一種光度計燈源切換機構(gòu)、單色器及紫外可見分光光度計的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及一種光度計領(lǐng)域，尤其是一種光度計燈源切換機構(gòu)、單色器及紫外可見分光光度計。
【背景技術(shù)】
[0002]傳統(tǒng)的分光光度計的分析原理是利用物質(zhì)對不同波長光的選擇吸收特性而建立起來的分析方法。通常利用棱鏡或光柵分光來取得單色光，使單色光連續(xù)地依次通過溶液，并測得該溶液對每一波長的吸收，最后用硅光電池接收被吸收的光信號，并用現(xiàn)代電子技術(shù)和計算機技術(shù)將光信號轉(zhuǎn)化成量化的吸光度值τ%和圖譜曲線反映在液晶屏上或PC機上。通過對吸收光譜的分析，便可判斷分析對象的物質(zhì)結(jié)構(gòu)及化學(xué)成分?？蓮V泛應(yīng)用于化工、藥品、生化、冶金、輕工業(yè)、紡織、材料、環(huán)保、醫(yī)學(xué)化驗、教育等行業(yè)，是分析試驗行業(yè)中重要的質(zhì)量控制儀器之一，是常規(guī)實驗室的必備儀器。
[0003]—臺紫外可見分光光度計在結(jié)構(gòu)上，可由光源101，單色器102，樣品室103，檢測放大控制系統(tǒng)104和結(jié)果顯示系統(tǒng)105等幾大部分組成。其結(jié)構(gòu)方框圖如圖1所示。
[0004]進(jìn)一步地，圖2(1)、圖2(2)給出了應(yīng)用圖1中的紫外可見分光光度計應(yīng)用在紫外可見分光光度計光路系統(tǒng)的示意圖和系統(tǒng)組成圖。
[0005]從圖2(I)可看出，光源11部分由鎢燈1、氘燈3、反射鏡4、切換鏡2及進(jìn)狹縫5組成。鎢燈I是可見和近紅外光譜區(qū)的光源。適用的波長范圍為250-2000nm。氘燈3是目前用于紫外分光光度計中最理想的紫外光源，適用的波長范圍為185-400nm。氘燈3工作時，光源能量的最大值在230nm附近，并在可見區(qū)有486.0nm和656.1nm兩根特征譜線，可用作對儀器波長準(zhǔn)確度校正用。
[0006]單色器12部分包括:平面反射鏡6、準(zhǔn)直鏡7、紫外光柵8、濾光片9、出狹縫10、透鏡IU。紫外光柵8是色散元件，它能將復(fù)合白光色散成單色光并按波長由大到小的順序排列，形成光譜帶。由于光柵光譜中存在著級次之間的光譜重迭問題，故要采用濾光片9來消除光譜重迭問題。樣品室是參比樣品或被測樣品安置的暗室，因此，要求其內(nèi)部黑色無光，密封無塵，內(nèi)部容積愈大愈好，涂層(鍍層)抗腐蝕。應(yīng)能放置各種類型、不同光程比色皿，吸收池和相應(yīng)的池架附件，如積分球、反射部件、熒光附件、恒溫附件、流動池、自動樣品架等。
[0007]檢測放大控制系統(tǒng)104包括:光電池14和運算放大器，光電池14能將光信號轉(zhuǎn)化為電信號，運算放大器將信號放大后經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后送至CPU，再由CPU并送至顯示器顯示或打印機輸出。
[0008]上述結(jié)構(gòu)的光學(xué)系統(tǒng)，其工作流程是:如圖2(1)，鎢燈I發(fā)出的白光(波長為250-2000nm)通過切換鏡2改變方向而打在反射鏡4上，經(jīng)反射鏡4匯聚成像(矩形光斑)到進(jìn)狹縫5上;或者是氘燈3發(fā)出的粉紅色光(波長為185-400nm)，由于此時程序控制使切換鏡2抬起，所以就直接打在反射鏡4上，經(jīng)反射鏡4匯聚成像(圓形光斑)到進(jìn)狹縫5上。經(jīng)進(jìn)狹縫5向前的光被平面反射鏡6反射到準(zhǔn)直鏡7上。準(zhǔn)直鏡7又將光反射到紫外光柵8上，由于紫外光柵8有色散功能，經(jīng)紫外光柵8反射出的光就是由單色光按波長大小順序排列的單色光譜帶。光譜帶又照在準(zhǔn)直鏡7上，由于入射角已發(fā)生變化，照在準(zhǔn)直鏡7的部分單色光被反射到濾光片9，經(jīng)濾光片9進(jìn)一步濾光后由出狹縫10經(jīng)透鏡Ill匯聚后射向樣品12溶液，光經(jīng)樣品12溶液吸收后，經(jīng)透鏡Π 13匯聚最后落在光電池14接收器上。
