SPECTROMICROSCOPIE

Spectromicroscopie UV-VIS

300

II.5.

SPECTROMICROSCOPIAMOLECULAR N DOMENIUL

VIZIBIL

II.5.1. Definiie i clasificarea

Spectromicroscopia este o tehnic combinat care valorific concomitentinformaiile spectrale i microscopice din radiaia electromagnetic cetrece printr-o proba de analizat transparent sau care se reflect de pematerie opac. Avantajele spectromicroscopiei faa de analizaspectrometric i microscopic, practicate fiecare separat, snt legate defaptul ca odat cu examinarea imaginii microscopice a unei zone sepoate efectua concomitent i analiza spectrometric a acelei zonedeterminndu-se compoziia chimic calitativ i cantitativ a acesteia. Deasemenea, spectromicroscopia face posibil urmrirea unor cineticichimice i biochimice din punct de vedere al compoziiei chimice areactanilor i produilor de reacie n strns corelare cu evoluia imaginiimicroscopice a speciilor participante. Tot ca vantaj trebuie privit i


301

productivitatea dubla fa de cea realizat la analiza spectrometric iexaminarea microscopic practicate fiecare separat. Este evident canaliza combinat spectromicroscopic n cazul lichidelor se poate facenumai in situaiile n care specia urmrit se gsete sub form departicule microscopice distribuite n lichid. La corpuri solide saupulverulente examinarea concomitent se efectueaz fr problemedeosebite pe principiul analizei radiaiei reflectate

La ora actual, exist pe pia urmtoarele tipuri despectromicroscoape:

- Spectromicroscoape n domeniul spectral vizibil- Spectromicroscoape n domeniul spectral infrarou- Spectromicroscoape Raman- Spectromicroscoape Rntgen- Spectromicroscoape de rezonan magnetic

II.5.2. Spectromicroscoape de laborator pentru domeniul vizibil

Aceste echipamente au la baz constatarea c o radiaieelectromagnetic n domeniul vizibil care a traversat un mediutransparent sau s-a reflectat de pe un material opac conine informaiispectrale i imagistice care pot fi analizate fiecare separat dup ceradiaia luminoas este scindat cu un sistem optic n dou canale opticeindependente. Radiaia luminoas din fiecare din cele dou canale opticeformate are acelai coninut spectral i imagistic ca i acela din canaluloptic nedivizat, n schimb intensitatea radiaiei luminoas n canalele nouformate reprezint jumtate din intensitatea radiaiei luminoase dincanalul optic nedivizat ceea ce se rsfrnge asupra sensibilitiimsurtorilor, cu efect negativ asupra limitei de detecie la analizaspectral. Prin plasarea unui spectrometru pe unul din canalele rezultatei a unui sistem video de analiz optoelectronic de imagine pe cellalt


302

canal optic este posibil obinerea concomitent att a spectrului ct i astructurii microscopice a materiei analizate situat n punctul focal almicroscopului. n figura II.5.1 este prezentat schema de principiu privindscindarea unei radiaii luminose n dou radiaii independente ce pot fivalorificate separat prin analiza spectral, respectiv prin examinaremicroscopic, cea din urm putnd fi efectuat vizual sau cu ajutorul unuisistem optoelectronic de analiza de imagine echipat cu o camera videosau aparat foto digital performant.

Fig.II.5.1. Scindarea unei radiaii luminoase cu un sistem optic n dou radiaiiindependente ce pot fi valorificate concomitent prin analiza spectral i examinaremicroscopic optoelectronic de imagine. 1-sistem optic de divizare, 2-spectrometru, 3-spectrogram, 4-camera video, 5-imagine microscopic, r1-radiaia luminoas iniial, r2,r2 radiaiile luminoase scindate.

Cele mai multe spectromicroscoape de tip modular snt formate dintr-unmicroscop pe care, prin adaptari minimale, se monteaz un spectrometruminiatural cu detector Diode-Array, informaiile optice de natur imagistici spectral fiind prelucrate prin intermediul unui calculator i a unui softspecializat. n afar de camera video i spectrometru, un spectromicroscoptrebuie s dispun de un sistem optic de divizare a radiaiei luminoase ceconine informaia spectral i cea microscopic. n figura II.5.2 snt redatediferitele modalitile de divizare folosite la ora actual n construciaspectromicroscoapelor. Din variantele prezentate, cele mai utilizate soluii


303

snt cele cu prisma optic, figura II.5.2.a sau cu fibr optic, figuraII.5.2b.

Fig.II.5.2. Modaliti tehnice de scindare a radiaiei luminoase pentru analizaspectromicroscopic n domeniul vizibil folosind diferite sisteme optice: a-cu prisma optic,b-cu fibr optic, c-cu oglind semitransparent, d-cu un orificiu circular plasat pe o oglindcu reflexie total. 1-spectrometru miniatural cu detecor Diode-Array, 2-camera video, 3-prisma optic; 4-divizor pentru fibre optice, 5-oglind semitransparent; 6- oglind cu refexietotal, cu orificiu circular central, 7-colimator optic, r1-fibr optic nedivizat, r2,r3-fibreoptice divizate

Un spectromicroscop se poate prezenta sub forma unui aparat unitar carerealizeaz ambele funcii concomitent sau poate fi realizat de utilizator ncteva minute folosind o structur modular format dintr-un microscopce dispune de analiz optoelectronic de imagine, un spectrometru portabilcu reea de difracie fix i detector Diode-Array i unul din sistemele descindare a radiaiei luminose reprezentate n figura II.5.2. Astzimajoritatea microscoapelor biologice i metalografice dispun de analizoptoelectronic de imagine care presupune un sistem trinocular cu prismde divizare, fig.II.5.2.a. Un canal optic este destinat vizualizrii imaginiiprin dou oculare optice, iar unul din canale destinat montrii unei camerevideo sau a unui aparat foto digital. Una din cele mai comode i totodata


304

avantajoase soluii pentru obinerea i a unui canal spectrometric, pelng canalul videomicroscopic specific studiului microscopic, const nnlocuirea unui ocular din sistemul binocular cu un dispozitiv cu fibroptic la fel cu cel din Fig.II.5.12 i Fig. II.5.13. Pentru scindarea radiaieiluminose sn folosite n practic i soluiile prezentate n Fig.II.5.2.b,c,d,

II.5.2.1 Spectromicroscoape destinate analizei soluiilor

Acest tip de spectromicroscoape se bazeaz pe analiza radiaiei transmise.n figura II.5.3. este prezentat schema de principiu a unui asemeneaspectromicroscop


305

Fig. II.5.3. Schema de principiu a unui spectromicroscop modular cu transmisie destinatanalizei soluiilor transparente. 1-sursa de radiaie, 2,3-oglinzi cu reflectie total, 4,8-colimatori optici, 5-masa microscopului, 6-prisma optic, 7-camera video, 9-reea dedifracie, 10-detector Diode-Array, 11-amplificator electronic, 14-calculator electronic, 15-imprimant, MC-modul cuve, C1,C2-cuve cu soluie de analizat M-microscop, S-spectrometru, T-tehnica de calcul

modular destinat analizei soluiilor transparente, a unor structuri biologicetransparente sau a unor materiale polimerice transparente. n acest scopeste folosit un microscop optic biologic (M), ce dispune de cap trinocularcu prisma 6 i analiz optoelectronic de imagine printr-o camera video 7,pe care se monteaz prin operaii simple un spectrometru (S) miniatural,echipat cu un detector DiodeArray 10. Prin scindarea informaiei optice nprisma 6 se obin dou canale optice independente, pe unul realizndu-se analiza spectrometric cu spectrometrul (S) i calculatorul 14 electronic,iar pe celalalt structura microscopic a probei cu ajutorul structuriimicroscopice, a camerei video 7 i a calculatorul 14 electronic

II.5.2.2. Microscoape fotometrice destinate analizei soluiilor

Microscoapele fotometrice snt structuri mixte specializate pe analizaunui numr limitat de specii spectrometrice dintr-o soluie, din materialesolide sau pulverulente. Preul de cost al acestor structuri de analiz estemai mic dect cel al spectromicroscoapelor. Un microscop fotometricfolosete in locul unui spectrometru cu reea de difracie fix i detectorDiode- Aray folosete un simplu detector tip fotodiod.


