DE722522C - Refraktometer fuer truebe Fluessigkeiten und breiige Stoffe - Google Patents

Refraktometer fuer truebe Fluessigkeiten und breiige Stoffe

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Publication number
DE722522C
DE722522C DEZ25855D DEZ0025855D DE722522C DE 722522 C DE722522 C DE 722522C DE Z25855 D DEZ25855 D DE Z25855D DE Z0025855 D DEZ0025855 D DE Z0025855D DE 722522 C DE722522 C DE 722522C
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DE
Germany
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light
measuring
prism
refractometer
boundary
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Expired
Application number
DEZ25855D
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English (en)
Inventor
Dr Gerhard Hansen
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Carl Zeiss SMT GmbH
Original Assignee
Carl Zeiss SMT GmbH
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Publication date
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Priority to DEZ25855D priority Critical patent/DE722522C/de
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/41Refractivity; Phase-affecting properties, e.g. optical path length
    • G01N21/43Refractivity; Phase-affecting properties, e.g. optical path length by measuring critical angle

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  • Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)

Description

  • Refraktometer für ,trübe Flüssigkeiten und breiige Stoffe Zur Bestimmung des Drechungsvermögens von Flüssigkeiten benutzt man in der Regel die bekannten Refraktometer, also Geräte, bei denen die Flüssigkeit in Berührung mit einer ebenen Fläche, der sog. Meßfläche eines Meßprismas gebracht wird und im Gesichtsfelde eines Fernrohrs die Grenzlinie der Totalreflexion des Lichtes an dieser Meßfläche aufgesucht wird. Dabei sind zwei verschiedene Verfahren üblich, nämlich die Bestimmung der Lage der Grenzlinie entweder mit durchfallendem oder mit reflektiertem Lichte. Das erstere Verfahren eignet sich gut für die Untersuchung von farblosen oder nur sehr schwach gefärbten Flüssigkeiten, während das zweite Verfahren bei der Untersuchung stark gefärbter Flüssigkeiten vorgezogen wird. Der bei durchfallendem Lichte dunkle Teil des Feldes wird bei reflektiertem Lichte hell, da er den Bereich der- Totalreflexion an der Metallfläche darstellt. Der andere, bei durchfallendem Lichte helle Teil des Feldes weist bei reflektiertem Lichte eine verminderte Helligkeit auf, da ein Teil des in diesem Bereiche auf die Meßfläche fallenden Lichtes in die Flüssigkeit eintritt und nicht in das Fernrohr gelangt.
  • Es hat sich gezeigt, daß die bekannten Refraktometer einwandfreie Ergebnisse liefern, wenn die zu untersuchenden Flüssigkeiten klar sind. Bei trüben Flüssigkeiten ergeben sich dagegen Schwierigkeiten, und zwar aus dem Grunde, weil eine Aufhellung des dunkleren Teils des Feldes infolge der Beugung des Lichts an den die Trübung hervorrufenden, in der Flüssigkeit schwebenden Teilchen bewirkt wird. Diese Aufhellung ist je nach dem Grade der Trübung und der Art der Beleuchtung verschieden und kann in manchen Fällen den Helligkeitsunterschied des Feldes zu beiden Seiten der Grenzlinie vollständig ausgleichen und somit das Erkennen der Grenzlinie unmöglich machen.
  • Mit der Erfindung werden die genannten Schwierigkeiten vermieden und auch trübe Flüssigkeiten der Untersuchung mit dem Refraktometer zugänglich gemacht. Darüber hinaus kann auch das Brechungsvermögen breiiger und sogar fester plastischer oder elastischer Stoffe, wie beispielsweise Wachs oder Weichgummi, mit dem Erfindungsgegenstande bestimmt werden. Man geht dabei von dem Gedanken aus, das Licht, welches von den im untersuchten Stoffe vorhandenen, die Trübung verursachenden Teilchen abgebeugt wird, zur Messung auszunutzen, während total an der Meßfläche reflektiertes Licht nicht in das Fernrohr gelangen kann. Das Refraktometer ist mit einem Meßprisma ausgestattet, von dessen zu ein und derselben Ebene senkrechten Begrenzungsflächen eine dem Lichteintritt, eine zweite dem Lichtaustritt und eine dritte als Meßfläche dient. Die letztere ist dazu bestimmt, mit dem zu untersuchenden Stoff in Berührung gebracht zu «-erden. Mit einem derartigen Refraktometer ist die Lösung der Aufgabe möglich, wenn man dafür sorgt, daß gemäß der Erfindung die Lichteintrittsfläche des Meßprismas der Meßfläche ungefähr parallel ist. Die angewandte Beleuchtungsart ist dann der aus der Mikroskopie bekannten Dunkelfeldbeleuchtung vergleichbar.
