Оптическое устройство для химического анализа

 

Изобретение относится к области оптических приборов, в частности к фотометрическим устройствам для измерений концентраций веществ с помощью химически чувствительных элементов. Устройство содержит химически чувствительный оптический элемент 3, источники зондирующего излучения 1, устройство сбора 5 отраженного света, корректирующий светофильтр 6, фотоприемники 7, подложку 4, выполненную в виде диффузного отражателя, имеющего оптический контакт с элементом, выполненным в виде оптически прозрачного тонкого слоя, причем размеры чувствительного элемента, устройства сбора отраженного света, пятна зондирующего излучения на подложке и площадки фотоприемника связаны между собой определенными соотношениями. Изобретение позволяет расширить диапазон концентраций анализируемых веществ при одновременном увеличении чувствительности измерений, повысить точность определения искомого компонента, исключить операции по разведению пробы, таким образом сократив общее время анализа. 9 ил.

Изобретение относится к области оптических приборов, в частности к фотометрическим детекторам для измерений концентраций веществ с помощью химически чувствительных элементов, и может быть использовано в аналитических приборах.

Известно фотометрическое устройство для оценки интенсивности окраски химических реактивных полосок [1], содержащее корпус, источники светового излучения опорного и измерительного каналов, фотоприемное устройство, причем в корпусе выполнены отверстия для распространения светового потока от источников излучения к измеряемому объекту и фотоприемнику, а также предусмотрено "глухое" отверстие для устранения зеркальной составляющей отражения от измеряемой поверхности, расположенное под углом (30-55)^o относительно поверхности объекта. Отверстие от источника излучения до исследуемой поверхности расположено под углом, лежащим в интервале от 35 до 60^o относительно нормали к измеряемой поверхности. Фотоприемное устройство находится непосредственно над измеряемой поверхностью по нормали к ней. Опорный канал представляет собой цилиндрическое отверстие, на одном краю которого расположен источник излучения - светодиод, а на другом - фотоприемное устройство, ось отверстия образует острый угол относительно плоскости фотоприемной площадки, лежащий в интервале от 10^o до 80^o.

Известно также устройство для измерения отражающих образцов [2], содержащее источник излучения, диафрагмы и фотоприемник, расположенные в корпусе с отверстиями для распространения светового потока, причем источник излучения и находящиеся вблизи диафрагмы формируют световой поток с определенным апертурным углом, ось которого находится на нормали к измеряемой поверхности, фотоприемник с соответствующими диафрагмами расположен на оси, составляющей относительно плоскости измеряемой поверхности угол 45^o. Апертурные углы выбраны таким образом, что на фотоприемник попадает сигнал, отраженный и рассеянный образцом с вполне определенной области, зависящей от глубины проникновения зондирующего излучения в исследуемый образец.

Недостатком известных устройств является низкая эффективность сбора отраженного светового потока, так как большая часть потока не регистрируется фотоприемником. Вышеупомянутые устройства используются для регистрации изменения отражательной способности химически чувствительных индикаторных полосок и реактивных бумаг, применяющихся для количественного определения концентраций веществ. Однако эти приборы не позволяют реализовать достаточно широкий диапазон измерения концентраций, так как глубина проникновения зондирующего излучения в образец, представляющий собой диффузно отражающий материал, незначительна, а следовательно, мала длина оптического пути, что снижает чувствительность измерений в области малых концентраций. Нестационарность характеристик индикаторных полосок и бумаг (параметров шероховатой поверхности, микронеоднородностей) приводит к нестационарному распределению в пространстве отраженных световых потоков, меняющихся от опыта к опыту, что при относительно узких апертурах регистрации потоков определяет дополнительную погрешность измерений.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству является устройство для определения диффузного отражения плоского образца малого размера [3] , содержащее источники зондирующего излучения, светофильтры, светоделительные элементы, фотоприемники и корпус, в котором они расположены, причем источники зондирующего излучения, формирующие измерительный и сравнительный световые потоки, размещены в корпусе устройства так, что их оси излучения лежат на нормалях к участкам измеряемой поверхности, а сами они пространственно разнесены друг относительно друга. По ходу лучей расположены светоделительные элементы в виде прозрачных пластин, перераспределяющих часть излучения на дополнительные фотоприемники для контроля мощности измерительного и сравнительного каналов, а также светофильтры, вблизи которых находится измеряемая поверхность. Под острым углом к этой поверхности сформированы отверстия измерительного и сравнительного каналов, в которых установлены фотоприемники для регистрации отраженного светового потока. Каналы разнесены в пространстве и предназначены для измерения соседних участков поверхности. Объектом измерений является поверхность реактивной индикаторной бумаги, на которой происходит реакция с образованием поглощающих комплексов, меняющих отражательные свойства соответствующего участка поверхности. На участке, используемом в качестве сравнительного, не происходит образования комплексов, но происходит изменение отражательных свойств поверхности за счет физического взаимодействия с пробой (намокание и т.д.), что позволяет учитывать фактор нанесения пробы и повышает точность измерений.