306

Fig.II.5.4. Schema de principiu a unui microscop fotometric modular cu transmisiedestinat analizei fotometrice cantitative a unei singure specii chimice sau biologiceconcomitent cu urmrirea microscopic. 1-sursa de radiaie, 3-oglinda cu reflexie total,4,8-colimatori optici, 5-masa microscopului, 6-prisma optic , 7-camera video, 11-amplificator electronic, 12-filtru optic, 13-fotocelul, 14-calculator electronic, 15-imprimant,MC-modul cuve, C1,C2- cuve cu soluie de analizat, M-microscop, F-fotometru, T-tehnica decalcul.

n figura II.5.4. este redat schema optic a unei aplicaii fotometricedestinat analizei cantitative a unei singure specii chimice sau biologiceconcomitent cu urmrirea microscopic. Se observ c n aceaststructur de analiz spectrofotometrul miniatural S din Fig.II.5.3. estenlocuit cu o fotocelul 13.


307

II.5.2.3. Spectromicroscoape destinate analizei materieinetransparente

Spectromicroscopia poate fi practicat i pentru materienetransparent de natur solid sau pulverulent. Din punct de vedere adiversitii problematicii de rezolvat aceasta situaie este chiar dominantfa de analiza lichidelor. n figura II.5.5 este prezentat schema deprincipiu a unui spectromicroscop de reflexie la care radiaia luminoasincident cade pe prob, preia de pe suprafaa acesteia informaii deimagistic i informaii spectrale i este

Fig.II.5.5 Schema de principiu a unui spectromicroscop modular cu reflexie destinatanalizei materiei netransparente. 1-surs de radiaie, 2,9-colimatori optici, 3-oglindsemitransparent, proba opac de analizat, 5-masa microscopului, 6-prism optic, 7-camer video, 8-oglind cu reflexie total, 10-retea de difracie, 11-detector Diode-Array, 12-


308

amplificator electronic, 13-calculator electronic, 14-imprimant, M-microscop, S-spectrometru, T-tehnica de calcul.

reflectat ctre un sistem de microscopie optic unde radiaia estescindat n dou canale optice pe unul realizndu-se urmrirea inregistrarea imaginii microscopice, iar pe cellalt canal fiind efectuatanaliza spectrometric a materiei solide analizate. Schema de principiueste foarte asemntoare cu schema de principiu pentruspectromicroscoapele optice cu transmisie, diferenele constnd nsistemul de iluminare i n lipsa cuvelor cu soluie la spectromicroscopul cureflexie, n locul acestora fiind folosite chiar materialele solide de cercetatsau n cazul cercetrii materialelor pulverulente, cuve netransparente inereflectorizante n care este depus materialul urmrit.

II.5.2.4. Spectromicroscoape de fluorescen

Att spectromicroscoapele cu transmisie ct i cele cu reflexie pot fifolosite i pentru studiul fotometric de fluorescen concomitent cuexaminarea microscopic a probei. Trebuie specificat c materialele ceprezint fluorescen se pot gsi n stare lichid, solid, pulverulent saugazoas, ca atare, n funcie de starea de agregare trebuie aleas ostructur specific de analiz spectromicroscopic. La studiul n


309

Fig. II.5.6. Schema de principiu a unui spectromicroscop modular cu reflexie destinatanalizei materiei fluorescente pulverulente sau solide: 1-surs de radiaie monocromatic,2,9-colimatori optici, 3-filtru dicroic, 4-proba fluorescent de analizat, 5- filtru optic culungimea de und specific speciei de analizat, 6-prism optic, 7-camer video, 8-oglindcu reflexie total, 10-reea de difracie, 11-detector Diode-Array,12-amplificator electronic,13-calculator electronic, 14-imprimant, M-microscop, S-spectrometru, T-tehnic de calcul.

fluorescen sursa de radiaie policromatic este nlocuit de o surs deexcitaie monocromatic de tip led sau diod laser, iar pentru analiza deconcentraie se seteaz prin programul de calcul lungimea de undcorespunztoare radiaiei de fluorescen. n traseul luminos spredispozitivul optic de scindare se intercaleaz un filtru optic specific specieichimice sau biologice analizate, scopul acestui filtru este cel de separare aradiaiei specifice utile pe care o las s treac, de alte lungimi de undnespecifice. n figura II.5.6. este prezentat schema de principiu a unuispectromicroscop modular cu reflexie destinat analizei materieifluorescente pulverulente sau solide. Afar de prezena filtrului dicroic 3, afiltrului specific 5 i a soft-ului specific, structura de analiz


310

spectromicroscopic a speciilor fluorescente solide sau pulverulente esteidentic cu structura de analiz a materialelor netransparente prezentat ncapitolul precedent, vezi i fig.II.5.5. Pentru analiza materialelorfluorescente lichide sau solide transparente structura de analiza dinfig.II.5.6 difer doar prin modul de iradiere de jos n sus astfel nct,radiaia monocromatic s treac prin proba analizat.

II.5.2.5. Cuve i celule de curgere pentru spectromicroscoape

Att spectromicroscoapele cu transmisie ct i cele cu reflexie pot fifolosite i pentru studiul spectrofotometric de fuorescen concomitent cuexaminarea microscopic a probei. n acest scop, sursa de radiaiepolicromatic clasic este nlocuit de o surs de excitaie monocromaticde tip LED sau diod laser, iar pentru analiza de concentraie se seteazprin programul de calcul lungimea de und a radiaiei de fluorescenspecific pentru specia de analizat.La analiza probelor lichide pe structuri spectromicroscopice trebuie avut nvedere faptul c iradierea cuvelor cu soluie se face prin peretele de jos alcuvei i nu prin peretele lateral aa cum este cazul la spectrofotometrelesau fotometrele clasice. Aa cum este cunoscut, legea Lambert Beer:

cbaA = (II.5.1)

unde : A - absorbana optic A - coeficient molar de absorbie B - grosimea de strat a lichidului analizat C - concentraia speciei chimice analizate

reclam o grosime de strat absolut constant de la o prob la alta, lucrucare este uor de realizat la cuvele clasice cu perei plani paraleli iiluminare orizontal i greu de realizat pentru cuvele cu iluminare vertical


