукава 15' и ограничивает пробу текучей среды 2' по ее периметру. Концевая деталь 22', в свою очередь, соединена с третьей секцией 18'. Концевая деталь 22' образует непроницаемое для текучей среды уплотнение для кольцеобразного поперечного сечения рукава 15'.
Отрезок измерения 6', таким образом, определен между концевой деталью 22' и поверхностью 23' оптического волновода 7'. Объем пробы текучей среды 2' ограничен вдоль пути светового пучка 4' конечной деталью 22' и поверхностью 23' и, как сказано выше, ограничен на его периметре третьей секцией 18' рукава 15'.
Концевая деталь 22' имеет фотодетектор 5' и предпочтительно линзу 24', которая фокусирует падающий световой пучок 4' на фотодетектор 5'.
Путем перемещения рукава 15' в или из приемной области 21' рабочей детали 13' устанавливают отрезок измерения 6', который, таким образом, можно удобно регулировать к требованиям для измерения концентрации анализируемого вещества. Также здесь предполагается, что рукав входит и выходит из рабочей детали 13' автоматически, например посредством подходящего серводвигателя.
На другой поверхности 25' оптического волновода 7' световой пучок 4' входит в него. Может быть предусмотрено средство 26' для подсоединения одного или другого источника света 3', по выбору, к оптическому волноводу 7', чтобы переносить свет. Спектрометр 1' также имеет контроллер 27', см. фиг. 4, который управляет источниками света 3'. Контроллер 27' также управляет фотодетектором 5', например, для его калибровки. Фотодетектор 5' также подает электрические сигналы, который он генерирует, на контроллер 27' для анализа.
Спектрометр 1' также выполнен с дисплеем 28' для отображения, например, измеренной концентрации анализируемого вещества. На дисплее 28' также отображается меню, посредством которого пользовать может эксплуатировать контроллер 27'. Спектрометр 1' может иметь, в дополнение к кнопке включения/отключения 32', другие органы управления 33', посредством которых можно работать с меню на дисплее 28' и делать соответствующий выбор.
Спектрометр 1' также может иметь память 34', которая, например, интегрирована в контроллер 27'. В памяти 34' можно хранить разные режимы анализа. Например, пользователь, который хочет определить концентрацию определенного анализируемого вещества, например кислорода, может выбрать, используя меню на дисплее 28', соответствующий режим анализа, который хранится в памяти 34'. Контроллер 27', в зависимости от выбранного режима анализа, затем управляет источниками света 3' и фотодетектором 5' соответственно и выполняет соответствующие анализы, которые затем отображаются на дисплее 28'.
В дополнение или альтернативно, анализ, который описан ниже, может иметь место, причем подходящий режим анализа выбирается автоматически: на первом этапе контроллер 27' управляет несколькими источниками света 3' и фотодетектором 5', чтобы определить характеристику пробы текучей среды 2'. Этой характеристикой является, например, конкретный спектр поглощения пробы текучей среды 2'. На втором этапе контроллер 27' выбирает один из нескольких режимов анализа, которые хранятся в памяти 34', в зависимости от этой характеристики. Например, определенную характеристику можно сравнить с характеристиками, хранящимися в памяти 34', и, если есть соответствующее совпадение, выбирается режим анализа, связанный с хранящейся характеристикой. Затем на третьем этапе источники света 3' и фотодетектор 5' находятся под управлением в зависимости от выбранного режима анализа, и выполняются соответствующие анализы сигналов от фотодетектора 5'.
Поэтому при использовании вышеуказанных этапов способа спектрометр 1 может автоматически определять тип пробы текучей среды 2', например удобрение, и затем выбирать подходящий для нее режим анализа, после чего измеряются концентрации соответствующих анализируемых веществ для данной пробы текучей среды, и результаты выводятся на дисплей 28'. В частности, выбор из нескольких источников света 3' конкретного источника света 3', который используется для определения концентрации конкретного анализируемого вещества в пробе текучей среды 2', может быть осуществлен в зависимости от режима анализа.
Предпочтительно, в частности, контроллер 27', дисплей 28', органы управления 32', 33' и память 34' интегрированы в рабочую деталь 13' и размещены в ней так, что они защищены от влияний окружающей среды, в частности жидкости и пыли. Рабочая деталь 13' также имеет источник энергии 35', например, в форме подзаряжаемого аккумулятора, который подает электропитание на электрические компоненты 3', 5', 27', 28', 33' и 34'.