[0009]一臺紫外可見分光光度計的光源101分為可見部分和紫外部分，波長范圍在190nm-1100nm。其中190nm-339nm為紫外光，由氘燈3提供，氘燈3是目前用于紫外分光光度計中最理想的紫外光源；340nm-l 10nm為可見光，由鹵媽燈I提供。鹵媽燈I是常用的可見和近紅外光譜區(qū)的光源。目前還沒有能提供190nm-1100nm全波段的單一光源，所以常用儀器的光源是由兩種光源分段提供的，在340nm是個切換點，在340nm以前是由氘燈3提供光源，在340nm及以后由鎢燈I提供光源。其工作原理如下:儀器接通電源后，鎢燈I和氘燈3都點亮，當(dāng)儀器的波長選定在340nm-1100nm時，如圖2(3)所示，步進(jìn)電機15驅(qū)動切換鏡座16轉(zhuǎn)到水平位置，使得切換鏡2置于光路中，這樣鎢燈I發(fā)出的可見光通過切換鏡2平面反射后，打在反射鏡4上，通過反射鏡4的凹面匯聚，將可見光匯聚在進(jìn)狹縫5的狹縫中，從而實現(xiàn)給單色器提供可見光源。此時的氘燈3發(fā)出的紫外光被切換鏡座16遮擋，打不到反射鏡4，所以就打不到進(jìn)狹縫5的狹縫中。
[0010]當(dāng)儀器的波長選定在190nm-339nm時，如圖2(4)所示，步進(jìn)電機15驅(qū)動切換鏡座16轉(zhuǎn)到豎直位置，使得切換鏡2抬起，這樣鎢燈I發(fā)出的可見光正好被遮光板17遮擋，所以打不到進(jìn)狹縫5上。而氘燈3發(fā)出的紫外光，直接打在反射鏡4上，通過反射鏡4的凹面匯聚，將紫外光匯聚在進(jìn)狹縫5的狹縫中，從而實現(xiàn)給單色器提供紫外光源?？梢姽夂妥贤夤獯蛟谶M(jìn)狹縫5上光斑如圖3(1)?3(3)所示。
[0011]正是因為切換鏡2的抬起和放下，才實現(xiàn)了儀器兩種光源的切換，使得儀器在190nm-1100nm波長范圍內(nèi)產(chǎn)生連續(xù)光譜。因此切換鏡2的抬起和放下功能對儀器來說非常重要，為了實現(xiàn)切換鏡2的抬起和放下功能，在結(jié)構(gòu)上將它模塊化，做成了一個燈源切換機構(gòu)如圖4所示，這樣便于安裝調(diào)試，也便于維修服務(wù)。
[0012]圖4所示的燈源切換機構(gòu)裝配在儀器上是通過兩顆M4X10盤頭螺絲25加彈、平墊將底板22固定在圖2(3)所示的單色器102的安裝板106上。如圖4、5、6所示，此燈源切換機構(gòu)主要有步進(jìn)電機15、電機架組件27、鏡臂組件28、微動開關(guān)24及其支架23組成。鏡臂組件28是用兩顆M2.5X8盤頭螺絲25緊固在步進(jìn)電機15軸上，所以步進(jìn)電機15的電機軸轉(zhuǎn)動時，鏡臂組件28也同時轉(zhuǎn)動。切換鏡座16和軸套19是鉚接為一起，切換鏡2是用704膠粘在切換鏡座16的凹槽中。
[0013]工作時，步進(jìn)電機15電機軸順時針轉(zhuǎn)動帶動鏡臂組件28順時針轉(zhuǎn)動，當(dāng)鏡臂組件28上的切換鏡座16碰到微動開關(guān)24時，步進(jìn)電機15停止轉(zhuǎn)動，此時鏡臂組件28就被步進(jìn)電機15鎖定在水平狀態(tài)。從水平狀態(tài)步進(jìn)電機15電機軸再按逆時針轉(zhuǎn)動90度后停止轉(zhuǎn)動，鏡臂組件28就被步進(jìn)電機15鎖定在豎直狀態(tài)。而粘在鏡臂組件28上的切換鏡2因此被放下和抬起，從而實現(xiàn)了儀器兩種光源的切換。
[0014]如圖4所示，這種切換鏡組件還有一個功能，就是可以調(diào)節(jié)切換鏡2的角度，如圖5，電機架18、底板22、彈片21是通過4顆M2X10螺絲加彈墊和壓板20固定為一體，由于彈片21是由0.5mm厚磷青銅板做成的，所以電機架18和底板22之間為彈性連接，當(dāng)用M4盤頭螺絲25穿過電機架18上的孔擰緊底板22上的M4螺紋孔時，電機架18和底板22之間的夾角小于90度，當(dāng)松開M4盤頭螺絲25，而將電機架18上的M4緊定螺釘26向下擰并頂向底板22時，電機架18和底板22之間的夾角大于90度。這樣電機架18就有調(diào)節(jié)角度的功能，步進(jìn)電機15是固定在電機架18上，鏡臂組件28是固定在步進(jìn)電機15軸上，所以鏡臂組件28也有調(diào)節(jié)角度的功能，切換鏡2是用硅膠粘牢在鏡臂組件28的切換鏡座16上，所以切換鏡2的角度因此可以調(diào)節(jié)。切換鏡2的角度可以調(diào)節(jié)的原因如下:
