Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:патенты / Сборник патентов_12332
.pdf
между глубиной жидкости (G):
и путь распространения излучения через него.
Первоначально искали такую форму ячейки, которая обеспечивала бы равномерное распределение
коэффициентов экстинкции. Форма наклонной стороны клина, которая даст такой эффект (105), представляет
собой прямоугольную гиперболу. Для получения жидкости толщиной от 0,1 см.
В точке, расположенной на расстоянии 0,2 см от дна, форма кривой задается формулой 0,2 V-+0,2, где t —
толщина жидкости на глубине 1 от точки совпадения.
Однако было обнаружено, что для любой заданной длины волны изменение плотности жидкости на одном
шаге от края 115°, где происходит совпадение, до следующего более высокого края изменяется таким
образом, что (при сравнительной плотности 0,2) оно становится незаметным в верхней части ячейки и в
несколько раз больше, чем то, что едва заметно в нижней части ячейки.
Таким образом, лучшей формой ячейки является такая, в которой спектральная линия одной из
абсорбционных спектрограмм, в которой наблюдается совпадение, должна в соседней абсорбционной
спектрограмме показывать такое же отсутствие совпадения независимо от высоты ячейки S 39,3,648, в
которой находится точка совпадения.
Здесь условие, которое необходимо выполнить, состоит в том, что Cl dt dl=A, где PI — коэффициент
экстинкции rS.tbsorbin liqui(l) для точки соответствия при hieihlit 1, которую можно измерить со дна ячейки, а A
— константа. Если t=0,1 см и t см, а высота жидкости между точками 0, t=0,1 и t=1 равна 1,8 см, то A=1,277 D,
(I) лежащие в соответствии с плотностью сравнения), так что c t=0,1Cl 2,711 I, где I — толщина ячейки на
высоте 1.
Создание такой клетки не представляет собой непреодолимых трудностей. Предварительная спецификация
№ '30.22 I31' описывает машину для полировки несферических линз, которая может быть приспособлена для
этой цели, и обеспечивает необходимую точность. Однако мы обнаружили, что при указанных выше размерах
ячейки отклонение, вызванное преломлением света между плавленым кварцем и жидкостью, может в случае
некоторых жидкостей, а также в верхней части ячейки, вызывать существенную погрешность.
<Причина указанной ошибки заключается в отклонении лучей из-за преломления на поверхности кремнезема
и жидкости.
Максимальная и минимальная толщина выбранного слоя жидкости (1 см)
(n0 и 0,1 см.) очень удобны, поскольку позволяют измерить широкий диапазон коэффициентов поглощения с
помощью одной ячейки, и поэтому мы не были готовы принять в качестве решения этой проблемы
уменьшение толщины ячейки, хотя мы изучили возможности ячейки, минимальная толщина которой должна
составлять 0,1 см, а максимальная (0,3 см) – диапазон 1,8 см.
Согласно еще одной особенности настоящего изобретения, изогнутая сторона жидкостного пространства в
клиновидной ячейке заменена ступенчатой поверхностью, имеющей ступени, соответствующие высоте шага
насечек на кромке и ширине требуемой разницы в каждом месте на смежных путях через жидкость.
Предпочтительно, чтобы каждое увеличение толщины жидкости было пропорционально самой толщине. В
ячейке указанных выше предпочтительных размеров удобно сделать толщину каждого слоя жидкости в 1,145
раза меньше толщины следующего слоя жидкости, при этом ступени будут иметь переменную ширину, а
подступенки — толщину 1 мм по всей длине. 55 Было установлено, что нет необходимости в таком большом
количестве выемок, как было выбрано для ячейки с прямыми или равномерно ступенчатыми сторонами. 9
выемок, расположенных, как описано выше, дают 18 краев, на которых можно сравнить 60 пар спектров,
полученных соответственно от сравниваемого и поглощающего пучков. Каждый надрез имеет ширину 1 мм, а
расстояние между надрезами составляет 1 мм.
Дата: 4 марта. 1932.
CARPMAELS & RANSFORD, агенты заявителей, 24, Southamipton Buildings, Лондон, W.C. 2.
ПОЛНАЯ СПЕЦИФИКАЦИЯ.
Усовершенствования, касающиеся определения количественных характеристик излучения.
