Многоходовая оптическая кювета

 

Союз Советскнк

Социалистических

Республнк ив883714

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 10.10,78 (2 ) 26 73339/18-25 (Я)М. Кл. с присоединением заявки ¹

G 01 и 21/03

Государственный комитет

СССР ио делам изобретений и открытий (23) Приоритет

Опубликовано 2311.81 Бюллетень ЙВ 43 (5З) У4К535 ° 242. 2 (088. 8 ) Дата опубликования описания 231181

Ф. Я. Фролов, А. Л. Изюмников, Б. К. Соколов, Т. Т. Величко

4 Ь*р

Э ОЮЗЫМ 9 (72) Авторы изобретения (71) Заявитель (54) МНОГОХОДОВАЯ ОПТИЧЕСКАЯ КЮВЕТА

Изобретение относится к измерениям коэффициентов поглощения (или ослабления) света в различных средах и может быть использовано в спектрофотометрии, колориметрии, турбидиметрии и т.д.

Известны кюветы, в которых повышение точности определения коэффициента поглощения достигается путем применения сменных кювет с различной длиной хода, укрепленных, например, в револьверном барабане (1) .

Однако диапазон измерений коэффициентов поглощения с помощью таких кювет сравнительно невелик и опреде- 35 ляется (при данной длине хода лучей) диапазоном измерений ослабления интенсивности света, прошедшего через кювету, фотоэлектронной частью устрбйств. Расширение этого диапазона 20 неизбежно приводит к усложнению фотоэлектронной части.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является многоходовая оптическая кювета, со- 25 держащая ячейку для исследуемой среды, и помещенную в нее систему зеркал, снабженных механизмом перемещения.

В известной кювете различные длины хода лучей обеспечиваются дис- 30 кретным изменением числа отражений от систеьж из трех сферических зеркал, из которых два являются подвижнымн. Теоретически в этой кювете может быть получено от четырехкратного до любого количества, кратного четырем, прохождений света, что достигается изменением угла между осями двух подвижных зеркал (2) .

Однако известная кювета имеет сравнительно большую величину начальной (минимальной) длины хода лучей из-за большого числа отражений. Это обстоятельство, а также дискретность изменения длины хода луча и большие числа отражений (3, 7, 11 и т.д.) ограничивают реальный диапазон измерений коэффициентов поглощения.

Использование системы из трех сферических зеркал не только усложняет конструкцию, но и может явиться источником погрешностей в измерениях вследствие аберраций, в особенности при большом числе отражений.

Кроме того, сходящиеся входной и выходной световые пучки преломляются при прохождении их через границы сред с различными показателями преломления (воздух-стекло-исследуемая среда). Поэтому при изменении показателя преломления исследуемой среды или изменении длины волны используемого света происходит разъюстировка оптической системы.

Цель изобретения — повышение точности и расширение диапазона измерений.

Поставленная цель достигается тем, что в многоходовой оптической кювете; содержащей ячейку для исследуемой среды и помещенную в нее систему зеркал, снабженных механизмом перемещения, зеркала выполнены плоскими и установлены параллельно, а механизм перемещения зеркал выполнен в виде механизмов непрерывного перемещения относительно центра кюветы и механизма .изменения расстояния между ними

При этом, механизмы непрерывного перемещения относительно центра кюветы выполнены в виде взаимно.параллельных направляющих, в которых размещены сухари с шарнирными узлами, связанными с зеркалами.

Кроме того, механизм изменения расстояния между зеркалами выполнен в виде винта, на концах которого имеется правая и левая резьба, и шарнирных гаек, закрепленных на зерка— лах.

На фиг. 1 изображена схема многоходовой оптической кюветы; на фиг.

2 и 3 — ход лучей в многоходовой оптической кювете при различном числе отражений от зеркал и различных расстояниях между ними; на фиг. 4 графики зависимости оптическбй плотности растворов от концентрации растворенного вещества.

Многоходовая оптическая кювета включает стеклянную ячейку с плоскопараллельными стенками 1, два плоских зеркала 2, соединенных винтом 3 с правой и левой резьбой через шарнирные гайки 4. Зеркала также шар-. нирно связаны g сухарями 5, помещен-ными в направляющие 6 в крышке кюветы (на черте>ке не показана), Стрелками показан ход луча через кювету.

