Оптическая диффузионная кювета

 

ОПИСА

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Союз Советских

Социалистических

Уеспублнк (ri) 798559

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное и авт. свид-ву— (5 )М. Кл.

G N 21/03 (22) Заявлено 23.06.78 (21) 2634660/18-25

Ф с присОедимемием заявки Нов

ГосударственныЯ комитет ссср по делам изобретеннЯ и открытий (23) Приоритет

Опубликовано 2301®1. бюллетень йо 3

Дата опубликоеамия описания 250131 (53) УДК 535.242 ° .2(oss..8) (72) Авторы изобретения

Л. И. Курлапов и О. Ф. Горбачев

Казахский ордена Трудового Красного Знамени государственный университет им. С.N. Кирова (71) Заявитель (5 4 ) ОПТИЧЕСКАЯ ДИФФУЗИОН НАЯ КЮВЕТА

Изобретение относится к теплофиэике и может быть использовано в диффузометрах для измерения коэффициентов диффузии, для исследования полей концентрации или температуры, а также в оптике для измерения показателя преломления жидкостей или газов.

Действие оптической диффузионной кюветы основано на использовании ин- ® терференции света после разделения его на ногерентные лучи на слое, который представляет собой исследуем@И образец.

Известны оптические кюветы, применяемае в диффузометрах, состоящих из прозрачных передней и задней сте„нок. В этих кюветах лучи света после прохождения слоя исследуемого вещества получают определенную разность хода, что обнаруживается по 26 смещению интерференционной картины, образованной интерференцией этих лучей с опорными лучами (1 )

Однако существующие оптические диффузионные кюветы применяются в устрой-и ствах, в которых опорные лучи и лучи рабочего плеча прибора образуются вне кюветы специальными устройствами.

Необходимость отведения опорного луча и пропускания его вне кюветы or- 30 раничивает достижимые размеры диф.фузионной кюветы и функциональные возможности, так как онн позволяют измерять либо градиент концентрации либо значения концентрации в отдельных точках, и не позволяют исследовать изменяющиеся со временем поля концентрации или распределения показателя преломления, что в конечном счете снижает достижимую точность измерений.

Наиболее близкой к предлагаемой по технической сущности является оптическая диффузионная кювета, содержащая две рабочие стенки, выполненные в виде прозрачных плоскопараллеуных пластинок, боковые стенки и систему напуска жидкости. Кювета применяется в интерферометре, в котором для разделения лучей используются призмы Волластона. Описанное устройство позволяет фиксировать градиенты концентрации, но не дает полей концентрации (2).

К недостаткам этой кюветы относится то, что она не позволяет исследовать наиболее интересные краевые участки, так называемые "серые области", куда ые попалает .ни один из лучей, дающих интерференцию.

798559 достаточную чувствительность при измерении градиента концентрации (разности концентраций по высоте) можно получить при смещении обыкновенного и необыкновенного луча на расстоянии в несколько миллиметров. На этом расстоянии от поверхности жидкости и от других ограничивающих сверху поверхностей интерференционной картины нет "серая область" . Однако это не дает воэможности измерять градиент концентрации у поверхности жидкости и снижает точность измерений.

Кроме того, в известном устройстве достаточная точность измерений может быть достигнута только при до- вольно большом расстоянии между пе" 1З редней и задней стенками кюветы. Так, в описанной кювете это расстояние равно 35,бб см. При такой толщине слоя невозможно выполнить условие одномерности процесса. Это в конечном,ф счете снижает точность измерений.

В практике необходимо измерять с достаточной точностью концентрации, распределенные в произвольно больших областях с использованием ограниченного количества исследуемых веществ.

Причем исследуемые поля концентрации могут быть как стационарными, так и

Нестационарными. Такие измерения дают возможность исследовать зависимость коэффициентов диффузии от концентрации с достаточной точностью.

Цель изобретения †. повышение точности измерений. ,Цля достижения поставленной цели

6 в оптической диффузионной кювете, содержащей две рабочие стенки в виде оптически прозрачных плоско-параллельных пластин, боковые стенки, поверхности пластин, обращенные друг к дру1у, выполнены зеркально-отра- @j жающими, а боковые стенки - эластичными. При этом пластины выполнены с возможностью изменения их взаимного расположения.

На чеРтеже пРеДставлена предлагаемая оптическая диффузионная кювета.

Кювета состоит из прозрачной передней стенки 1, задней стенки 2, рамки 3 боковой стенки. В полости 4,образованной стенками, находится исследуемое вещество.. Кроме того, имеется устройство 5(фотопластинка, экран) для регистрации световых лучей б, вышедших из кюветы. устройство работает следующим об- S5 разом.