311

aezate pe masa microscopului. La aceste cuve grosimea de strat esteinfluenat de precizia de dozare volumetric a soluiei din cauzaimpreciziei dozrii volumetrice a lichidului. Din acest motiv s-au dezvoltatmodule de cuve speciale de tipul celor din figura II.5.7 i figura II.5.8destinate aplicaiilor spectromicroscopice de transmisie. Aceste moduleconin cel putin doua cuve C1,C2, (fig.II.5.7 ), corpul lor

Fig.II.5.7. Modul cu dou cuve folosit la spectromicroscoapele modulare cu transmisie,destinat analizei soluiilor transparente: 16-corpul modulului, 17-lamela subire din sticlpentru ndeprtarea excesului de solutie, C1-cuva pentru solvent, C2-cuva pentru soluia deanalizat, c1-canal pentru preluarea excesului de solvent i de soluie de analizat, b-grosimeade strat lichid

16 fiind confecionat din metacrilat de metil transparent prin injecie nmatri. Dup umplerea n exces a celor dou cuve cu solvent, respectivcu soluie de analizat, astfel


312

Fig.II.5.8 Modul cu opt cuve, folosit la spectromicroscoapele modulare cu transmisie,destinat determinrii grosimii optime de strat i a concentraiei limit de liniaritate la analizasoluiilor transparente, 19-lamel subire din sticl pentru ndeprtarea excesului de soluie,C1.....C8-cuve pentru soluie de analizat, c3-canal pentru preluarea excesului de solvent ide soluie de analizat, b-grosimea de strat lichid, 20-corpul modulului

nct lichidul s formeze un menisc convex la limita superioar a cuvelor,se mpinge lamela 17, din sticla optic, tangent cu suprafaa pereteluisuperior astfel ca excesul de solvent i de lichid de analizat s fie refulat ncanalul colector c1, n felul acesta obinndu-se o grosime strat b binedefinit. Iradierea volumului de lichid din cele dou cuve n vedereafotometrrii se face pe rnd fr ca lamela 17 din sticl optic s fiendeprtat, radiaia trecnd i prin aceasta. Pentru mrirea productivitiila analize s-au construit module cu pn la opt cuve nseriate toate avndaceeai grosime de strat b. De asemenea, s-a dezvoltat un modul specialcu opt grosimi diferite de strat, modul prezentat n figura 6. Acest modulfolosete determinrii rapide a limitei de liniaritate a legii Lambert Beer dinpunct de vedere a concentraiei i a grosimii de strat. n acest scop cuveleC1.....C8 se umplu n exces uor cu soluie preparat cu substan pur,de o anumit concentraie a speciei chimice urmrite, se ndeprteazexcesul cu lamela 19 i se fotometreaz pe rnd cuvele cu soluie


313

msurnd absorbana optic A a fiecrei cuve, dup care se vars soluiadin cuvele modulului, se spal cu ap bidistilat i se umplu cuvele din

Fig.II.5.9. Familia de curbe obinut cu ajutorul spectromicroscopului de transmisie i aunui modulul de cuve n trepte n scopul determinrii limitei de liniaritate a legii LambertBeer din punct de vedere a concentraiei i a grosimii de strat.

nou cu soluie de alta concentraie cunoscut a aceleiai specii. n final sereprezint, manual sau electronic, valorile de absorbanta (A) n funcie deconcentraia (c) i de grosimea de strat (b) rezultnd o familie de curbe denatura celei din figura II.5.9. Prin stabilirea punctului limitei de liniaritatepentru fiecare curb i unirea acestor puncte se obine o linie carestabilete limita de liniaritate pentru concentraie i grosimea de stratpentru specia chimic analizat. Odat stabilite aceste limite, operatorulpoate lua decizia optim n alegerea dimensiunii cuvei sau a concentraieicare s permit determinrile n limitele liniaritii legii Lambert-Beer.


314

Pentru studiul spectromicroscopic al soluiilor tulburi n condiii delaborator poate fi folosit soluia prezentat n figura 10, la care transmisiainformaiilor se realizeaz cu un sistem de fibr optic 12, 26, pentru probele25 fiind folosite nite cuve 24 cu grosimea stratului de soluie studiat de 1mm.

Fig.II.5.10. Schema de principiu a spectromicroscopului folosit la studiul spectrofotometrical soluiilor tulburi n cuve lamelare subiri deschise. 1-sursa de radiaie, 7-spectrometru cureea de difracie fix i detector Diode - Array, 8-spectrogram, 9-camer video, 10-imaginemicroscopic, 12-fibr optic 13-lentil colimatoare, 24-cuv lamelar din sticl, 25-soluie deanalizat, 26-fibr optic, 27-lentil de focalizare.

Pentru studiul spectromicroscopic continuu al soluiilor tulburi, in situ, esterecomandat spectromicroscopul prezentat n figura II.5.11.


315

Fig.II.5.11. Schema de principiu a spectromicroscopului folosit n studiul spectrofotometrical soluiilor tulburi n cuve lamelare subiri nchise, cuplate n by-pass ntr-un procestehnologic, pentru analiz continu in-situ, n regim on-line, 1-surs de radiaie, 7-spectrometru cu reea de difracie fix i detector Diode-Array, 8-spectrogram, 9-camervideo, 10-imagine microscopic, 12-fibr optic, 13-lentil colimatoare, 26-fibr optic, 27-lentil de focalizare, 28-soluie de analizat n curgere provenit din procesul tehnologic, 29-celul de curgere capilar din sticl, 30-pomp peristaltic, 31-reactor chimic, biochimic saurezervor ce conine materia lichid de analizat

Soluia de analizat provenit dintr-un reactor chimic, reactor biochimic saurezervor 31 este trimis de ctre o pomp peristaltic 30 n regim de by-pass printr-o celul de curgere capilar 29 din sticl, unde este traversatde un fascicul luminos policromatic provenind de la o surs 1 de radiaiepolicromatic ce preia n mod continuu din proba 28 de analizat structuramicroscopic a particulelor n suspensie precum i compoziia spectral amediului lichid prin intermediul unei lentile de focalizare 27, cuplat la o fibroptic 26 care se scindeaz ulterior n dou fibre optice. De la una dinfibrele optice scindate este decodat informaia spectrometric cu ajutorulunui spectrometru cu reea de difracie fix i detector DiodeArray, iar de pecealalt este decodat informaia de imagistic spectral cu ajutorului unuidetector CCD, al unei camere video sau a unui aparat foto digital, rezultatul


316

fiind n primul caz o spectrogram 8 a mediului lichid purttor, iar n cel de-aldoilea caz o imagine microscopic 10 a particulelor n suspensie. Acest tip destudiu spectromicroscopic permite studii cinetice continue n funcie dediveri parametri de proces.

II.5.2.6. Dispozitive optice folosite la spectromicroscoapele delaborator

Dispozitivul optic din figura II.5.12 se refer la o structur opto-mecanic destinat adaptrii unui sistem spectrometric modular portabil,echipat cu fibr optic, unui microscop clasic cu sistem optoelectronic deachiziie de imagine pentru a putea realiza examinri microscopiceconcomitent cu analize spectrometrice, figura II.5.13. n acest scopeste folosit un echipament ce poate fi montat pe tubul (2) optic al oricruimicroscop sau stereomicroscop n locul unui ocular al acestuia.