Параллельный пучок света проходит через переднюю стенку кюветы, падает на зеркала и, многократно от них отражаясь, выходит через заднюю стенку кюветы.

Величина пути светового луча L через кювету определяется следующим соотношением: =8+0л>асов cL. гдВ .L - длина ячейки, d. — угол между плоскостью зеркала и входной гранью ячейки, 3.. — расстояние между зеркалами, >> — число отражений на одном зеркале.

Из этого соотношения следует, что варьируя угол „расстояние 4 и число отражений можно непрерывно изменять величину L в очень широких пределах: от 21 до сколь угодна больших значений. Ограничением являются ширина пучка и потери на зеркалах за счет поглощения.

Заданная длина пути лучей в кювете устанавливается следующим образом.

Вначале определяется необходимое значение величины „, <) и с . Затем перемещением сухарей 5 и вращением винта 3 по соответствующим шкалам устанавливают значения этих величин.

На фиг. 2 и 3 показаны, выборочные примеры возможного изменения длины хода луча при двух и восьми .отражениях. Аналогично можно изобразить ход лучей при.любом числе (2n) отражений.

Воэможность изменения длины оптического хода в широких пределах позволяет устанавливать оптимальные ее значения при измерениях коэффициентов поглощения сред, обеспечивающие мак.>О "имальную точность измерений имеющейся Фотоэлектронной частью устройств.

Для иллюстрации возможности обеспечения максимальной точности определения коэффициентов поглощения на фиг. 4 представлены графики зависимоСти оптической плотности растворов D от концентрации растворенного вещества С, построенные по данным измерений с помощью многоходовой кюветы. Прямые A u B представляют эти зависимости для растворов веществ

A и В соответственно, полученные при измерениях в кювете с длиной хода светового пучка L = 74 мм (2п = 2; — 2 3 мм). Видно, что оптические

35 плотности растворов вещества (А), а следовательно и коэффициента поглощения, в три раза .меньше, чем для вещества В. Вследствие, малых значений оптической плотности растворов вещества A точность определения, коэффициентов поглощения этих растворов с помощью кюветы с такой длиной хо,ца невелика. Многоходовая зеркальная кювета позволяет за счет увеличения длины хода увеличить измеряемые оптические плотности до значений,.измерение которых может быть осуществле-. но с максимальной точностью, обеспечивающей фотоэлектрической частью данного прибора. Прямая E представляет соответствующую зависимость, полученную для растворов вещества А в кювете с длиной хода светового пучка L = 250 мм (2n = б; d = 35 мм).

В этом случае измеренные оптические

55 плотности растворов веществ А и В близки друг к другу, а следовательно, одинакова и точность определения их коэффициентов поглощения.

Неизменность положения выходящего

g0 из кюветы светового пучка при возмож ном изменении показателя преломления исследуемых сред или длины волны используемого света обеспечивается

1 тем, что параллельный световой пучок проходит перпендикулярно к гра883714 ницам сред с различными показателями преломления, Формула изобретения

1. Многоходовая оптическая кювета, содержащая ячейку для исследуемой среды и помещенную в нее систему зеркал, снабженных механизмом перемещения, отличающаяся тем, что, с целью повышения точности и расширения диапазона измерений, зеркала выполнены плоскими и установлены параллельно, а механизм перемещения зеркал выполнен в виде механизмов непрерывного перемещения относительно центра кюветы и механизма изменения расстояния между ними.

2. Кювета по и. 1, о т л и ч аю щ а я с я тем, что механизмы непрерывного -перемещения относительнО центра кюветы выполнены в виде взаимно параллельных направляющих, в которых размещены сухари с шарнирными узлами, связанными с зеркалами.

3. Кювета по и. 1, о т л и ч а = ю щ а я с я тем, что механизм изменения расстояния между зеркалами выполнен в виде винта, на концах которого имеется правая и левая резьба, и шарнирных гаек, закрепленных на зеркалахх.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Патент C2IA 9 3161769, кл. 250-43.5, опублик. 19б5 °

2.Сакин И. Л. Инженерная оптика.

Л., 1976, с. 181-182 (прототип).