半導體發光管雙波長光度吸收計的製作方法

2024-01-30 01:25:15

專利名稱：半導體發光管雙波長光度吸收計的製作方法
技術領域：
本實用新型是一種採用半導體發光管交替發射不同波長的光，經物質吸收後，由檢測器接收光信號變化，進行測量分析的光度吸收計，屬於利用光學手段測試或分析材料成份的分析儀器。
光度吸收測量分析儀是將一定波長的光送入吸收物質，然後由探測器測量光度變化量來測試或分析材料成份的。這種分析測量儀有的採用半導體發光二極體作為單波長光源。如《光通信》(OuticsLetters，Vol.8，No.1，p54－56，1983)發表的用發射波長為560毫米的發光二極體和高氯酸鹽做成的，用以測定氨的可逆光導傳感器；《分析化學學報》(Anal.Chim.ActaVol.177，p121－128)發表的用發射波長為820毫微米的發光二極體作光源製成的，用以監測電鍍液中銅離子濃度的光纖吸收池。然而，由於單波長測量分析儀採用的是單波長光測試或分析材料成份，故存在著幹擾大，靈敏度低的不足。由此，近年來雙波長光度吸收計引起了重視。《分析化學》12卷7期630頁中根據波格——比爾定律報導了一種應用雙波長光進行測量的方法和裝置。雙波長分析測量儀主要是應用二束不同波長的光，送入被測物質，然後測量光束信號差進行測試或分析材料成份的。它的光源要求發射光譜平滑，波長覆蓋面寬且光強大。通常採用鎢絲白熾燈、滷鎢燈或氙燈。分析測量時，一種是把經過樣品後的光束用裂光器將其分成二束，再用二塊幹涉濾光片選出不同波長的光，由檢測器(光敏電阻、光電池、光電管或光電倍增管等光敏元件)接收，用減法器得出不同波長光間的信號差，據此測試或分析材料成份；另一種是用切光器機械地將光調製成交替的雙波長光，通過被測物質後，由同一個檢測器同步檢測光信號，經減法器得出不同波長光的信號差，測試或分析材料成份。雙波長光度吸收計以其誤差小，靈敏度高，適用範圍廣而日益得到廣泛應用。然而，目前的雙波長測試分析儀還存在一些不足之處，如採用的光源為白熾燈，功率大，熱輻射強，不易散熱；接受信號以及儀器構造還比較複雜等。為了克服這種雙波長光度吸收計存在的缺點，本實用新型改進並提供了一種半導體發光管為光源的雙波長光度計，從而進一步簡化了儀器的構造，縮小了儀器體積，提高了儀器的使用壽命。
本實用新型的目的是，採用二個選定波長的半導體發光二極體或一個雙色發光管(中國專利CN86200588U)作光源，交替供電，發射光束。交替光束經過被測吸收物質後，由一個光敏元件檢測，輸入放大器，整流，然後根據光信號的改變分析材料。從而簡化了光吸收分析儀的結構，提高了儀器的可靠性和準確性。
本實用新型半導體發光管雙波長光度吸收計由半導體發光二極體或雙色發光管、透鏡、被測物質、反光鏡、光敏探測器、光源電路、檢測電路、顯示或指示器構成。二個半導體發光二極體或一個雙色半導體發光管的二個發光管芯由光源電源交替供電，不斷輪換交替發射兩束不同波長的光束，並通過反光鏡或透鏡調整在同一光路上成為「平行光」。調整後的雙波長「平行光」經過被測物質後，由同一檢測器接收。這樣，檢測器接收到的是一連串相互啣接的信號，即當發射的雙波長光經過被測物質後，檢測器接收到的光信號相等時，檢測器輸出近似直流信號，顯示指示器不動。但是，當檢測器接受到的雙波長光信號不相等時，則檢測電路輸出互相啣接的直流信號上疊加有脈衝信號。這個脈衝信號實際上就是二束光經過被測吸收物質後，產生的不同波長光度信號差。將這種直流上疊加有脈衝信號的電流信號用電容器隔離後，便輸出脈衝信號。經整流後，輸入到指示或記錄或顯示器中。利用這個光信號差便可判斷滴定終點或分析測量被測材料的成份。如果安裝上報警或自動控制機構還可直接控制材料組份的變化。本實用新型光度吸收計用於滴定分析，先根據所採用的指示劑的最靈敏吸收波長，選擇不同波長的半導體發光管做光源。然後，將滴定溶液放置在光源和檢測器(如光敏二極體、光敏三極體或光電池)之間，或者將半導體發光管光源和探測器安裝在光導管中，並在連接光導管的小室底部放置一塊反光鏡，浸入溶液。這樣安置好光源和接收探測器後，使雙波長光束通過被測溶液，再由探測器接收光信號，就可測試或分析材料。滴定分析前，先調節與半導體發光管並聯的分流電阻，使接收、放大、整流電路後的指示或顯示或記錄儀器的指示值為最小，即雙波長光的初始信號最接近。滴定分析開始後，特別當達到終點突躍階段時，由於被測吸收物質中指示劑的光吸收發生變化，檢測接收到的，整流放大後的信號相應也產生變化，即光信號差引起電信號差使指示或顯示或記錄儀器表示出滴定已達終點。必需說明的是，在使用本實用新型進行滴定分析時，由於每次滴定的指示劑濃度等因素不易控制一致，故需在滴定分析前先調整半導體發光管的分流電阻，以使雙波長光的初始光信號最接近，即指示儀器不動作，從而使滴定分析更為準確。此外，本實用新型用於材料成分分析和比色分析，方法基本相同，且具有同樣優點。
本實用新型的優點是，採用半導體發光二極體作為雙波長光度吸收計的光源，大大簡化了光源的結構，縮小了光源部分的體積，且可不考慮散熱因素的影響；另外，由於半導體發光管發射的光波長範圍窄，採用半導體發光管作光源，可滿足一般分子吸收要求，既省去了單色元件(如濾光片等)，又簡化了儀器的結構。採用一個光敏元件作探測器，不但可靠而且使儀器更為簡單，成本降低。因此，這是一種靈敏度高，體積小，應用廣泛的分析測量儀器。


