LV15583B - Diferenciālais refraktometrs šķidrumu laušanas koeficienta mērīšanai - Google Patents

Abstract

Piedāvātā diferenciālā refra ktometra konstrukcija šķidrumu laušanas koeficienta mērīšanai, kas ļauj iegūt mērīšanas precizitāti šķidrās vidēs līdz 10‘6. Refraktometrs paredzēts šķidras vides parametru kontrolei, mērot analizējamās vielas laušanas koeficientu attiecībā pret šķīdinātāju. Refraktometrs ļauj mērīt šķidrumu laušanas koeficientu un noteikt vielu koncentrāciju. Refraktometru var izmantot farmakoloģijā, parfimērijā, ķīmijā un pārtikas rūpniecībā

Description

IZGUDROJUMA APRAKSTS

[001] Ierīce attiecas uz optiskām mērierīcēm un ir paredzēta šķidras vides parametru kontrolei, mērot analizēj amās vielas laušanas koeficientu attiecībā pret šķīdinātāju.

Zināmais tehnikas līmenis

[002] Refraktometrs ļauj mērīt laušanas koeficientu un noteikt vielu koncentrāciju. Refraktometru var izmantot farmakoloģijā, parfimērijā, ķīmijā un pārtikas rūpniecībā, arī kā šķidrumu hromatogrāfijas detektoru. Šķidrās vides sastāva analīzi, veicot laušanas koeficienta mērījumus, veic pastāvīgā temperatūrā un pie pastāvīga spiediena, mērot laušanas koeficientu, pēc kura nosaka šķidruma komponenšu koncentrācijas absolūtās vērtības [1].

[003] Zināms šķidrās vides parametru kontroles automātiskais refraktometrs [2]. Zināmais automātiskais refraktometrs satur apgaismošanas prizmu un mērīšanas prizmu, divus gaismas avotus, divus gaismas uztvērējus, optiski caurspīdīgu kiveti, kas novietota starp papildus apgaismotāju un pirmo gaismas uztvērēju. Signāla apstrādei refraktometrs satur ierīci, aprīkotu ar indikatoru. Kontrolējot šķidrās vides, automātiskais refraktometrs nodrošina laušanas koeficientu vērtību precizitāti 10-3 [3, 4]. Ar refraktometra palīdzību mēra laušanas leņķi uz ķīļa robežvirsmas, ķīlis veidots kā cilindrs ar pulētām ieejas un izejas virsmām, no caurspīdīgas vielas, kuras laušanas koeficients ir lielāks par mērīšanas prizmas laušanas koeficienta rādītāju un ir lielāks par pētāmās vielas laušanas koeficienta rādītāju. Ķīļa ieejas virsma ar mērīšanas prizmas izejas skaldnes virsmu veido leņķi Θ.

[004] Zināmais diferenciālais refraktometrs [5, 6, 7, 8], kas satur kvazimonohromatiskās gaismas avotu, mērīšanas prizmu, diafragmu, objektīvu, aprīkotu ar ierīci gaismas un ēnas robežas nobīdes noteikšanai. Refraktometrs ļauj vienkāršot mērīšanas prizmas konstrukciju. Refraktometrs ir aprīkots ar noņemamu glāzes veida kiveti - apgaismotāju, izgatavotu no materiāla ar augstu siltuma vadītspēju. Refraktometra darbu demonstrē etilspirta tilpuma daļas mērīšanas piemērā destilātā spirtu saturošu šķīdumu destilācijas laikā. Gaismas avota spektrālās virsmas gaismu ar prizmas palīdzību virza uz pētāmās vielas (destilāts ar noteiktu laušanas koeficientu) saskares robežu ar ķīli. Stari tiek lauzti uz ķīļa robežas ar mērīšanas prizmas šķidrumu, turklāt etalona 40 % etilspirta ūdens šķīdumā uz robežas ar prizmas etalona šķīdumu stari tiek lauzti divas reizes. Tad stari iet caur diafragmu, objektīvu un nonāk uz skalas, kas atrodas objektīva fokusa plaknē. Uz skalas veidojas gaismas un ēnas robežas attēls. Okulārā novērotajai gaismas un ēnas robežai jāsakrīt ar skalas piecdesmito iedalījumu. Gaismas un ēnas robežas skalu un attēlu novēro, izmantojot okulāru.

[005] Skalas iedalījuma vērtība ir 3,7·10^-4. Staru laušanas mērījuma kļūda ir 4·10^-5, kas atbilst 0,1 % mērīšanas kļūdai etilspirta tilpuma daļai destilātā.