Недостатки известного устройства следующие: - использование двух соседних участков при измерениях, осуществляемых двумя независимыми каналами с индивидуальными, хотя и близкими, характеристиками (в том числе и спектральными) фотоприемников и источников излучения вносят дополнительные постоянные составляющие погрешности в измерения, что снижает точность измерений; - устройство, как и ранее рассмотренные аналоги, применяется для измерения диффузного отражения химически чувствительных индикаторных полосок и реактивных бумаг, использующихся для количественного определения концентраций веществ, и ему присуще те же недостатки, ограничивающие чувствительность и диапазон измерений (низкая чувствительность и укороченный динамический диапазон измерения концентраций вследствие малого оптического пути, а также наличие дополнительной погрешности измерений, обусловленной нестационарностью характеристик индикаторных полосок и бумаг); - вследствие наличия неоднородных химически чувствительных зон на поверхности индикаторных полосок и реактивных бумаг фотометрические измерения двух соседних участков будут содержать дополнительную составляющую случайной погрешности, обусловленной этой неоднородностью; - отклонение от плоскостности измеряемой поверхности после нанесения жидкой пробы ведет к появлению случайной составляющей погрешности за счет пространственного перераспределения отраженного светового потока относительно фотоприемных устройств.

Отмеченные недостатки, а также необходимость нанесения исследуемой и сравнительной проб на соседние участки не позволяют использовать устройство для точных количественных экспрессных измерений концентрации вещества.

Предлагаемое оптическое устройство решает задачу расширения диапазона концентраций анализируемых веществ при одновременном увеличении чувствительности измерений, понижении порога обнаружения вещества и уменьшении погрешности измерений.

Поставленная задача решается за счет того, что оптическое устройство для химического анализа, содержащее химически чувствительный оптический элемент, источники зондирующего излучения, устройство сбора отраженного света, светофильтр и фотоприемники, при этом оси зондирующего излучения нормальны к поверхности чувствительного элемента, устройство сбора, светофильтр и фотоприемники расположены на других осях, сопряженных с осями зондирующего излучения в точках, находящихся вблизи поверхности химически чувствительного элемента, снабжено отражающей подложкой, выполненной в виде диффузного отражателя, имеющего оптический контакт с элементом, выполненным в виде оптически прозрачного тонкого слоя, причем размеры химически чувствительного элемента, устройства сбора отраженного света, пятна зондирующего излучения на подложке и чувствительной площадкой фотоприемника связаны между собой следующими соотношениями: [ltg(arcsin(1/n))]+d₁>}d<D, 4(d/l)<100,l{1-[tg(arcsin((sinf)/n))]/tgf]}, d_s<D, d_s=K₁d,
где l - толщина химически чувствительного элемента, n - показатель преломления чувствительного элемента, d₁ - размер светового пятна на отражающей подложке в плоскости оптического контакта с чувствительным элементом, d - размер химически чувствительного элемента, D_f - размер входного зрачка устройства сбора, t - расстояние от поверхности контакта химически чувствительного элемента с отражающей подложкой до точки сопряжения осей зондирующего излучения и устройства сбора светового потока, f - центральный угол регистрации светового потока, определяемый в плоскости распространения отраженного потока, d_s - максимальный линейный размер светового пятна на площадке фотоприемника, D_p - размер площадки фотоприемника, K₁ - функция линейного преобразования устройства сбора.

