Интерференционный способ определения разности показателей преломления и интерференционный рефрактометр для его осуществления (его варианты)

Интерференционный способ определения разности показателей преломления и интерференционный рефрактометр для его осуществления (его варианты)

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

1. Интерференционный способ определения разности показателей преломления путем пропускания пучка света через дифференциальную призматическую кювету с исследуемыми средами и последующего анализа образующейся интерференционной картины, отличающийся тем, что, с целью повьшения точности измерений , исходный пучок света предварительно расщепляют на два смещенных относительно друг друга пучка и направляют их на преломляющую границу а 9 раздела исследуемых сред в дифференциальной призматической кювете под рав (Л ными углами , а о разности показателей преломления судят по разности ходаинтерферирукяцих пучков,определяемой при анализе интерферационной картины.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

„„SU„„1121606

3(5И G 01 N 21/45

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТИРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

1aseaL (21) 3216284/18-25; 3215970/18-25;

3215971/18-25; 3218335/18-25 (22) 15.12.80 (46) 30.10.84. Бюл. ¹ 40 (72) N.Ë. Александров, В.А. Готлиб, Ф.Ф. Закиров, Н.Н. Комаров, M.В.Лейкин, Б.И. Молочников и В.А. Павленко (71) Научно-техническое объединение

АН СССР (53) 535.32(088.8) (56) 1. Молочников Б.И. и др. Сб.

"Аналитическое приборостроение. Методы и приборы для анализа жидких сред". т. 1, ч. II ° Тбилиси, 1975, с.87.

2. Авторское свидетельство СССР № 811119, кл. G 01 N 21/45, 1979 (прототип). (54) ИНТЕРФЕРЕНЦИОННЫЙ СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ РАЗНОСТИ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ПРЕЛОМЛЕНИЯ И ИНТЕРФЕРЕНЦИОННЫЙ РЕФРАКТОМЕТР ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ (ЕГО

ВАРИАНТЫ) (57) 1 . Интерференцио нный способ определения раз ности показ ателей преломления путем пропуск ания пучка света через дифференциальную призма тическую кювету с исследуемыми средами и последующего анализа образующейся интерференционной картины, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерений, исходный пучок света предварительно расщепляют на два смещенных относительно друг друга пучка и на— правляют их на преломляющую границу раздела исследуемых сред в дифферен— Pg циальной призматической кювете под равными углами, а о разности показателей преломпения судят по разности хода интерферирующих пучков, определяемой при анализе интерферационной картины.

2. Интерференционный рефракто— метр, содержащий интерферометр с установленной в нем по ходу пучка света дифференциальной призматичес— кой кюветой, блок регистрации интер— ференционной картины, о т л и ч а ю— шийся тем, что, с целью повышения точности и воспроизводимости из— ме ений, дифференциальная призматическая кювета соединена с допо и ительной дифференциальной призматической кюветой, в которой граница раздела полостей дпя ис.следуемых сред параллельна рабочим граням обеих кювет, рабочие грани обеих кювет расположены в одних и тех же плоскостях., а перед кюветами >.с-aíî«I â€,åí узел расщепления исходногo пучка k«a два параллельных и смещенных относительно друг друг а пучка, проходящих через указанные кюветы, при зтом блок регистрации интерференционной картины содержит узел сравнения разностей хода интерферирую«цих пучков.

3. .Интерференционный рефрактометр, содержащий интерферо«четр с уст ановленной в нем по ходу пучка света „дифференциальной призматической кюве-ой, блок реги-. трации интерференционной картины, о т и и а о шийся ;.ем, (o, с целью

Г«ОБЬШ1Е НИЯ TO(> НОСТИ И ««!) C«TPO (« 30((TT"" мости и:мерений, дифферек«„:иальная призматическая кювет» соединен:= с дополнительной ди(«)ференциал -кой призматической кюветой так, что рабочие гоапи обеих кювет расположены в