[006] Diferenciālais refraktometrs, veicot šķidro vielu kontroli, nodrošina laušanas koeficienta mērīšanas precizitāti ne vairāk kā 10^-4 [5]. Pie skalas iedalījuma vērtības 3,7·10^-4 etilspirta tilpuma daļas mērīšanas destilātā kļūda ir 0,1 %.

[007] Zināms portatīvais refraktometrs [9], kas ietver objektīva tubusu un lēcu. Prizma piestiprināta pie lēcas ietvara gala. Prizmai ir ieejas virsma, kas nodrošina robežu starp prizmu un pētāmo vielu. Optiskā skala novietota optiskās šasijas iekšpusē. Mainoties temperatūrai, optiskā šasija griežas ap griešanas asi.

[008] Zināmie refraktometri, kontrolējot šķidrās vides, nodrošina laušanas koeficienta mērīšanas precizitāti robežās no 10^-3 līdz 10^-4 [2-8].

[009] Zināms Japānas firmas ATAGO, CO., LTD refraktometrs, ar kuru iespējams noteikt laušanas koeficientu ar precizitāti līdz 10^-5 [10].

[010] Lai noteiktu mazu (~ 0,001%) šķīdumā izšķīdinātu molekulu un polimēru nanodaļiņu koncentrāciju ar precizitāti, kas nav zemāka par 1 mg/l, nepieciešams mērīt šķidruma laušanas koeficientu ar precizitāti līdz 10^-6. Nav zināma ierīce, kas ļauj izmērīt laušanas koeficientu šķidrās vidēs ar precizitāti līdz 10^-6 [2-10].

Izgudrojuma mērķis un būtība

[011] Izgudrojuma mērķis ir izstrādāt diferenciālā refraktometra konstrukciju šķidrumu laušanas koeficienta noteikšanai, kas ļauj iegūt mērīšanas precizitāti šķidrās vidēs līdz 10^-6.

Izgudrojuma īstenošanas piemēri

[012] Mērķis tiek panākts tādējādi, ka diferenciālais refraktometrs šķidrumu laušanas koeficienta mērīšanai satur gaismas avotu (1), gaismas kūļa dalītāju (2), pirmās kivetes (4) caurspīdīgu gaismas logu (3), šķīdinātāju (5), pirmo optisko mērīšanas elementu (6), mērīšanas elementa (6) izejas skaldni (7), fotoelektrisko koordinātu jūtīgo sensoru (8), informācijas apstrādes un izvades bloku (9), novirzes spoguli (10), otrās kivetes (12) caurspīdīgu ieejas logu (11), mērāmo šķīdumu (13), otru optisko mērīšanas elementu (14), otrā optiskā mērīšanas elementa (14) izejas skaldni (15).

[013] Izgudrojums ir paskaidrots 1. zīmējumā, kur shematiski parādīts diferenciālais refraktometrs šķidruma laušanas koeficienta mērīšanai. Zīmējumā parādīts gaismas avots (1), gaismas kūļa dalītājs (2), pirmās kivetes (4) caurspīdīgs gaismas logs (3), šķīdinātājs (5), pirmais optiskais mērīšanas elements (6), mērīšanas elementa (6) izejas skaldne (7), fotoelektriskais koordinātu jūtīgais sensors (8), informācijas apstrādes un izvades bloks (9), novirzes spogulis (10), otrās kivetes (12) caurspīdīgs ieejas logs (11), mērāmais šķīdums (13), otrais optiskais mērīšanas elements (14), otrā optiskā mērīšanas elementa (14) izejas skaldne (15)·

[014] Šķidrumu laušanas koeficienta, izmantojot piedāvāto diferenciālā refraktometra konstrukciju, mēra sekojoši. Gaismas avota (1) gaismas kūlis ar dalītāja (2) palīdzību dalās divās daļās. Kūļa pirmā daļa (A) leņķī Θ krīt uz pirmās kivetes (4) caurspīdīgu gaismas logu (3) un caur tīru šķīdinātāju (5) ir optiski saistīts ar pirmo optisko mērīšanas elementu (6). Mērīšanas elementa (6) izejas skaldne (7) ir optiski saistīta ar fotoelektrisko koordinātu jūtīgu sensoru (8). Zīmējumā parādīta iespējamā lauztā staru kūļa gaita optiskajā mērīšanas elementā (6). Kūlis, izejot no mērīšanas elementa (6) izejas skaldnes (7), tiek lauzts un leņķī βι virzīts uz fotoelektrisko koordinātu jūtīgu sensoru (8):