Fig.II.5.12. Vedere cu seciune a dispozitivului deadaptare spectrometric. 1-tub de adaptare la canaluloptic, 2-tub optic aparinnd unui microscop saustereomicroscop binocular sau trinocular, 3- corpuldispozitivului optic de adaptare, 4-tij, 5-fibr optic,6-nveli polimeric, 7-lentil optic, 8- piuli deblocare;

Dispozitivul optic este format dintr-un tub de adaptare 1 n care se gsetenfiletat un alt corp 3, iar n acesta segsete nfiletat la rndul ei o tija 4 ncentrul creia se gsete o fibr 5 opticprotejat de un nveli 6 polimeric,dispozitivul mai conine o lentil 7 optici o piuli 8 de blocare, iar sistemulspectrometric de tip miniatural compact


317

este format dintr-o lentil 9 optic condensoare, o reea 10 de

Fig. II.5.13. Schema de principiu a canalului spectrometric realizat cu dispozitivul optic deadaptare: 1-tub de adaptare la canalul optic, 2-tub optic aparinnd unui microscop saustereomicroscop binocular sau trinocular, 3-corpul dispozitivului optic de adaptare, 6-nvelipolimeric, 7-lentil optic, 9-lentil optic condensoare, 10-reea de difracie fix,11-oglindoptic plan de reflexie, 12-detector de tip Diode-Array, 13-interfa de tip USB, 14-cabluelectric, 15-calculator electronic

difracie fix, o oglind 11 optic plan de reflexie, un detector 12 de tipDiode-Array i o interfa 13 de tip USB conectat printr-un cablu 14electric la un calculator 15 electronic.

II.5.3. Spectromicroscoape portabile

Spectromicroscoapele portabile au aplicaii deosebite pentruanaliaza in situ a materiei solide, dar pot fi folosite n unele situaii ipentru analiza soluiilor colorate, mai ales a celor concentrate. Aplicaiilese ntind de la controlul calitii alimentelor solide la forensic, la


318

atestarea autenticitii operelor de art, la controlul drogurilor, la analizamineralogic etc. n figura II.5.14 este prezentat schema de principiu, nfigura II.5.15 o vedere a sondei aparatului portabil, n figura II.5.16a, ovedere a aplicaiei privind folosirea spectromicroscopului portabil laspectrofotometrarea pe vertical a soluiilor, iar n figura II.5.16b, ovedere a aplicaiei privind folosirea spectromicroscopului portabil laspectrofotometrarea i examinarea microscopic a stratului limit pevertical la recipiente, reactoare chimice sau biochimice.

Spectromicroscopul portabil n structura sa de baz se compunedintr-o sonda S, o parte E electronic i un calculator C portabil cedispune de soft specific. Sonda E este format dintr-un corp 2 cilindric ninteriorul cruia o fibr 3 optic se divide n dousprezece fibre 41-12 opticedispuse radial n jurul unei alte fibre 5 optice centrale, un grup 6 delentile optice de focalizare, prevzute cu o armtur 7 filetat, o piuli 8 deblocare i un divizor 9 optic ce mparte radiaia n dou fibre optice 10 i11. Partea E electronic este format la rndul ei dintr-o surs 12 deradiaie policromatic, un spectrometru 13 miniatural cu reea de difraciefix i detector Diode-Array i o camera 14 video miniatural. Acestaparat dispune i de posibilitatea de lucru pe vertical folosit lainspectarea microscopic a depunerilor sau a coroziunii pereilorrecipientelor adnci umplute cu lichid precum i analizei spectrometrice acompoziiei chimice a lichidului din imediata vecinatate a peretelui. naceast execuie corpul 2 al aparatului este fixat perpendicular pe o tijtelescopic ce poate asigura lungimi de pn la ordinul metrilor.


319

Fig.II.5.14. Schema de principiu a unui spectromicroscop portabil. 1-materialul cercetat, 2-corpul cilindric al sondei, 3-fibr optic de iluminare, 41-12-fibre optice de iluminare obinuteprin divizarea fibrei optice (3), 5-fibr optic central, 6-lentile de focalizare, 7-armaturfiletat, 8-piuli de blocare, 9-divizor optic, 10,11-fibre optice, 12-surs de radiaieluminoas, 13-spectrometru miniatural cu detector Diode-Array, 14-camer videominiatural, f-punct focal, S-sond, E-parte electronic, C-calculator portabil cu softspecific.


320

Fig.II.5.15. Vederea sondei unui spectromicroscop portabil i seciune prin sond 1-materialul cercetat, 2-corpul cilindric al sondei, 3-fibr optic de iluminare, 41-12-fibre opticede iluminare obinute prin divizarea fibrei optice (3), 5-fibr optic central, 7-armaturfiletat, 8-piuli de blocare, f-punct focal

Aplicaia pentru spectrofotometrarea soluiilor la diverse adncimi, fig.19a, se compune dintr-un optocuplor 15, un corp 16 prelungitor pentrufibrele 41-12 i 5 optice, corp care este prevzut la partea inferioar cu undispozitiv 17 optic ce prezint o fereastr f de inundare i o oglind 18miniatural pentru reflectarea fasciculului luminos dup ce a trecut printr-ogrosime de strat de soluie de analizat egal ca valoare cu deschidereaferestrei f.


321

Aplicaia pentru spectrofotometrarea i examinarea microscopic adepunerilor pe pereii reactoarelor chimice, a schimbtoarelor de cldurprecum i pentru spectrofotometrarea stratului lichid limit cu aceti perei,fig.19b, se compune dintr-un optocuplor 15, un corp 16 prelungitor pentrufibrele 41-12 i 5 optice, corp care este prevzut la partea inferioar cu undispozitiv 19 optic ce conine o oglind 20 cu reflexie total pentrudevierea radiaiei luminoase spre lentila 6 a armturii 7 filetate, radiaiafocalizat n punctul focal f reflectndu-se din zona stratului 21 limit dintrelichidul cercetat i peretele 22 al reactorului sau recipientului de stocare.

Modul de lucru cu spectromicroscopul n structura de baz esteurmtorul: se pornete partea electronic E i calculatorul C dup care seia sonda S n mn i se apropie ncet partea frontal a acesteia dematerialul 1 de analizat. Pentru achiziia automat a datelor este necesarca zona examinat s se gseasc tot timpul n punctul focal f alobiectivului optic al spectromicroscopului portabil. n acest scop, pe tottimpul deplasrii manuale a sondei S spre materialul 1 analizat are loc nmod automat, prin intermediul soft-ului specific, derivarea valoriiintensitii fotocurentului n funcie de timp. n punctul focal intensitatearadiaiei luminoase reflectate este maxim, ca atare i fotocurentul mediuImed dat de sensorul CCD al camerei video are valoare maxim, iarvaloarea derivatei a 1-a intr-un maxim are ntotdeauna valoarea zero,ceea ce n cazul concret duce la expresia:

0=dt

dImed (II.5.2)

Ca atare, atingerea valorii zero a derivatei fotocurentului n funcie de timppoate fi folosit pentru achiziia automat a spectrului i a imaginii ntr-un timp de cca 1/50 secunde, momentul achiziiei i confirmareaacesteia fiind semnalizate sonor de ctre difuzorul calculatorului Cportabil. Atunci cnd se dorete modificarea ordinului de mrire


322

microscopic se desfileteaz armtura 7 mpreun cu grupul de lentile 6optice de focalizare de pe corpul 2 al sondei S i se schimb cu o nouarmtur, ce conine un alt grup de lentile, cu alt ordin de mrire. Pentruobinerea n noua situaie a unui drum optic optim se apropie i sedeprteaz ncet sonda de materialul ncercat urmrind pe monitorclaritatea imaginii video, iar concomitent cu deplasarea sondei senfileteaz i se desfileteaz ncet noua armatur de pe corpul sondei. Laobinerea unei imagini clare, armatura 7 se blocheaz prin strngerea eimanual prin intermediul piuliei 8.


