Способ определения комплексного показателя преломления диспергированных веществ

 

Союз Советских

Социалистических

Республик

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 160877 (21) 2519087/18-25 (51)Hl. КЛ.

G 01 N 21/46 с присоединением заявки Ио (23) Приоритет—

Государственный комитет

СССР но делам изобретений и открытий

Опубликовано 300680. Бюллетень Йо 24 (53) УДК 535. 322.

;4(088.8) Дата опубликования описания 300680 (72) Авторы изобретении

Е. К. Науменко и A. П. Пришивалко

Ордена Трудового Красного Знамени институт физики АН Белорусской ССР (71) Заявитель (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОМПЛЕКСНОГО

ПОКАЗАТЕЛЯ ПРЕЛОМЛЕНИЯ .ДИСПЕРГИРОВАННЫХ

ВЕЩЕСТВ

Изобретение относится к оптике рассеивающих сред и может быть использовано для измерения оптических постоянных порошкообразных материалов, пиг-5 ментов, отдельных компонентов крови и других веществ, находящихся в дисперсном состоянии.

Известны способы определения комплексного показателя преломления дис- о пергированных веществ методом отражательной спектроскопии, основанные на измерении излучения, отраженного от поверхности образцов, изготовленных путем прессования и последующей полировки поверхностей 11.

Недостатки указанных способов заключаются в том, что, многие вещества при прессовании либо полностью разрушаются (например, частицы биоло- 20 гического происхождения), либо нарушается их первоначальная кристаллическая структура (например, сажа), что ведет к изменению оптических свойств; а также в том, что стра- 25 жательная способность многих поглощающих веществ невысока, составляет меньше 5-10%. В таких условиях методы отражательной спектроскопйи становятся мало чувствительными и не могут быть использованы для аналитических целей.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является способ определения комплексного показателя преломления диспергированных веществ путем приготовления взвеси частиц иследуемого вещества в среде с известным показателем преломления и освещения ее пучком света. 21 .

Недостаток указанного способа состоит в том, что он не учитывает влияния мнимой части показателя преломления на рассеивающие и поглощающие свойства частиц.

Цель изобретения — повышение надежности определения,-действительной и мнимой частей комплексйого показателя преломления и расширение диапазона исследуемых веществ.

Поставленная цель достигается тем, что в известном способе измеряют спектральную зависимость показателя рассеяния взвеси частиц в среде с показателем преломления n и при длине волны, при которой показатель рассеяния имеет минимальное значение, измеряют коэффициент пропускания излучения слоем взвеси и по его величине определяют мнимук часть комплексного показателя преломления, затем из таких же частиц приготавливают взвесь в среде с показателем преломления п, отличным от п, измеряют ее показатель рассеянйя и по величине их отношения определяют действительную часть комплексного показателя преломления, причем минимальное значение. показателя рассеяния удовлетворяет условию

К;,n(A <О,2В(Р)Р С, „/Л, где А (Р ) — функция, зависящая от размера частиц и — показатели преломления окружающей среды, — длина волны излучения.

Используя в качестве иммерсионной жидкости с разными значениями показателя преломления, измеряют спектральную зависимость и(p, ) и у(Л ) диспергированных веществ в широком диапазоне длин волн.

На фиг. 1 представлена зависи,мость показателя рассеяния Кр от величин ь и и м, на фиг. 2 — спек-тральная зависимость показателя рассеяния для раствора алкидной смолы.

Предлагаемый способ основан на применении теории взаимодействия электромагнитных волн с малыми сферическими частицами, находящимися в однородной среде.

t рассеивающие и поглощающие свойства частиц зависят o* параметра дифракции р = )tan /Л где d — диаметр частиц, и — показатель преломленйя ср окружающей частицу среды, Л вЂ” длина волны излучения в вакууме; и от относительного комплексного показателя преломления о Wo г е n=- —, y,=-—

1 с гсср где и = — Ж=. — n и ае — по о

neo пер o каэатель преломления и коэффициент экстинкции вещества частиц соответственно.

