Способ определения комплексного показателя преломления веществ в дисперсном состоянии

Способ определения комплексного показателя преломления веществ в дисперсном состоянии

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

СПОСОБ ОПРЕДВЛБНИЯ КОМПЛЕКСНОГО ПОКАЗАТЕЛЯ ПРЕЛОМЛЕНИЯ ВЩЕСТВ В ДИСПЕРСНОМ СОСТОЯНИИ, включающий приготовление взвеси частиц исслёдугемого вещества в И1и94ерсионной среде, освецейие ее направленным пучком I«Qнохроматического света и регистрацию ;интенсивности рассеянного излучения, ОТ л и ч а ю щ и и с я тем, что. с целью повБЕления точности определения действительной и мнимой частей показателя преломления частиц вещества произвольной формы и размеров, используют иоглощгш)иую иютерсионную среду, которую получгиот смешиьанием трех взаиморастворимых компонентов с известными действительными и мнимыми частями их комплексных показателей npexicHvuieHHH, интенсивность рассеянного излучения регистрируют под углом направлению падающего,света/ дополнительно измеряют интенсивность прошедшего излучения, измеряют зависимость отношения указанных интенсивностей от объёмных концентраций компонентов, фиксируют значения объёмных концентраций комW понентов, при которых это отношение минимально, и по найденным;значениям С вычисляют действительную и мнимую части комплексного показателя прелсйушения по правилу аддитивности. 0,25 0.20 ам 0,№ O.OS s| со оо

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

»»»»wm»

РЕСПУБЛИК

3(5п G 01 И.21/45

ЮСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

16 ;(21) 3381985/18-25 (22) 12- 10,81 (46), 15 ° 05.83. Бюл, 9 18 (72} A.Ï.Øàååëü .и A,Ï. Прншивалко. (7l) Ордена. Трудового Красного

Знамени институт физики АН Белорусской ССР (53) 535.24 (088.8) (56) 1. Борисевич Н.А. Верещагин В.Г., Валидов М.А. Инфракрасные фильтры, .Минск, Наука и техника, 1971; с ° 225 °

2. Авторское свидетельство СССР

9 744295, кл. G 01 0 21/45, 1980. . (54) (57) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОМПЛЕКС. НОГО ПОКАЗАТЕЛЯ ПРЕЛОМЛЕНИЯ ВЕЩЕСТВ В

ДИСПЕРСНО СОСТ(>ЯНИН р включающий .

-приготовление взвеси частиц исследу.емого вещества в иююерсионной среде, освежение ее-направленным пучком монохроматического света и регистрацию ,интенсивности рассеянного излучения, отличающийся тем, что, „.Su„„ 1017981, A с целью повышения точности определения действительной и мнимой частей показателя преломления частиц вещества произвольной формы и размеров, используют поглощающую иммерсионную среду, которую получают смешиванием трех вэаиморастворимых компонентов с иьвестнымн действительнымн и мнимыми частями кх комплексных показателей преломления, интенсивность рассеянного йзлучения регистрируют прд углом 5 30 к направлению падаю-. щего;света, дополнительно измеряют интенсивность прошедшего излучения, измеряют зависимость отношения указанных интенсивностей от объемных концентраций компонентов, фиксируют Я значения объемных концентраций коь понентов, при которых зто отношение минимально, и по найденным. значениям вычисляют действительную и мнимую {„ части комплексного показателя преломления по правилу аддитивности. B. с

Маем, 1017981

Г

Изобретение относится к оптике рассеивающих сред и может быть использовано для определения действительной и мнимой частей комплексного показателя преломления веществ, находящихся в дисперсном состоянии.

Известен способ определения показателя преломления непоглощающих веществ в дисперсном состоянии, включающий приготовление взвеси частиц в прозрачных иммерсионных жид- 10 костях с различными известными показателями преломления, освещение взвеси направленным пуч.-.ом излучения, измерение спектральной зависимости пропускания излучения слоем )5 взвеси и определение длины волны излучения, при которой пропускание максимально, что имеет место при условии равенства показателей преломления вещества частиц и окружающей среды(1 1.. e

Однако этот способ.íеприменим к. поглощающим веществам, так как в нем не учитывается влияние мнимой части показателя преломления частиц (показателя поглощения) на рассеяние ими падающего света.

Наиболее блиэкйм по технической сущности к изобретению является способ определения комплексного показателя преломления веществ в дисперсном состоянии включающий приготовле-. ние взвеси частиц исследуемого вещества в иммерсионной среде, освещении ее направленным пучком монохроматического света и регистрацию 35 инстенсивности рассеянного излучения 2 J

Однако действительная и мнимая части комплексного показателя преломлени ния определяются по формулам, спра- 40 ведливым только для сферических частиц. Реальные .же частицы, особенно твердые, как правило, несферичны, что может привести к неконтролируемым Ошибкам, ЭтОт спОсОб применим лишь 45 ,для мелких частиц с радиусами r где Ъ вЂ” длина волны излучения.

