Оптическая диффузионная кювета Советский патент 1981 года по МПК G01N21/03 

{54} ОПТИЧЕСКАЯ ДИФФУЗИОННАЯ КЮВЕТА

Достаточную чувствительность при измерении градие,нта концентрации (разности концентраций по высоте)можно получить при смещении обыкновенного и необыкновенного луча на расстоянии в несколько миллиметров. На этом расстоянии от поверхности жидкости и от других ограничиваклдих сверху поверхностей интерференционной картины нет серай oблacJrь . Однако это не дает возможности измерять градиен концентрации у поверхности жидкости и снижает точность измерений о

Кроме того, в известном устройстве достаточная точность измерений может быть достигнута только при до вольно большом расстоянии между передней и задней стенками кюветы. Так в описанной кювете это расстояние равно 35,66 см. При такой толщине слоя невозможно выполнить условие одномерности процесса. Это в конечном счете снижает точность измерений.

В практике необходимо измерять с достаточной точностью концентрации, распределенные в произвольно больших областях с использованием ограниченного количества исследуемых веществ. Причем исследуемые поля концентрации могут быть как стационарными, так и нестационарными. Такие измерения дают возможность исследовать зависимость коэффициентов диффузии от концентрации с достаточной точностью.

Цель изобретения - повышение точности измерений.

Для достижения поставленной цели® в оптической диффузионной кювете, соде1ржсццей две рабочие стенки в виде оптически прозрачных плоско-параллельных пластин , боковые стенки, поверхности пластин, обращенные друг к , выполнены зеркально-отраЖсшзщими, а боковые стенки - эластичными . При этом пластины выполнены с возможностью изменения их взаимного расположения.

На чертеже представлена предлагаемая оптическая диффузионная кювета.

Кювета состоит из прозрачной передней стенки 1, задней стенки 2, раки 3 боковой стенки. В полости 4,обрзованной стенками, находится исследуемое вещество. Кроме того, имеется устройство 5(фотопластинка, экран) для регистрации световых лучей 6, вышедших из кюветы.

Устройство работает следуняцим образом.

Лучи, света в результате отражения от поверхностей пластин 1 и 2, соприкасающихся со слоем исследуемог вещества 4, делятся на когерентные лучи, дающие интерференционную картину. Регулировкой взаимного расположения пластин 1 и 2 можно добиться того, что слой исследуемого вещества 4 представляет собой такой оптически

клин, после отражения от поверхносте которого лучи д-ают интерференционную картину полосы равной толщины, локализованную в плоскости регистрирующего устройства 5. Соответствующей юстировкой устанавливаются полосы определенной ширины. Чтобы иметь возмоможность изменять взаимное расположение пластин 1 и 2, боковые стенки, образованные рамкой 3, выполняются из легко деформируемого материала (например вакуумной резины). Взаим- ным расположением пластин 1 .и 2 можно добиться также получения в плоскости регистрирующего устройства 5 линий равного наклона.

Таким образом, предлагаемая оптическая диффузионная кювета выполняет дополнительные функции - разделение лучей на когерентные, интерференция которых отражает оптическую разность хода, полученную после прохождения одним лучом слоя исследуемого вещества, находящегося в кювете . Возможность нахожденияполя концентрации по всей кювете и двухкратное прохождение луча в слое исследуемых веществ повышает чувствительность и точность измерений.

Если кювета заполняется смесью, состав которой меняется по оси,, перпендикулярной плоскости фигуры, то на экране 5 интерференционные полосы искривляются относительно полос, соответствующих случаю, когда пространство 4 .заполнено одним веществом. При изменении поля концентрации, обусловленном диффузией, изменяется и форма интерференционных полос.

Известные соотношения позволяют . по форме интерференционных полос устанавливать поля концентрации.

Предлагаемое устройство особенно удобно применять для измерения коэффициентов диффузии газов или жидкостей . Для нахождения коэффициента диффузии используется решение уравнения диффузии с соответствующими начальными и граничными условиями.

Так, если нижняя часть полости 4 заполнена одной жидкостью или газом,, а верхняя - другой (или смесью : с певой) то для нахождения коэффициента диффузии в приближении независимости его от состава применяется формула

е в--а: гггде С - высота слоя 4,

а

трет

-время;где

1,V2

- число полос по вертикали в моменты времени t и t соответственно.. Как видно из формулы, для определения коэффициента диффузии 13необходимо произвести счет полос при различном времени процесса, что очен удобно для автоматизации процесса.из мерения. Для ииследований концентрирован ной зависимости коэффициентов диффузии применяется, например метод Матано-Больцмана. Наличие кривых распределения концентрации в различные июменты времени позволяет из одного эксперимента получить данные о концентрационной зависимости коэффициен тов диффузии. С целью применения машиной обработки данных эксперимента в качестве экрана применяется- сканирующее устройство. Предлагаемое устройство может быт применено для исследований многокомпонентных смесей. Для этого необходимо применять свет различной длины волн. При определенном взаимном располо жении стенок кюветы ширина интерференционных полос зависит от показателя преломления вещества, заполняющего кювету. Это дает возможность измерять показатель преломления. В отличие от известного предлагае мое устройство применимо для газов и жидкостей. Кроме того, в известном устройстве используются линии равного наклона, а в предлагаемом-изменении взаимного расположения стенок кюветы можно получить полосы равной толщины с необходимой частотой полос Интерференционные полосы, получанвдиеся от передней стенки соответствующей юстировкой делаются такой ширины, при которой полосы от исследуемого слоя без труда от них отличаются. формула изобретения 1.Оптическая диффузионная кювета, содержащая две рабочих стенки в виде оптически прозрачных плоскоспараллельных, пластин и боковые стенки, отличающаяся тем, что, с целью повышения точности измерения, поверхности пластин, обращенные друг к другу, выполнены зеркально-отражающими, а боковые стенки -эластичными. 2.Оптическая диффузионная кювета по п.1,отл и ча ющ а я с я тем, что пластины выполнены с возможностью изменениях их взаимного расположения. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Иоффе Б. В. Рефрактометрические методы химии. Л., Химия, 1974, с. 298-300. 2.Блэк Р. и др. Интерферометрический метод определения массовых . коэффициентов диффузии бинарных смесей газов, Приборы для научных исследований, 1974, 4, с. 104(прототип) .