Способ измерения спектров эффекта фарадея различных веществ

т

О 1й4"C, A."Ì И Е

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Севетскик

Сюциалистиче<иик

Республик (ц1697897

? (61) Дополнительное к авт, сеид-ву— (22) Заявлено010378 (21) 2586337/18-25 (51)М. Кл.2

27/00 с присоединением заявки ¹â€”

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий. (23) Приоритет

Опубликоаано151179. Бк>ллетень ¹ 42 (53) УДК б21. 317 (088. 8) Дата опубликования описания 18.11.79 (72) Автор изобретения

И.И, ушаков (7f) 3аяВитель Ленинградский ордена Трудозого КРасного Знамени технологический институт им. Ленсовета (54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ СПЕКТРОВ ЭФФЕКТА

ФАРАДЕ Я РАЗЛИЧНЫХ ВЕЩЕСТВ

Изобретение относится к аналити- . ческим методам и может быть использовано для исследования и анализа твердых и жидких веществ в различных отраслях промышленности.

Для получения дополнительной н принципиально важной информации о пространственном распределении внешних электронов при образовании химических связей как в неорганических, так и в органических соединениях применяют различные поляризационно-оптические методы, в которых измеряются и анализируются определенные характеристики поляризационного излучения различных длин волн после его взаимодействия с исследуемыми объектами..

Среди этих методов интересные воэможности и широкие перспективы имеет эффект Фарадея, вследствие универсальной природы магнитного вращения плоскости поляризации, прису щей в той или иной мере любым вещест- вам и черзвычайно широкой области спектра от радиодиапазона до рентгеновского (1).

Величина угла поворота плоскости поляризации в магнитном поле определяется разностью фаз круговых состав-ЗО ляющих линейно поляризованного излучения. проходящего через исследуемый образец в направлении магнитносиловых линий, а фазовые эффекты обладают повышенной чувствительностью к изменению состава и строения исследуемых веществ.

Указанные особенности фарадеевского вращения обусловлены тем, что только под воздействием внешних магнитных полей полностью снимается вырождение энергетических уровней в любом веществе, а также изменяется вероятность направления квантовых переходов и появляется воэможность получить сведения о комбинирующих уровнях, особенно в области полос поглощения, установить их симметрию и характер расщепления при спектральных исследованиях в магнитном поле соответствующей направленности.

Большинство известных исследований эффекта Фарадея в различных веществах проводятся в постоянных или переменных магнитных полях, напряженность которых не превышает 25 кЭ и ограничена магнитным насыщением сердечников электромагнитов, а в соленоидах беэ Ферромагнитных сер697897

40 дечников получать большие по напряженности Н магнитные поля затруднительно вследствие большой расходуемой мощности Р соответственно уравнению

Н (. (1) где Г - коэффициент, характеризующий геометрию соленоида;

Ч вЂ” внутренний объем; р — удельное сопротивление витков соленоида; к — параметр заполнения межвитковой изоляции;

Следовательно, для увеличения напряженности Н магнитного поля в 2 pa- g за необходимо в 4 раза увеличить расходуемую мощность, что., к примеру, для напряженности 200 тысяч Э в установках потребовало бы подводить мощность в сотни магаватт, которые смогли бы поставлять только особые энергетические электростанции.

Если на электромагниты без ферромагнитных сердечников с сопротивлением Р десятки или сотни Ом поступает постоянный или переменный во времени t ток J, то существенным, а при больших токах и принципиальным, ограничением является проблема рассеяния тепловой, энергии

G = 0,24 > R f (2) 30

Таким образом, для значительного увеличения напряженности Н необходимо существенно уменьшить сопротивление R соленоидов (в импульсных соленоидах R 5 — 6 10 Ом), а также сократить время t. прохождения тока через соленоид (в данном случае

200 — 400 мкс) при времени заряда

2-4 с. Тогда вследствие скважинности импульсного процесса в тысячи раз сокращается потребляемая электрическая мощность, соответственно габариты и вес всего комплек- 45 са приборов на установках, Новые сверхпроводящие сплавы позволяют получать магнитные поля напряженностью до 100 кЭ, но их устойчивая работа возможна только при наличии специальных устройств сверхнизких температур. В таких условиях исследуемые образцы также охлаждаются до укаэанных температур, а большинство важнейших для технологических процессов веществ работают и исследу- ются при положительных температурах, Для надежных измерений спектров фарадеевского вращения диамагнитных веществ необходимы магнитные поля с напряженностью значительно превы- 60 шающей максимальные значения напряженности известных установок по исследованию эффекта Фарадея в переменных или постоянных магнитных полях по причине малой величины 6S удельного магнитного вращения Ч (постоянной ВеРде), так как амплитуда угла магнитного вращения плоскости поляризации линейно зависит от напряженности H магнитного поля однородного на длине образца В, т.е.

Ф = VH| "сов(Н В) (4) где соз(Ф В) — угол между направлением распространения линейно поляризованного излучения и вектором напряженности магнитного поля Н.