Помимо этого, спектрометр 1' может иметь интерфейс передачи данных, например USB-соединение или RS-232-соединение, чтобы управлять спектрометром 1' и/или его электрическими компонентами 3', 5', 27', 28', 33' и 34' извне и/или чтобы подавать на них электропитание.
Результатом является конструкция спектрометра 1', которая дает возможность легко транспортировать и работать с ним вручную. Спектрометр 1', таким образом, также не зависит от электрической сети. Конечно, в равной мере предполагается подача электропитания на спектрометр 1' от сети. Спектрометр 1' также может быть предусмотрен в стационарной форме, например, для измерения мутности в трубах. Спектрометр 1' также можно использовать в качестве передатчика сигнала для состояний автоматического титрования в лаборатории.
В одном варианте спектрометра 1' он может быть выполнен со следующими электронными компонентами:
несколько источников света 3' в форме матрицы светодиодов (например, типов TSAL5300, MARL: 100041, HLMP-Y801, TLSH180P), в которой каждым светодиодом можно управлять отдельно; для ограничения потребления тока в каждом случае установлены последовательные резисторы;
фотодетектор 5' в форме фотодиода (например, типа ОР950) со схемой анализа; фотодиод соединен с операционным усилителем (например, типа ОР07) таким образом, что выходной ток Iphoto, который генерирует фотодиод, преобразуется в напряжение Uphoto со Iphoto, которое линейно пропорционально току; полученное таким образом напряжение прямо пропорционально интенсивности света, падающего на фотодиод; напряжение Uphoto подается на вход аналого-цифрового преобразователя (например, типа AD7450) и преобразуется им в цифровой сигнал;
контроллер 27' в форме микропроцессора или микроконтроллера (например, типа MC9S08QG8CDTE), который отвечает за управление светодиодами 3' и аналого-цифровым преобразователем, управляет ходом измерения и выводит измеренные значения на дисплей 28' в форме экрана в текстовом формате и преобразованные в подходящие единицы;
дисплей, на который измеренные значения могут быть выведены в буквенно-цифровом формате; и/или
повышающий трансформатор напряжения (например, типа NCP1400A), который подает стабилизированное напряжение 5 В на электронную схему при операции измерения; если устройство находится в режиме ожидания, нестабилизированное напряжение аккумулятора типа CR2032 (приблизительно 3 В, тип приведен только для примера) используется для электропитания процессора; для экономии электроэнергии все периферийные устройства (фотодиод, аналого-цифровой преобразователь и дисплей) отключены от электропитания.
Спектрометр 1, 1' можно использовать для определения объема текучей среды в сосуде. Конкретно, определение объема пруда может иметь следующую форму. Во-первых, измеряют объем 1 л воды. Чайную ложку соединения, содержащего кальций, помещают в эту воду. Далее, используя спектрометр 1, 1', определяют концентрацию ионов кальция в этом 1 л воды; ниже она называется первая концентрация.
Этот 1 л воды затем помещают в пруд и выдерживают определенное время до тех пор, пока ионы кальция не распределятся в пруду.
Далее, используя спектрометр 1, 1', определяют концентрацию ионов кальция в пруду; ниже она называется второй концентрацией.
Далее, начинается определенный режим анализа спектрометра 1, 1'; на основании первой и второй концентраций и объема 1 л воды это определяет объем пруда. Таким образом, в частности, владельцы прудов могут легко определить объем их пруда. Хотя изобретение было описано на основании предпочтительных вариантов осуществления, оно ими не ограничено и может быть модифицировано разными способами.
Ниже представлены другие варианты осуществления изобретения.
1. Переносной бесколбовый погружной спектрофотометр для определения концентрации анализируемого вещества в пробах текучей среды:
a) с источником света и фотодетектором, которые расположены на общей оптической оси, причем источник света состоит из нескольких диодов, которые излучают свет разных длин волн (светодиодная матрица), или лазерных диодов, и которые расположены, в сущности, параллельно оптической оси;
b) с контроллером/анализатором, который определяет концентрацию анализируемого вещества в пробе текучей среды на основании измеренных значений, предоставленных фотодетектором;
c) причем источник света и фотодетектор расположены на или в достаточно стойкой к деформации и изгибу опорной системе и между ними определен бесколбовый отрезок измерения, который автоматически наполняется путем погружения спектрофотометра в пробу текучей среды, которая должна быть измерена, и источник света и/или фотодетектор способны перемещаться относительно друг друга в пути пучка; и
d) причем переносной спектрофотометр снабжен независимым от электрической сети источником электропитания и цифровым дисплеем для отображения результата измерения.
