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Verfahren und Vorrichtung zur Bestimmung der Brechungszahlen von
Flüssigkeiten Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Bestimmung
der Brechungszahlen von Flüssigkeiten, bei dem die Flüssigkeit in einem linsenförmigen
Hohlraum zwischen zwei Körpern aus optischem Werkstoff, z. B. aus Glas, eingeschlossen
und, wie es z. B. H. F. Dawes in Physical Review, Vol. 6 (1915), S. 354 bis 357
beschreibt, eine Abbildung mit der Flüssigkeitslinse vorgenommen wird. In der Anordnung
von D awes wird die auftretende Verlagerung der Bildebene in Autokollimation als
Kriterium für die Brechungzahl der Flüssigkeit be nutzt. Hierbei ist die scharfe
Einstellung eines Bildes erforderlich, bei der dann natürlich die Schärfentiefe
als erhebliche Unsicherheit eingeht, so daß dieses Verfahren nicht sehr genau ist.
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Die vorliegend beschriebene Erfindung beschreibt einen anderen Weg,
bei dem es möglich ist, unabhängig von der Scharfeinstellung genau zu messen. Das
Verfahren zeichnet sich dadurch aus, daß mit der Flüssigkeitslinse das Objekt virtuell
abgebildet und aus dem Vergrößerungmaßstab dieser Abbildung auf die Brechungszahl
der Flüssigkeit geschlossen wird.
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Das Refraktometer mit den beiden durchsichtigen Körpern, die einen
linsenförmigen Raum für die zu untersuchende. Flüssigkeit einschließen, ist zur
Ausübung dieses Verfahrens erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß der linsenförmige
Raum vorzugsweise konvexplan ist, und daß auf der der Flüssigkeitslinse abgewandten
Fläche eines der durchsichtigen Körper Meßmarken angeordnet sind. Diese Vorrichtung
hat den Vorteil, daß sie als Zusatzgerät für Mikroskope benutzt werden kann, auf
deren Tisch es gestellt wird, so daß zur vergrößerten Beobachtung der Meßmarken
kein spezieller Beobachtungstubus am Refraktometer benötigt wird. Den Mineralogen
ist mit diesem neuen mikroskopischen Zusatzgerät ein besonderer Dienst erwfesen-.
da sie stets Einbettungsflüssigkeiten zu refraktometrieren haben und dies nun an
ihrem vorhandenen Polarisationsmikroskop tun könne.
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Isonnen.
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Die Erfindung ist an den schematischen Fig. 1 bis 3 erläutert.
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Fig. 1 zeigt einen beispielsweisen Aufbau des erfindungsgemäßen Linsenrefraktometers;
Fig. 2 zeigt das Linsenrefraktometer von Fig. 1 in Verbindung mit einem Mikroskop;
Fig. 3 zeigt ein Beispiel für das Teilungsbild der Meßskala.
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Wie aus der Fig. 1 hervorgeht, besteht das Linsenrefraktometer aus
zwei Körpern 1 und 2 aus optischem Werkstoff, z. B. Glas, von denen der Teil 2 eine
Deckplatte mit Planflächen ist. während der Körper 1 einen konkaven Einschliff 3
hat. in dem die zu untersuchende Flüssigkeit so untergebracht wird, daß sie den
ganzen Einschliff ausfüllt. Die Deckplatte 2 ist so aufgelegt, daß die Flüssigkeit
blasenfrei eingeschlossen ist. Dem Einschliff gegenüber befinden sich auf der Fläche
4 des Körpers 1 Meßmarken 5. Zufolge der mehr oder minder großen Linsenwirkung der
Flüssigkeit werden die Meßmarken 5 optisch virtuell abgebildet, wobei der Ab,bildungsmaßstab,
wie sich zeigen läßt, eine Funktion der Brechungszahlendifferenz zwischen Flüssigkeit
und Körperwerkstoff ist. Der Einschliff kann auch an der Deckplatte angebracht sein,
doch ist aus Genauigkeitsgründen die Ausführung gemäß Fig. 1 vorzuziehen.
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Wenn man in dem von der Flüssigkeitslinse entworfenen Bild der Meßmarken
eine feste vorgegebene Meßstrecke annimmt, dann ist zwischen ihren Enden ein entsprechendes
Intervall der Meßmarken 5 abgebildet, dessen Maß bis auf Abweichungen höherer Ordnung
direkt proportional zu der Brechungszahldifferenz ist. Infolgedessen können die
Meßmarken. 5 als Teilung mit praktisch angenähert gleich großen Intervallen der
Brechungszahl n ausgeführt sein.