  • Bei gewissen Refraktometern, den sog. Betriebsfraktometern, die an Gefäße, die mit der zu überwachenden Flüssigkeit gefüllt sind, fest angebaut sind, ist es nicht erwünscht, daß die optische Achse des Fernrohres mit der Meßfläche des Prismas, welches ein Fenster in der Gefäßwand bildet, einen spitzen Winkel bildet, weil diese Lage vielfach nur unbequemes Beobachten zur Folge haben würde. Zur Vermeidung solcher unerwünschter Winkel empfiehlt es sich, das Meßprisma so auszubilden, daß eine vierte jener Begrenzungsflächen dazu dient, senkrecht zur Lichteintrittsfläche in das Prisma eingetretene Lichtstrahlen nach ihrem Austritt aus dem zu untersuchenden Stoff so abzulenken, daß sie den Lichteintrittsstrahlen ungefähr parallel sind. Dabei ergibt sich eine besonders einfache Ausbildung des Meßprismas, wenn die Lichteintrittsfläche und die Lichtaustrittsfläche Teile einer gemeinsamen Begrenzungsfläche des Meßprismas sind.
  • Will man mit demselben Gerät außer trüben auch klare Stoffe untersuchen können, so läßt sich das in einfacher Weise ermöglichen, indem man das Meßprisina mit einer zweiten, dem Lichteintritt dienenden Begrenzungsfläche versieht, die unter einem spitzen Winkel zur Meßfläche geneigt ist. Man kann dann nach Bedarf neben Untersuchungen mit abgebeugtem Lichte auch Messungen mit reflektiertem Lichte durchführen, indem man die benutzte Lichteintrittsfläche jeweils etwa rechtwinklig zu den einfallenden Lichtstrahlen anordnet. Es ist selbstverständlich, daß man im Falle einer solchen Ausbildung des Geräts dafür sorgen muß, daß stets nur durch eine der beiden Eintrittsflächen Licht in das Prisma gelangen kann, um eine deutliche, von unerwünschtem Lichte nicht beeinflußte Grenzlinie im Fernrohr zu erhalten.
  • In der Zeichnung sind verschiedene Ausführungsformen des Meßprismas und ein Betriebsrefraktometer als Ausführungsbeispiele der Erfindung wiedergegeben. Abb. i zeigt die einfachste Form des Meßprismas zur Verdeutlichung des Meßvorganges. Abb.2 gibt eine zweite Ausführungsform des 'Meßprismas an. Das Betriebsrefraktometer ist in Abb. 3 im Grundriß und in Abb. q. im Seitenriß dargestellt.
  • Das Prisma nach Abb. i hat viereckigen OOuerschnitt. Zwei seiner zum Querschnitt rechtwinkligen Begrenzungsflächen sind parallel zueinander. Eine dieser Flächen, die mit i bezeichnet ist, bildet die Meßfläche, während die mit 2 bezeichnete parallele Fläche als Lichteintrittsfläche dient. Die Lichtaustrittsfläche 3 ist unter einem spitzen Winkel zur Meßfläche i geneigt. Die vierte Begrenzungsfläche d., deren Lage an sich beliebig ist, ist im Beispiel senkrecht zu den beiden parallelen Flächen i und 2 angenommen.
  • Das Licht tritt in der Pfeilrichtung etwa rechtwinklig zur Lichteintrittsfläche 2 ein und trifft nach Durchsetzen des Prismas die Meßfläche i unter demselben Winkel. Abgesehen von geringen partiellen Reflexionen an beiden Flächen dringt das Licht ungeschwächt in die mit der Meßfläche i in Berührung befindliche Flüssigkeit 5 ein, deren Brechzahl bestimmt werden soll. Die in der Flüssigkeit 5 schwebenden Teilchen beugen das Licht ab, und das abgebeugte Licht tritt wiederum in das Prisma ein. Ein mittlerer Lichtstrahl 6 wird nach der Abbeugung in ein Strahlenbündel 7 zerstreut, dessen Grenzstrahl 8 dem streifenden Lichteinfall an der Meßfläche aus der Flüssigkeit 5 in das Prisma entspricht. Die vom Lichtstrahle 6 herrührenden abgebeugten Lichtstrahlen erhellen demnach den in der Abb. i vom Strahle 8 gelegenen Bereich, während in den rechts von diesem Strahle 8 gelegenen Bereich kein abgebeugtes Licht gelangen kann. In gleicher Weise wird das aus anderen einfallenden Strahlen 9 herrührende Liclit-in der Flüssigkeit 5 abgebeugt, wobei sich für jeden Strahl 9 ein Grenzstrahl io ergibt, der dem Grenzstrahle 8 parallel ist. Die Strahlen 8 und io werden mit Hilfe eines Fernrohrobj ektivs i i dergestalt zu einem Bilde der Grenzlinie vereinigt, daß der auf einer Seite dieser Linie gelegene Teil des Feldes dunkel, der auf der anderen Seite gelegene Teil dagegen hell erscheint. Der Winkel, welchen das streifend aus der Flüssigkeit 5 in das Prisma eingetretene Licht mit der Meßfläche i bildet, hängt bekanntlich von den Brechzahlen des Prismas und der Flüssigkeit ab und ist ein Maß für diese letztere Brechzahl, da die Brechzahl des Prismas unveränderlich ist. Handelt es sich um die Untersuchung eines breiigen Stoffes, dann wird eine Probe dieses Stoffes auf die Meßfläche aufgetragen. Im übrigen geht die Messung genau wie bei Flüssigkeiten vor sich.