В известном способе (2) применялись импульсные магнитные поля переменной затухающей амплитуды

Н=Н,>6 — 51" ц)оф.

Ц (5) однократного действия и соответственно уравнению (4) также ва времени t изменялось и положение плоскости поляризации, т,е. определение величины эффекта Фарадея производилось через интенсивность импульсов засвет, !Х

Ф = are sin. —,) + — . (6)

) 2 ки в результате магнитного вращения плоскости поляризации, которое возможНо только для углов, превышающих о

90 и относится к первому импульсу.

Последующие осциляции тока (5) в таких способах вносят в измерительную схему специфические помехи, а их энергия расходуется на нежелательный разогрев импульсного соленоида.

Основным недостатком измерения магнитоот.тического вращения плоскости поляризации . в укаэанном прототипе с генераторами импульсных магнитных полей переменной затухающей ампли. туды является сложность и большая погрешность. определения амплитуды импульсов эффекта в однократном режиме, которые особенно проявляются при спектральных исследованиях вследствие изменения чувствительности фотоприемников на различных длинах волн.

Попитка: применить дополнительную механическую модуляцию с целью повышения .разрешающей способности в измерениях фарадеевского вращения оказалось неудачной вследствие значительных неконтролируемых погрешностей, так как имеются принципиальные ограничения на устойчивость и пределы синхронизации механического модулятора с электронными схемами запуска установок однократных импульсных магнитных полей переменной затухающей амплитуды. Известные измерения эффекта Фарадея в указанных импульсах магнитных полей проведены только на.отдельных монохрометрических длинах волн.

В описываемом способе, с целью повышения точности измерения и расширения:пределов измерения фарадеевского вращения, применяются однопоб 97897

Формула изобретения

Составитель Э.,Скорпяков

Редактор О. Колесникова Техред, М.Петко корректор М. Шаривши.

Заказ 6556/13 Тираж,1 073 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета СССР по делам.изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, з раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП Патент, г. Ужгород, уд. Проектная, 4 лярные периодические импульсы магнитного поля значительной напряженности (до 200 тысяч Э) при длительности по основанию от 200 до 400 мкс.

Если анализатор в ячейке Фарадея установлен перпендикулярно главной . плоскости поляризатора, то линейнополяризованное излучение через эту ячейку практически не проходит. В момент воздействия на исследуемый образец однополярного импульса маг-, fp нитного поля происходит магнитное вращение плоскости поляризации.

Вследствие статических и динами.ческих особенностей магнитооптической ячейки Фарадея при воздействии однополярных импульсов магнитного поля на исследуемое вещество, через которое непрерывно проходит линейно поляризованное излучение, любое положение анализатора или поляризатора не позволяет полностью скомпенсировать угол магнитного вращения плоскости поляризации. Но плавный поворот анализатора от перпендикулярного к поляризатору положения по направлению импульсного магнитного вращения плоскости поляризации обуславливает уменьшение амплитуды импульсов Фарадеевского вращения по закону Малюса с последующим искажением формы в виде провала его верщины вследствие пересечения вращающимся электрическим вектором линейно поляризованного излучения главной плоскости (или нулевой линии) анализатора..Аналогичная ситуация наблюдает- 35 ся при вращении поляризатора в обратном направлении.

Следовательно, указанные особенности позволяют измерить величину угла поворота плоскости поляризации

s эффекте Фарадея не по интенсивности, как в известных способах, а по изменению формы импульса в схеме регистрации. Одновременно однополярМые импульсы воздействуют на иссле- 45

ЯДеМые вещества магнитного поля, вы полняют функции моделирующего. сигнала.

Способ измерений спектров фарадеевского вращения в однополярных импульсных магнитных полях обуславливает хорошее отношение сигнала к шуму и позволяет измерить положительные зна,чения амплитуды угла магнитного вращения плоскости поляризации на раз личных длинах волн с абсолютной пог,решностью, не превышающей 1 мин. Экспериментально проверенная воспроизводимость,.импульсов магнитного. поля не хуже 0,053, а дрейф нулевого поло:жения составляет 0,01 /час и суммарная погрешность измерения спектров фарадеевского вращения не превьыает

1В с доверительной вероятностью 0,99 при соответствующей однородности магнитного поля в рабочем объеме двухсекционного импульсного соленоида.

Способ измерения спектров эффекта .Фарадея различных веществ путем ре, гистрации уницолярного импульсного магнитного вращения плоскости поляризации анализатором при непрерывном пропускании через образец вещест= ва линейно поляризованного излучения, отличающийся тем, что с целью повышения точности и расши рения пределов измерений, анализатор поворачивает по направлению магнитного вращения плоскости поляризации . и определяют изменение формы регистрируемого импульса.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Успехи химии, 1971, т. Х, вып. 4, c. .654-693.

2. Acta Phys PoIonica, V, 1957, v, 16, 9 1-2, 151 (прототип).