Мы, компания ADAM HILGER, LIMITED, зарегистрированная в соответствии с законодательством
Великобритании, и компании FRANKi TwYMA-N и LEEOXARD.IESSF SPEX-cEnt, оба являющиеся британскими
подданными, все по адресу: 98, Ltings Road, Camden Road, London, NA.W. 1, настоящим заявляем, что
характер данного изобретения и способ его осуществления должны быть подробно описаны и установлены
следующим заявлением:
Изобретение относится к определению количественных характеристик излучения. Под термином «излучение»
мы понимаем не только энергию, которая обычно рассматривается как передаваемая другими колебаниями,
такими как свет или рентгеновские лучи, но и корпускулярные лучи, такие как положительные лучи. В случае
излучения, которое можно определить по длине волны, определяемая характеристика может относиться к
одной длине волны, группе длин волн или диапазону длин волн, например, к одной или нескольким
спектральным линиям или ко всему видимому или актиничному спектру. Часто требуется определить
количество энергии, но могут потребоваться и другие характеристики такого излучения, например, вращение
или другие явления поляризации света, или ограничение диапазона длин волн рентгеновских лучей при
прохождении через слой свинца.
Подобные определения требуются во многих тестах, среди которых можно упомянуть количественный
спектральный анализ, где необходимо получить данные, относящиеся к источнику излучения, а также явления
поглощения и вращения, где требуемые данные относятся к среде, через которую проходит излучение.
Последняя из этих областей может включать даже прохождение электронов через тонкий слой металла.
Для целей изобретения необходимо представить количественную характеристику в виде какого-либо
вещества, предпочтительно видимого, которое демонстрирует постоянную реакцию на любое конкретное
значение определяемой количественной характеристики, но при этом отнюдь не обязательно знать
соотношение между различными значениями и вызываемой ими реакцией. Изображения могут представлять
собой, например, спектр, световое пятно или область фосфоресценции, и могут наблюдаться визуально,
записываться на таком носителе, как фотопластинка, или быть иным образом очевидными для органов чувств
наблюдателя.
Согласно изобретению, для определения количественной характеристики излучения предусмотрены средства
для одновременного получения множества представлений требуемой характеристики, различающихся по
представленной величине с заданными шагами градации, причем указанные представления расположены на
некотором расстоянии друг от друга для размещения между множеством представлений характеристики в
стандартном количестве.
Эти последние указанные представления не обязательно должны быть одинаковыми; в некоторых случаях
может быть целесообразно, чтобы они представляли два, три или более различных значений характеристики.
Когда задача состоит в сравнении двух величин лучистой энергии, как в случае количественного
спектрального анализа или проверки поглощения световых фильтров, изобретение обычно реализуется
путем предоставления средств для одновременного получения множества представлений одной величины с
различной интенсивностью, средств для размещения между ними множества представлений другой величины
с одинаковой интенсивностью и средств для наблюдения или записи в целях сравнения двух наборов
представлений.
В случае спектрографии, применяемой к таким квалификациям, как упомянутые в предыдущем абзаце, могут
быть предусмотрены средства для записи с помощью одной экспозиции на одной фотопластинке множества
спектров с различной интенсивностью, а также для записи с помощью той же экспозиции или второй
одиночной экспозиции на той же пластинке множества эталонных спектров с одинаковой интенсивностью
между спектрами с различной интенсивностью.
На прилагаемых чертежах показаны различные варианты осуществления изобретения, на которых: на
рисунке 1 изображен план, а на рисунке 2 — вид клиновидной ячейки для жидкостей; на рисунке 3 — вид
многоканальной диафрагмы; на рисунке 4 — вид ячейки и диафрагмы относительно щели спектрографа; на
рисунке 5 — пояснительная схема; на рисунке 6 показана комбинированная ячейка и диафрагма с некоторыми
частями спектрографа; на рисунке 7 — часть защитного кожуха, используемого при платинировании ячейки;
на рисунке 8 — увеличенный вид части стенки ячейки после платинирования; на рисунке 9 — план, а на
рисунке 10 — вид модифицированной формы комбинации ячейки и диафрагмы, а именно ромбической ячейки
с выемками.