323

a) b)Fig.II.5.16. Aplicaii ale spectromicroscopului portabil la spectrofotometrarea pe vertical asoluiilor (a) la spectrofotometrarea i examinarea microscopic a stratului limit pevertical la recipiente, reactoare chimice sau biochimice (b). 2-corpul cilindric al sondei, 41-12-fibre optice divizate de iluminare, 5-fibra optic central, 7-armatur filetat, 8-piuli deblocare, 15-optocuplor, 16-corp prelungitor pentru fibrele 4 1-12, 17-dispozitiv optic dereflexie, 18-oglind miniatural, 19-dispozitiv optic, 20-oglind cu reflexie total, f-punctfocal, 21-strat limit, 22-perete recipient sau reactor;


324

Modul de lucru cu spectromicroscopul la aplicaia privindspectrofotometrarea la diferite adncimi a soluiilor, (fig.II.5.16a, esteurmtorul: se desfileteaz armtura 7 de pe corpul 2 i se nfileteaz nlocul acesteia optocuplorul 15 al unei tije 16 de adncime, dup care senfileteaz n partea inferioar a tijei dispozitivul optic 18, operaie urmatde scufundarea tijei 16 n soluia de analizat pn la adncimea dorit,dup care se realizeaz spectrofotometrarea soluiei cercetate.

Modul de lucru cu spectromicroscopul portabil folosit la aplicaiaprivind spectrofotometrarea i examinarea microscopic a straturilor limitsituate ntre volumul de baz al soluiei i pereii vaselor de depozitare saupereii reactoarelor chimice sau biochimice, fig.II.5.16.b, este urmtorul: sedesfileteaz armtura 7 filetat de pe corpul 2 i se nfileteaz n loculacesteia optocuplorul 15 al unei anumite lungimi de tij 16, dup care senfileteaz n partea inferioar a tijei dipozitivul optic 20 pe care senfileteaz la rndul lui armtura 7 filetat, preluat de la structura debaz a aparatului reprezentat n figura 11 i figura 12, operaiile fiindurmate de scufundarea tijei 16 n soluia de analizat pn la adncimeadorit i apropierea lent pe orizontal a armturii 7 filetate de stratul 21limit dintre lichidul cercetat i peretele 22 al recipientului. Latraversarea punctului focal al lentilei 6 are loc achiziia automat aspectrului stratului limit dintre soluie i peretele vasului de depozitare saureactorului chimic sau biochimic precum i achiziia automat a structuriimicroscopice a depunerii de pe perete sau dup caz i structuramicroscopic a stratului limit atunci cnd acesta conine suspensii.

II.5.4. Aplicaii ale spectromicroscopiei optice

II.5.4.1. Spectromicroscop biologic de transmisie


325

n figura II.5.17 este reprezentat o aplicaie specific analiticiialimentare la care este studiat cinetica formrii micotoxinelor n diversemedii chimice i biologice de lucru. n acest scop este folosit ca structurde baz lanul optic al unui microscop biologic cu sistemul de iradiere aprobei p de analizat format dintr-o surs de radiaie 1 policromatic i ofibr optic 2, informaia microscopic i spectrometric fiind preluat de laobiectivul optic al microscopului printr-o fibr optic 6 care se divide ulteriorn dou fibre identice. Pe una din fibre informaia optic este transmisctre un spectrometru miniatural cu detector Diode-Array 7, iar pe cealaltfibr informaia optic este transmis ctre o camera video 9. Pe masa22 de baz a microscopului este montat o alt mas 21 rotativ cuajutorul creia probele p de analizat snt


326

Fig. II.5.17 Aplicaie privind folosirea unui spectromicroscop cu transmisie, echipat cufibr optic, la studiul cinetic al evoluiei micotoxinelor ntr-un mediu lichid n funcie dediveri parametrii: 1-surs de radiaie luminoas, 2-fibr optic de iluminare, 3-microscopoptic cu transmisie, 6-divizor pentru fibre optice, 7-spectrometru miniatural cu detectorDiode-Array, 8-spectrogram, 9-camer video, 10-imagine microscopic, 19-sistem dedozare cu specii chimice sau biologice pentru studiul influenei acestora asupra evoluiei


327

micotoxinelor, 20-cuve din sticl coninnd speciile de analizat, 21-mas rotativ, 22-masamicroscopului, 23-servomotor pentru acionarea mesei rotative.

aduse pe rnd, la timpi bine stabilii, n dreptul canalului optic de iradiere,cu ajutorul unui servomotor 23 pas cu pas. Un sistem de dozarevolumetric 19 face posibil dozarea precis i introducerea unor speciichimice sau biologice n probele analizate ceea ce permite studiul influeneicineticii concentraiei micotoxinelor alturi de studiul evoluieimicroscopice a speciilor biologice care le genereaz n funcie dediferii factori externi.

II.5.4.2. Spectromicroscop biologic de reflexie

n figura II.5.18 este prezentat schema de principiu a unuiaranjament privind folosirea unui spectromicroscop cu reflexie, echipatcu fibra optic, pentru studiul cinetic al degradrii unui produs alimentarsolid in funcie de temperatur.


328

Fig.II.5.18. Aplicaie privind folosirea unui spectromicroscop cu reflexie, echipat cu fibraoptic, folosit la studiul cinetic al degradrii unui produs alimentar solid n funcie detemperatur: 1-surs de radiaie luminoas, 4(5)-optica microscopului, 7-spectrometruminiatural cu detector Diode-Array, 8-spectrogram, 9-camer video, 10-imaginemicroscopic, 14-cuva cu proba de analizat, 15,16- fibre optice speciale cu ase fibre (a)de iluminare i cu o fibr (b) pentru transmiterea informaiei optice, 17-sistem determostatare a probei, 18-termostat electronic

II.5.4.3. Spectromicroscop metalografic


329

In figura II.5.19 este prezentat o aplicaie spectromicroscopic pentrudepuneri galvanice, scopul investigrii fiind n acest caz studiul influeneicompoziiei chimice a stratului limit din imediata vecintate a catoduluiasupra dimensiunii i formei grunilor cristalini electrodepui pe catod.Echipamentul modular este format dintr-o surs de radiaie policromatic 1,dou fibre optice cu bifurcare; prima fibr cu bifurcare 2 realizeaz pe oramur iradierea catodului 3 printr-o lentil colimatoare 4, iar pe cealaltramur realizeaz preluarea informaiei sub form de radiaie reflectat de peacesta, cea de-a doua fibr optic cu bifurcare 5 realizeaz pe o ramurtransmiterea informaiei optice preluate spre un canal microscopic 6 prevzutcu camer video CCD i soft specific de analiz optoelectronic a imaginiimicroscopice, iar pe cea de-a doua ramur realizeaz transmitereainformaiei spectroscopice spre un spectroscop


330

Fig. II.5.19. Schema de principiu a spectromicroscopului electrochimic. 1-sursa de radiaiepolicromatic, 2,5-fibre optice cu bifurcare, 4-lentil colimatoare, 6-canal microscopic, 7-canal spectrometric, 8-spectrogram, 9-imagine video a structurii microscopice

UV-VIS 7, prevzut cu reea de difracie, detector Diode-Array i soft deanaliz automat a spectrelor. Rezultatul se valorific sub forma unorspectrograme 8 ce reflect n timp real evoluia compoziiei i concentraieielectrolitului din imediata vecintate a catodului corelat cu o succesiunecorespunztoare de imagini video 9 a structurii microscopice a germenilorcristalini ce se formeaz pe catod ca urmare a depunerii electrochimice ametalului sau aliajului metalic.