При взаимодействии с определяемым компонентом исследуемой пробы оптически прозрачный тонкий слой химически чувствительного элемента меняет свое светопоглощение в соответствии с законом Бэра, так что связь между светопоглощением элемента и концентрацией искомого компонента описывается линейной зависимостью. Зондирующее излучение, пройдя через тонкий слой чувствительного элемента, перераспределяется диффузно отражающей подложкой в области телесного угла (2 п). Затем часть лучей, для которых выполняется соотношение: f₁<f, где f₁ - угол между лучом светового потока, падающим на границу раздела чувствительный элемент-среда и нормалью к границе раздела сред в точке падения, f_k=arcsin(1/n) - критический угол падения, связанный с показателем преломления среды n, проходит через чувствительный элемент и выходит наружу из элемента. Другая часть светового потока вследствие известного эффекта полного внутреннего отражения (ПВО) практически без потерь отражается от границы раздела чувствительный элемент - среда, проходит через чувствительный элемент, перераспределяется подложкой, снова проходит через чувствительный элемент и попадает на границу раздела сред. Часть лучей светового потока, для которых выполняется вышеуказанное соотношение, выходит наружу. Аналогичное распределение потоков происходит при каждом отражении от подложки. Использование диффузно отражающей подложки позволяет эффективно и многократно перераспределять световые потоки. Таким образом, результирующий световой поток, выходящий из чувствительного элемента, содержит потоки, прошедшие через толщину элемента несколько раз, что дает возможность регистрировать малые значения поглощения чувствительного элемента. В случае значительного поглощения элемента световой поток сильно ослабляется уже при первых прохождениях через элемент, так что основной вклад в результирующий выходящий поток вносят лучи, прошедшие через толщину элемента только два раза. Вышеописанный эффект существенен для отношений характеристического размера чувствительного элемента d к его толщине l, лежащих в интервале от 4 до 80-100.

Как ранее отмечалось, в процессе взаимодействия чувствительного элемента с определяемым веществом происходит образование окрашенных комплексов, причем существуют известные кинетические зависимости между изменением светопоглощения элемента и концентрацией образовавшихся комплексов, а следовательно, концентрацией определяемого вещества [4]. Применение в качестве химически чувствительного элемента оптически прозрачного тонкого слоя, находящегося в контакте с отражающей подложкой, позволяет проводить измерение кинетики процесса за достаточно малое время и тем самым реализовать возможность экспрессного определения концентрации искомого вещества в течение нескольких секунд.

Для эффективного сбора отраженного светового потока необходимо, чтобы размер входного зрачка D_f, а также значение пространственного апертурного угла устройства сбора отраженного света определенным образом соотносились с размерами светового пятна d₁ на подложке в плоскости оптического контакта с чувствительным элементом, размерами элемента d и l, показателем преломления элемента n, расстоянием t от поверхности контакта чувствительного элемента с отражающей подложкой до точки сопряжения осей зондирующего излучения и устройства сбора. Причем апертурный угол (область регистрации светового потока) определенным образом связан с диапазоном и чувствительностью измерений [5].

Использование в качестве источника излучения устройства, формирующего попеременно две или несколько селективных полос спектрального диапазона (например, светодиода с двумя или несколькими излучающими площадками), позволяет реализовать режим двухволнового (многоволнового) измерения, что в случае измерений отражающих объектов с характерными пиками поглощения дает возможность снизить погрешность измерений, обусловленную дефектами формы и неоднородностью чувствительного элемента. Например, если при двухволновом режиме измерительный канал пространственно совпадает с опорным (сигнал разделен лишь во времени), то осуществляются фотометрические измерения одного и того же пространства чувствительного элемента, что позволяет снизить погрешность измерений по сравнению с прототипом.