2. Переносной спектрофотометр согласно варианту осуществления 1, отличающийся тем, что све-тодиоды излучают почти монохроматический свет с длиной волны 250-750 нм.
3. Переносной спектрофотометр согласно варианту осуществления 1 или варианту осуществления 2, отличающийся тем, что фотодетектором является фотодиод.
4. Переносной спектрофотометр согласно любому одному из предшествующих вариантов осуществления, отличающийся тем, что экраны расположены в пути пучка между источником света и фотодетектором, чтобы отфильтровывать рассеянный или отраженный свет.
5. Переносной спектрофотометр согласно любому одному из предшествующих вариантов осуществления, отличающийся тем, что фотодетектор соединен с аналого-цифровым преобразователем.
6. Переносной спектрофотометр согласно любому одному из предшествующих вариантов осуществления, отличающийся тем, что контроллер/анализатор основан на программируемом микропроцессоре.
7. Переносной спектрофотометр согласно варианту осуществления 6, отличающийся тем, что микропроцессор отвечает за управление светодиодами, аналого-цифровым преобразователем и цифровым дисплеем.
8. Переносной спектрофотометр согласно любому одному из предшествующих вариантов осуществления, отличающийся тем, что цифровой дисплей отображает измеренные значения буквенно-цифровыми символами и преобразованными в подходящие единицы.
9. Переносной спектрофотометр согласно любому одному из предшествующих вариантов осуществления, отличающийся тем, что источник света и фотодетектор могут быть перемещены относительно друг друга в пути пучка в диапазоне 0,5-5 см.
10. Переносной спектрофотометр согласно любому одному из предшествующих вариантов осуществления, отличающийся тем, что независимым от электрической сети источником электропитания является аккумулятор.
11. Переносной спектрофотометр согласно любому одному из предшествующих вариантов осуществления, отличающийся тем, что проба текучей среды для измерения является газом, жидкостью или их смесью.
12. Использование переносного спектрофотометра согласно любому одному из предшествующих вариантов осуществления для определения концентрации растворенных в воде материалов.
13. Использование согласно варианту осуществления 12, причем растворенные в воде материалы выбирают из кислорода, озона, хлора (свободный хлор, весь хлор), соединений азота (весь азот), магния, кальция, меди, калия, железа, цинка, тяжелых металлов, аммония, циануровой кислоты, цианида, мочевины, карбоната (жесткость воды), перекиси водорода, хлорида, нитрита, нитрата или фосфата.
14. Использование переносного спектрофотометра согласно любому одному из предшествующих вариантов осуществления для проверки питательных веществ в почве в сельском хозяйстве и лесном хозяйстве.
15. Использование переносного спектрофотометра согласно любому одному из предшествующих вариантов осуществления для определения концентрации моноксида углерода, диоксида углерода, содержания воды, спиртов, мутностей и пыли в воздухе, материалов, содержащихся в суспензиях почвы и удобрений.
16. Использование переносного спектрофотометра согласно любому одному из предшествующих вариантов осуществления для определения концентрации материалов, растворенных в воде также в стационарном техническом варианте осуществления.
10.
Другие усовершенствования и варианты осуществления, описанные здесь, для переносного спектрофотометра применимы соответственно к описанному бесколбовому спектрометру, и наоборот. Ссылочные номера:
1, 1' - спектрометр;
2, 2' - проба текучей среды; 2а - объем;
2b - объем;
3, 3' - источник света;
4, 4' - световой пучок;
5, 5' - фотодетектор;
6, 6' - отрезок измерения;
7, 7' - оптический волновод; 12' - первая секция;
13' - рабочая деталь;
14' - вторая секция;
15' - рукав;
16' - первая секция;
17' - вторая секция;
18' - третья секция;
19' - длинное отверстие;
20' - текучая среда;
21' - приемная область;
22' - конечная часть;
23' - поверхность;
24' - линза;
25' - поверхность;
26' - средство;
27' - контроллер;
28' - дисплей;
32' - кнопка включения/отключения; 33' - орган управления; 34' - память;
35' - источник электропитания.
ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
1. Бесколбовый спектрометр (1; 1') для измерения концентрации по меньшей мере одного анализируемого вещества в пробе жидкости (2; 2'), снабженный источником света (3; 3') для генерации монохроматического пучка света (4; 4') с длиной волны 250-750 нм, фотодетектором (5; 5') для приема пучка света (4; 4') и участком измерения (6; 6'), в который может быть помещена проба жидкости (2; 2'), в пути пучка света (4; 4'), при этом источник света (3; 3') и фотодетектор (5; 5') выполнены с возможностью перемещения относительно друг друга для изменения длины участка измерения (6; 6').
2. Бесколбовый спектрометр (1; 1') для измерения концентрации по меньшей мере одного анализируемого вещества в пробе жидкости (2; 2'), снабженный источником света (3; 3') для генерации пучка света (4; 4') с длиной волны 250-750 нм, фотодетектором (5; 5') для приема пучка света (4; 4') и с участком измерения (6; 6'), в который может быть помещена проба жидкости (2; 2'), в пути пучка света (4; 4'), отличающийся тем, что участок измерения (6; 6') расположен между источником света (3; 3') или фотодетектором (5; 5') и оптическим волноводом (7; 7'), расположенным в пути пучка, а источник света (3; 3') и оптический волновод (7; 7') и/или фотодетектор (5; 5') и оптический волновод (7; 7') выполнены с возможностью перемещения относительно друг друга для изменения участка измерения (6; 6'), при этом оптический волновод (7') входит в рукав (15'), а участок измерения (6') расположен между одной поверхностью (23') оптического волновода (7') и концевой деталью (22'), которая герметизирует рукав (15'), и выполнен с возможностью изменения его длины путем перемещения рукава (15') и оптического волновода (7') относительно друг друга.
3. Спектрометр по п.2, отличающийся тем, что рукав (15') имеет по меньшей мере одно отверстие (19') для помещения пробы жидкости (2') в участок измерения (6').
4. Спектрометр по п.3, отличающийся тем, что в рукаве (15') предусмотрены два отверстия (19') вдоль пути пучка на некотором расстоянии друг от друга.
5. Спектрометр по любому из пп.2-4, отличающийся тем, что оптический волновод (7') постоянно прикреплен к корпусу (13') спектрометра (1') и/или рукав (15') проходит секциями в приемной области (21') в корпусе (13') и выполнен с возможностью перемещения в приемной области (21').
6. Спектрометр по любому из пп.2-5, отличающийся тем, что концевая деталь (22'), которая герме-
тизирует рукав (15'), имеет линзу (24') и/или фотодетектор (5').
7. Спектрометр по любому из пп.2-5, отличающийся тем, что источник света (3') проводит пучок света (4') на другую поверхность (25') оптического волновода (4').
8. Спектрометр по любому из пп.2-5, отличающийся тем, что оптический волновод (7') имеет форму акрилового стержня, макролонового стержня, стеклянного стержня или стекловолоконного кабеля.
9. Спектрометр по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что предусмотрены первый источник света (3') и по меньшей мере один второй источник света (3'), так что пучок света (4') может быть образован с первой или, по меньшей мере, со второй длиной волны или диапазоном длин волн, по выбору.
10. Спектрометр по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что один или несколько источников света (3') являются светодиодами, в частности лазерными диодами.
11. Спектрометр по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что предусмотрен контроллер (27'), который на первом этапе управляет одним или несколькими источниками света (3') и фотодетектором (5'), чтобы определить характеристику пробы жидкости (2'), на втором этапе выбирает один из нескольких режимов анализа, которые хранятся в памяти (34') спектрометра (1'), в зависимости от этой характеристики, и на третьем этапе управляет одним или несколькими источниками света (3') и фотодетектором (5) в зависимости от выбранного режима анализа.
12. Спектрометр по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что выполнен переносным и/или не зависящим от электрической сети.
7.
Евразийская патентная организация, ЕАПВ Россия, 109012, Москва, Малый Черкасский пер., 2
023467
- 1 -
023467
- 1 -
023467
- 1 -
023467
- 1 -
023467
- 1 -
023467
- 1 -
023467
- 4 -
023467
- 13 -