II.5.4.4. Spectrotermomicroscop metalografic

In figura II.5.20 este prezentat o aplicaie specific studiuluispectromicroscopic al unor metale i aliaje la temperaturi ridicate n scopulcorelrii dimensiunii grunilor cristalini cu temperatura precum i cel aldeterminrii compoziiei elementale a diferitelor aliaje studiate pe bazaspectrometriei de emisie atomic a aliajului studiat nclzit. n acest scopeste folosit un microscop metalografic 1 echipat cu un dispozitiv 2 denclzire progresiv electro-rezistiv prin contact a probei de analizat 3, unsistem de rcire 4 al obiectivului optic 5 al microscopului, o fibr opticspecial 6 cu trifurcaie, un spectroscop miniatural UV- VIS-IR 7 prevzutcu reea de difracie, detector Diode-Array i soft specific de analizspectral calitativ i cantitativ ce valorific semnalul optic de peramura a a fibrei de sticl ntr-o spectrogram 8 precum i n alteinformaii calitative i cantitative referitoare la


331

Fig.II.5.20. Schema de principiu a spectrotermomicroscopului. 1-microscop metalografic, 2-dispozitiv de nclzire, 3-prob de analizat, 4-sistem de rcire, 5-obiectivul optic almicroscopului, 6-fibr optic cu trifurcaie, 7-spectrometru miniatural, a-ramura de fibroptic din care se valorific informaia spectral, b-ramura de fibr optic din care sevalorific informaia microsopic, c-ramura de fibr optic din care se valorific informaiade temperatur, 8-spectrogram, 9-camer video sau aparat foto digital, 10-structurmetalografic, 11-sistem optoelectronic de conversie, 12-termogram

compoziia chimic a probei, un sistem optoelectronic 9 cu camer CCD denalt rezoluie care transform informaia de pe ramura b a fibrei opticen semnal video, rezultatul procesrii electronice fiind o structurmetalografic 10 afiat pe display i dup caz tiprit, un sistem


345

optoelectronic 11 de conversie a componentei infraroii a semnalului depe ramura c a fibrei optice n uniti de temperatur, redate printr-otermogram 12 care reflect evoluia nclzirii probei 3 n timp.

II.5.4.5. Sistem spectromicroscopic pentru probe cu volumredus

Sistemul combinat spectroscopic i microscopic este destinatanalizei spectrometrice calitative i cantitative a unor volume mici de problichid de ordinul microlitri precum i realizrii concomitente a imaginilorvideo-microscopice a probei analizate. n acest scop este folosit ostructur optoelectronic modular, figura II.5.21, interconectat cu fibreoptice, care permite iradierea unui strat subire de soluie de analizat,laminat ntre dou lentile colimatoare, urmat de analiza spectrometrici microscopic a informaiei optice transmise prin prob. Sistemulspectromicroscopic este compus dintr-o surs de radiaie policromatic, dinnite fibre optice de iradiere a probei i de preluare a radiaiei trecute prinprob, un clete spectrometric, figura II.5.22, un spectrometru portabil cudetector Diode-Array, o camera video cu detector CCD i o unitate decalcul. Cletele spectrometric folosete pentru iradierea unei peliculesubiri din proba de analizat, pelicul a crei grosime este stabilit imsurat cu un urub micrometric. Pe braul superior al cleteluispectrometric se gsete montat o lentil colimatoare miniaturalcuplat la fibr optic, iar pe braul inferior se gsete montat o altlentil colimatoare, prevzut cu o cup, n care se gsete proba deanalizat. Valoarea razei de curbur a cupei


346

Fig.II.5.21. Schema optoelectronic a spectromicroscopului pentru probe cu volum redus deprob: UR-unitate de radiaie, CS-clete spectrofotometric, US-unitate spectral, UM-unitate microscopic, UC-unitate de calcul, 1-surs de radiaie policromatic, 2-braarticulat mobil, 3-bra articulat fix, 5-urub micrometric, 6-lentil colimatoare, 7-fibr optic, 8-lentil colimatoare, 9-fibr optic cu scindare, 10,11-fibre optice scindate, 12-spectrofotometru miniatural cu detector Diode-Array, 13-camer video cu detector CCD, 14-set de obiective optice interschimbabile, 15-calculator electronic, 16-imprimantelectronic,17-buton de blocare, P-program de calcul specific aplicaiei fotometrice

este egal cu valoarea razei de curbur a lentilei colimatoare din braulsuperior, astfel nct la o apropiere avansat a celor dou lentilecolimatoare s se inchid ntre ele o pelicul laminar subire de grosimeuniform din proba de analizat. Lentila colimatoare din braul inferior secontinu i ea cu o fibr optic care ulterior se scindeaz n dou fibreoptice independente. Din una din fibrele optice scindate este decodatinformaia spectrometric cu un spectrometru miniatural echipat cudetector Diode-Array, iar din cealalt fibr optic este decodat informaiade imagistic microscopic cu un detector CCD, ntregul sistem deachiziie, prelucrare i afiare date este gestionat de un calculator cuajutorul unui program specializat.

Folosirea sistemului spectromicroscopic descris prezint avantajulefecturii concomitente i n acelai loc att a analizei spectrometrice ct i


347

a studiului microscopic al probei urmrite folosind volume de soluiiextrem de mici de ordinul microlitrilor.