Исследования, выполненные авто-. рами, показали, . что при условиях

Р < 4, ьп=)п-1 1 «,м< 4 показатель рассеяния взвеси мелких частиц имеет вид йс I- () 3 („„)2+ 1j о где С - объемная концентрация частиц в сусйенэии, А(Р)-, -0 -,"("Р)

Для взвеси частиц в иммерсионной среде с таким показателем преломления, при котором на некотором спектральном участке к n = О, имеет место минимум показателя рассеяния, обусловленный только величиной м . Чем меньше величина в, тем резче про-. является минимум Кр приьп-ъО (см.фиг.1)

При относительной погрешности измерений показателя рассеяния б <5% и ьп < <0,05 минимум Круверенно регист5 рируется для вэвесей частиц сж< 0,2.

Такие значения ж характерны для стекол, красящих веществ, биологических частиц, пигментов и др.

Иэ (1) следует, что минимальное значение показателя рассеяния на длине волны Л при ь n g 0,05 им 0,2 должно удовлетворять условию к <ОXA(q)P С пс /Л P (2) З5 где

Т

R — толщина слоя взвеси частиц; коэффициент пропускания; коэффициент отражения от границ слоя (измерения В обычно исключаются путем использования кювет сравнения).

Зная величину ко по формуле (1) определяем а и и, следовательно, действительную часть комплексного показателя преломления n, если

45 известны размеры частиц.

Микроструктурный анализ представляет определенные трудности. Поэтому, чтобы исключить влияние микроструктуры, используют измерения пока$Q эателей рассеяния для двух образцов взвеси, приготовленных в средах с различными показателями преломления и „и и, . Тогда из (1) при 0,9< " <1,1

" "" " "К,-.И -1;,(";;1 "-"1 Ж@", где К = К /К, К и К, — показатели рассеяния для взвесей частиц в средах с показателями преломления и и п соответственно.

Пример. Цля приготовления взвеси берут порошок пигмента (хлорированный фталоцианин меди) с размеами ч ц 1 — 0,08 мкм р =,„(p, )/ л+, +

Л вЂ” положение К р (1 ), и (Х") — показатель преломления окруо жающей среды для длины вол2О ны Л .

В табл. 1 приведены показатели расоеяния взвеси мелких поглощающих частиц при g n « 1 показатели поглощения.

Показатель поглощения взвеси про* 5 порционален ае и практически не зависит от размеров частиц и величины

5п. Поэтому при длине волны Л, где .Мимеет МРОТо минимум Кр, удовлетворяющий условию (2), величину эЕ определя30 ют иэ измерений коэффициента пропускания излучения слоем взвеси частиц

О 4Яс„с т 1 (3) 744295

04) (485ф,9ъ77) 1 (I

Я=10

Я=10

Q--1 0

К по(-л.

K nor, Р

Кр

nor(.

ы

0,90 0,1д 0,6736-3 0,1333-2 0,6797-3 0,1332-1 0,1341-2 0,1324

0,95 0,05 0,1683-3 0,1336-2 0,1749-3 0,1335-1 0,8371-3 0,1326

0,6709-7 0,1333-2 0,6703-5 0,1332-1 0,6672-3 0,1323

1,0 0

1,05 0,05 0,1668-3 0,1326-2 0,1733-3 0,1325-1 0,8289-3 0,1316

1,1 0,10 0,6616-3 0,1314 2 0,6676-3 0,1313-1 0,1315-2 0,1304 масло (или раствор алкидной смолы) с показателем преломления n< - 1,5.

Минимум показателя рассеяния лежит вблизи — 0,55 мкм. Проверяют, удовлетворяет ли минимальное значение показателя рассеяния условию (2) кр 0 010, К =О, 2-.0,97 (0(708) ) пеьо ,к 4БС, /0,65=0,<9C мкм

Отсюда следует, что К ; (К„

Измеряют коэффициент пропускания слоя при n -0,55 мкм и по известной формуле определяют показатель ослабления к „ = 1,608 С (MKM 1).

Определяют мнимую часть комплексного показателя преломления пигмента (измерения показателя ослабления

<(55 )(85- l(5(0(9677)- )

no=

%85-(0,9677}2

В табл. 2 и 3 приведено сравнение значений действительной и мнимой частей комплексного показателя прелом ления пигмента, полученных предлагаемым способом, для взвесей частиц разных размеров, с опубликованными данными и (>, ) и ае (л ).

Из табл. 2 и 3 видно, что методическая оносительная погрешность опре- 35 деления мнимой части б ае не превы( шает 3%, максимальная относительная погрешность б ае с учетом экспериментальных ошибок (d k (5%) не превышает 8-10%, относительная погрешность 40 определения действительной части комплексного показателя преломления (при сРк„ (5%) меньше 1,5%.