На рисунке 11 показана схема, демонстрирующая то же самое с сплошной ромбической призмой
относительно щели спектрографа; на рисунке 12 показана схема модифицированной 80-градусной формы
аппарата с ячейками с параллельными торцами, логарифмическим сектором и сплошными ромбическими
призмами.
Рисунок 13 представляет собой поперечный разрез ступенчатой клиновидной ячейки, 85 Рисунок 14
показывает ступенчато-сектор, Рисунок 15 схематически показывает часть схемы для количественного
спектрального анализа, Рисунок 16 представляет собой план альтернативной 90 схемы ромбических
клиновидных ячеек и сектора, Рисунок 17 представляет собой поперечный разрез логарифмической
ступенчатой клиновидной ячейки по линии А-А на рисунке 18, 95 Рисунок 18 представляет собой план той же
ячейки.
Рисунок 19 представляет собой план модифицированной конструкции с параллельно расположенными
ступенчатыми ячейками и ромбической призмой с выемками, а рисунок 20 — план дальнейшей модификации,
в которой ромбическая призма с выемками заменена парой преломляющих призм.
При описании этих вариантов осуществления целесообразно отдельно рассмотреть две функции:
одновременное создание множества изображений и градацию интенсивности этих изображений.
Сначала будут описаны отдельные устройства, выполняющие эти две функции, а затем будет показано, как их
можно объединить в одно устройство, после чего будут рассмотрены дальнейшие модификации. 115
Удобным средством для проведения градации в случае таких «излишеств», как поглощение света, является
клиновидный элемент. Если необходимо изучить поглощение в твердом теле, то твердое тело можно
разрезать на клиновидные фрагменты, или, если задача связана с интенсивностью самого излучения, то
градиент можно осуществить с помощью клиновидного фрагмента с заданными свойствами, определяющего
поглощение или оттенок. Альтернативой 125-му абсорбционному клину является секторный диск, который
обеспечивает вдоль радиальной линии постепенное изменение соотношения диаметра отверстия к общей
окружности. При изучении свойств жидкостей 130 может использоваться клиновидная ячейка, в которой
содержится жидкость. В случае клиновидной ячейки необходимо иметь точные данные о ее размерах.
Усовершенствованная форма ячейки может быть сконструирована, как показано на рисунках 1 и 2,
предпочтительно из двух частей плавленого кварца; обе части 1 и 2 имеют клиновидную форму и склеены
между собой, предпочтительно методом, описанным в патентной спецификации № 103,2:33, образуя
практически прямоугольный блок. Перед склеиванием по всей длине детали сверху вниз прокладывается
канавка 3, которая затем образует в готовой ячейке пространство клиновидной формы, которое может быть
заполнено любой желаемой жидкостью.
Дальнейшее усовершенствование ячейки обеспечивается шлифовкой ее передней и задней поверхностей,
как показано на рисунке, для образования линзовых поверхностей, так что луч света, исходящий от источника
света, коллимируется внешней поверхностью, проходит через ячейку в виде параллельного света, а затем
фокусируется на задней поверхности в виде изображения источника света на призменной апертуре
эктографического прибора, если именно с этим прибором он будет использоваться. Предпочтительно, чтобы
оптический центр граней линзы находился не в центре относительно размеров самой ячейки, а в центре
относительно расстояния от вершины клина до верхней границы уровня жидкости.
В процессе изготовления ячейки предпочтительно на верхнюю часть ячейки наносится защитный слой (не
показан на рисунке), который способствует нормальной работе поверхностей линз. Этот защитный слой
впоследствии можно использовать в качестве аккуратной крышки для элемента питания, особенно при
исследовании летучих жидкостей.
Средства, используемые совместно с ячейкой такого типа, или с абсорбционным или красящим клином, или
образцом материала для исследования, для обеспечения множественного отображения характеристической
макулярной области, имеют форму многоканальной диафрагмы. На рисунке 3 показана конструкция,
адаптированная для использования со спектрографом, в которой диафрагма снабжена двумя вертикальными
рядами прямоугольных отверстий 4 и 5, причем перемычка из материала между последовательными
отверстиями немного шире ширины каждого отверстия. Два ряда апертур расположены в шахматном порядке,
так что каждая апертура в одном ряду находится напротив мостика другой, но верхний край каждой апертуры
4 совпадает с нижним краем апертуры 5, так что получаемые спектры располагаются парами, смежными с
небольшими промежутками между парами. В нижней части 5-го ряда предусмотрено большее отверстие 6,
чтобы обеспечить отображение нижней части клина на записываемом изображении. Важность этого
заключается в том, что толщина пройденного материала зависит от расстояния от основания клина до центра
рассматриваемого отверстия. 7 — это отверстие для пальца, предназначенное для удобства перемещения
диафрагмы с целью использования того или иного набора отверстий.
