CN101271067A - 测量液体色散折射率和吸收系数的方法 - Google Patents

Abstract

一种测量液体色散折射率和吸收系数的方法，该方法是将液体分别置于由同一材质制成的具有相同壁厚而具有不同宽度的容器中，分光光度计的光源光束分别垂直穿过空容器和装了液体的不同宽度的容器，得到三条透射率曲线，然后用光度学的方法，算出液体的色散折射率和吸收系数。用此种方法得到的液体光学特性可以反映光的色散特性，在海洋光学领域和食品医药领域有比较广泛的应用。

Description

测量液体色散折射率和吸收系数的方法

技术领域

本发明涉及液体，特别是一种测量液体色散折射率和吸收系数的方法，可以得到液体从紫外到红外的色散折射率和吸收系数。

背景技术

液体折射率和吸收率可以反映出液体的物质浓度、纯度等量值，可以反演出光的传播特性。测量液体折射率和吸收率的传统方法主要有目视法和数字式液体折射仪两种。目视法采用人眼目测偏转角，再经过数学公式计算出折射率，这种测量随测量人员的经验水平而存在误差。数字液体折射仪主要有基于光量法、光象散射原理、最小偏向角原理以及光波导原理的测量方法。它们主要都是针对液体折射率测量的，但只有折射率数值还无法真正反映出液体的特性，并且这些方法都反应不出不同波长光的不同传播特性。而光传输过程中的色散现象是普遍存在的，对科学研究而言更是不可忽视的。

发明内容

本发明的目的就是提出一种测量液体色散折射率和吸收系数的方法，以便准确方便地完成液体色散折射率和色散吸收系数的检测。

本发明的方法原理是：光穿过不同长度的液体之后透射率的变化可以反映液体的吸收特性，从而算出液体的吸收系数。由光在不同界面的传输特性(单面透射率、反射率)以及构成界面的其中一种材料的折射率色散光学特性，用光度学的方法计算出另一种材料的折射率色散。

本发明的技术解决方案如下：

一种测量液体色散折射率和吸收系数的方法，是将待测的液体分别置于由同一材质制成的壁厚相同而具有不同宽度的容器中，分光光度计发出的光束分别垂直穿过空容器和装了液体的不同宽度的容器并测量透射率，得到三条透射率曲线，然后算出液体的色散折射率和吸收系数。

所述的测量计算液体折射率和吸收系数的方法，包括下列具体步骤：

①用分光光度计发出的光束垂直穿过空容器并测量透射率随波长的变化，记为T₀，计算光经过四个容器和空气的界面的单面透射率 $T=\sqrt[4]{T_0},$ 再由R+T＝1计算出单面反射率R＝1-T，由 $n=\frac{1+\sqrt{R}}{1-\sqrt{R}}$ 计算出容器的色散折射率；

②将待测液体分别装入同一材质制成的相同壁厚而具有不同宽度L1和L2的容器中；

③用分光光度计输出的光束垂直穿过宽度为L1的液体的容器后并测量透射率随波长的变化，记为T1测；

④用分光光度计输出的光束垂直穿过宽度为L2的液体的容器后并测量透射率随波长的变化，记为T2测；

⑤计算液体色散吸收系数α：由公式

计算待测液体吸收系数α随波长的变化曲线，其中：l为光在液体中传播的距离，即为L1和L2的差值，A为液体的吸收率，由测得的液体的透射率差值获得；

⑥计算液体的色散折射率n′：由公式 $n^{\′}=\frac{n(1-\sqrt{R^{\′}})}{1+\sqrt{R^{\′}}}$ 计算，其中：n为容器的色散折射率，R′为容器和液体的界面的单面反射率，R′＝1-T′，T′为容器和液体的界面的单面透射率，A是液体对光的吸收率。

由上述技术方案可以看出，本发明的核心是采用光度学的方法测量液体的色散折射率和吸收率，如果将所采用的方法编程进行计算，会直接得出液体的折射率和吸收系数的色散曲线。本发明方法可以准确方便地得到液体的色散折射率和吸收系数。