βι = arcsin nļ — nļ (sin 0)² kur m un m ir šķīdinātāja un optiskā mērīšanas elementa (6) materiāla laušanas koeficienti. Sensora (8) signāls nonāk informācijas apstrādes un izvades bloka (9) ieejā. Gaismas kūļa otrā daļa (B) no dalītāja (2) ar novirzes spoguļa (10) palīdzību tiek virzīta leņķī Θ uz otrās kivetes (12) caurspīdīgu ieejas logu (11) un caur mērāmo šķīdumu (13) ir optiski saistīta ar otro optisko mērīšanas elementu (14). Zīmējumā parādīta iespējamā lauztā staru kūļa gaita optiskajā mērīšanas elementā (14). Kūlis, izejot no mērīšanas elementa (14) izejas skaldnes (15), tiek lauzts un leņķī β2 virzīts uz fotoelektrisko koordinātu jūtīgu sensoru (8).

/¾ = arcsin y n| — n| ·(sin0)² kur Π2 un m ir optiskā mērīšanas elementa(14) materiāla un mērāmā šķīduma laušanas koeficienti. Sensora (8) signāls nonāk informācijas apstrādes un izvades bloka (9) ieejā.

[015] Kā gaismas avots izmantots pusvadītāju lāzerdiode ar kolimētu gaismas kūli. Optiskie mērīšanas elementi veidoti no stikla plakanparalēlu plākšņu veidā ar pulētām skaldnēm. Ar piedāvāto diferenciālo refraktometra palīdzību iespējams izmērīt šķīduma laušanas koeficientu, kurš ir proporcionāls izmērīto βι un β2 vērtību starpībai, ko nosaka ar fotoelektrisko koordinātu jūtīgo sensora (8) palīdzību.

[016] Ar piedāvāto diferenciālo refraktometra palīdzību iespējams izmērīt šķīdumu laušanas koeficientus ar precizitāti līdz 10⁶ pakāpei.

[017] Laika periodā no 2018. gada līdz 2020. gadam Mikrobioloģijas un virusoloģijas institūtā ar jaunā diferenciālā refraktometra palīdzību veica cukuru un citas komponentes saturošu šķīdumu laušanas koeficientu mērīšanu. Veica 200 mērījumus. Mērījumu precizitāti līdz 7 mikroniem noteica ar koordinātu jūtīgā lineāla palīdzību. Veiktie eksperimentālie pētījumi ļāva izmērīt šķīdumu laušanas koeficientus ar precizitāti līdz 10⁶ pakāpei.

Informācijas avoti

1. Ηοφφβ E.B. PeφpaκτoMeτpπHecκπe Μετο^Η χημπη. JleHnnrpaji: Xhmhs, 1974.

2. Pat. RU 2113710, Cl, 1998, G01N33/04, G01N21/43.

3. J.W.Dolan. Avoiding refractive index detector problems, LCGC North America, vol. 30, Nr.12, 1032-37, 2012.

4. J.W.Robinson, E.M.Skelly, G.M.Frame II. Undergraduate Instrumental Analysis, 6 tdition, p.805, Marcel Dekker, Ν.-Υ., 2005.

5. Pat. RU 2488096, C2, 2013, G01N21/43.

6. Piet. WO 1999/06818, A9, 1999, G01N21/41.

7. Pat. JP 4653148, B2, 2011, G01N21/43.

8. Pat. US 7283221 B2, 2007, G01N21/41.

9. Pat. US 7369221, B2, 2006, G01N21/41.

10. https://www.atago.net/product/?l=en&f=products-rx-alpha-top.php.

Claims (1)

1. Diferenciālais refraktometrs šķīdumu laušanas koeficienta mērīšanai, kas raksturīgs ar to, ka satur gaismas avotu (1), gaismas kūļa dalītāju (2), pirmās kivetes (4) caurspīdīgu gaismas logu (3), šķīdinātāju (5), pirmo optisko mērīšanas elementu (6), mērīšanas elementa (6) izejas skaldni (7), fotoelektrisko koordinātu jūtīgo sensoru (8), informācijas apstrādes un tās izvadīšanas bloku (9), novirzes spoguli (10), otrās kivetes (12) caurspīdīgu ieejas logu (11), mērāmo šķīdumu (13), otru optisko mērīšanas elementu (14), otrā optiskā mērīšanas elementa (14) izejas skaldni (15).