Способ определения коэффициентов молекулярной диффузии в жидкостях и устройство для его реализации

 

Союз Советских

Социалистических

Республик

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕтИНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (iu 976307

+, "l (61) Дополнительное к авт. свид-ву (5l)M. Кл, 401 J 4/04 (22) Заявлено 10.11.80 (31),300468Я 8, 2 с присоединением заявки М (ооударстеенный кокнтет (23) Приорнтет (53) УДК535. .41 1(088.8) во аелеи нзобретеннй к открытнй

Опубликовано 23.11.82. Бюллетень Р1е 43

Дата опубликования описаиия 23.11.82

А. А-.- Равдепь

3. Г. Симоненко, В. И. Фейгельс, Г. А. Шмуйлов и А. Б. Порай-Кошиц (72) Авторы изобрете ния

1

Северо-Западный заочный политехнический институт" "- . =- —. (71) Заявитель (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТОВ

МОЛЕКУЛЯРНОЙ ДИФФУЗИИ В ЖИДКОСТЯХ

И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО РЕАЛИЗАЦИИ

Изобретение относится к физической химии и может быть использовано при изучении кинетических процессов переноса массы для определения коэффициентов молекулярной диффузии в жидкостях ц повышения точности определения.

Известны различные оптические способы и устройства, позволяющие определить коэффициенты молекулярной диффузии в жидких системах (1 ) .

Основой этих способов является то, что при малых концентрациях последние пропорциональны разности показателей преломления двух исследуемых жидкостей, и задача измерения градиента концентрации сведена к измерению градиента показателей преломления или измерению вызываемой этим градиентом разностей фаз.

Чувствительность устройств, работающих на этих способах, убывает по мере разбавления растворов - разность показа телей преломления исследуемых жидкостей становится так мала, что вызываемая ею разность фаз становится также очень малой..

Наиболее близким к изобретению техническим решением можно считать способ определения коэффициентов молекулярной

5 диффузии в жидкостях, при котором свето вой пучок пропускают через поляризатор и разделяют на два ортогонально поляри .зованных Параллельных пучка с плоскос. тями поляризации, образующими угол 45 с плоскостью поляризации поляризатора, пропускают через кювету с исследуемой средой, сводят в один пучок, пропускают через анализатор и регистрируют с21 .

15 Устройство для определения коэффици ента молекулярной диффузии в жидкостях по известному способу содержит последоВательно расположенные по ходу луча источник излучения в выбранном спектральном диапазоне, цоляриаатор, первую дву», лучепреломляюшую призму, кювету, вторую двулучепреломляюшую призму и оптически связанный с ними расположенный на выхо9763

07 ф анализатор выполнен в виде механического прерывателя-синхронизатора, содержащего две пары. Фнализатбров с диафрагмами для рабочеро и опорного, пучков, и в каждой паре ананизаторы установлены так, что плоскость поляризации одного анализатора перпендикулярна плоскости поляризации поляризатора, а второго. анализатора - совпадает с ней, для рабочего и опорного пунктов соответственно, причем анализатор установлен после второй, двулучепреломляющей призмы, а за ним установлен фотоприемник, соединенный через преобразователь аналог-код и умножители для рабочего и опорного пучков с вычислителем, вход которого соединен со счетчиком времени и с индикатором положения, которым снабжен анализатор,. при этом выход вычислителя соединен с цифропечатающим устройством, причем в устройстве и до и после кюветы расположены четвертьволновые пластины с азимутами 45 к плоскости поляризао ции излучения, выходящего из первой двулучепреломляющей призмы.

На фиг. 1 показана оптическая и электрическая схема; на фиг. 2 — вид А на фиг. 1; на фиг. 3 — расположение индикаторов положения на механическом прерывателе.

Устройство содержит лазер 1, светоделительный элемент 2, зеркало 3, поляризатор 4, двулучепреломляюшую призму

5, четвертьволновые пластинки 6 и 8, кювету 7, вторую двулучепреломляющую призму 9, анализатор 10 в виде механического прерывателя-синхронизатора, фотоприемник 1 1, преобразователь аналогкод 12, умножители 13 и 14, вычислитель 15, счетчик 16 времени, электронный блок 17 индикации положения, цифропечатающее устройство 18, анализаторы

19-22 на модуляторе-синхронизаторе с диафрагмами 23-26 для рабочего и опорного пучков, индикаторы пбложения 27 и 28, 29 и 30, 31 и 32. Устройство работает следующим образом.