ОДН>«Х И ТЕХ Же ПЛОСКОСТЯХ Кажс«»Я КЮ вета имеет по кp lй«lpЙ меpе о!(1«у преломляющую границу раздсла полостей дпя иссз«едце чь«)» сред., причем T! а - c ННЬ«»- ) Pа>IИ««Ь« Р »3 ДЕЛ«>. Ра 3 НЬ>х

КК)ВЕТ> CO !T»BITRIOГ С i< П «(Ct»OП»Р»)1 лельнь "«и рабочими гpa я:.«и .>(Н»,1«») 1 6 (1« ) р» (ные по»бсолютн:>й величине углы пр(тив».положного знака, еc»è полости д)о. Исследуемых сред н их границы р»з;«ела расположены в сдной и -: ой же и )с:Tpдовательности по ходу пучков, и (ли:«акового з нак а, е с IH полости

;л,.«я ис (ледуемых сред и их границы раздела расположены в противоположной последовательности по ходу пучков,:-. перел кюветами установлен уз(л расщеп:leкия ис ходног0 пучк а на дн» параллелькьгх и смещенных относите «ьно друг друга гучка, проходящих через указанные кюветы„при зтом блок регистрации интерференционной картины ".îäåðæèò узел сравнения разнос,ей

)»a инте рфер««руюших пучков, 4. И ггерференциснный рефракто— .-"(.тр> сод- рж»щий интерферометр с ус-i»ttok)ленной в нем ".î ходу г«учка свет» дифференциальной призматической кюветой, блок регистрации интерфе; е««ционной картины, о т л и а ю«ц и и с я тем„что, с целью повыШс НКЯ тОЧНОСтн И РаCØÈÐÅÍÈß ДИНаМИ—

«е ского диапазона измерений, диффе— ре:«ци=льная призматическая кювета с; ед«п«сна по крайней мере с одной дополните льнсй диффере нциальной прг(змa Pиче ск ОЙ кюве тоР, что рабочие

«,Зс« I«И КЮГсв Т T)»С ПОЛO)T(e ЬЫ B О,с1tlHX Н т-х ж(ПЯOcêocòÿõ., причем H разных

КЮВс-: ",IÕ ПРЕ.«ОМЛЯЮЩИŠ—,; T«:ИЦЬ: Р»ЗДЕIl" п: ло сто Й д. )я исс ле "у:емых сред

>(! 1 с«1)Х«ЯК Т,;l «ОС Конa> а. ie lь klh!i >Н, >«г с:)ч«.)1 грс«1«я IT. разли(:.:«ûe по абсо:l в-.", ОЙ пе:«ичи ".e-: у«лы, пе реп кюветами р»спо3>ожс н узе.T расщепл(ния исх зд. ого лучка на дв» г араллельных и с)че«цен.-ь«>» от)«ссительн(;«ру,.„>у I à «У ЧК:-1, l) P(> ХОДЯЕИ:«Чс..P(l 3 "t! a анl>Ц«Е

КК)Н(T I,! . Л бпох ре! НСТрссцНИ Idki Е:. »Е—

>)(! «1! I>0111 ОН 1» apÒ > t«>I I О P >)Жи l v 1 е. l:1:"1 .РЕ НИ» Рг 3 НО«. ТИ .ОД» И«Г-Е Ра)Е РИ>1 с«Ш" с- Псс с«хсс.>

Изобгетепие от«чcc(чiтcя к и, герфЕ РЕНЦИО ННОй РЕфРа 1» ТОМЕ Т() И«с 1 МОж.- т быт ь лс E",ол ьзо вано д:«я 1(ог«н ч(ст" ленного качественного .и: »ли "а ) a >ЛИ ->ПЫХ СРЕД СП 1 1«ЧЕ С«-;ll 1-«42 ОДОМ

1(1)»..>но(-ти пока затс.«" II про:«ом—

Л(I«II P (- 1)е ст 2 > (-ПОсоб Сп>раде ".P .II«> .;:аз» ос

: и .,К(1- 3 елей прел млен,> (. v)