[0015]光路系統(tǒng)要求光束在同一焦平面上，光源即鎢燈I和氘燈3的發(fā)光中心、切換鏡2、凹面反射鏡4的球面中心、進(jìn)狹縫5的狹縫中心應(yīng)在同一個平面上，這個平面我們稱之為焦平面。實際生產(chǎn)中零部件加工和裝配誤差導(dǎo)致鎢燈I和氘燈3的發(fā)光中心、切換鏡2、凹面反射鏡4的球面中心、進(jìn)狹縫5的狹縫中心不可能正好在同一高度，這樣光源發(fā)出的不會正好打在進(jìn)狹縫5的狹縫中心，導(dǎo)致光學(xué)系統(tǒng)能量低，雜散光大，精度指標(biāo)上不去。所以在光路系統(tǒng)中，切換鏡2、反射鏡4、準(zhǔn)直鏡7等角度都要可調(diào)。
[0016]光路系統(tǒng)在調(diào)校時，先調(diào)校氘燈3的光源，因為氘燈(3)精密且重要一點，通過調(diào)整反射鏡4的角度，使氘燈3光打在進(jìn)狹縫5的狹縫中心;接著調(diào)校鎢燈I的光源，因此時反射鏡4角度已調(diào)好不能動，那鎢燈(I)的光源只能調(diào)整切換鏡2的角度使鎢燈I的光打在進(jìn)狹縫5的狹縫中心。由此可知切換鏡2是鎢燈I光源專用的。在儀器實際運輸過程中，發(fā)現(xiàn)鎢燈(I)的光源打在進(jìn)狹縫5上的矩形光斑(如圖3(3)不在中心，上下方向易偏，而氘燈3光源打在進(jìn)狹縫5上的圓形光斑(如圖3(2)位置不變，因此可初步判斷是鎢燈I位置或切換鏡2的角度變了，進(jìn)一步研究和驗證發(fā)現(xiàn)是固定切換鏡2的燈源切換機構(gòu)(如圖4)出問題了。
[0017]如圖4，這種燈源切換機構(gòu)，為了調(diào)節(jié)切換鏡2的角度，費了一番周折，如圖5，先是通過一顆M4盤頭螺釘25的拉力和一顆M4緊定螺釘26的推力相互退進(jìn)作用在底板22上而改變改變電機架18的角度，由此改變了固定其上的步進(jìn)電機15角度，進(jìn)而改變固定在步進(jìn)電機15軸上的鏡臂組件28的角度，由此而改變了切換鏡2的角度。同時這種固定步進(jìn)電機15的電機架組件27結(jié)構(gòu)受力偏載，在運輸過程中的振動極易導(dǎo)致盤頭螺釘25和緊定螺釘26的松動，從而使切換鏡2的角度發(fā)生變化，導(dǎo)致光路偏了。
[0018]綜上所述，如圖4、圖5中的燈源切換機構(gòu)的缺點是:切換鏡2的角度調(diào)節(jié)能力，間接地產(chǎn)生于遠(yuǎn)離它的機構(gòu)上，且這種調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)還承受著步進(jìn)電機15和結(jié)構(gòu)本身的偏載力，角度的調(diào)節(jié)和保持僅靠一個M4盤頭螺釘25和一個M4緊定螺釘26的互為進(jìn)退的“矛盾作用”而產(chǎn)生鎖緊力，不好操作。特別在運輸過程中，容易松動，光路位置會發(fā)生變化，這對光學(xué)儀器是很大的隱患。
【實用新型內(nèi)容】
[0019]應(yīng)當(dāng)理解，本公開以上的一般性描述和以下的詳細(xì)描述都是示例性和說明性的，并且旨在為如權(quán)利要求所述的本公開提供進(jìn)一步的解釋。
[0020]針對上述現(xiàn)有紫外可見分光光度計系統(tǒng)在燈源切換上存在的問題，本實用新型提出一種改進(jìn)的可直接調(diào)整切換鏡角度且有燈切換功能的燈切換機構(gòu)，通過步進(jìn)電機剛性固定，受力均衡，且于切換鏡角度無關(guān);切換鏡角度容易調(diào)節(jié)和長久保持。
[0021]為了實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本實用新型提供了一種光度計燈源切換機構(gòu)，其特征在于，包括:<