Предлагаемый способ позволяет получать информацию об оптических 45 свойствах диспергированных веществ и тем самым обеспечивает возможность выполнены с относительной погрешностью, меньшей 5%)

ЭЕ- — (К + К )= л р. 0,55 Cv

АХС. о ((А.34416

„q 6084(< 0 06) (0,07392 (.0,06688

Затем иэ такого же порошка приготавливают взвесь частиц в растворе алкидной смолы большой концентрации или в другой какой-либо жидкости с показателем преломления и = 1 55.

Измеряют показатель рассеяния для второго образца при Л =0 55 мкм

У l

К =0,01097 С,((мкм ). Вычисляют отношение показателей рассеяния к (A«0,55мкьл ) «0,0203С (мам )

К„1,850 h,к .

По формуле ((() определяют значение действительной части показателя преломления, используя среднее значе ние эе =0,0704 и К

O. решения разнообразных научно-технических задач, сокращает затраты на проведение трудоемких и дорогостоящих экспериментов в 2-5 раэ. Данные о спектральных зависимостях комплексного показателя преломления позволяют решать задачи оптимизации технологии производства лакокрасочных материалов с заданными колористическими свойствами, создания.аэрозольных и маскирующих завес определенного назначения, переноса и трансформации энергии в биологических объектах, обеспечивают целенаправленный поиск материалов, пригодных для изготовления дисперсионных светофильтров, и т. п.

Применение способа не требует сложных технических средств и предварительного точного анализа микроструктуры исследуемых объектов и обеспечивает надежное определение оптических постоянных диспергированных веществ.

Таблица 1

744295 Т а б л и ц а 2

Л= 0,55 мкмМ=0,0) „(ю„.0))юв)6 ч

7 = О, 5 б мкм к = О, 11 (d,= 0) дь % б ае,в

d,ìêì

0,04 0,0692 1,2 6,0 0,1098 0,2 5,2

0,6 5,6 Or1093 0,6 5,6

2,5 7,5 0,1079 1,9 6,9

0,08 0,0704

0,12 0,0717 г

Таблица 3

)1=0,55 мкм, Жо==Ое0704ю и„= 1,58

d ãîЪ

0,04 1,5 1,55 1,724-1,906 1,568-1,598 1,3

0,08 1,5 1,55 1,758-1,940 1,573-1,590 0,6

0,04 1,5 1,6 1,765-1,951 1,576-1,581 0,3

0,08 1,5 1,6 1,836-2,029 1,579-1,584 0,3

Формула изобретения

К Ф<0 2А(д ) Зс /

Способ определения комплексного показателя преломления диспергированных веществ путем приготовления взвеси частиц исследуемого вещества в среде с известным показателем прелом- 40 ления и освещения ее пучком света, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности определения действительной и мнимой частей комплексного показателя пре- 45 ломления и расширения диапазона исследуемых веществ, измеряют спектральную зависимость показателя рассея;— ния взвеси частиц в среде с показателем преломления и„ и при длине я) волны, при которой показатель Рас— сеяния имеет минимальное значение, измеряют коэффициент пропускания излучения слоем взвеси и по его величине определяют мнимую часть ком- у плексного показателя преломления, затем иэ таких же частиц приготавливают взвесь в среде с показателем преломления п, отличным от и„, измеряют ее показатель Рассеяния и по величине их отношения определяют действительную часть комплексного показателя преломления, причем минимальное значение показателя рассеяния удовлетворяет условию где A (p ) — функция, завися:цая от размера частиц, и„, я — показатели преломления окружающей среды, — длина волны излучения.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Пришивалко A. П. Отражение света от поглощающих сред. Минск, изд-во AH БССР, 1963, с. 94-109.

2. Борисевич Н. Ai и др. Инфракрасные фильтры. Минск "Наука и техника", 1971, с. 159-204 (прототип).

744295

Ol0

О/2

004

ОЯ

0>6

Составитель Н.Гусева

Редактор В. Романенко Техред Л. Теслюк

Корректор В. Бутяга

Заказ 3783/8 Тираж 1019

ЦНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Подписное

Филиал ППП "Патент", г. ужгород, ул. Проектная, 4