«с, "« с;с;10 0 (Г„С 1»» Н ИЯ К О Г (- P (и Т Н >с>>» П 1 Ч К С В

СВРТ» ЧСРЕ 3 )!ИффЕРЕI! ЦИ»ЛЬH с«К> I;К)З(. «У с IT(след; емыми сре; ами, пос ".; г> юще го 3; (бра з Ю«1(РЙС> снтс >) >)()с Ill Г

Н (i . . а; > 1 k l t 1 > I 13 способу определения разности показателей преломле ния путем пропуск ания пучка света через дифференциальную призматическую кювету с исследуемыми средами и последующего анализа обращующейся интерференционной картины, исходный пучок света предварительно расщепляют на два смещенных относительно друг друга пучка и направляют их на преломляющую границу раздела исследуемых сред в дифференциальной призматической кювете под равными углами, а о разности показателей преломления судят по разности хода интерферирующих пучков, определяемой при анализе интерференционной картины.

Для реализации способа предложено три варианта интерференционного рефрактометра.

Согласно первому варианту с целью повышения точности и воспроизводимости измерений в известном рефрактометре, содержащем интерферометр с установленной в нем по ходу пучка света дифференциальной призматической кюветой, а также блок регистрации интерференционной картины, дифференциальная призматическая кювета соединена с дополнительной дифференциальной призматической кюветой, в которой граница раздела полостей для исследуемых сред параллельна рабочим граням обеих кювет, рабочие грани обеих кювет расположены в одних и тех плоскостях, а перед кюветами установлен узел расщепления исходного пучка на два параллель ных и смещенных относительно друг друга пучка, проходящих через указанные кюветы, при этом блок регистрации интерференционной картины . содержит узел сравнения разностей хода интерферирующих пучков.

Согласно второму варианту дифференциальная призматическая кювета соединена с дополнительной дифференциальной призматической кюветой, что рабочие грани обеих кювет расположены в одних и тех же плоскостях, каждая кювета имеет по крайней мере одну преломляющую границу раздела полостей для исследуемых сред, причем указанные границы раздела разных кювет составляют с их плоскопа раллельными рабочими гранями попарно" равные по абсолютной величине углы противоположного знака, если полЬсти для исследуемых сред и их грани25

50 з 112160á 4

Однако дан ный спос об не об е с печивает достаточно высокую точность измерений для некоторых применений, например, для определения малых разностей показателей преломления в жид5 костной микроколоночной хроматографии биоорганических объектов.

Наиболее близким к предлагаемому является способ, реализованный в интерференционном рефрактометре t2j .

С помощью этого устройства определение разности показателей преломления осуществляется путем пропускания пучка света через дифференциальную призматическую кювету с исследуемыми средами и последующего анализа образующейся интерференционной картины, При этом световые пучки направляют на преломляющие границы раздела сред под равными по абсолютной величине, но противоположными по знаку углами., М

Поэтому угол между пучками света до прохождения ими кюветы отличается от угла между пучками после прохождения ими кюветы на величину, пропорциональную разности показателей преломления сравниваемых сред.

Зто обстоятельство приводит к изменению ширины полосы в наблюдаемой интерференционной картине. Измере30 ние ширины интерференционной полосы позволяет судить о п сравниваемых сред.

Однако известный способ не обеспечивает достаточно высокую точность измерений. Низкая точность обусловлена двумя факторами: существенно нелинейной связью между измеряемым параметром {шириной полосы) и искомой ап, а также низкой чувстви40 тельностью измерений ширины интерференционной полосы (обычно, не лучше, чем 10 A) . В связи с этим, для кювет размером 1-10 мм минимальная ошибка определения 6 п составляет величину -10 — 10 и растет про-6 -7 45 порционально значению искомой в и.

Недостатком способа является и то, что диапазон измерений имеет разрыв в области тех значений п, при которых ширина интерференционной полосы больше апертуры системы и, следовательно, не может быть измерена °

Цель изобретения — повышение точности измерения разности пока- 55 зателей преломления.