Удобная конструкция диафрагмы для спектрографирования имеет 15 отверстий в каждом ряду, не считая
большого отверстия 6 для кончика клина 75, причем эти отверстия расположены с шагом 1 нм в каждом ряду и
имеют ширину 4 мм. Расстояние между полученными спектрами будет соответствовать ширине спектра 0,4
мм на диафрагме и расстоянию между последовательными парами спектров 0,2 мм при объединении обоих
наборов. В сделанной записи легко может оказаться, что расстояние между отверстиями не строго
пропорционально по всей площади, но это не является недостатком, если расстояние между отверстиями
равномерное, как было предложено выше. При заданных размерах оценка толщины пройденного воздушного
полотна будет сводиться лишь к подсчету 90 спектров, что поможет оценить или рассчитать длину,
представленную небольшой частью, указанной через нижнее отверстие 6fl.
В другой конструкции диафрагмы в каждом ряду из 95 отверстий имеется 20 апертур, не считая большой
апертуры 6 для точки клина; каждая апертура имеет ширину 0,4 мм, шаг 0,8 мм, и между последовательными
парами спектров не остается промежутка. При таком расположении можно использовать каждую диафрагму в
двойном режиме, находя совпадение как в верхней, так и в нижней части каждого спектра, тем самым
увеличивая количество возможных точек совпадения от 15 до 39, что приводит к соразмерному увеличению
объема информации, предоставляемой одной парой экспозиций.
На рисунке 4 диаграмматически показано, как диафрагма и ячейка должны располагаться на расстоянии 110
мкФ относительно спектрографа.
S — это щель спектрографа. 9. Диффузоры расположены как можно ближе к ней, чтобы граница между двумя
спектрами, образующими каждую пару, была четкой. 115 Клиновая ячейка 10 расположена как можно ближе к
диафрагме по причинам, которые будут разъяснены далее, а 11 является источником света. Будет видно, что
при комбинации 120 ячейки и диафрагмы, как описано, запись может быть получена за две экспозиции, что
обычно требует дюжины или более, без необходимости какой-либо регулировки ячейки. Это позволяет не
только сэкономить 125% времени, особенно в случаях, когда необходимы длительные экспозиции, но и
получить записи при различных интенсивностях, при этом исследуемое вещество будет находиться в точно
таких же условиях (130 Вт, 39648 Вт, 393648 Вт). Эта особенность также важна в тех случаях, когда вещество
изменяется со временем или под воздействием излучения, например, в случае сыворотки крови. Эти
соображения также имеют первостепенное значение в случае количественного анализа спектра, где
практически невозможно получить последовательные электрические разряды с абсолютно одинаковыми
характеристиками.
С помощью описанной ниже модификации можно даже сократить два воздействия до одного, что принесет
соответствующие преимущества.
При совместном использовании описанной выше ячейки и диафрагмы, как показано на рисунке 4,
целесообразно устанавливать ячейку в латунный или другой кронштейн, являющийся неотъемлемой частью
диафрагмы.
В одном из положений свет, попадающий в спектрограф, проходит через ячейку и один набор отверстий
диафрагмы.
Если диафрагму сдвинуть на несколько миллиметров, свет затем попадет в щель спектрографа через другой
набор отверстий либо напрямую, либо через ту же ячейку, заполненную неабсорбирующей жидкостью.
Таким образом, на пластине образуется множество, скажем, 15 или 20, пар спектрогенных зерен; верхнее из
последовательных пар имеет градацию интенсивности, поскольку прошло через различные слои исследуемой
жидкости, а нижние зерна всех ярмарок имеют одинаковую интенсивность. При условии правильного выбора
относительной экспозиции, анализ различных пар покажет, что в каждой паре есть одно или несколько мест,
где интенсивность двух спектров одинакова.
