Способ контроля прозрачных объектов Советский патент 1987 года по МПК G01N21/43 

Изобретение относится к аналитическому приборостроению и может быть использовано при лабораторном анализе жидких объектов, например химических веществ повышенной чистоты, и при изу чении различных граничных явлений в системах газ - жидкость, жидкость - твердое тело, газ - жидкость - твердое тело, жидкость - жидкость.

Цель изобретения - повышение разре шения оптического контроля.

На чертеже представлена схема прохождения излучения через систему.

Пучок 1 параллельных лучей, идущих, например, от конденсора освети- теля, входящего в комплект любого поляризационного микроскопа (не показан), попадает на внешнюю стенку 2 стеклянного полого цилиндра, представляющего собой капилляр 3, При этом только луч 4 доходит до внутренней стенки 5 в точке А под углом, соответствующем предельному углу полного внутреннего отражения д.. Луч 4 заходит внутрь объема 6 и скользит вдоль границы раздела до выхода в точке В, затем отражается от внутренней поверхности стенки 2 и движется до точки С, где может возникать картина, подобная той, которая была в точке А. При этом точки А,С,,, можно наблюдать в поле зрения микроскопа как световые полосы на темном фоне, еслинаблюдение ведется в скрещенных поляроидах.

Количество, интенсивность, неоднородность поляризационных линий определяются характером границы рассматриваемого объекта, а изменение их характера свидетельствует о кине- тике происходящих явлений, например о диффузии на границе несмешивающихся жидкостей (углеводород - вода или др.) либо об адсорбции на твердой или жидкой поверхности.

Наблюда ёмый объект, главным образом жидкой природы, помещаются в цилиндрический капилляр, выполненный -из материала с большим показателем преломления, чем контролируемый объект. При этом на границе внутренней стенки капилляра и предмета в определенных точках возникает полное внутреннее отражение, когда луч скользит, заходя на расстояние порядка длины световой волны в пределы объекта. Это приводит к четкой фиксации границы объекта и ее однородностей из-за поляризации выходящего луча. О.собенности поляризации луча (степень и плоскость поляризации, интенсивность, количество и особенности полос поляризации) усиливают разрешение при контроле прозрачных объектов. Поляризация в этом случае происходит при рассеянии луча света на молекулярных неоднородностях граничного слоя в процессе полного внутреннего отражения,Для цилиндрической поверхности из-за выбора диаметра капилляра, существенно (на 2 порядка) превышающего длину световой волны, и толщины стенки капиллярной ячейки, в 3-6 раз меньшей внутреннего диаметра., полосы не накладываются и не перекрывают друг друга. Прозрачный объект освещается пучком параллельных лучей, например от лазера либо от осветителя с конденсором. Из-за цилиндрической поверхности лучи ЭТОГО пучка имеют разные углы падения. Из этих лучей только определенные попадают на границу под предельным углом полного внутреннего

,-, пе отражения Sin i - и создают

ляризационную картину, т.е. используются при контроле объекта (п, п - показатели преломления материалов капилляра и контролируемого объекта соответственно). Наблюдение и фотогрфирование возникающей картины можно осуществлять через тубус микроскопа, когда объектив сфокусирован на объек или отдельные его детали, где происходит внутреннее отражение.

Варьирование размером толщины стеки ячейки показывает, что при малой толщине поляризационные полосы взаимно перекрывают друг друга, создавая дифракционные нарушения, из-за чего интерпретация картины усложняется. В то же время слишком толстая стенка искажает сам ход луча в стекле, способствуя возникновению добавочных бликов. Выбор соотношения внутренний диаметр/толщина стенки в пределах 3-6 является экспериментально обоснованным.

Подготовку жидкого объекта осуществляют следующим образом. Предварительно запаянньш капилляр помещают в жидкость и в ней надламывают.- Жид кость заполняет капилляр под действием капиллярных сил. Жидкость в капилляре не контактирует с окружаюей средой, при необходимости апилляра могут быть запаяны снова. одготовленный таким образом образец помещают на столик микроскопа, наблюают, фотографируют и при необходимое- ти фотометрируют.