Лучи, света в результате отраже. ния от поверхностей пластин 1 и 2, соприкасающихся со слоем исследуемого вещества 4, делятся на когерентные gp лучи, дающие интерференционную картину. Регулировкой взаимного расположения пластин 1 и 2 можно добиться того, что слой исследуемого вещества

4 представляет собой такой оптический клин, после отражения от поверхностей которого лучи дают интерференционную картину полосы равной толщины, локализованную в плоскости регистрирующего устройства 5. Соответствующей юстировкой устанавливаются полосы определенной ширины. Чтобы иметь возможможность изменять взаимное расположение пластин 1 и 2, боковые стенки, образованные рамкой 3, выполняются из легко деформируемого материала (например вакуумной резины). Взаимным расположением пластин 1 и 2 можно добиться также получения в плоскости регистрирующего устройства 5 линий равного наклона.

Таким образом, предлагаемая оптическая диффузионная кювета выполняет дополнительные функции — раз- деление лучей на когерентные, интерференция которых отражает оптическую разность хода, полученную после прохождения одним лучом слоя исследуемого вещества, находящегося в кювете. Воэможность нахождения поля концентрации по всей кювете и двухкратное прохождение луча в слое исследуемых веществ повыаает чувствительность и точность измерений, Если кювета заполняется смесью, состав которой меняется по оси,, перпендикулярной плоскости фигуры, то на экране 5 интерференционные полосы искривляются относительно полос„ соответствующих случаю, когда пространство 4 заполнено одним веществом.

При изменении поля концентрации, обусловленном диффузией, изменяется и форма интерференционных полос.

Известные соотношения позволяют по форме интерференционных полос устанавливать поля концентрации.

Предлагаемое устройство особенно удобно применять для измерения коэффициентов диффузии газов или жидкостей. Для нахождения коэффициента диффузии используется решение уравнения диффузии с соответствующими начальными и граничными условиями.

Так, если нижняя часть полости 4 заполнена одной жидкостью или газом а верхняя — другой (или смесью с первой) то для нахождения коэффициента диффузии в приближении независимости его от состава применяется формула где g — высота слоя 4, 2- 0 и

1 2 где -время; — число полос по верти2 кали в моменты времени и с соответственно„

Ках видно из формулы, для определения коэффициента диффузии З необ798559

Формула изобретения

Составитель Н. Гусева иленко Техред А. Ач Ко екто ..О. Макаренко

2 Рираж 918 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035 Москва Ж-35 Ра сная наб. . 4 5

Филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Ъ ходимо произвести счет полос при различном времени процесса, что очень удобно для автоматизации процесса.измерения. ,Пля ииследований концентрироваи» ной зависимости коэффициентов диффузии применяется, например метод Матано-Больцмана. Наличие кривых распределения концентрации в различные моменты времени позволяет из одного эксперимента получить данные-о концентрационной зависимости коэффициентов диффузии ° С целью применения машиной обработки данных эксперимента в качестве экрана применяется. сканирующее устройство.

Предлагаемое устройство может быть применено для исследований многокомпонентных смесей. Для этого .необходимо применять свет различной длины волн.

При определенном взаимном располо-24 женин-стенок кюветы ширина интерференционных полос зависит от показателя преломления вещества, заполняющего кювету, Это дает воэможность измерять показатель преломления. р

B отличие от известного предлагае" мое устройство применимо для газов и жидкостей. кроме того, в известном устройстве используются линии равного наклона, а в предлагаемом .изменении взаимного расположения стенок кюветы можно получить полосы равной толщины с необходимой частотой полос

Интерференционные полосы, получающиеся от передней стенки соответствующей:юстировкой делаются такой ширины, при которой полосы от исследуемого слоя без труда от них отличаются.

1. Оптическая диффузионная кювета, содержащая две рабочих стенки в виде оптически прозрачных плоскоспараллельных, пластин и боковые стенки, отличающаяся тем, что, с целью повышения точности измерения, поверхности пластин, обращенные друг к другу, выполнены зеркально-отражающими,- а боковые стенки -эластичными е

2. Оптическая диффузионная кювета по п 1, отличающаяся тем, что пластины выполнены с возможностью изменениях их взаимного расположения.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Иоффе Б. В. Рефрактометрические методы химии, Л., "Химия", 1974, с. 298"300.

2. Блэк Р. и др. Интерферометрический метод определения массовых коэффициентов диффузии бинарных смесей газов, "Приборы для научных исследований", 1974, М 4, с. 104(прототип).