Изобретение поясняется чертежом, на котором представлено поперечное сечение оптического устройства (фиг. 1). Варианты различного выполнения оптического устройства для химического анализа и его элементов, которые охватываются формулой изобретения, представлены на фиг. 2 - 9.

Оптическое устройство для химического анализа, представленное поперечным сечением на фиг. 1, содержит источник зондирующего излучения 1 и диафрагмы 2, расположенные на оси, совпадающей с нормалью к поверхности тонкослойного оптически прозрачного химически чувствительного элемента 3, имеющего оптический контакт с диффузно отражающей подложкой 4. На другой оси, пространственно совпадающей с первой осью, и над чувствительным элементом расположено устройство сбора отраженного света 5, первый фокус которого находится на расстоянии t от поверхности контакта чувствительного элемента с отражающей подложкой, а второй - за корректирующим светофильтром 6 на чувствительной площадке фотоприемника 7. Световой поток источника излучения 1 диафрагмами 2 формируется в световое пятно размером d₁ на подложке 4. Причем размеры светового пятна выбраны таким образом, чтобы обеспечить возможность многократного распространения световых лучей в чувствительном элементе, выход их из элемента и перераспределение на фотоприемник через устройство сбора отраженного света. Эти условия определяют первое соотношение: { 2[ltg(arcsin(1/n))] +d₁}d< D_f. Многократность хода световых лучей в чувствительном элементе наиболее эффективно проявляется при отношениях размера элемента к его толщине,лежащих в интервале от 4 до 100, что определяет второе соотношение: 4(d/l)<100. При определенном сопряжении фокусных расстояний устройства сбора светового потока с местом расположения чувствительного элемента (отражающей подложки) и поверхностью фотоприемника световой поток с минимумом потерь перераспределяется на фотоприемник, что и регламентируется следующим соотношением:
0<tl{1-[tg(arcsin((sinf)/n))]/tgf]}.

На фотоприемник световой поток проецируется в виде размытого пятна размером d_s, меньшим, чем чувствительная площадка приемника, с целью устранения влияния формы и плоскостности поверхностей чувствительного элемента на результаты измерений: d_s<D. Размер светового пятна определяется функцией линейного преобразования устройства сбора в соответствии с последним соотношением: d_s=K₁d. Таким образом обеспечивается взаимосвязь параметров оптического устройства.

Оптическое устройство для химического анализа (фиг. 2) содержит источник зондирующего излучения 1 и диафрагмы 2, расположенные на оси, совпадающей с нормалью к поверхности тонкослойного оптически прозрачного химически чувствительного элемента 3, имеющего оптический контакт с диффузно отражающей подложкой 4. На другой оси, пространственно совпадающей с первой осью, и над чувствительным элементом расположено устройство сбора 5 отраженного света, выполненное в виде эллиптического отражателя, первый фокус которого находится на расстоянии t от поверхности контакта чувствительного элемента с отражающей подложкой, а второй - за корректирующим светофильтром 6 на чувствительной площадке фотоприемника 7. Причем для размеров элемента и расстояния t выполнимы ранее полученные соотношения. Световой поток источника излучения 1 диафрагмами 2 формируется в световое пятно размером d₁ на подложке 4. Прошедший через чувствительный элемент 3 и отраженный подложкой поток в телесном угле, величина которого определена размерами эллиптического отражателя, симметрично перераспределяется на фотоприемное устройство в виде размытого светового пятна размером d_s, что дает возможность измерять светопоглощение чувствительного элемента, не предъявляя особых требований к форме и плоскостности его поверхностей, так как осуществляется интегральная оценка отраженного светового потока в заданном телесном угле. Это свойство заявляемого устройства позволяет использовать его для измерений кинетики процессов образования окрашенных (светопоглощающих) комплексов при химических взаимодействиях после нанесения капли пробы 8 на чувствительный элемент 3, находящийся на подложке 4 (фиг. 3,a), что может быть применено при создании экспресс-анализаторов. Отклонения формы и размеров капли пробы не вносят существенных погрешностей и незначительно влияют на результаты измерений. Для дополнительного удобства при эксплуатации чувствительный элемент может быть помещен в оправу 9 (фиг. 3,b). Расположение устройства сбора отраженного света относительно чувствительного элемента, размеры входного зрачка устройства сбора, чувствительного элемента, светового пятна на отражающей подложке, площадки фотоприемника, а также параметры эллиптического отражателя (функция линейного преобразования и центральный угол регистрации светового потока, определяющие оси эллипса и высоту отражателя) связаны между собой выше полученными соотношениями.