Fig.II.5.22. Vederea cletelui spectromicroscopic: a-vedere din fa, b-vedere lateral, 2-bra articulat mobil, 3-bra articulat fix, 4-arc de presare, 5-urub micrometric, 6-lentilcolimatoare, (10),(11)-fibre optice 17-buton de blocare, p-proba de analizat

Sistemul spectromicroscopic poate lucra opional n modspectromicroscopic, spectrometric sau microscopic, astfel: 1. Modul de lucru combinat spectromicroscopic-permite determinarean acelai timp a compoziiei chimice calitative, a concentraiei speciilorchimice sau biologice prezente, folosind metoda semicantitativ precumi studiul video-microscopic al materiei din zona n care s-a efectuatanaliza spectrometric. Pentru modul de lucru combinat se procedeaz nfelul urmtor: a) n scopul analizei spectrometrice se picur cu o pipet o picturdin proba p de analizat n cupa lentilei colimatoare 8 i se coboar braul 2articulat mobil prin rotirea urubului 5 micrometric spre stnga, succesiv, nfuncie de distana d dintre cele dou lentile 6 i 9 optice, pictura va trece


348

prin fazele 1-5 reprezentate n figura 22, n faza 2, apare spectrul peecranul calculatorului 15, n continuare urubul 5

Fig.II.5.23. Modul de repartizare a probei de analizat la diferite distane intre celedou lentile 6 i 8 colimatoare, (Fig.II.5.21)

micrometric se rotete mai incet urmrind ca peak-urile spectrale s fiemaxime i ct mai nguste la baz, dup care se comand achiziiaspectrului care ndeplinete cel mai bine aceste condiii. Cu ajutorulprogramului specializat calculatorul identific i afieaz automat, pe bazalungimilor de und ale peak-urilor, denumirea speciilor chimice prezente nproba analizat, de asemenea determin prin calcul semicantitativconcentraia fiecrei specii pe baza valorii nlimii fiecrui Peak raportat lavaloarea sumei tuturor peak-urilor.

b) n scopul studiului video-microscopic i al achiziiei imaginii carereflect cel mai clar structura microscopic a materiei analizate, se roteteurubul 5 micrometric, din ultima poziie corespunztoare achiziieispectrogramei, ncet spre dreapta i spre stnga pn cnd imagineavideo-microscopic apare clar pe ecran, n continuare ajustarea claritiimaxime a imaginii video se face rotind repetat i uor prima dat urubul 5micrometric spre stng i pe urm din nou spre dreapta, dup care secomand achiziia n baza de date a imaginii video-microscopice cu ceamai bun claritate optic.


349

2. Modul de lucru numai spectrometricpermite determinarea automata compoziiei chimice calitative precum i a concentraiei speciilor chimicesau biologice din proba analizat, folosind metoda semicantitativ. nacest scop se aplic modul operator 1a 3. Modul de lucru numai microscopiceste folosit pentru studiului video-microscopic i al achiziiei imaginii care reflect cel mai clar structuramicroscopic a materiei cercetate care se gsete ntre lentila 6colimatoare i lentila 8 colimatoare. n acest scop se introduce prima datdin setul 14 de obiective optice, obiectivul optic corespunztor unuianumit ordin de mrire optic dorit, n locaul specific situat ntre fibraoptic 11 i camer 13 video, dup care se picur o pictur n proba pde analizat n cupa lentilei colimatoare 8, operaie urmat de coborreabraului 2 mobil, prin rotirea spre stnga a urubului 5 micrometric, pncnd pe ecranul calculatorului 15 electronic apare o imagine video clar astructurii microscopice. Atingerea claritii maxime a imaginii video se facerotind repetat i uor urubul 5 micrometric, prima dat spre stng i peurm din nou pre dreapta, iar la obinerea imaginii microscopice cu ceamai bun claritate optic se comand preluarea acesteia n baza de date.

II.5.4.6. Fotometru automat pentru determinareaconcentraiei i a studiului microscopic din volumereduse de prob

Fotometrul descris reprezint un echipament combinat fotometrici microscopic automat care permite concomitent i n acelai loc attdeterminarea cu precizie ridicat a concentraiei unei anumite speciichimice dintr-o soluie ct i studiul microscopic al unui volum de ordinul ldin acea soluie. n acest scop este folosit o structur optoelectronicmodular, figura II.5.24, figura II.5.25, cu fibre optice care permite iradiereaprobei cu o radiaie monocromatic, cu lungimea de und specific specieichimice analizate, iradiere urmat de analiza fotometric i imagistic a


350

informaiei optice transmise prin proba de analizat care se gsete subforma unui strat subire ntre dou lentile colimatoare mobile care pot fiapropiate, respectiv deprtate una fa de cealalt prin intermediul unuimotor pas cu pas comandat. Sistemul optoelectronic, folosit, figura II.5.24,este compus la rndul lui dintr-o surs de radiaie monocromatic cu LED-uri, fiecare LED avnd lungimea de und a radiaiei de emisie acordat pelungimea de und specific de absorbie a unei anumite specii chimice, unmultiplexor

Fig.II.5.24 Schema bloc a fotometrului automat. UR-unitate de radiaie, CS- cletefotometric, UF-unitate fotometric, UM-unitate microscopic, UC-unitate de calcul

optoelectronic care la comand aprinde numai LED-ul cu lungimea deund specific speciei analizate, nite fibre optice de iradiere i de preluarea radiaiei trecute prin prob i un clete spectrometric, figura II.5.25, cudistana reglabil i msurabil ntre brae prin intermediul unui motor pascu pas, a unui senzor incremental de deplasare i a prii electronice afotometrului. Pe braul superior al cletelui spectrometric se gsetemontat o lentil colimatoare miniatural cuplat la fibr optic, iar pebraul inferior se gsete montat o alt lentil colimatoare, prevzut cuo cup, n care se picur proba de analizat, avnd valoarea razei decurbur a cavitii egal cu valoarea razei de curbur a lentilei din braul


351

superior, astfel nct la presarea celor dou lentile ntre ele se nchide unstrat de lichid de grosime uniform, reglabil i

Fig.II.25. Schema optoelectronic a fotometrului automat. UR-unitate de radiaie, CF- cletefotometric, UF-unitate fotometric, UM-unitate microscopic, UC-unitate de calcul. 1-sursde radiaie cu mai multe LED-uri, 2-multiplexor optoelectronic comandat, 3-bra articulatmobil, 4-bra articulat fix, 5-motor pas cu pas, 6- senzor incremental de deplasare, 7-angrenaj urub-piuli, 8-lentil colimatoare, 9-fibr optic, 10-lentil colimatoare, 11-fibroptic cu scindare, 12,13-fibre optice scindate, 14-fododiod, 15-camer video cu detectorCCD, 16-set de obiective optice interschimbabile, 17-calculator electronic, 18-imprimantelectronic, 19-buton de blocare, P-program de calcul specific aplicaiei fotometrice, p-proba de analizat

msurabil. Lentila colimatoare inferioar este conectat i ea la o fibroptic care ulterior se scindeaz n alte dou fibre optice. De pe una dinfibrele optice scindate este decodat informaia fotometric folosind ofotodiod conectat la partea electronic, iar de pe cealalt fibr opticeste decodat informaia de imagistic microscopic folosind o camervideo echipat cu detector CCD, ntregul sistem de achiziie, prelucrare iafiare date fiind gestionat de un calculator cu ajutorul unui programspecializat.


352

Fig.II.26. Vederea cletelui fotometric. a-vedere din fa, b-vedere lateral, 3-bra articulatmobil, 4-bra articulat fix, 5-motor pas cu pas, 6-sensor incremental de deplasare, 7-angrenaj urub-piuli, 8-lentil colimatoare, (12),(13)-fibre optice, 19-buton de blocare.

Folosirea sistemului combinat de tip fotometric-microscopic aduceurmtoarele avantaje: - prin modificarea automat, controlat din aproape n aproape, agrosimii de strat analizat, fotometrul ofer posibilitatea determinrii precisea concentraiei, att la probe de soluii de concentraie ridicat, frdiluarea acestora ct i la probe de concentraii reduse din domeniulurmelor, concomitent cu studiul microscopic al soluiei analizate. - fotometrul combinat permite trasarea n citeva minute a familiei decurbe de calibrare realizate n coordonate: absorban - A optic, grosime- b de strat, concentraie c a speciei chimice analizate precum ideterminarea limitei de liniaritate a absorbanei A optice n funcie degrosimea b de strat i n funcie de concentraia c a speciei chimiceanalizate.


