ИММЕРСИОННАЯ ЖИДКОСТЬ ДЛЯ ОПТИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ Российский патент 1999 года по МПК C09K3/00 G02B1/06 

Изобретение относится к прикладной химии и может быть использовано в качестве иммерсионной жидкости в оптическом приборостроении для контроля оптических параметров неорганических материалов, а также для физических экспериментов, например, в гидродинамике при изучении движения жидкости оптическими методами.

Известны иммерсионные жидкости на основе белого фосфора, йодистого метилена, органических растворителей б-бромнафталина, бромоформа, декалина, тетралина, которые имеют высокий показатель преломления (более 1,5) (Справочник химика, т. 4, М-Л, Химия, с. 821). К недостаткам этих жидкостей относится их высокая токсичность, чрезвычайная ядовитость, взрывоопасность и дороговизна.

Известны более дешевые и безопасные жидкости на основе йодидов металлов. Например, водный раствор йодидов калия и кадмия и хлористого цинка с максимальным показателем преломления n_D = 1.625 (авт.св. СССР N 948994, кл. C 09 K 3/00, 1982). Но при достаточной стабильности этой жидкости она не позволяет получить более высоких показателей преломления одновременно с большими значениями вязкости.

Известна менее стабильная жидкость в виде водного раствора йодида цинка с показателем преломления n_D = 1.64 (патент РФ N 2051940, кл. C 09 K 3/00, 1996), вязкость которой достигается больших значений (8.1 относительно воды). Но недостатком этой жидкости является недолговечность сохранения ее высоких оптических свойств. Через несколько дней в жидкости образуются комплексы, меняющие ее оптические свойства. Поэтому дальнейшее совершенствование подобных жидкостей заключается в увеличении диапазона изменения показателя преломления и вязкости с одновременным сохранением или увеличением стабильности их оптических свойств.

Из известных технических решений наиболее близким по назначению и технической сущности к заявляемому объекту является иммерсионная жидкость для оптических исследований, содержащая мас.%: йодид калия 40-43; йодид кадмия 40-42; хлорид цинка 1-2 и вода остальное (авт.св. СССР N 948994, кл. C 09 K 3/00, 1982). Эта жидкость удобна в эксплуатации так как не имеет запаха и позволяет получать показатель преломления (n_D) 1.62-1.33, но не позволяет получить более высокие n_D.

Сущность изобретения заключается в том, что предлагаемая иммерсионная жидкость для оптических исследований содержит, мас.%: йодид кадмия 39-46, йодид натрия 32-38 и вода остальное, дополнительно она содержит 3-6% йодида кальция. Предлагаемая иммерсионная жидкость не имеет запаха, легко смывается водой, с ее помощью можно получить ряд иммерсионных жидкостей с различными значениями показателя преломления и вязкости. Она обладает достаточной стабильностью, так как ее стабильность определяется комплексами, аналогичными комплексам раствора KI-CdI₂-H₂O.

Осуществление изобретения достигается следующим образом. В качестве исходных компонентов для приготовления иммерсионной жидкости используют порошкообразные соли CdI₂ и NaI при следующем соотношении компонентов, мас.%: йодистый кадмий 39-46, йодистый натрий 32-38, вода - остальное.

Пример 1. В нагретую до 100^oC дистиллированную воду засыпают порошкообразные соли перечисленных компонентов в упомянутом соотношении. Раствор тщательно перемешивают. После растворения и отстаивания жидкость фильтруют для устранения нерастворимых и посторонних примесей. Показатель преломления для желтой линии натрия перенасыщенного водного раствора йодистого кадмия не превышает 1.43, а водного раствора йодистого натрия 1.502. Совместное растворение компонентов позволяет получить насыщенный раствор CdI₂ и NaI с показателем преломления 1.644, что уже на 0.02 больше, чем в прототипе. Использование концентраций реагентом меньше, чем NaI - 32.4% и CdI₂ -30%, не имеет смысла, так как для получения показателя преломления n_D < 1.53 могут быть использованы другие более распространенные жидкости типа глицерина.

Пример 2. В приготовленную по примеру 1 иммерсионную жидкость добавляют 3-6 мас. %: порошка CaI₂. После полного его растворения раствор фильтруют. Количество CaI₂ менее 3%, как следует из таблицы, не приводит к существенным изменениям показателя преломления и вязкости, а количество 6% затрудняет использование этой жидкости, так как при комнатной температуре раствор кристаллизуется и становится жидким только с температуры 30^oC.

Йодид кальция позволяет увеличить диапазоны изменения относительной вязкости до 7.7 и показателя преломления до 1.66. Тогда как в водном растворе солей KI и CdI₂ значение вязкости изменяется в пределах 1.6-2.9, а показатель преломления при этом в пределах 1.587-1.625. У водного раствора йодида цинка хотя вязкость изменяется в больших пределах 1.2 - 8.1, но максимальный показатель преломления достигает 1.64.

В таблице представлены конкретные результаты определения физических свойств иммерсионной жидкости при разных значениях количества компонент. Из данных таблицы видно, что добавление в водные растворы йодида кадмия и йодида натрия, йодида кальция позволило увеличить вязкость жидкости в 1.7 раза при сохранении высокого показателя преломления.

Предлагаемая иммерсионная жидкость малотоксична, легко смывается водой, стабильна, невзрывоопасна, исходные компоненты недефицитны. С ее помощью удалось расширить диапазон изменения вязкости и показателя преломления. Она может быть использована для контроля отдельных оптических параметров неорганических материалов, а также в гидродинамических исследованиях оптическими методами.

Литература
1. Справочник химика. т.4, М.-Л., "Химия", 1965, с.821.

2. Волков В.И., Мухин В.А. Жидкость для оптических исследований (авт.св. 948994 СССР, 1982, бюл.9).

3. Волков В.И. и др. Иммерсионная жидкость (патент России 2051940, 1996, бюл. 1).

Иммерсионная жидкость применима в оптическом приборостроении, а также для физических экспериментов. Полученная иммерсионная жидкость содержит, мас. %: йодид кадмия 39-45, йодид натрия 32-38 и вода остальное, дополнительно она содержит 3-6% йодида кальция. Жидкость стабильна, малотоксична, легко смывается водой, имеет высокий показатель преломления. При максимальном показателе преломления N_D = 1,66 плотность жидкости равна 2,787, а относительная вязкость имеет значение 7,7. 1 з.п. ф-лы, 1 табл.

1. Иммерсионная жидкость для оптических исследований, включающая йодистый кадмий и воду, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит йодистый натрий при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Йодистый кадмий - 39 - 46%
Йодистый натрий - 32 - 38%
Вода - Остальное. 2. Жидкость по п.1, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит 3 - 6 мас.% йодида кальция.