Оптическое устройство для химического анализа в другом варианте (фиг. 4) содержит источник зондирующего излучения 1, диафрагмы 2, расположенные на оси, совпадающей с нормалью к поверхности тонкослойного оптически прозрачного химически чувствительного элемента 3, помещенного в оправу 9 и имеющего оптический контакт с исследуемой пробой 8, а через нее - с диффузно отражающей подложкой 4, выполненной в виде цилиндрического отражателя с ограничительным выступом (фиг. 5). На другой оси, пространственно совпадающей с первой осью, и внизу от элемента расположено устройство сбора 5 отраженного света, выполненное в виде эллиптического отражателя, первый фокус которого находится на расстоянии t от поверхности отражающей подложки, а второй - за корректирующим светофильтром 6 на чувствительной площадке фотоприемника 7. Исследуемая проба 8 наносится на чувствительный элемент 3, расположенный в оправе 9, препятствующей растеканию жидкости, сверху помещается отражатель таким образом, что часть пробы заполняет зазор между цилиндрическими поверхностями оправы и отражателя, создавая строго фиксированный тонкий слой жидкости между торцевыми поверхностями чувствительного элемента и отражателя. Взаимодействие определяемого в пробе вещества с чувствительным элементом приводит к изменению поглощения элемента, которое соответствует определенному изменению светового потока на фотоприемнике устройства, а следовательно, изменению электрического сигнала. По известным кинетическим зависимостям изменения светопоглощения чувствительного элемента во времени можно найти концентрацию определяемого компонента в пробе. Взаимное расположение элементов оптического устройства, а также параметры эллиптического отражателя, размеры чувствительного элемента, светового пятна на подложке, площадки фотоприемника выбраны в соответствии с указанными соотношениями.

Оптическое устройство для химического анализа (фиг. 6) содержит источник зондирующего излучения 1, светоделительный элемент 10, зеркальный отражатель 11, диафрагмы 2, расположенные на осях, нормальных к поверхности химически чувствительных элементов 3 и 3', имеющих оптический контакт с диффузноотражающей подложкой 4, эллиптические отражатели 5 и 5', представляющие собой две части одной эллиптической поверхности, разрезанной по оси, перпендикулярной плоскости чертежа. Первый фокус каждого отражателя находится на расстоянии t от поверхности контакта элемента с подложкой и на нормали к этой поверхности, второй - за корректирующим светофильтром на поверхности чувствительных площадок фотоприемника 7, причем площадки 12 и 12' фотоприемника 7 независимы и разнесены в пространстве. При нанесении пробы с определяемым веществом на химически чувствительный элемент 3 происходит изменение светового потока, падающего на одну из площадок фотоприемника 7 (например, 12'), пропорциональное концентрации вещества. На химически чувствительный элемент 3' наносится проба, в которой отсутствует анализируемое вещество, но при этом происходит изменение светопоглощения за счет других взаимодействий "холостой" пробы с элементом, что позволяет учитывать ряд процессов, влияющих на точность измерений. При этом в отличие от прототипа измерения осуществляются двумя каналами с идентичными характеристиками источника зондирующего излучения и практически одинаковыми - фотоприемников, что не вносит дополнительную погрешность в измерения. Отклонение от плоскостности измеряемой поверхности не приводит к появлению существенной дополнительной погрешности за счет пространственного перераспределения отраженного светового потока относительно фотоприемных устройств, так как использование эллиптических отражателей позволяет проецировать на фотоприемник поток, отраженный в полукруговом пространстве телесного угла. Эллиптические отражатели имеют параметры (размеры осей, входного зрачка, высоту) и расположение относительно чувствительных элементов, соответствующее приведенным ранее соотношениям. Размеры чувствительного элемента (фотометрируемой области), световых пятен на отражающей подложке площадок фотоприемника также определенным образом связаны между собой.

