DE1110918B

DE1110918B - Method and device for the analysis of ternary mixtures with the aid of a two-beam interferometer

Info

Publication number: DE1110918B
Application number: DEJ16320A
Authority: DE
Inventors: Dr Wolfgang Nebe
Original assignee: Jenoptik Jena GmbH
Current assignee: Jenoptik AG
Priority date: 1959-04-21
Filing date: 1959-04-21
Publication date: 1961-07-13

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur interferometrischen Analyse von Dreistoffgemischen mit Hilfe eines Zweistrahlinterferometers. The invention relates to a method and an apparatus for the interferometric analysis of Ternary mixtures with the help of a two-beam interferometer.

Es ist ein Verfahren zur Konzentrationsbestimmung von Dreistoffgemischen bekannt, bei dem das Gemisch mit einem passend gewählten Vergleichsmittel verglichen, zum Trennen eines Bestandteils über ein Absorptionsmittel geleitet und das binäre Restgemisch nochmals mit dem Vergleichsmittel verglichen wird. Aus den beiden dabei auftretenden und gemessenen Streifenverschiebungen lassen sich die Anteile der einzelnen Stoffe am Gemisch berechnen. Als nachteilig erweist sich die Notwendigkeit eines Absorptionsgerätes, da sich oft Schwierigkeiten bei der Auffindung eines geeigneten, wirksamen Absorptionsmittels ergeben.A method for determining the concentration of three-component mixtures is known in which the Compared mixture with a suitably chosen comparative agent to separate a component passed over an absorbent and the binary residual mixture compared again with the comparison medium will. From the two strip displacements that occur and are measured, the Calculate the proportions of the individual substances in the mixture. The need for one proves to be disadvantageous Absorption device, as there are often difficulties in finding a suitable, effective absorbent result.

Ein anderes Verfahren zur Analyse eines Dreistoffgemisches besteht im Messen des Gemisches gegen ein Vergleichsmittel bei Kenntnis eines anderweitig zu bestimmenden Meßwertes des Gemisches, z. B. der Dichte oder der Viskosität bei Flüssigkeitsgemischen. Zur Bestimmung des zweiten Meßwertes sind jedoch ein besonderes Gerät und Messungen an diesem notwendig.Another method of analyzing a ternary mixture is by measuring the mixture against a comparison means with knowledge of another measured value of the mixture to be determined, z. B. the density or the viscosity of liquid mixtures. To determine the second measured value however, a special device and measurements on it are necessary.

Zur Behebung dieser Nachteile werden erfindungsgemäß nacheinander drei interferometrische Messungen vorgenommen, von denen die erste Messung im weißen Licht, wie für Zweistoffgemische üblich, erfolgt und die beiden anderen Messungen nach Kompensation des Gangunterschiedes im weißen Licht im monochromatischen Licht mit bei jeder Messung verschiedener Wellenlänge durchgeführt werden. Vorteilhaft wird zur Erreichung eines kleinen relativen Meßfehlers einfarbiges Licht mit sehr unterschiedlichen Wellenlängen, beispielsweise blau und rot, verwendet. In order to remedy these disadvantages, three interferometric measurements are carried out one after the other according to the invention made, of which the first measurement in white light, as is usual for two-substance mixtures, takes place and the other two measurements after compensation of the path difference in white light im monochromatic light with different wavelengths for each measurement. Advantageous becomes monochromatic light with very different to achieve a small relative measurement error Wavelengths such as blue and red are used.

Die Messung im weißen Licht wird in bekannter Weise vorgenommen, indem beim Füllen beider Interferometerkammern mit der Vergleichssubstanz das Maximum 0. Ordnung des beweglichen Interferenzstreifensystems mit einer festen Nullmarke bzw. dem achromatischen Streifen des feststehenden Streifensystems zur Koinzidenz gebracht und die beim Einfüllen des Gemisches in die Meßkammer infolge der als Brechungsdifferenzen sich äußernden Konzentrationsunterschiede der Kammerfüllungen auftretende Streifenverschiebung kompensiert wird. Damit ist der Gangunterschied zwischen den beiden die Kammern durchlaufenden interferierenden Strahlen aufgehoben.The measurement in white light is carried out in a known manner by filling both interferometer chambers with the reference substance the maximum of the 0th order of the mobile interference fringe system with a fixed zero mark or the achromatic stripe of the fixed stripe system brought to coincidence and when pouring the mixture into the measuring chamber as a result of Differences in concentration of the chamber fillings expressed as refraction differences Strip shift is compensated. So the path difference between the two is the chambers traversing interfering rays canceled.