353

- fotometrul combinat prezint un pre redus deoarece detectorul luioptic este o fotodiod i nu un spectrometrun continuare snt redate posibilitile de lucru i modul operator cufotometrul combinat dup cum urmeaz:

1. Modul de lucru combinat fotometric - microscopic permite attdeterminarea pe cale fotometric, cu precizie ridicat, a concentraiei uneianumite specii chimice sau biolgice prezente n soluia de analizat, folosindmetoda curbei de calibrare, ct i studiul microscopic al probei analizatefolosind analiza optoelectronic de imagine, astfel:

a) Pentru determinarea concentraiei unei anumite specii chimice dinsoluia analizat pe cale fotometric este necesar prima dat realizareafamiliei curbelor de calibrare, figura II.5.27. n acest sens are loc prima datsetarea lungimii de und specific acelei specii ceea ce duce la comandaautomat a multiplexorului 2 n sensul aprinderii LED-ului corespunztordin sursa 1 de radiaie, dup care se realizeaz, folosind substan pura celei specii chimice, un set de soluii de concentraii cresctoare,


354

Fig.II.5.27. Familia curbelor de calibrare realizate pentru o specie chimic la diferiteconcentraii ale acesteia i la diferite grosimi de strat ale soluiei analizate

bine cunoscute, dup aceea se picur o pictur din soluia de calibrare,avnd concentraia c de valoarea cea mai mic din rndul celor preparate,pe lentila colimatoare 10 i se iniiaz dintr-o tast a calculatorului 17electronic nceperea msurrii, ceea ce are ca efect msurarea automata absorbanelor A optice la diferite grosimi de strat b, valoarea acestorafiind introdus alturi de valoarea grosimilor de strat corespunztoare, nfamilia curbelor de calibrare. Urmeaz aceeai procedur pentruurmtoarea concentraie pn la epuizarea ntregului lot de concentraii dinsoluia de calibrare urmat de comanda pentru realizarea automat afamiliei curbelor de calibrare folosind triplei de valori: absorban- A,


355

concentraie-c, grosime de strat, fig.II.5.27, familii n care este evideniat,tot automat, domeniul de liniaritate pentru fiecare concentraie i grosimede strat. Dup realizarea familiei curbelor de calibrare se aduce o picturdin proba p de analizat pe lentila colimatoare 10 i se iniiaz dintr-o tast acalculatorului 17 electronic nceperea msurrii ceea ce are ca efect oprim determinare automat a absorbanei optice a crei valoare esteintrodus, alturi de valoarea grosimii de strat corespunztoare, n familiacurbelor de calibrare. Dac msurtoarea se nscrie n zona dependenelorliniare calculatorul 17 electronic valideaz determinarea i determinautomat prin calcul de extrapolare concentraia speciei analizate. Dacvaloarea absorbanei optice nu se nscrie n zona dependenelor liniareprogramul calculatorului comand pornirea motorului 5 pas cu pas, acestamicornd grosimea de strat, prin apropierea braelor 3 i 4, pn cndvaloarea absorbanei A optice se nscrie n domeniul liniar, dup care areloc determinarea automat a concentraiei prin calcul de extrapolare,valoarea acesteia fiind afiat digital. Curbele de calibrare memorateelectronic pot fi folosite ori de cte ori este nevoie pentru determinareaconcentraiei speciei chimice pentru care au fost realizate. Trebuiemenionat c la determinarea concentraiei pe cale fotometric sedeosebesc dou situaii: - n prima situaie, se urmresc cte specii chimice, din numrul celorpentru care sursa 1 de radiaie cu LED-uri poate asigura lungimi de undspecifice, snt prezente n soluia de analizat, dup care se decidepentru care din aceste specii i n ce ordine se va determina concentraiape cale fotometric. n acest scop e iniiaz din tastatura calculatorului 17pornirea multiplexorului 2 optic ceea ce are ca efect iradierea succesiv aprobei analizate de ctre sursa 1 de radiaie cu LED-uri ce emit fiecare oanumit valoare a lungimii de und specific unei anumite specii chimice.Pentru fiecare specie chimic prezent n soluie apare un Peak deabsorban optic la lungimea de und specific ei. n continuare, pentru ase determina concentraia speciei alease se procedeaz ca la punctual 1a.


356

- n cea de-a doua situaie, se cunoate natura i numrul speciilor cese doresc a fi analizate. n acest caz se stabilete ordinea n care se vadetermina concentraia acestor specii dup care se seteaz din tastaturacalculatorului 17 electronic prima lungime de und pe care trebuie s oasigure multiplexorul 2 optic din ordinea stabilit, operaie urmat deprocedura stabilirii familiei curbelor de calibrare descrise la punctul 1a (faceexcepie situaia n care aceste familii de curbe snt deja n baza de date dela determinri anterioare). Dup realizarea i memorarea familiei curbelorde calibrare are loc controlul automat al nscrierii valorii absorbanei ndomeniul liniar (vezi punctual 1a) urmat de validarea rezultatului iafiarea concentraiei pentru specia chimic analizat. Operaiile se repetidentic pentru determinarea concentraiei celorlalte specii chimice,hotrte a fi analizate, din soluia cercetat. b) Determinarea structurii microscopice se realizeaz frndeprtarea soluiei folosite pentru determinarea concentraiei comandndmanual din tastatura calculatorului 17 electronic pai mici de deplasare alentilei 8 colimatoare nspre i dinspre lentila 10 colimatoare urmrindu-sen mod continuu pe ecran imaginea microscopic a soluiei dintre cele doulentile colimatoare, iar pentru imaginea cu cea mai bun rezoluie secomand preluarea acesteia n baza de date.

2. Modul de lucru numai fotometricpermite determinarea automat aconcentraiei speciilor chimice din proba analizat, folosind metodacurbelor de calibrare. n acesp scop se aplic modul operator de la punctul1a

3. Modul de lucru numai microscopiceste folosit pentru studiulmicroscopic automat al probei p cu ajutorul analizei optoelectronice deimagine. n acest scop se introduce prima dat, n locaul specific situatntre fibra optic 13 i camer 15 video, un obiectiv, din setul 16 deobiective optice, corespunztor unui anumit ordin de mrire dorit, dupcare se picur o pictur n proba p de analizat n cupa lentilei 10colimatoare, operaie urmat de comanda, din tastatura calculatorului 17electronic, a servomototului 5 pas cu pas ceea ce are ca efect coborrea


357

braului 3 mobil. Comanda de coborre se execut atta timp pn cnd peecranul calculatorului 17 electronic apare o imagie video clar a structuriimicroscopice. Atingerea claritii maxime a imaginii microscopice video seobine n continuare comandnd repetat i cu pai mici rotaia n ambelesensuri a motorului 5 pas cu pas. La obinerea imaginii microscopice cucea mai bun claritate se comand preluarea acesteia n baza de date.

Date post:	28-Sep-2015
Category:	Documents
Upload:	borcea-daniel
View:	36 times
Download:	5 times

SPECTROMICROSCOPIE

Documents