Поставленная цель достигается тем, что согласно интерференционному

5 l l цы раздела pac!!0(Iczc(.ны в одной и той же последовательности по ходу пучков, и один„ кового знака, если полости для исследцс;.(j()(сред н их

ГРаНИЦВ! РаЗДЕЛа Ра СПОЛОжЕНЫ В ПРОтивоположнсй последователь(>ости по ходу IT)"÷ KO ) я перед K>0Be I at> H уста новлен узел расщепления исходного пучк а на два параллель ных и смеще .. .— ных О тнОсительнс ц!)уГ,дру Гa 1(у"-Iк я, проходящих чере з ук аз анные кюве ты, при этом блок регистрации интерференционной картинь, содержит узел сравнения разности хода интерферирующих пучков, Согласно третьему варианту с целью повьппения точности и расщирения динамического диапазона "-:змере-1(ий дифференциа«!I ная призматичес.-..=.я кюве-.а соединена по крайней !; tðå с одной доголнительной дифференциальной призматической к!оветой, так,, что рабочис грани кювет расположены в одних и тех же плоскостях, причем в разных кюветах преломляющие гран11цы раздела полостей для исследуе > !х сред составляют с плоскопаралчельными рабочими гранями различные пс аб—

СОЛЮтНОй ВЕЛИЧИН"= УГЛЫ ПЕРЕД I(!r. =-.eт;=ми рас:!сложен узел расщеп Ie Гя .- C.— ходя ого пуч ка ра два !Ia раэ>;p ritz >t >) и смещенных относи. гель ко друг друга пучка, прсхсдящ1«>: через ука" анные кюветы„, а блОк РегистРЯ>ц>г!и и:;(СРфе-! эе нцис «IHGA картин! > Оц>3 p>T>i:.. з er> !,: амеpeн11я ра ности хода и(! ге>эфep>; —,>>=ю— щих пучксВ ре >у чьта:ге то 1 0 ri÷ 0 1: 1>г >(>э> r-..,, >e;IH0t! способе пучки С-.от а направляют на преломляющую Границу разде а исследуемых сред 1>од равными углами, оба пучка прелоыляю 1"ч на од-,н то«- же угол и, следоватеэ ь>c, „, oл между пучками после кюветы остae-.: я равным углу меж>т» пучками до >.юве Гь(..

Г(рс(совмещен)!и >гучков сп: —.:,. между

1.(и("ц (Воз ник яет ряз нОсть хс>> .>д:,. «1 РО" порциональная углу на кс торый с клсняются обя ггуч)(а, и по >эе>;ичпне воз ника>(>щей разности;0>;„> с, -;,>(" о величине п.

Повь(щение точности;-:.-мере..;.;й

<ня, -3 псрядк") дост(г а "сл псле-с зие гого, что разнэ-.ть хода, 01--:pe;> ляемая IipH янялизе HHY ... pñ< (эс н,HOH

НоН ка(эт Hbl9 !(pa!(тическH ли>(нино с В я 3 а н я r. a 3 H0 с 7 ью и 0 " a -> a т е л(! и

1>реломления, Г>ричем измене:..Ня paз

НОСТИ ХОдг. МОГУ . peг HC r p«1p> > a а > Ь,. П

216<)6, > с точ. )cт»>о, С >1 — 1) ;> ..(>(.!а.-:azo>t

1(>МР(ЭС <Ий p!>aür)ÑTnj ПОКЯЗатЕЛЕй:(рЕ— л.>м.!ения ItpH зтсм 1::= им< ет разрывов

:,ак в прототипе, !а фиг. ; приведена >ринципиальНЯЯ . Х(- МД ИНТЕ))фСРЕ Irir!->!O ННОГО РЕф— р акто (етра для реализации предлаг ае—

C >10 C <)б а; в а (>>H r - 2 — \I pH H 14 HI!Ha JI b

r1:-:ß СХЕМ-. ИНТЕ>)фЕРЕНЦ -ОН,ОГC «ЕфРаК—

> Г 0!>З > Ра СОГ ЛЯГ Н;. ПЕ. ВС 4У ВЯРИЯНТУ > нг фиг > 3 — дифферен!д-:альная приз— матическая кювета, соединенная с до .0!Hèòåльной дифференциальн(эй кювеzo.i согласно Г<-рвому Варианту, фиг, < — принципиаль (аз сх"-.м:

