Способ определения коэффициентов молекулярной диффузии в жидкостях и устройство для его реализации — SU 976307 (original) (raw)

Союз СоветскихСоциаписткческихРеспублик ОП ИСАНИЕИЗОВРЕтИНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ 111976307ЩФ Ф(53) УДК 535. 411(088 8) ио делен изобретений и открытийОпубликовано 23.11.82, Бюллетень Р 1 е 43Дата опубликования описания 23.11.82туФ Заявитель еверо-Западный заочный полнтехническ 54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТОВ МОЛЕКУЛЯРНОЙ ДИффУЗИИ В ЖИДКОСТЯХ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО РЕАЛИЗАЦИИ Изобретение отнмни и может быт тся к физическо спольэовано при вится такж нзучса с енин кинетических процессов переномассы для определения коэффициентовмолекулярной диффузии в жидкостях иповышения точности определения.Известны различные оптические способы и устройства, позволяющие определитькоэффициенты молекулярной диффузии вжидких системах 1 ),Основой этих способов является то,что при малых концентрациях последниепропорциональны разности показателейпреломления двух исследуемых жидкостей,и задача измерения градиента концентрации сведена к измерению градиента показателей преломления или измерению вызываемой этим градиентом разностей фаз.Чувствительность устройств, работаюшнх на этих способах, убывает по мереразбавления растворов - разность показателей преломления исследуемых жидкостейстановится так мала, что вызываемая ею разность фаз стано е очень малой.Наиболее близким к изобретению техническим решением можно считать способ определения коэффициентов молекулярной 5диффузии в жидкостях, прикотором свето вой пучок пропускают через поляризатор и разделяют на два ортогонально поляри; эованных Параллельных пучка с плоскостями поляризации, образующими угол 45 с плоскостью поляризации поляризатора, пропускают через кювету с исследуемой средой, сводят в один пучок, пропускают через анализатор и регистрируют с 21, 5 Устройство для определения коэффици ента молекулярной диффузии в жидкостяхпо известному способу содержит последовательно расположенные по ходу луча источник излучения в выбранном спектральном диапазоне, цоляриаатор, первую дву, лучепреломляюшую призму, кювету, вторую двулучепреломляющую призму и оптическивязанный с ними расположенный на выхо. де анализатор, причем поляриэационныеоси. двулучепреломляющих призм составляют угол 45 с поларизационной осьюполяризатора2 3 .Недостатком известных способа и устройства для его реализации является невоз-можность определения коэффициентов диффузии в реальном масштабе времени иневысокаяр,точность,Цепью изобретения является определе, 10ние коэффициентов диффузии в реальноммасштабе времени и повышение точностиопределения.Поставленная цель достигается тем,что согласно способу определения коэффициентов молекулярной диффузии в жид4костях, при котором световой пучок пропускают через поляризатор и разделяютна два ортогонально поляриэованых параллельных пучка с плоскостями поляризации, образующими угол 45 с плоскостьюпопяризации поляризатора, пропускают через кювету с исследуемой средой, сводятв один лучок, пропускают через анализатор и регисзрируют, световой пучокперед Ь 5поляризацией разделяют на два - рабочийи опорный, проходящие один и тот жепуть, причем опорный пучок пропускаютвне зоны диффузии, регистрируют интенсивности рабочего и опорного световых 3 Опучков, соответствующие скрещещому ипараллельному попожениям анализатораотносительно поляризатора, преобразуютих в фототоки в цифровой форме, выделяют тактовые импульсы соответствую 3535шие моменту измерения, определяют времупрошедшее от момента образования границы раздела до измерения полного набораинтенсивностей излучения после прохождения светом всех комбинаций угловых40положений поляризатор - анализатор врабочем и опорном каналах, откуда судят о коэффициенте молекулярной диффузии,Устройство, реализующее способ, содер 45жит последовательно расположенные походу пуча источник излучения в выбранном спектральном диапазоне, поляризатор, первую двулучепреломляющую призму, кювету, вторую двулучепреломляюшуюпризму и оптически связанный с нимирасположенный на выходе анализатор,причем поляризационные оси двулучепре-.