Способ непрерывного контроля различных физико-химических процессов Советский патент 1948 года по МПК G01N29/00 

Известны способы контроля различных физико-химических процессов, основанные на том, что сквозь исследуемые вещества или их смесь пропускают направленный пучок ультразвуковых лучей, а затем наблюдают характер распространения лучей после прохождения ими исследуемой среды.

Особенность предлагаемого способа, также основанного на возбуждении в контролируемой среде ультразвуковых колебаний, заключается в том, что об изменении химических или физических свойств среды судят по изменению скорости распространения в ней ультразвуковых колебаний.

На фиг. 1 и 2 схематически изображено расположение измерительной аппаратуры при проведении испытаний по предлагаемому способу.

Как известно, упругие свойства среды, например скорость распространения звука и коэфициент поглощения, изменяются в большей или меньшей степени, если в указанной среде происходят какие-либо физикохимические процессы. Поэтому, если непрерывно регистрировать величину скорости распространения звука, то изменение этих величин будет в той или иной степени характеризовать происходящий процесс, так, например, по кривой изменения указанных параметров можно судить о длительности протекания процесса.

Указанный способ позволяет производить исследование процессов, длительность которых исчисляется как днями, так и микросекундами. Достоинство метода заключается в том, что измерение распространения ультразвука может быть произведено с большой точностью для твердой, жидкой или газообразной среды. Предложенный способ в основном предназначается для измерения скорости протекания химических реакций. Интенсивность ультразвуковых колебаний может быть соответственно подобрана таким образом, чтобы действие колебаний не влияло на ход изучаемого процесса. Так, например, для большинства газовых реакций частота ультразвуковых колебаний

333

должна быть значительно выше области частот дисперсии звука. Однако в некоторых случаях полезно бывает использовать также и частоту, соответствующую частоте дисперсии звука. Есть основания полагать, что настоящий способ будет полезен не только для измерения скорости химических реакций, но также и для изучения конкретного химического механизма реакций.

Описываемый способ осуществляется следующим образом.

Пьезоэлектрическая кварцевая пластинка 2 (фиг. 1), возбуждаемая от электрического генератора 7 высокой частоты, излучает в исследуемую среду, заключенную в сосуде 3, ультразвуковые колебания. Пройдя среду, в которой происходит реакция, ультразвуковые колебания попадают на вторую приемную кварцевую пластинку 4, в которой и возбуждаются пьезоэлектрические заряды переменной частоты. Заряды эти, в дальнейшем, усиливаются с помощью усилителя 5, а затем передаются на записывающее устройство 6.

Скорость распространения ультразвуковых колебаний регистрируется одним из известных методов, разработанных в технике высокой частоты, например методом взаимомодулированной частоты, методом стоячих волн и др. Если исследуемая среда прозрачна для света, то для регистрации скорости распространения звука может быть использован метод, основанный на явлении дифракции света в ультразвуковом поле. В этом случае через исследуемую среду пропускают параллельный пучок света. Ультразвуковые волны распространяются перпендикулярно к направлению распространения света. На экране при этом наблюдаются дифракционные спектры.

Теоретически расстояние между дифракционными спектрами пропорционально скорости распространения

звука в среде. Интенсивность света дифракционных спектров пропорциональна амплитуде ультразвуковых волн. Следовательно, регистрируя расстояния между дифракционными спектрами и измеряя интенсивность света спектров, можно получить величины скорости распространения звука.

Если направить ультразвуковые волны в трех взаимноперпендикулярных направлениях, то можно получить дифракционные картины в пространстве, которые могут быть использованы для наблюдения развития реакций в пространстве.

На фиг. 2 показана принципиальная схема этого устройства. Источник света 7 через щель 2 и линзу 3 создает параллельный пучок 5 света, проходящий сквозь испытываемую среду, заключенную в сосуд 6, в котором происходит химическая реакция. Одновременно с этим в заполняющей сосуд среде возбуждаются ультразвуковые колебания помощью кварцевого резонатора 10, связанного с каким-либо генератором колебаний. Световые лучи, прошедшие сквозь сосуд снова собираются линзой 7, в фокусе которой расположена щелевая диафрагма 8, а затем наблюдаются при помощи зрительной трубы 9.

Этим способом были измерены скорость реакций полимеризации метактилового эфира, скорость реакции инверсии тростникового сахара и др.

Предмет изобретения

Способ непрерывного контроля различных физико-химических процессов, основанный на возбуждении в контролируемой среде ультразвуковых колебаний, отличающийся тем, что об изменении химических или физических свойств среды судят по изменению скорости распространения в ней ультразвуковых колебаний.

iillt

Фиг. 2