Кроме того, в формулу для определения мнимой части комплексного показа-, теля преломления входит (через С ) плотность исследуемого дисперсного вещества, которая не всегда известна с требуемой точностью.

Целью изобретения является повышение точности определения действительноЯ и мнимой частей показателя преломления частиц вещества произ. вольной формы и размеров.

Указанная цель достигается тем, что согласно способу, включающему 60 приготовление взвеси частиц исследуе-1 мого вещества в иммерсиониой среде, освещение ее направленным пучком моиохроматического света и регистрацию интенсивности рассеянного иэ- 65 лучения, используют поглощающую им- мерсионную среду, которую получают смешиванием трех вэаиморастворимых компонентов с известными действительными и мнимыми частями их комплексных показателей преломления, интенсивность рассеянного излучения регистрируют под углом 5-30 к направ0 лению падающего света, дополнительно измеряют интенсивность прошедшего излучения, измеряют зависимость

1отношения указанных интенсивностей - от объемных концентраций компонентов, фиксируют значения объемных концентраций компонентов при которых это отношение минимально, и по найденным значениям вычисляют действительную и мнимую части комплексного показателя преломления по правилу аддитивности.

На чертеже представлен график,поясняющий предлагаемый способ, Пусть имеется три взаимно растворимых компонента A В и D с различными оптическими постоянными:п„зс уп у ;

П Ж,где n,Æ вЂ” соответственно действительная и мнимая части показателя преломления.В плоской системе декарто вых координат n,й можно изобразить в виде точек, представляющих вершины треугольника ABD (см.чертеж) . Из этих трех компонентов путем смешивания их в различных пропорциях можно получить иммерсионные среды со значениами действительной и мнимой частей показателя преломления п- и эС соответствующими любой точке внутри треугольника ABD. Раствор с заданными значениями и и з соответствующими определенной точке S внутри треугольника ABD, должен иметь состав с объемными концентрациями компонентов С,С,С, удовлетворяющими соотношениям

С =(п„ае -n ge -и ж +n ж .п м -nAae IC, ";

С =(nÄ,з - и з -n z +п ж + Ж -пзж )6

C (и м п Ж «ll + Фn з» р ц д ф 1

Э А / Э О А A О о Р 1) 01 где С=п a -n м -n„x. +и „+n„x -n м.

Таким образом, если значения действительной п,4 и мнимойЖ частей показателя преломления вещества- исследуемых частиц лежат внутри этого треугольника (точка So) r то, измеряя зависимости .Отношенйя потоков рассеянного и прямопрошедшего излучения от относит тельных концентраций компонентов раствора, можно найти такое соотношение концентраций вещества A В и D йри котором и =и,„ иаэс, .гец.В этом "случае ср ч среда со взвешенными в ней частицами оптически однородна и не рассеивает падающее на нее излучение, рассеян иый поток Р2практически равен нулю, 1017981 а отношение Г2/Р„Ф О. Зная относитель. ные объемные концентрации компонентов образующих такую иммерсионную среду

:С, С, С, ее показатели преломления с и поглощения определяют по правилу аддитивности из соотношений ,F зД Д В@ +

t0

Правило аддитивности. справедливо для Идеальных растворов, образующихся без изменения объема и поляризуемости компонентов. Этому условию удовлетворяют растворы большинства орга- 15 нических жидкостей.

Если же значения действительной и (или) мнимой частей показателя преломления вещества исследуемых частиц лежат вне треугольника ABD точки H.,S (на чертеже), минимум

1 2 рассеяния йаблюдаться не будет. В этом случае на основании хода .полученной концентрационной зависимости Fy/Р„ можно определить, какой из этих трех компонентов следует заменить другим, чтобы обеспечить условия для реализации способа.

П р .и м е р. Определяют комплексный показатель преломления пигмента фталоцианинового зеленого для излуче- 30 ния с длиной волныЛ=0,54 мкм.С помощью электронного микроскопа установ". лено,что частицы пигмеи а имеют непра.вильнув форму и. размеры от 0,15.до .0,9 мкм. В качестве вещества. A B u D 5 выбрали этанол (n д =..(,36;уе =О), ани лин(n =,1,58,х =О), раствор родамина 6Ж в анилине прй концентрации

О 902 г/мл (п|=1,58уаер0,155) . Суспензии готовят мешиванием 1 мл им- 40 мерсионной среды, полученной из вещества А1В и Д,и .0,2 г. порошка пигмента фталоциайинового зеленого, помещают их в кювету толщиной 0,15 мм, освещают направлеййым пучком света 45 с Л в0„54 мкм и изменяют прямопрошедший поток F> и поток F,рассеянный под углом р.=25О. Угол приема приемника составляет +0,4