ломляюших призм составляют угол 45 фс поляризационной осью поляризатора, вдего,дополнительно введены светоделитель ный элемент и зеркало для разделениясветового пучка на рабочий и опорный,расположенные перед поляризатором, а 07 4анализатор выполнен в виде механического прерывателя-синхронизатора, содержащего две пары. Фнализатбров с диафрагмами для рабочеро и опорного, пучков, й в каждой паре ананизаторы установлены так, что плоскость поляризации одного анализатора перпендикулярна плоскости поляризации поляризатора, а второго. анализатора - совпадает с ней, для рабочего и опорного пунктов соответственно, причем анализатор установлен после второй, двулучепреломляющей призмы, а за ним установлен фотоприемник, соединенный через преобразователь анапог-код и умножители для рабочего и опорного пучков с вычислителем, вход которого соединен со счетчиком времени и с индикатором положения, которым снабжен анализатор,. при этом выход вычислителя соединен с цифропечатаюшим устройством, причем в устройстве и до и после кюветы расположены четвертьволновые пластины с азимутами 45 к плоскости поляризаоции излучения, выходящего из первой двулучепреломляюшей призмы.На фиг. 1 показана оптическая и электрическая схема; на фиг, 2 - вид А на фиг. 1; на фиг, 3 - расположение индикаторов положения на механическом прерывателе.Устройство содержит лазер 1, светоделительный элемент 2, зеркало 3, поляризатор 4, двулучепреломляющую призму 5, четвертьволновые пластинки 6 и 8, кювету 7, вторую двулучепреломляюшую призму 9, анализатор 10 в виде механического прерывателя-синхронизатора, фотоприемник 1 1, преобразователь аналогкод 12, умножители 13 и 14, вычислитель 15, счетчик 16 времени, электронный блок 17 индикации положения, цифропечатающее устройство 18, анализаторы 19-22 на модуляторе-синхронизаторе с диафрагмами 23-26 для рабочего и опорного пучков, индикаторы пбложения 27 и 28, 29 и 30, 31 и 32.Устройство работает следующим образом.Световой пучок от лазера 1 пускают на светоделительный элемент 2 и зеркало 3, которые делят его на рабочий и опорные пучки. Расположенный за ними поляризатор 4 поляризует ,эти пучки, которые, попадая на двулучепреломляющую призму 5; нанример, призму из исландс:кого шпата, делятся на два параацельных пучка каждый, которые пускают черезисследуемые, жидкости, залитые в кювету 7 выдвижным шибером. При этом все976 307 54 пучка проходят один и тот же путь. - длину рабочего объема, но опорный пучок при этом проходит вне эоны диффузии.Это условие выполняют, исходя из того, что объем, в котором в течение опыта З ,протекает диффузия, значительно меньше общего объема кюветы. Перед кюветой 7 с шибером и за неюустановлены две четвертьволновые пластинки 6 и 8, которые преобразуют лннеййо-поляризованный 19 свет в эллиптически-поляризованный и обратно и позволяют тем самым исследовать оптически активные среды. Затем пластиной 9 пучки опять сводятся, и ре.гистрируются интенсивности пабочего и . 1 зопорного пучков. Эти интенсивности вы- деляют при помощи 4-х анализаторов 19- 22 и диафрагмами 23-26 для рабочего и опорного пучков. В каждой паре анализато- ров плоскость поляризации одного анализа-И тора установлена перпендикулярно к плоскости поляризации поляризатора 4, авторого анализатора - совпадает с ней, Это позволяет выделить интенсивности пучков, Анализаторы с диафрагмами установлены 23 на диске механического прерывателя-синхронизатора 10, которые располагают перед фотоприемником 11, Световой сигнал преобразуют в электрический, после чего с фотоприемника 1 1 его подают на преоб- Зе разователь аналог-код 1 2 для представления выделенной интенсивности в цифровой форме. Через умножители 13 и 14 для рабочего и опорного пучков величины ин"тенсивностей в цифровой форме поступают З в вычислитель 15. Вход вычислителя связан со счетчиком 16 времени для измерения времени, прошедшего от момента образования границы раздела до момента проведения 4-х измерений, и с индикатором положения, например системой светодиод-фотодиод 27 и 28, 29 и 30, 31 и 32. В вычислителе производят вычисление коэффициента молекулярной диффузии, Вычислитель 15 передает полученные зна чения коэффициента и времени на оконечное устройство 18, например, ЦПУ. Определение разности показателей преломления исследуемых жидкостей производится следукнцим образом, В кювету заливают жидкости и при неподвижной границе раздела жидкостей производят измерение интенсивностей, откуда вычисляют значение разности показателей преломления исследуемых жидкостей.55Это позволяет устранить. погрешности, связанные с использованием в процессе измерения другого прибора, например ИРФ, а также погрешности, связанные,с согласованием данных по длинам волн. Далее начинают измерения, связанные с процессом диффузии.