附图说明

图1为光经过L1长度的液体后的透射率测量的示意图。

图2为光经过L2长度的液体后的透射率测量的示意图。

图3为光在空容器中传播的走向示意图。

图4为光在盛了液体的容器中传播时的示意图。

图5为采用本发明所介绍的方法测量的自来水和纯净水在300～900nm波段范围内的折射率色散曲线。

图6为采用本发明所介绍的方法测量的自来水和纯净水在300～900nm波段范围内的吸收系数色散曲线。

具体实施方式

以下结合附图和实施例详细说明本发明。

先请参阅图1和图2，图1为光经过L1长度的液体后的透射率测量的示意图。图2为光经过L2长度的液体后的透射率测量的示意图。

将待测液体置于宽度为L1的容器中，用分光光度计测出光经过容器和液体后的透射率为T1测。将待测液体置于宽度为L2的容器中，用分光光度计测出光经过容器和液体后的透射率为T2测。

由图1和图2所测量的结果可以计算液体的色散吸收率。由公式 $\mathrm{\α}=\frac{A}{l}$ (其中l为光在液体中传播的距离，即为L1和L2的差值，A为液体的吸收率，由测得的液体的透射率差值获得)得出了液体吸收系数随波长的变化曲线图。

图3为光在空容器中传播的走向示意图。可以看到光会经过四个容器和空气的界面，所以光的单面透射率T1＝T2＝T3＝T4＝T，光的单面反射率R1＝R2＝R3＝R4＝R，测得的最终透射率T0测＝T⁴，由此，可根据测得的透射率计算出单面透射率T，再由R+T＝1计算出单面反射率R，再由 $n=\frac{1+\sqrt{R}}{1-\sqrt{R}}$ 计算出容器的色散折射率。

图4为光在盛了液体的容器中传播时的示意图。可以看到光会经过四个界面，其中有两个是容器和空气的界面，单面透射率T1＝T4＝T，单面反射率R1＝R4＝R，两个是容器和液体的界面，单面透射率T2＝T3＝T′，单面反射率R2＝R3＝R’，故

T1测＝T²T’²-A，

其中A是液体对光的吸收率，从而可以求出容器与液体界面的单面透射率T′，

再由T′+R’＝1可以算出单面反射率R’。在正入射的条件下，根据公式 $R^{\′}={\left(\frac{n-n^{\′}}{n+n^{\′}}\right)}^2,$ 其中n’为液体的折射率，可以算出液体的色散折射率 $n^{\′}=\frac{n(1-\sqrt{R})}{1+\sqrt{R}}.$

采用本发明方法测量自来水和纯净水在300～900nm波段范围内的折射率色散曲线和吸收系数色散曲线如图5和图6所示。图5为采用本发明方法测量自来水和纯净水在300～900nm波段范围内的折射率色散曲线。图6为采用本发明所介绍的方法测量的自来水和纯净水在300～900nm波段范围内的吸收系数色散曲线。

Claims (2)

1、一种测量液体色散折射率和吸收系数的方法，特征在于将待测的液体分别置于由同一材质制成的壁厚相同而具有不同宽度的容器中，分光光度计发出的光束分别垂直穿过空容器和装了液体的不同宽度的容器并测量透射率，得到三条透射率曲线，然后算出液体的色散折射率和吸收系数。

2、根据权利要求1所述的测量液体色散折射率和吸收系数的方法，特征在于包括下列步骤：

①用分光光度计发出的光束垂直穿过空容器并测量透射率随波长的变化，记为T₀，计算光经过四个容器和空气的界面的单面透射率 $T=\sqrt[4]{T_0},$ 再由R+T＝1计算出单面反射率R＝1-T，由 $n=\frac{1+\sqrt{R}}{1-\sqrt{R}}$ 计算出容器的色散折射率；

②将待测液体分别装入同一材质制成的相同壁厚而具有不同宽度L1和L2的容器中；

③用分光光度计输出的光束垂直穿过宽度为L1的液体后并测量透射率随波长的变化，记为T1测；

④用分光光度计输出的光束光垂直穿过宽度为L2的液体后的透射率随波长的变化记为T2测；

⑤计算液体色散吸收系数α：由公式

计算待测液体吸收系数α随波长的变化曲线，其中：l为光在液体中传播的距离，即为L1和L2的差值，A为液体的吸收率，由测得的液体的透射率差值获得；

⑥计算液体的色散折射率n′：由公式 $n^{\′}=\frac{n(1-\sqrt{R^{\′}})}{1+\sqrt{R^{\′}}}$ 计算，其中：n为容器的色散折射率，R′为容器和液体的界面的单面反射率，R′＝1-T′，T′为容器和液体的界面的单面透射率，

A是液体对光的吸收率。

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