Сначала измерения отношения noF /Р„ .IIpoH3BO+HT щающих иммерсйонных сред, получаемых . взаимным растворением веществ А и В, и строят зависимость этого отноше.ния потоков от .относительных концентраций С и С 8 (C +C -=1) ° Поскольку .частицЫ обладают поглощением,а среда-. . непоглощающая, то полная оптическая однородность не достигается, но при. некотором конкретном значении и близком nö, рассеяние становится 60

:минимальнйм, Находим минимум отноше ния Р /F. и соответствующие ему значения С(и С . Для фталоцианиновоЧ 1) д . В го зеленого такой. минимум получают

:для среды F,èìåþmåé состав C ä

=0,227. Показатель преломления среды п находят из соотношения n F =

=0,227х1,36+0,773>ls58=lr53 ° OH приближенно равен .айствительной части показателя преломления частиц исследуемого вещества n . Чтобы

Ъ найти приближеньое значение его мни . мой части аС,действуют следующим образом. Из веществ A u D составляют раствор Е с показателем преломления п =Л,1,53,для.чего смешивакгР вещества А и П в тех же концентрациях (Cp=0,227; C =0,773) . Показатель поглощения этого раствораж =g, С +

+ С =0,155х0,773 0,12. гСмешйвая: растворы F и Е измеряя отношения . потоков Р„/Р,строят1зави .имость, этого отношенйя от относительных концентраций растворов F и Е и определяют минимум, который имеет жесто для среды N с концентрациями веществ F и Е, ра ными СфС < 0,5, что соответствует С )-О, 227;С(ю

=0,387; С 0,388, йоказатель normoщения иммерсионной средЫ М равен

5 =+P +ЖВС =Ж С +Ж С +QC, С =006. — С (2) (a) щ

Е А Л В В В 1)." у

Приближенно он равен показателю поглощения частиц исследуемого вещества.

Таким образом находят приближенные значения действительной и мнимой частей .показателя пре-; ломления частиц фталоциайинового зеленого пигмента.п,„=1,53 иу„=0,06. .Методом отражательной.:спектроскопии.для этого пигмента:при А =540 нм получены значения и =1,541 и ae.*

=0,055. Расхождения. с полученными нами значениями nч и составляют дп =0,7% и dan=9%

При необходимости предлагаемый способ может быть испоЛьзован для уточнения полученных в первом приближении значений и-- иа .

Ч

Для уточнения п поступают следующим образом.

Готовят раствор Б из веществ А и

D и раствор К из веществ В и С так, чтобы они оба имели показатель поглощения ж =а;. =0 06. Для раствора N зто имеет место при концентрациях

CA =0,613 и С1 -0,387 при этом n N =

1;445. Для раствора К справедливы те же концентрации (С з 0,613 и

С1 -0,387,n, =1,58). Затем, смешивая растворы N и К, измеряя отношения потоков Г2/Г строят зависимость этого отношения от относительных концентраций С и СК и находят минимум отношения этих потоков для среды Р с составом С вЂ”

=0,296 и С =0,704, что сос,гвет- ствует СФ= 3,181, С )=0,432 и С (3)

В

0,387.

+и С =и C()+и С )+ ч. р Й N к к А A б В

+n С =1f5 . (э) 1017В81 (4) +®З0 9

Для уточнения поступают анало-. гичным образом. Готовят раствор R из вещества А и В и раствор Я иэ веществ А и D так, чтобы они оба име ли показатель преломления пь=п 1=

1 54. Для раствора Е это имеет мес то при Сд в0, 182 и С c0 q &18 (при »o<4g 0) и для растворами- при С„„

«0,182 и Сд ю0 818 (при этомф ю 0,127) . Смешивая растворы R н 4 находят минимум отношения потоков

F2/Р при С g а0, 583 и C.g =0 417 и соответствующих им C@ÀI0,182 С"4 .

О, 477, C(Ä40, 341 .. Отсюда

Радхолц Ьняе утоЧйенных значений. пч и Во значениями, полученными мета . .дом отрйжательной сйектроскопии, составляет 9<- доли процента;с. а4%.

Таким образом, предложенный способ позволяет получать информацию об оптических постоянных поглощающих дис-, пергированных веществ, состоящих из-частиц произвольной формы и любых .- размеров, и тем самым обеспечивает ,. возможность решения разнообразных . научнотехнических .и технологических

15 задач.

Составитель С.Бочинский

Редактор И.Петрова ТехредС.Мигунова Корректор Л.Бокщан

Заказ 3528/41 Тираж 873 Подписное .ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изОбретений и открытий

113035, Иосква, Ж-35,Раушская наб., д. 4/5 филиал ППП Патент r. Ужгород, ул. Проектная, 4