圖1是本實用新型的主機外形圖。其中，1是機殼；2是微安表；3是電源線；4是調零電阻旋鈕；5是電源開關；6是輸入插座。
圖2是被測材料溶液置於光源和探測器之間的構造圖。其中，7是滴定管；8是盛放被測材料溶液的燒杯；9是探測光電池；10是檢測電路的前置放大器；11是支撐板；12是攪拌器；13是透鏡；14是二個半導體發光二極體或一個雙色發光管；15是被測物質。
圖3是光導管光源和探測器的測試裝置構造圖。其中，16是光導管；17是溶液可流進流出的小室；18是置於小室底部的反光鏡；19是電纜線；20是小室上溶液流進流出的槽孔。
圖4是本實用新型的光源電源電原理圖。其中，21是環形振蕩器。
圖5是檢測電路電原理圖。其中，22是隔直電容器；23是整流放大電路；24是指示或記錄或顯示器。
以下結合附圖說明本實用新型的實施例。
實施例1被測材料溶液15置於光源14和探測器9之間的滴定分析裝置如圖2。將盛有被測材料溶液15的透明燒杯8置於滴定管7的下方攪拌器12上的支撐板11上，然後把安裝有二個半導體發光二極體或一個雙色發光管光源14和探測光電池9相對地放置於透明燒杯8的外面。發光管和探測器用導線與光度吸收計的主機連接。主機中按圖4安裝的光源電源和按圖5安裝的檢測電路分別連接發光管14和探測器9的前置放大器10；主機上的微安電錶2和檢測電路輸出端連接。其中，光源部分的實施為，二個半導體發光管或一個雙色發光管光源14焊接在電晶體管座上後安裝於外殼內的支架上，外殼前面安裝有調整光為同一光路「平行光」的透鏡13。探測光電池9焊接在管座上後對準光源安裝在接收探測外殼內。滴定分析時，接通電源，不同波長的二個半導體發光管或雙色發光管14由安裝在主機中的光源電源交替供電，不斷輪換交替發射二束不同波長的光束，發射出的光通過透鏡13調整為「平行光」，射入被測材料溶液15，並由對面的探測光電池9接收，變成電信號輸入前置放大器10，放大的信號輸入主機中的按圖5安裝的檢測電路。滴定開始時，由於被測溶液15顏色一定，且光吸收可由並聯在半導體發光管14上的調零電阻旋鈕4調節成相近，即探測器9探測到的光信號的輸出幾乎相等，顯示微安電錶2指示值最小。當滴定進行後，隨著滴定劑的不斷加入，被測溶液15顏色發生變化，特別在滴定終點突躍階段，探測器9探測到的二種波長光信號變化，使輸出的電信號改變，從而使微安電錶2指示出滴定終點。
實施例2將半導體發光管光源14和探測器9用定位橡皮軋頭21平行安裝在光導管16中。光導管16的一端用玻璃棒或透鏡20和橡膠墊圈封閉，另一端接入導線，使發光管14和探測器9和前置放大器10與主機光源電源以及檢測電路連接。滴定分析時，在光導管16的光源和探測器的一端接上底部放置反光鏡18的小室17，然後浸入燒杯8的被測溶液15中，燒杯中的溶液可通過小室17上的槽孔20流進流出。光度吸收計接通電源後，發光管14發出二束不同波長的光，通過被測溶液15，並由小室17底部的反光鏡18反射入探測器9。同實施例一樣，滴定開始時，先調節和發光管14並聯的調零電阻器旋鈕4，使探測器9接收到的光信號接近，微安電錶2指示值最小。滴定後，特別在滴定終點突躍階段，微安電錶2指示出信號變化，表明滴定達終點。
使用本實用新型雙波長光度計進行材料分析和比色分析，方法同如上實施例。因此，這是一種用途廣泛，可靠，使用壽命長的化學分析儀器。
權利要求1.一種雙波長光度吸收計，包括被測物質溶液15、滴定劑、檢測電路、顯示或記錄或指示器24、光吸收計主機外殼1、電源線3，其特徵在於有構成光源的二個不同波長的半導體發光二極體或一個半導體雙色發光管14、交替供電的光源電源、調整光束為「平行光」的反光鏡或透鏡以及一個探測接收經過被測溶液光信號的半導體探測器9。
2.根據權利要求1所述的半導體發光管雙波長光度吸收計，其特徵在於光源電源中有產生交替供電的RC環形振蕩脈衝發生器。
專利摘要本實用新型是一種半導體發光管雙波長光度吸收計，它由二個不同波長的半導體發光二極體或一個半導體雙色發光管發射不同波長的光，經過被測物質溶液後，由一個半導體探測器接收，轉換成電信號，進行處理後輸入顯示或記錄儀測試或分析材料成份。是一種測試分析方便、靈敏、準確，使用壽命長、體積小、成本低的分析儀器。
文檔編號G01N21/31GK2044069SQ88211498
公開日1989年9月6日 申請日期1988年3月8日 優先權日1988年3月8日
發明者黃思義 申請人:中國科學院上海冶金研究所