Способ реализован на базе микроскопа МШ1-8, в качестве осветителя . применены входящий в комплект микроскопа осветитель и газовый лазер tO ЛГ-73. Цилиндрические капиллярные ячейки вытягивали при нагреве из трубок, выполненных из стекла Пирекс с показателем преломления ,476. После этого капилляры запаивали. Диа- 5 метр ячейки составлял 100-200 мкм, толщина стенки изменялась в пределах 15-50 мкм.

Ячейки заполняли исследуемыми объектами жидкой природы путем капил- 20 лярного поднятия после надлома края капилляра. При этом полностью исключалось попадание в ячейку посторонних веществ, кроме контролируемых объектов. Жидкости - вода (,333), 25 октан (,ЗУ7), декан ,411), монобромнафталин (,658) - вводили как отдельно, так и последовательно друг за другом во всех случаях за счет капиллярных сил. Последнее осу- 30 ществляли при контроле я влений диффузионного характера на границах стекло - жидкость, а также жидкость- . жидкость (л(идкости являются несмешиваемыми) . Время подготовки объектов 35 для контроля не превышало 40-60 с.

Наблюдения выполняли в проходящем свете при увеличениях 9 8 и (увеличение объектива 9 ). Установлены в скрещенных поляро1-щах светлые 40 полосы вдоль внутренней стенки, расположенные симметрично относительно оси ячейки, которые погасают при повороте объекта на . На микрофотографии наблюдаются такие полосы на 45 границе воздух - вода, полоса отсут- ствует там, где находится монобром- нафталин, так как он имеет показатель преломления ,658 против показателя п 1,333, которым характери- зуется дистиллированная вода. Интенсивность этих полос, измеренная на негативных изображениях при помощи микрофотометра МФ-2, уменьшается в

55

следующей последовательности объектов: сухой воздух - октан - декан. Исследование полос при выведенном поляризаторе показало, что плоскость колебаний Е располагается перпендикулярно плоскости контакта. Изменение положения осветителя приводит к незначительному смещению положения полос в поле зрения микроскопа.. Влияние увлажненного в эксикаторе (100% влажности) канала ячейки проявилось появлением полос, имеющих разную интенсивность по длине. При контроле контакта двух несмешивающихся жидкостей вода - декан установлено проникновение в течение 5 сут поляризованной полосы в зону контакта декана и внутренней стенки на расстояние от 0,085 мм.

Формула изобретения

Способ контроля прозрачных объектов, включающий зондирование объектов поляризованным светом, регистрацию его оптических характеристик, определение изменения показателя преломления и последующий контроль физико-химических свойств объектов, о Т- личающийся тем, что, с целью повышения разрешения оптичес- рого контроля, зондируют контролируемые объекты, помещенные в полый цилиндр с внутренним диаметром D, удовлетворяющим соотношению

,

где , - длина волны зондирующего

излучения,

и толщиной стенки , удовлетворяющей соотношению

D/3 D/6,

выполненной из прозрачного материала с показателем преломления, большим показателя преломления контролируемого объекта, а об изменении показателя преломления судят по изменению интенсивности поляризационных полос, возникающих в местах контакта контролируемь х объектов с полым цилиндром и между собой.

Изобретение относится к области аналитического приборостроения и может быть использовано при лабораторном анализе жидких сред и при изучении различных граничных явлений. С целью повьш1ения разрешения оптического контроля анализируют поляризацию света в цилиндрической капиллярной ячейке при помещении в нее жидкости или смеси жидкостей, из которых хотя бы одна обладает меньшим показателем преломления, чем материал ячейки. 1 ил. со о 00

Редактор А.Огар

Составитель С,Голубев Техред Л.Сердюкова

Заказ 1624/42 Тираж 777Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д.4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г.Ужгород, ул.Проектная, 4

Корректор Л.Пилипенко