Um die Messungen im monochromatischen Licht durchführen zu können, muß jeweils ein Farbfilter in Verfahren und VorrichtungIn order to be able to carry out the measurements in monochromatic light, a color filter in Method and device

zur Analyse von Dreistoffgemischenfor the analysis of three-component mixtures

mit Hilfe eines Zweistrahlinterferometerswith the help of a two-beam interferometer

Anmelder:Applicant:

Jenoptik Jena G.m.b.H.,
Jena, Carl-Zeiss-Str. 1Jenoptik Jena GmbH,
Jena, Carl-Zeiss-Str. 1

Dr. Wolfgang Nebe, Jena,
ist als Erfinder genannt wordenDr. Wolfgang Nebe, Jena,
has been named as the inventor

die Strahlengänge des Interferometers eingeschaltet werden. Die Wellenlänge für das einfarbige Licht ist im allgemeinen verschieden von der mittleren Wellenlänge des weißen Lichtes, so daß neben einer in Abhängigkeit von der Farbe auftretenden Stauchung oder Dehnung des Interferenzstreifensystems das Maximum nicht mehr mit der feststehenden Nullmarke zusammenfällt, d. h. ein Gangunterschied zwischen den interferierenden Strahlen besteht. Im Verlauf der Messungen ist das Maximum 0. Ordnung des jeweiligen monochromatischen Lichtes wieder mit der festen Nullmarke zur Deckung zu bringen und aus den gemessenen Verschiebungswerten die Differenz τ zu bilden, die zusammen mit der Streifenverschiebung η im weißen Licht ein Maß für die Dispersion bzw. Konzentration des Gemisches darstellt.the beam paths of the interferometer are switched on. The wavelength for monochromatic light is generally different from the mean wavelength of white light, so that in addition to a compression or expansion of the interference fringe system depending on the color, the maximum no longer coincides with the fixed zero mark, i.e. a path difference between the interfering rays consists. In the course of the measurements, the maximum 0th order of the respective monochromatic light is to be brought back to coincide with the fixed zero mark and the difference τ is to be formed from the measured displacement values, which together with the stripe displacement η in white light is a measure for the dispersion or Represents concentration of the mixture.

Da im monochromatischen Licht sowohl die Maxima als auch die Minima sich hinsichtlich ihrer Ordnung nicht voneinander unterscheiden, muß nach vorangegangener Kompensation im weißen Licht die Verschiebung des Maximums 0. Ordnung kleiner sein als die halbe Wellenlänge des einfarbigen Lichtes, da sonst die Eindeutigkeit der Messung nicht gewährleistet ist. Im allgemeinen ist diese Forderung von vornherein erfüllt. In den Fällen jedoch, in denen sie infolge der Dispersion und Konzentration des Gemisches nicht erfüllt ist, wird beispielsweise das Gemisch so lange durch die Vergleichssubstanz ersetzt, bis die Verschiebung des Maximums 0. Ordnung kleiner als die halbe Wellenlänge des verwendeten einfarbigen Lichtes ist. Am Ergebnis der Analyse ändert sich dadurch nichts, weil im Verlauf der Auswertung mit dem selbst unveränderlichen Verhältnis τ :η gearbeitet wird.Since in monochromatic light both the maxima and the minima do not differ from one another in terms of their order, the shift of the 0th order maximum must be smaller than half the wavelength of the monochromatic light after previous compensation in the white light, otherwise the uniqueness of the measurement will not be possible is guaranteed. In general, this requirement is met from the outset. In those cases, however, in which it is not fulfilled due to the dispersion and concentration of the mixture, the mixture is for example replaced by the comparison substance until the shift of the 0th order maximum is less than half the wavelength of the monochrome light used. This does not change anything in the result of the analysis, because the self-immutable ratio τ: η is used in the course of the evaluation.

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Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich auch zur Bestimmung der Reinheit von Zweistoffgemischen. Dabei würde τ die Verunreinigung des Gemisches angeben. .The method according to the invention is also suitable for determining the purity of mixtures of two substances. Here, τ would indicate the contamination of the mixture. .

Zur Ausübung des Verfahrens gemäß der Erfindung kann jedes Zweistrahlinterferometer Verwendung finden. Vorteilhaft ist jedoch eine Vorrichtung nach Art eines Rayleigh-Interferometers, bei dem von einer Lichtquelle ausgesandtes -Licht, durch einen Spalt in einen Kollimator eintritt, diesen als paralleles, durch geeignete Mittel zweigeteiltes .-Strahlenbündel verläßt, dessen Teilstrahlenbündel je durch eine Prüfkammer und eine Kompensatorplatte dem Beobachtungsfernrohr zugeleitet werden und das sich dadurch auszeichnet, daß die Spaltbreite veränderbar ist, daß zur Teilung des parallelen Strahlenganges ein an sich bekanntes Prisma in Verbindung mit einer Blende in der Nähe des Kollimatorobjektives angeordnet ist und daß ein Farbfilter oder eine Kombination von Farbfiltern im Strahlengang auswechselbar vorgesehen ist. Diese Farbfilter können auf einer Revolverscheibe angeordnet sein und dienen zu einem Teil der Ermöglichung der Messung im monochromatischen Licht und zum anderen Teil der Steigerung des Farbkontrastes bei der Messung im weißen Licht. Das Prisma kann beispielsweise als rhombisches.oder schwalbenschwanzförmiges Prisma ausgebildet sein. Zur Vereinfachung des Geräteaufbaus ist es vom Vorteil, wenn die Blende in Form einer geeignet
Prisma aufgebrachten lichtundurchlässigen
mit diesem vereinigt ist.Any two-beam interferometer can be used to carry out the method according to the invention. However, a device in the manner of a Rayleigh interferometer is advantageous in which light emitted by a light source enters a collimator through a slit, leaves it as a parallel beam of rays divided into two by suitable means, the partial beam of rays each passing through a test chamber and a Compensator plate are fed to the observation telescope and which is characterized by the fact that the gap width can be changed, that a prism known per se in connection with a diaphragm is arranged in the vicinity of the collimator lens to split the parallel beam path and that a color filter or a combination of color filters is in the Beam path is provided interchangeably. These color filters can be arranged on a turret disk and serve partly to enable measurement in monochromatic light and partly to increase the color contrast when measuring in white light. The prism can, for example, be designed as a rhombic or dovetail-shaped prism. To simplify the device structure, it is advantageous if the panel is suitable in the form of a
Prism applied opaque
is united with this.