Световой пучок от лазера 1 пускают на светоделительный элемент 2 и зеркало 3, которые делят его на рабочий и опорные пучки. Расположенный за ними поляризатор 4 поляризует .эти пучки, которые, попадая на двулучепреломляющую призму 5; например, прйзму из исландс:кого шпата, делятся на два параацельных пучка каждый которые пускают через исследуемые, жидкости, залитые в кювету 7 выдвижным шибером. При этом все. де анализатор, причем поляриэационные оси. двулучепреломляюших призм составляют угол 45 с поляризационной осью поляризатора (2 3 .

Недостатком известных способа и устройства для его реализации является невоэ- можность определения коэффициентов диффузии в реальном масштабе времени и невысокая р, точность.

Цепью изобретения является определе 10 ние коэффициентов диффузии в реальном масштабе времени и повышение точности определения.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу определения коэффициентов молекулярной диффузии в жид

4 костях, при котором световой пучок пропускают через поляризатор и разделяют на два ортогонально попяриэованых параллельных пучка с плоскостями поляри- 2О зации, образующими угол 45 с плоскостью поляризации поляризатора, пропускают через кювету с исследуемой средой, сводят в один лучок, пропускают через анализатор и регистрируют, световой пучок перед 5 поляризацией разделяют на два — рабочий и опорный, проходящие один и тот же путь, причем опорный пучок пропускают вне зоны диффузии, регистрируют интенсивности рабочего и опорного световых зо пучков, соответствующие скрещенному и параллельному попожениям анализатора относительно поляризатора, преобразуют их в фототоки в цифровой форме, выделяют тактовые импульсы, соответствую" 35 шие моменту измерения, определяют врем . прошедшее от момента образования границы раздела до измерения полного набора интенсивностей излучения после прохождения светом всех комбинаций угловых

40 положений поляризатор — анализатор в рабочем и опорном каналах, Откуда судят о коэффициенте молекулярной диффузии.

Устройство, реализующее способ, содер45 жит последовательно расположенные по ходу пуча источник излучения в выбранном спектральном диапазоне, поляризатор, первую двулучепреломляюшую призму, кювету, вторую двулучепреломляюшую призму и оптически связанный с ними расположенный на выходе анализатор, причем поляризационные оси двулучепре-. ломляюших призм составляют угол 45 с поляризационной осью поляризатора, в дего,дополнительно введены светоделитель-55 ный элемент и зеркало для разделения светового пучка на рабочий и опорный, расположенные перед поляризатором, а

976

307

4 пучка проходят один и тот же путьдлину рабочего объема, но опорный пучок при этом проходит вне эоны диффузии.

° Это условие выполняют, исходя из того, что объем, в котором в течение опыта ,протекает диффузия, значительно меньше общего объема кюветы. Перед кюветой 7 с шибером и за нею установлены две четвертьволновые пластинки 6 и 8, которые преобразуют линейно-поляризованный 19 свет в эллиптически-поляризованный и обратно и позволяют тем самым исследовать оптически активные среды. Затем пластиной 9 пучки опять сводятся, и регистрируются интенсивности пабочего и . 1з опорного пучков. Эти интенсивности выделяют при помощи 4-х анализаторов 1922 и диафрагмами 23-26 для рабочего и опорного пучков. В каждой паре анализато ров плоскость поляризации одного анализа-И тора установлена перпендикулярно к плоскости поляризации поляризатора 4, а второго анализатора — совпадает с ней. Это позволяет выделить интенсивности пучков. Анализаторы с диафрагмами установлены 2$ на диске механического прерывателя-синхронизатора 10, которые располагают перед фотоприемником 11. Световой сигнал преобразуют в электрический, после чего с фотоприемника 1 1 его подают на преоб- Зе разователь аналог-код 1 2 для представления выделенной интенсивности в цифровой форме. Через умножители 13 и 14 для рабочего и опорного пучков величины ин"тенсивностей в цифровой форме поступают З в вычислитель 15. Вход вычислителя связан со счетчиком 16 времени для измерения времени, прошедшего от момента образования границы раздела до момента проведения 4-х измерений, и с индикатором положения, например системой светодиод-фотодиод 27 и 28, 29 и 30, 31 и

32. В вычислителе производят вычисление коэффициента молекулярной диффузии.

Вычислитель 15 передает полученные зна чения коэффициента и времени на оконечное устройство 18, например, ППУ. Определение разности показателей преломления исследуемых жидкостей производится следующим образом. В кювету заливают жидкости и при неподвижной границе раздела жидкостей производят измерение интенсивностей, откуда вычисляют значение разности показателей преломления исследуемых жидкостей.