Предлагаемое устройство позволяет исследовать оптически активные среды, повышает стабильность работы устройст ва, так как имеется возможность периорической проверки нулевого положения при заливке одной и той же жидкости в верхнюю и нижнюю части кюветы, повыайет производительность работы установки, достигаемую за счет одновременности и непрерывности процессов измерения и обработки данных вместе с сокращением времени опыта, а также, благодаря воэможности многократного повторения опыта без .новой заливки жидкостей, достигнута универсальность установки, которая позволяет с высокой точностью определить разность показателей преломления исследуемых жидкостей. Перечисленные преимущества расширяют возможности исследования кинетических процессов переноса . ьассы в жидкостях. Формула изобретения 1. Способ определения коэффициентов молекулярной диффузии в жидкостях, при котором световой пучок пропускают через поляризатор и разделяют на два ортогонально поляризованных параллельных пучка с плоскостями поляризации, образуюцими угол 45 с плоскостью поляризации поляризатора, пропускают через кювету с исследуемой средой, сводят в один пучок, пропускают через анализатОр и регистрируют, о т л и ч а ю ш и й с я тем, что, с целью определения,коэффициентов диффузии в реальном масштабе времени и повышения точности определения, световой пучок перед поляризацией разделяют на два - рабочий и опорный, проходящие один и тот же путь, причем опорный пучок пропускают вне зоны диффузии, регистрируют интенсивности рабочего и опорного световых пучков; соответствующие скрещенному и параллельному положениям анализатора относительно поляризатора, преобразуют их в фототоки в цифровой форме, выделяют тактовые импульсы, соответствующие моменту измерения, определяют время, прошедшее от момента образования границы раздела до измерения полного набора интенсивностей из- :тучения после прохождения светом всех комбинаций угловых положений поляризатор - анализатор в рабочем и опорном7 9763каналах, откуда судят о коэффициентемолекулярной диффузии,2. Устройство для определения коэффициентов молекулярной диффузии в жид. костях, содержащее последовательно рас положенные по ходу луча источник излучения в выбранном спектральном диапазоне, поляризатор, первую двулучепрелом, ляюшую призму, кювету, вторую двулуче-Ф преломляюшую призму и оптически связанный с ними расположенный на выходе анализатор, причем поляризационные оси двулучепреломляющих. призм составляют угол 450 с поляриэационной осью поляризФтора, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью определения коэффициентов диффузии в реальном масштабе времении повышения точности определения, в него дополнительно введены светоделительный элемент. и зеркало для разделения светового пучка на рабочий и опорный,расположенные перед поляризатором, а анализатор выполнен в виде механического прерывателя-синхронизатора, содержащего две пары анализаторов с диафраг- мами для рабочего и опорного пучков,и в каждой паре анализаторы установленытак, что плоскость поляризации одного4. 07 8, анализатора перпендикулярна плоскостиполяризации поляризатора, а второгоанализатора - совпадает с ней, для рабочего и опорного пучков соответственно,причем анализатор установлен после второй двулучепреломляющей призмы, а заним установлен фотоприемник, соединенный через преобразователь аналог-код иумножители для рабочего и опорного пучков с вычислителем, вход которого соединен со счетчиком времени и с индикатором положения, которым снабжен анализатор, при этом выход вычислителясоединен с цифропечатающим устройством.3. Устройство по п, 2, о т л и ч а -ю щ е е с я тем, что до и после кюветы расположены четвертьволновые пластины с азимутами 45 О к плоскости поляризации излучения, выходящего из первойдвулучепреломляющей призмы.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Робинсон Р., Стокс А. Растворыэлектролитов. М фИностранная лит-раф,1963, с.313-329.2, Иоффе Б, В. Рефрактометрические.методы в химии. Л., Химия", 1974,с. 308-309,. Кос 9 Тираж 887 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4

Смотреть

Способ определения коэффициентов молекулярной диффузии в жидкостях и устройство для его реализации