Оптическое устройство для химического анализа (фиг. 7) содержит источник зондирующего излучения 1 и диафрагмы 2, расположенные на оси, совпадающей с нормалью к поверхности тонкослойного оптически прозрачного химически чувствительного элемента 3, имеющего оптический контакт с диффузно отражающей подложкой 4. Размеры элемента выбраны таким образом, что отношение его максимального линейного размера к толщине находится в интервале от 4 до 100. Над чувствительным элементом находится устройство сбора отраженного света, выполненное в виде волоконно- оптического коллектора 5, оси которого пересекаются первой осью на расстоянии t от поверхности контакта чувствительного элемента с отражающей подложкой и расположены под углом f относительно нормали к поверхности подложки (в плоскости распространения отраженного потока). Расстояние t зависит от толщины, показателя преломления элемента и центрального угла регистрации светового потока. Размер входного зрачка волоконно-оптического коллектора и размер светового пятна на подложке находятся в зависимости от размеров чувствительного элемента и его показателя преломления. Выход коллектора расположен вблизи светофильтра 6, за которым находится фотоприемник 7. Отраженный от чувствительного элемента 3 и подложки 4 световой поток оптическими волокнами коллектора 5 передается на фотоприемник 7 таким образом, что максимальный размер светового пятна на фотоприемнике меньше, чем размер его чувствительной площадки. Размер светового пятна непосредственным образом связан с функцией преобразования волоконно-оптичеокого коллектора и размером химически чувствительного элемента. Соотношения размеров и взаимное расположения составных частей оптического устройства соответствуют заявленной формуле.

Оптическое устройство для химического анализа (фиг. 8) содержит источник зондирующего излучения 1 и диафрагмы 2, расположенные на оси, совпадающей с нормалью к поверхности тонкослойного оптически прозрачного химически чувствительного элемента 3, имеющего оптический контакт с диффузно отражающей подложкой 4. Над чувствительным элементом, размеры которого соответствуют ранее указанному соотношению, расположено устройство сбора отраженного света, выполненное в виде расщепленного волоконно-оптического световода 5 (ответвителя), имеющего один входной и два выходных торца, причем входной торец (сечение А-А) имеет две области волокон: периферийную 13 и центральную 14, каждая из которых соответствует жгуту выходного торца. Центральная область 14 представляет собой круг, соответствующий торец которого связан с источником излучения 1 так, что световой поток от источника из центральной области падает на элемент 3, образуя световое пятно размером d₁. Отраженный световой поток через периферийную область 13, имеющую форму кругового кольца, перераспределяется на другой выходной торец, находящийся вблизи светофильтра 6, за которым расположен фотоприемник 7. Периферийная область имеет такие размеры входного зрачка, которые позволяют перераспределять световой поток, отраженный в некоторой области телесного угла вблизи центрального угла регистрации f. Кроме того, световод имеет параметры, обеспечивающие получение светового пятна размером d_s, меньшем чем размер чувствительной площадки фотоприемника. Таким образом составные части оптического устройства имеют взаимное расположение и характеристики, соответствующие заявленной формуле.

