Способ измерения дипольных моментов Советский патент 1980 года по МПК G01N27/22 

(54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ДИПОЛЬНЫХ МОМЕНТОВ

Изобретение относится к измеритель ной технике, а именно к измерению диполь иых моментов молекул. Известно измерение дипольных моме тов молекул, основанное на определеНИИ ориентационного эффекта полярных молекул под воздействием внешнего электрического поля 1. Однако известн|ай способ недостаточно точен,, Наиболее С5лиэким техническим реше нием к изобретению является способ измерения дипольных моментов молекул веществ, растворенных в неполярных растворителях, основанный на определении зависимости статической ди электрической проницаемости раствора и определении зависимости последней от концентрации раствора {2. Известный способ измерения дипольных моментов трудоемок и.имеет ограниченную точность, в связи с относительно низкой точностью измерения приращений концентраций растворенн6гь вещества и соответствукядих приращений диэлектрических проницаемостей с принимаемым допущением об отсутствии у вещества атомной поляризации и в связи с дестабилизирующим проявлением температурного коэффициента ди.электриеской проницаемости раствора, Цель изобретения - повьЕаение точности и быстродействия измерений. Цель достигается тем, что к исследуемс 1у раствору прикладывают одновременно напряжение высокой (U. ) и низ- . кой (Ц1 ) частот и дополнительно измеряют разность меязду статической и высокочастотной диэлектрическими проницаемое т ями раствора, связанную с дисперсией диэлектрической проницаемости этогораствора на низхой и высокой частотах ц и f{, , которые выбирают из условия fonr. fI, rr причем концентрацию раствора выбирают так, чтобы удовлетворялось требование Nn« Np||. , а дипольный момент вычисляют по формуле QKttie ; оогГ частота,- на которой не проявляются атомная и ориентационная поляриэации молекул; fj, - частота, на которой не проявляется ориентационная поляризация молекул t - время релаксации молекул;fj, - частота, соответствующая статической диэлектрической проницаемости;К - постоянная Больцмана; Т - температура,-К; Ng - количество молекул исследуемого полярного вещества в единице объема; NP - концентрация неполярного растворителя диэлектрические пронйцаеь осии растворит ля и растворенного в щества; й (€ jp)- разность диэлектри ческих проницаемосте раствора, соответств ющих ее значениям на низкой (f) и высокой (fj ) частотах. Поляризация раствора Р, при измерении на низкой частоте f включает в себя ориентационную поляризацию растворенного вещества Р и деформационные поляризации растворителя Ро.р. и растворенного вещества Роп , т. е. 1 Поляризация раствора Ру при изме рении на высокой частоте f равна сум ме деформационных поляризаций раство рителя и растворенного вещества Ри.р. Р г:р р з 49 (х А Равенство удовлетворяется только при выполнении условия |г « f необходимость выполнения которого следует из уравнения Дебая а -с 1 IHUt-) диэлектрическая проницаемость вещества, измеренная на частотах, при котсэрых не проявляется ориёнтаЦиОн ная поляризация и определя ет вклад электронной и ато ных поляризуемостей; 6 - Диэлектрическая проницае. мость вещества, измеренная на низких частотах, когда она определяет вклад ориен тационной, атомной и элект ронной поляриэуемостей; (f- рабочая частота . HSMepeHHH ft- время релаксации молекулы. Рабочую частоту U при измерении , выбирают, исходя из условия ( ) « 1. Этому условий практически во всех случаях удовлетворяют вое частоты менее 10® Гц, удобйы и общеприняты в измеритель ной технике определении емкостей. « Рабочую частоту f, выбирают, исходя из условия font в соответствии с этим условием диэлектрическую проницаемость предельно разбавленного раствора измеряют на частота, при которой уже не проявляется ориентационная поляризация, но еще не проявляется атомная поляризация. В соответствии с уравнением Клаузиуса-Моссотти можно (1) и (2) переписать в виде. . . 3 .А 5КТ; 3 Чр.