HiН-reÐôÅРЕНЦ<(ОНН >Г О РЕфРЯКТОМЕТРЯ

< ог (ас:-(о втсго;>у >арианту; на фиг: > .0 же, огл=сно .-рет ему вариан гу; на 1)1!Г. 6 — дифференц;;аль -tan кювета, сое (H!I Híaÿ а двумя дс.пслнигельньгми д1--+j„i)e pet(3,Ha)I(> to

"Р(>ть ему в арианT >>:, 1> терфере:! rtju! I>!=(=; Гефряктсм(: тр, (фи-, 1) че!(H>i 1 „интерференционногс узла 2 „ вь!Н<эпненного, например, пс схеме

",(ам<)на-Лебеде(>а, ссдержащег:, поля0Haa-:>ap > .,. зел 4 расщепл:-Htë исхсцHO .: О 11,: IК > С Be Т;-! Н,; I<13 à 1! ap isIC.."! Ь !(ЬIХ

> и .t>t а I 1> а Г(р>3ме p ..- -t -.>- с -. tt> -> 1)а -.-(е)- >- > ую с

ЦПУЛУ (С г(Р—.Л«>,; ЭКЮ(11)>1 >тл а; -, Н .;>З КЯ "r>:, > < 1;* ("::,1" < .Нщ > i.! (!" >" .," 0 .1 CB . " а

0>-1(1 >1>> - - "0 1НЫИ " > 1

":- i-.>НСПnC.:;:С.:>У В ИН«гсрф>-Ре >HHÑHHÎH

"зл:: м(<«(>(>- (р<31.;;"iaf::.Вой -.ризматичес— .((>к . ::-сь;, .-.1 > .:1 акг<(! блс к Ь pe !Г Hс I

Рад!!1 >!i 0 Рфср = :!r Hro>IHO".; .": aPTH! !>i.

> 1,."ф:.;с >эе нциаль!ian Г(р((a i:; ат иче <:к ая

-г> к:;в(1» 7 >ме:--т (I.-(oскспараллень!<ые

>»« . " . ->.И(. pa j : ° и прел . -(ляюц)>х> ра емых с.»(ц..a<"- о оженну Г. д у лсм

11>1: е>э(,,е(>ен(., OHHü(. . рею(>р;--: Jtte". р по;.ч;, . раб тае; < л(дующим образ(и, )(у (о .:..вc . а с: и< (оч!Ника Hi Ir:"че-(<ия 1 пр; -<оди.::: —:=: rte:-; поляризатор Э (л>,> <. >.> В r)ar.,>I ..-....e!,, H H(Э(Г)дHO>" 0 . у><К а и ., .,>)а. 11 >а ц>e!!Is. (Ь(Х r. «МащСН> . !Х 0 ГHO с(.те (ь >>1 ai) „>,. Ii>ó j е >I) (f а., Оба 1 „" -(к

r 1>i .>,Ла Г >i (: "К)a") К>*В = ... ... IIPH ×eÌ На

1>pa <ц>!э .- »:, 1-.:, и -эел>)>1;1>-:-.,.(>11::> ю Гра:(нцу

rc ."r,e,r(a;. С> !><од г)(>вн;vH I >r! .,Я> (1> . >io

11

3 1 с :-(» 1рс>>!едщие !(>)E = уу . Гу к-1 л !эе

><>1 > ir. (я На 0(H: 1 Г >. (C уi СЭ: „paв ный . ; эь< м, д>- г(- .-.:а ° нос-. 1(о—

121606 8

7 1 казателей преломления исследуемых сред, (, — угол между рабочими гранями кюветы и границей раздела, и остаются параллельными друг другу °

При совмещении преломленных кюветой

7 пучков, которое осуществляется с помощью узла 6 совмещения пучков света в один пучок, между пучками возникает разность хода,, пропорциональная 4 ndtgg где d — величина смещения пучков. По этой разности хода, определяемой при анализе интерференционной картины с помощью блока 8 регистрации интерференционной картины, судят о разности показателей преломления.