Оптическое устройство для химического анализа (фиг. 9) содержит источник зондирующего излучения 1, диафрагмы 2, расположенные на оси, совпадающей с нормалью к поверхности тонкослойного оптически прозрачного химически чувствительного элемента 3, имеющего оптический контакт с диффузно отражающей подложкой 4 и размеры, определенные заявленным соотношением. Над химически чувствительным элементом на оси, совпадающей с нормалью к поверхности элемента, расположено устройство сбора отраженного света 5, выполненное в виде полого стеклянного цилиндра, на боковые поверхности которого нанесено зеркальное (отражающее) покрытие, нижняя торцевая поверхность представляет собой внутренний конус с определенным углом при вершине, совпадающим с центральным углом регистрации светового потока, а верхняя торцевая поверхность является плоской и параллельной плоскости элемента 3. Нормаль к боковой поверхности внутреннего конуса, проведенная из центра конуса, пересекается с осью в точке, находящейся на расстоянии t от отражающей подложки. Верхняя торцевая поверхность расположена в непосредственной близости от светофильтра 6 и фотоприемника 7. Зондирующее излучение от источника 1 диафрагмами 2 формируется в световое пятно на подложке 4, размеры которого зависят от размеров и показателя преломления элемента 3. Отраженный от чувствительного элемента 3 и подложки 4 световой поток входит через нижнюю торцевую поверхность в цилиндр 5 и, многократно отражаясь от боковых поверхностей, выходит через верхнюю торцевую поверхность. Затем, пройдя через светофильтр 6, попадает на фотоприемник 7. Размеры полого стеклянного цилиндра (внутренний и внешний диаметры) зависят от размеров чувствительного элемента, светового пятна на подложке, площадки фотоприемника и соответствуют приведенным соотношениям.

Расширение диапазона концентраций анализируемых веществ при одновременном увеличении чувствительности позволит повысить точность определения искомого компонента, исключить операции по разведению пробы, таким образом сократив общее время анализа. Увеличение диапазона концентраций определяемых веществ по крайней мере в 2-10 раз по сравнению с диапазоном, получаемым при использовании аналогов и прототипа, позволит существенно упростить анализ.

Источники информации
1. Pat. 3720166, G 01 J 3/50 (G 01 N 21/01), DE, 29.12.88. "Photomelrische Zelle zum Auswerten der intensitat der Verferbung von Reagenzstreifen"
2. Pat. 0299314, G 01 N 21/47, EP, 4.07.88. "Readhead for reflectance measurement of distant samples"
3. Pat. 3407754, G 01 N 21/55 (G 01 N 33/52), DE, 12.09.85. "Gerat zur Bestimmung des diffusen Reflexionsvermogens einer Probenflache kleiner Abrmessungen"
4. V. E. Kurochkin and E.D. Makarova "Reflectance Spectrophotometry of Plasticized Membranes for Design of Fast Chemosensors"/ Analytical Communications. -1996. Vol. 33.

5. А. А. Евстрапов, В.Е.Курочкин "Оценка поглощения тонкослойных чувствительных элементов в отраженном свете" / Оптический журнал. -1995. N 5 С. 50-53.

Формула изобретения

Оптическое устройство для химического анализа, содержащее химически чувствительный оптический элемент, источники зондирующего излучения, устройство сбора отраженного света, светофильтр и фотоприемники, при этом оси зондирующего излучения нормальны к поверхности химически чувствительного элемента, устройство сбора, светофильтр и фотоприемники расположены на других осях, сопряженных с осями зондирующего излучения в точках, находящихся вблизи поверхности химически чувствительного элемента, отличающееся тем, что устройство снабжено подложкой, выполненной в виде диффузного отражателя, имеющего оптический контакт с элементом, выполненным в виде оптически прозрачного тонкого слоя, при этом размеры химически чувствительного элемента, устройства сбора отраженного света, пятна зондирующего излучения на подложке и чувствительной площадки фотоприемника связаны между собой следующими соотношениями:
{2[ltg(arcsin(1/n))] + d₁} d < D_f,
4 (d/l) < 100,
0 < t l{1-[tg(arcsin((sin f)/n))]/tg f]},
d_s < D_p,
d_s = K₁d,
где l - толщина химически чувствительного элемента;
n - показатель преломления чувствительного элемента;
d₁ - размер светового пятна на отражающей подложке в плоскости оптического контакта с чувствительным элементом;
d - размер химически чувствительного элемента;
D_f - размер входного зрачка устройства сбора;
t - расстояние от поверхности контакта химически чувствительного элемента с отражающей подложкой до точки сопряжения осей зондирующего излучения и устройства сбора;
f - центральный угол регистрации светового потока, определяемый в плоскости распространения отраженного потока;
d_s - максимальный линейный размер светового пятна на площадке фотоприемника;
D_p - размер площадки фотоприемника;
К₁ - функция линейного преобразования устройства сбора.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9