  • Die zweite Ausführungsform (Abb. 2) des Meßprismas hat fünfeckigen Querschnitt. Die zum gezeichneten Querschnitt senkrechten Begrenzungsflächen sind die Meßfläche 12, die dazu parallele Lichteintrittsfläche 13, eine Spiegelfläche 14, die Lichtaustrittsfläche 15 und die der Fläche 4 des Prismas nach Abb. i entsprechende Begrenzungsfläche 16, die auf den Gang der Lichtstrahlen keinen Einfluß ausfibt. Die Spiegelfläche 14 ist so zur Meßfläche 12 geneigt, daß die ins Prisma eingetretenen abgebeugten Lichtstrahlen unter einem stumpfen Winkel von solcher Größe zurückgeworfen werden, daß die austretenden Strahlen nur verhältnismäßig kleine Winkel mit der Richtung des einfallenden Lichtes bilden. Die Lichtaustrittsfläche 15 ist ungefähr rechtwinklig zur Richtung des austretenden Lichtes, der die Lage des Fernrohrobjektivs 17 angepaßt ist. Durch geeignete Wahl der Neigung der Spiegelfläche 14 läßt sich erreichen, daß die Lichteintrittsfläche 13 und die Lichtaustrittsfläche 15 Teile einer gemeinsamen ebenen Begrenzungsfläche des Prismas werden.
  • Dieser letztere Fall ist in dem in den Abb. 3 und 4 dargestellten Betriebsrefraktometer verwirklicht. Das Meßprigma 18 hat wiederum viereckigen Querschnitt, wobei eine Fläche ig als Meßfläche, eine dazu parallele Fläche 2o als Lichteintrittsfläche und zugleich als Lichtaustrittsfläche, eine weitere Fläche 21 als Spiegelfläche dient und schließlich die vierte Fläche 22 gleichfalls als Lichteintrittsfläche benutzt werden kann. Diese letztere ist zu Prüfungen mit reflektiertem Lichte bestimmt und ist deshalb so zur Meßfläche geneigt, daß bei der Prüfung einer Flüssigkeit mit einer mittleren Brechzahl die senkrecht die Fläche 22 durchsetzenden, einfallenden UchtstraMen mit der Meßfläche ungefähr den Winkel der totalen Reflexion bilden.
  • Das Prisma 18 ist von einem Gehäuse 23 umschlossen, das über einem Fenster 24 an der Wand eines Gefäßes 25 angeschraubt ist, welches die- zu untersuchende trübe Flüssigkeit 26 enthält. Diese Flüssigkeit 26 berührt innerhalb des Fensters 24 die Meßfläche ig. Das Gehäuse 23 hat eine Öffnung 27 für das eintretende Licht und eine Öffnung 28 für das austretende Licht an der die Fläche 2o bedeckenden Wand und ferner eine Lichteintrittsöffnung 2g an der die Fläche 22 bedeckenden Wand. Zum Abschluß einer von beiden Lichteintrittsöffnungen während des Gebrauchs des Refraktometers dient ein Deckel 3o. Am Gehäuse 23 ist ein Zapfen 31 angebracht, um den ein Arm 32 drehbar ist. Dieser Arm 32 trägt eine Hülse 33, in welcher mittels einer Klemmschraube 34 ein Fernrohr 35 festgeklemmt ist. Die optischen Teile des Fernrohrs sind ein Objektiv 36, eine in der hinteren Brennebene dieses Objektivs angebrachte, mit einer Marke 37 versehene Glasplatte 38 und ein aus einer Augenlinse und einer Feldlinse bestehendes Okular 39. Am Arm 32 ist ferner ein Bogen 4o angebracht, dessen Achse in die Achse des Zapfens 31 fällt. Der Bogen 4o trägt eine Teilung 41, die nach Brechzahlen beziffert ist und zu der ein am Zapfen 31 befestigter Zeiger 42 gehört.
  • Das Refraktometer ist sowohl zur Bestimmung der Brechzahl einer trüben als auch einer klaren, vornehmlich gefärbten Flüssigkeit geeignet. Bei trüben Flüssigkeiten wird die Öffnung 29 mittels des Deckels 30 verschlossen. Der Gang der Strahlen entspricht dann, abgesehen von der zusätzlichen Spiegelung an der Fläche 2i, dem in Verbindung mit Abb. i beschriebenen. Durch Schwenken des Arms 32 wird nunmehr das Fernrohr 35 so eingestellt, daß die Grenzlinie, die in der hinteren Brennebene des Objektivs 36 sichtbar ist, mit der Marke 37 zusammenfällt. Ist diese Einstellung durchgeführt, dann zeigt der Zeiger 42 auf der Teilung 41 die Brechzahl der Flüssigkeit 26 an. Ist die Flüssigkeit 26 klar, dann entfernt man den Deckel 3o aus der Öffnung 2g und verschließt damit die Öffnung 27. Das durch die Öffnung 2,9 eintretende Licht durchsetzt die Meßfläche ig, an der es eine Brechung erleidet und tritt in die Flüssigkeit 26 ein. Eine bestimmte Richtung der einfallenden Strahlen ergibt in der Flüssigkeit streifend zur Meßfläche ig gebrochene Strahlen. Lichtstrahlen, die unter einem kleineren Winkel zur Meßfläche ig einfallen, werden an dieser total reflektiert. Durch Vereinigung der Grenzstrahlen -der totalen Reflexion durch das Fernrohrobjektiv 36 in der Ebene der Marke 38 entsteht das Bild der Grenzlinie, die wieder, wie vorher beschrieben, zur Bestimmung der Brechzahl der Flüssigkeit benutzt wird.