Интерференционный рефрактометр, выполненный согласно первому варианту (фиг. 2) содержит также элементы и узлы 1-10, как интерференционный рефрактометр, приведенный на фиг.1, а также четвертьволновую пластину 11 поляризатор 12, узел 13 сравнения разностей хода интерферирующих пучков, состоящий иэ двух фотодатчиков

14 и индикатора угла 15 отсчета положений поляризатора 12, при которых фотодатчики 14 фиксируют положение погашения. Дифференциальная призматическая кювета 7 соединена с дополнительной дифференциальной кюветой

16 (фиг. 3) . Рабочие грани 9 обеих кювет расположены в одних и тех же плоскостях, а преломляющая граница раздела 10 полостей для исследуемых сред в дополнительной дифференциальной кювете 16 параллельна рабочим граням 9 обеих кювет.

Если в описанном интерференционном рефрактометре в качестве источника используется Ые-Ие лазер (Ъ = 0,63 мкм) с мощностью излучения 0,5 мВт, а разность хода определяется с помощью компенсатора

Сенармона с электрооптическим модулятором на кристалпе ДКДР с точность

10 59, при М, = 45 и и = 0,6 мм разность показателей преломления определяется с точностью 1-10, что на два-три порядка превышает точность известного интерференционного рефрактометра.

Интерференционный рефрактометр (фиг. 2)„ работает аналогично интерференционному рефрактометру, приведенному на фиг . 1. Отличие заключается в том, что с помощью узла

13 сравнения разностей хода интерферирующих пучков измеряется разли5

t0

40 ю45

55 чие между значениями разностей хода пучков, прошедших чере з диффе ре нциальную кювету 16. Разность хода между пучками, прошедшими дифференциальную призматическую кювету 7, складывается иэ разности хода, пропорциональной разности показателей преломле ния исследуемых сред — Ьпд tgg и паразитной разности хода, связанной с тепловыми и механическими возмуще ниями интерфере нционного узла. Между пучками, прошедшими дополнительную дифференциальную кювету 16, возникает только параэитная разность хода, так как эти пучки проходят через плоскопараллельные слои исследуемых сред и не преломляются. При измерении различия между значениями разностей хода интерферирующих пучков, соответствующих кюветам 7 и 16, паразитная разность хода исключается, что и обеспечивает повышение. воспроизводимости измерений.

Измерение различий между значениями разностей хода осуществляется следующим образом.

Поляризатор 12 устанавливается в положение, при котором фотодатчик

14, соответствующий пучкам, прошедшим кювету 7, регистрирует положение полного затемнения поля зрения и разворачивается до положения, при котором полное затемнение регистрирует фотодатчих 14, соответствующий пучкам, прошедшим кювету 16. С помощью индикатора 15 определяется угол между указанными положениями поляризатора 12, который пропорционален искомой разности показателей преломления Д п.

Интерференционный рефрактометр, выполненный согласно второму варианту (фиг. 4), содержит такие же элементы и узлы 1-15, как интерференционный рефрактометр по первому варианту. Отличие заключается в том, что дифференциальная призматическая кювета соединена с дополнительной дифференциальной призматической кюветой 17, Каждая из кювет 7 и 17 имеет по две границы раздела 10 и 18 полостей для исследуемых сред. Причем полости, заключенные между рабочими гранями 9 и границами раздела 10, предназначены для одной из исследуемых сред, а полости, заключенные между границами раздела 10 и 18 - для второй исследуемой среды. Таким

i2

li >ieOS

ll логии и генетике при исследовании количественного и качественного состава растворов веществ, выделение которых требует значительных затрат време ни и производится в микроколичествах).

I121 F>06 — !

1 7g g f3

l

1!

VÄM, f7 Р =. (f !

U! N (3

112!баб

Составитель Н. Стукова

Редактор К. Воло,:пук Техред Т, Фанта Корректор В. Бутяга

Заказ 7973/34 Тирах< 822 Подписное

ВПИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, iK-35, Раушская наб.„ д. 4/5

Филиап ППП "Патент", г. Ужгород, ул . Проектная, 4