Это позволяет устранить погрешности, связанные с использованием в процессе измерения другого прибора, например

ИРФ-23, а также погрешности, связанные, с согласованием данных по длинам волн.

Далее начинают измерения, связанные с процессом диффузии.

Предлагаемое устройство позволяет исследовать оптически активные среды, повышает стабильность работы устройст» ва, так как имеется возможность периоцической проверки нулевого положения при заливке одной и той же жидкости в верхнюю и нижнюю части кюветы, повыа@ет производительность работы установки, достигаемую за счет одновременности и непрерывности процессов измерения и обработки данных вместе с сокращением времени опыта, а также, благодаря воэможности многократного повторения опыта без .новой заливки жидкостей, достигнута универсальность установки, которая позволяет с высокой точностью определить разность показателей преломления исследуемых жидкостей. Перечисленные пре-, имушества расширяют возможности исследования кинетических процессов переноса . ьассы в жидкостях.

Формула изобретения

1. Способ определения коэффициентов молекулярной диффузии в жидкостях, при котором световой пучок пропускают через поляризатор и разделяют на два ортогонально поляризованных параллельных пучка с плоскостями поляризации, образуюцими угол 45 с плоскостью поляризации поляризатора, пропускают через кювету с исследуемой средой, сводят в один пучок, пропускают через анализатОр и регистрируют, о т л и ч а ю ш и и с я тем, что, с целью определения,коэффициентов диффузии в реальном масштабе времени и повышения точности определения, световой пучок перед поляризацией разделяют на два - рабочий и опорный, проходящие один и тот же путь, причем опорный пучок пропускают вне зоны диффузии, регистрируют интенсивности рабочего и опорного световых пучков; соответствующие скрещенному и параллельному положениям анализатора относительно поляризатора, преобразуют их в фототоки в цифровой форме, выделяют тактовые импульсы, соответствующие моменту измерения, определяют время, прошедшее от момента образования границы раздела до измерения полного набора интенсивностей из-

:тучения после прохождения светом всех комбинаций угловых положений поляризатор — анализатор в рабочем и опорном

7 9763 каналах, откуда судят о коэффициенте молекулярной диффузии.

2. Устройство для определения коэффициентов молекулярной диффузии в жид. костях, содержащее последовательно рас« положенные по ходу луча источник излучения в выбранном спектральном диапазоне, поляризатор, первую двулучепрелом, ляющую призму, кювету, вторую двулуче-10 преломляющую призму и оптически связанный с ними расположенный на выходе анализатор, причем поляризационные оси двулучепреломляюших. призм составляют угол 45О с полярнзационной осью поляри-1$ затора, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью определения коэффициентов диф уэии в реальном масштабе времени и повышения точности определения, в него дополнительно введены светоделитель ный элемент. и зеркало для разделения светового пучка на рабочий и опорный, расположенные перед поляризатором, а анализатор выполнен в виде механического прерывателя-синхронизатора, содер- 2$ жащего две пары анализаторов с диафраг- мами для рабочего и опорного пучков, и в каждой паре анализаторы установлены. так, что плоскость поляризации одного

07 8, анализатора перпендикулярна плоскости поляризации поляризатора, а второго анализатора - совпадает с ней, для рабочего и опорного пучков соответственно, причем анализатор установлен после второй двулучепреломляющей призмы, а за ним установлен фотоприемник, соединенный через преобразователь аналог-код и умножители для рабочего и опорного пучков с вычислителем, вход которого соединен со счетчиком времени и с индикатором положения, которым снабжен анализатор, при этом выход вычислителя соединен с цифропечатающим устройством.

3. Устройство по п. 2, о т л и ч а— ю щ е е с я тем, что до и после кюветы расположены четвертьволновые пластины с азимутами 45О к плоскости поляризации излучения, выходящего из первой двулучепреломляющей призмы.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Робинсон P., Стокс А. Растворы электролитов. М., Иностранная лит-ра, 1963, с. 313-329.

2. Иоффе Б. В. Рефрактометрическиеметоды в химии. Л., Химия, 1974, с. 308-309, 976307

® И

16

Фиа2

ФиаЗ

Составитель В. Котенев

Редактор Л. Гратилло ТехредЖ.КастелевичКорректор М. Коста

Заказ 8993/69 Тираж 887 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

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