Claims (3)

  1. PATENTANSPRÜCHE: i. Refraktometer zur Bestimmung des Brechungsvermögens trüber Flüssigkeiten und breiiger Stoffe mit einem Meßprisma, von dessen zu ein und derselben Ebene senkrechten Begrenzungsflächen eine dem Lichteintritt, eine zweite dem Lichtaustritt und eine dritte als Meßfläche dient, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichteintrittsfläche der Meßfläche ungefähr parallel ist.
  2. 2. Refraktometer nach Anspruch z, dadurch gekennzeichnet, daß von jenen Begrenzungsflächen eine vierte dazu dient, senkrecht zur Lichteintrittsfläche in das Meßprisma eingetretene Lichtstrahlen nach ihrem Austritt aus dem zu untersuchenden Stoff so abzulenken, daß sie den Lichteintrittsstrahlen ungefähr parallel sind.
  3. 3. Refraktometer nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichteintrittsfläche und die Lichtaustrittsfläche Teile einer gemeinsamen Begrenzungsfläche des Meßprismas sind. q.. Refraktometer nach Anspruch r, dadurch gekennzeichnet, daß das Meßprisma eine zweite dem Lichteintritt dienende Begrenzungsfläche hat, die unter einem spitzen Winkel zur Meßfläche geneigt ist.
DEZ25855D 1940-06-19 1940-06-20 Refraktometer fuer truebe Fluessigkeiten und breiige Stoffe Expired DE722522C (de)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1266016B (de) * 1965-05-11 1968-04-11 Mario Maselli Photoelektrisches Refraktometer zum Messen des Brechwertes von Fluessigkeiten

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1266016B (de) * 1965-05-11 1968-04-11 Mario Maselli Photoelektrisches Refraktometer zum Messen des Brechwertes von Fluessigkeiten

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