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Stellt man wie in Fig. 2 ein so eingerichtetes Linsenrefraktometer
auf den Tisch eines Mikroskops und fokussiert auf das virtuelle Teilungsbild, so
sieht man im Okular das mikroskopisch vergrößerte Teilungsbild. Man kann nun im
Okular eine Strichplatte anbringen, die einen Ablesestrich in der Achse, einen zweiten
parallel zu dem ersten in der Nähe des Okularblendenrandes aufweist. Bei passendem
Ahgleich läßt sich die Brechungszahl sofort an der Teilung ablesen.
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Für die Steigerung der Meßgenauigkeit ist es dienlich, die oben geschilderte
Vorrichtung in folgender Weise abzuwandeln. Die optischen Körper 1 und 2 kommen
auf einen Schlitten, der sich um eine bestimmte Strecke zwischen Anschlägen 6 und
7 verschieben läßt. Die Teilung auf der Unterfläche, welche
bei
dieser Ausbildung plan ist, trägt seitlich von der optischen Achse der Flüssigkeitslinse
eine Strichmarke oder einen Doppelstrich, Spalt 8 od. dgl. und auf der gegenüberliegenden
Seite bezüglich der optischen Achse die Intervallteilung 9, so wie es Fig. 3 beispielsweise
zeigt. Man bringt diese Einrichtung unter ein Mikroskop und verwendet ein Fadenkreuzokular.
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Hat man das Mikroskop auf die Teilung fokussiert, so richtet man
das Refraktometer zunächst so aus, daß das Fadenkreuz auf der seitlichen Strichmarke
steht. wobei sich der Schlitten in der zugehörigen Anschlagstellung hefindet. Nun
verschiebt man ihn in die andere Anschlagstellung und liest am Fadenkreuz die Brechungszahl
ab. Hierbei ist die Messung gänzlich unabhängig von Fokussierfehlern, denn es wird
im telezentrischen Strahlengang beobachtet.
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Die Erfindung sieht im Besonderen vor, daß als Werkstoff für die
optischen Körper ein solcher gewählt wird, dessen Brechungszahl etwa der mittleren
Brechungszahl des Meßbereichs gleich ist. Da die den Mineralogen interessierenden
Flüssigkeiten im Brechungszahlenbereich 1,5 bis 2,0 liegen, eignet sich als Werkstoff
für die optischen Körper ein Glas von etwa n=1,75. Es ist einzusehen, daß hiermit
die vorkommenden Brechungszahldifferenzen an den Grenzen des Meßbereichs entgegengesetzt
etwa gleich groß sind, während bei unsymmetrischer Lage der Brechungszahl des Glases
im Meßbereich auf der einen Grenze größere Differenzen auftreten würden.
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Das wäre aber für die Schärfe der Abbildung ungünstig, da durch die
Flüssigkeitslinse exzentrisch beob achtet wird und bei zu großen Brechungszahldifferenzen
störende Komafehler auftreten. Außerdem ist die getroffene Glaswahl aus demselben
Grund vorteilhaft für eine möglichst gleichmäßige Intervallteilung und schließlich
auch für eine minimale Verlagerung der Bildebene in Abhängigkeit von der Brechungszahl
der Flüssigkeit.
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Die Meßgenauigkeit ist außerdem dann optimal, wenn der Krümmungsradius
des konkaven Einschliffs zwischen dem 1,4- und 2,0fachen der absoluten Länge in
der Teilungsebene zwischen Ausgangsmarke (z. B.
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Doppelstrich 8 in Fig. 3) und Skalenwert (in Teilung 9 der Fig. 3)
für die Brechungszahl der optischen Körper beträgt.
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Das nachstehende Zahlenbeispiel soll die Erfindungsgedanken durch
konstruktive Angaben stützen.
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Glas: Brechungszahl n 1,7835 Krümmungsradius des Einschliffs: r =
15,7 mm Dicke des Glasträgers zwischen Teilung und Scheitelpunkt des Einschliffs:
9,6 mm
Teilung, gemessen durch die Strecke t vom Ausgangsstrich (Doppelstrich 8 in
Fig. 3), für 9 mm Schlittenverschiebung: it 1,50 1,60 1,70 1,80 1,90 2,00 t mm 9.978
9,635 9,290 8,943 8,593 8,241 PATEXTAXSPRE(:HE 1. Verfahren zur Bestimmung der Brechungszahl
einer Flüssigkeit. bei dem mit dieser eine Flüssigkeitslinse gebildet und aus der
durch die Flüssigkeitslinse beeinflußten Abbildung eines Objekts auf die Brechungszahl
der Flüssigkeit geschlossen wird. dadurch gekennzeichnet. daß mit der Flüssigkeitslinse
das Objekt virtuell abgebildet und aus dem Vergrößerungsmaßstab dieser Abbildung
auf die Brechungszahl der Flüssigkeit geschlossen wird.