- отсюда, следует ,-|H: :JL-|B :li. ., М - е. t.a и затем ) .p-i,,) ркт. где N - количество дипольных молекул в единице объема. HS фиг. i представлены частотные зависимости t в соответствии с уравнениями, используемыми при выводе расчетной формулы (6), поясняющие предлагаемый способ измерения дипольных моментов; на фиг. 2 - устройство, реализуняцее предлагаемый способ измерения. Способ сводится к подготовке раствора с невзаимодействующими полярными молекулами в неполярном растворителе с 6р и одновременному измерению диэлектрических проницаемостей Естр и соответственно на частоте ( когда имеет место вклад ориентационной поляризуемости в общую величину поляризуемости молекул, и на частоте U)j , когда ориентационная поляризуемость уже не проявляется в связи с инерционностью переориентации молекул под воздействием высокочастотного поля iUff , с последующим расчетом р. Условие невзаимодействия межру полярньми молекулами Nn Np выбирается из условия, которое выполняется при измерениях дипольных моментов веществ в газовой фазе (1 метод Дебая) . Измерительная ячейка 1, которая заполняется раствором с исследуемым веществом, представляет собой конструкцию из двух злектродов, выполняющую функции электрического конденсатора (при измерении 6. ) и откглггого резонатора (при измерении ft). Электрический конденсатор 1 включается в схему 2 измерения емкости (С) , .а от. крытый резонатор 1 в схему 3 измереН1 я собственной частоты (f) . Измеряемне параметры Cuf являются результатс 4 преобразования измеряемых значений т. и i .. ч-(ife) где d - расстояние меязду электродами измерительной ячейки; S - площадь электрода измеритель ной ячейки; , п - количество полуволн, укладывающихся на длине d; с - скорость света. Ьреобраэрванив осуществляется с помоа1ью блоков 4 и 5, Соответствуищи сигналы с преобразователей 4 и 5 одновременно поступают на устройство 6, с псмоыью которого выделяется раз нсють диэлектрических проницаемостей At и выполняется решение уравнения (6), и с которого результат обработки сигналов подается на индикаторное устройство 7, осуществляющее непосре ственную регистрацию информации в ед ницах диполького момента. Возможность непосредственного измерения /j следует нз возможности нор мирования концентрации No. и температуры Т к заданным значениям. Т. е. при измерении щ переменной величиной является приргодение л& .,р которое непосредственно измеряется, уравнение прибора можно представить виде k.) где i - коэффициент пропорци .ональноети. Предлагаемый способ благодаря высокой точности и быстродействию изме рений позволяет существенно расишрит экспериментальные возможности измерений дипольных моментов. Формула изобретения Способ измерения дипольных момен тов молекул веществ, растворенных в неполярных растворителях, заключающийся в измерении статической диэле трической проницаемости раствора и определении згшисимости последней о концентрации, отличающийс я тем, что, с Целью повышения то ности и быстродействия измерений, к исследуемому раствору прикладывают одновременно напряжение вйсокой и стот и дополнительно измеость между статической и вытной диэлектрической пронии раствора, связанную с дисиэлектрической проницаемости на низкой н высокой частотах которые выбирают из условия f ь . f причем концентраора I выбирают так, чтобы с рялось требование Np- i ый момент вычисляют по фор 4TCh(.2 f(,r,j - частота, на которой не проявляются атомная и ориентационная поляризации; -время релаксации; -частота, соответствукяцая статической диэлектрической проницаемости;-частота,на которой не проявляется ориентационная поляризация;постоянная Больцмана;температура, К; концентрация неполярного растворителя и исследуемого полярного вещества; ри Cj диэлектрические проницаемости растворителя и растворенного в нем полярного aeinecTBa; ()- разность между диэлектрическими про.ницаемостями раствора, соответствую : тих ее значениям на низкой и высокойчастотах. сточники информации, во внимание при экспертизе ипов О. А. и др. Справочник Высшая шкоьньм моментам, 71. нкин В. И. и др. Дипольные. в органической химии. Л., , 1968, с. 21-62 (прототип)

О