Ein derart ausgebildetes Interferometer gewährleistet sowohl eine genügende Helligkeit des Interferenzbildes als auch die einwandfreie Kohärenz der interferierenden Lichtbündel. - . .An interferometer designed in this way ensures that the interference pattern is sufficiently bright as well as the perfect coherence of the interfering light bundles. -. .

Ein Ausführungsbeispiel des Gegenstandes der Erfindung ist in den Fig. 1 und 2 der Zeichnung dargestellt, und zwar zeigtAn embodiment of the subject matter of the invention is shown in FIGS. 1 and 2 of the drawing, namely shows

Fig. 1 die optische Anordnung eines Interferometers im Grundriß undFig. 1 shows the optical arrangement of an interferometer in plan and

Fig. 2 eine besondere Ausführungsform eines Prismas zur Strahlenteilung im Grundriß.Fig. 2 shows a particular embodiment of a Prism for beam splitting in the plan.

Eine Lichtquelle 1 wird von einem Kondensator 2 auf einen Spalt 3 abgebildet. Am Spalt wird das Licht gebeugt und durch ein Kollimatorobjektiv 4 parallel gerichtet. Im parallelen Strahlengang befinden sich eine Blende 5, ein rhombisches Prisma 6, zwei unter sich gleiche Meßkammern 7 und 8 und zwei Kompensatorplatten, von denen die eine, 9, um eine parallelA light source 1 is imaged onto a gap 3 by a condenser 2. The light is diffracted at the slit and directed parallel by a collimator lens 4. In the parallel beam path there is a diaphragm 5, a rhombic prism 6, two identical measuring chambers 7 and 8 and two compensator plates, one of which, 9, parallel to one

auf das Schichton the layer

3535

40 zur Zeichenebene und rechtwinklig zum Strahlengang liegende Achse drehbar und die andere, 10, fest am Gerät angeordnet ist. Die meßbare Drehung der Kompensatorplatte 9 bewirkt die durch ein Fernrohr mit dem Objektiv 11 und dem Zylinderlinsenokular beobachtbare Verschiebung des Interferenzbildes gegenüber einer nicht dargestellten festen Ablesemarke. Zur Beobachtung im monochromatischen Licht ist vor dem Okular 12 ein auswechselbares Filter 13 vorgesehen. 40 rotatable to the plane of the drawing and at right angles to the beam path and the other, 10, is fixed to the device. The measurable rotation of the compensator plate 9 causes the displacement of the interference image with respect to a fixed reading mark, not shown, which can be observed through a telescope with the objective 11 and the cylindrical lens eyepiece. A replaceable filter 13 is provided in front of the eyepiece 12 for observation in monochromatic light.

An die Stelle des rhombischen Prismas 6 kann zur Strahlenteilung auch ein Schwalbenschwanz-Prisma treten (Fig. 2). Dabei kann die Blende 5 in Wegfall kommen, wenn nach Maßgabe dieser Blende eine Lackschicht 15 auf die einspringenden Flächen 16, des Prismas 14 aufgetragen ist.Instead of the rhombic prism 6, a dovetail prism can also be used for beam splitting step (Fig. 2). The aperture 5 can be omitted if, according to this aperture, one Lacquer layer 15 is applied to the re-entrant surfaces 16 of the prism 14.

Claims

PATENT CLAIMS:

1. A method for the analysis of ternary mixtures using a two-beam interferometer, characterized in that three interferometric measurements are made one after the other, of which the first measurement is carried out in white light and the other two measurements after compensation of the path difference in white light in monochromatic light with each measurement of different wavelengths can be carried out.

2. Device for performing the method according to claim 1 in the manner of a Rayleigh interferometer, in which light emitted by a light source enters a collimator through a slit, this as a parallel, with the help suitable means leaves a two-part beam, whose partial beam each through a test chamber and a compensator plate are fed to the observation telescope, characterized in that the gap width is variable is that for dividing the parallel beam path a known prism in connection with a diaphragm is arranged in the vicinity of the collimator lens and that a color filter or a Combination of color filters is provided interchangeably in the beam path.

3. Apparatus according to claim 2, characterized in that the diaphragm in the form of a suitable opaque layer applied to the prism is combined with this.

1 sheet of drawings