После определения этих мест коэффициенты поглощения для различных длин волн могут быть получены
путем расчетов, зависящих от размеров ячейки и относительного времени экспозиции.
Недостатком этой процедуры в некоторых случаях является то, что первая экспозиция может быть
значительно длиннее второй, поэтому для получения результатов с требуемой степенью точности
необходимо знать постоянную Шварцшильда, значение которой, по-видимому, зависит от марки пластины и
других факторов. В таких случаях время экспозиции для эталонных спектров может быть приравнено ко
времени экспозиции для градуированных спектров путем введения среды с известным поглощением или
путем перемещения источника света дальше от ячейки.
Однако, поскольку последний способ приведет к изменению размеров линзовой поверхности ячейки,
необходимых для получения параллельного света, то альтернативная форма ячейки с параллельными
сторонами, упомянутая ниже, обычно будет предпочтительнее, если только эффективное расстояние
источника света от ячейки не увеличивается с помощью такого устройства, как кварцевый конденсор
переменной интенсивности Хильгера. Альтернативным методом является определение константы
Шварцшильда для типа пластин и других условий исследования. Это легко можно осуществить с помощью
уже описанной ячейки и диафрагмы, используя в ячейке жидкость, светопоглощающие свойства которой
известны.
Дополнительным источником неточности является тот факт, что свет, проходящий через любое конкретное
отверстие диафрагмы, проходит через жидкости различной толщины. Это схематически показано на рисунке
5, где пропорции фигуры искажены для увеличения погрешности. 11 — источник света конечной величины,
обозначенный условно дугой, а крайние лучи, проходящие через одно отверстие 5 высотой 85 d Jll, показаны
как a b c cl и al bl c.' dl. Будет видно, что пути различных лучей через жидкость различаются по длине от b c до
bl cl, и там, где работа имеет такой характер, что необходимо внести соответствующую поправку.
Среднюю толщину можно определить с помощью математических вычислений. Однако описанная
модифицированная форма клетки настолько уменьшит эту неточность, что необходимость в таких
корректировках отпадет.
Модификация заключается, по существу, в размещении диафрагмы на одной из внутренних поверхностей
ячейки, как показано на рисунках 6, 7 и 8. Ячейка 12 имеет аналогичную конструкцию, как и описанная ранее,
но имеет плоские внешние поверхности, и, соответственно, необходима отдельная конденсирующая линза 13.
На ту половину ячейки, которая снабжена канавкой, нанесено покрытие из платины 105 методом катодного
осаждения на дно канавки, образующей стенку 14 ячейки. Сначала на поверхность наносится зубчатый
защитный элемент, увеличенный на рисунке 7, для защиты от осаждения платины 110 тех частей стенки,
которые фактически станут диафрагменными отверстиями. Стенка 14 ячейки затем выглядит так, как показано
на рисунке 8, где 1,5 — это платиновый слой, а 16, 15 и 17' — пространства, которые представляют собой
эквиваленты двух наборов диафрагменных отверстий. Платина осаждается, скажем, с плотностью не менее 3,
и вышеупомянутый процесс адгезии ячейки 120 "вплавляет" платину, которая с этого момента становится
невосприимчивой к повреждениям. Экспериментально установлено, что полученная таким образом пленка
платины непрозрачна во всем видимом и ультрафиолетовом спектре на протяжении 1850 Å.
Ещё один возможный вариант конструкции ячейки заключается в нанесении платиновой сетки на наклонную
поверхность 18 на рисунке 6 и отражении сравнительных лучей от 130 платиновых стержней,
сформированных таким образом, чтобы они не проходили сквозь жидкость.
Благодаря подходящей конфигурации интенсивность этих источников излучения может быть отрегулирована
до любого желаемого соотношения, что позволяет проводить две экспозиции одновременно без
необходимости перемещения ячейки или замены жидкости.
Необходимо будет внести поправки на изменение расстояния от щели и на изменение отражательной
способности платины в зависимости от длины волны. Подобная конструкция особенно ценна для рутинных
испытаний, поскольку в таком случае поправки будут получены раз и навсегда, и не потребуется учитывать
какие-либо параметры при каждом испытании.
Твердый материал в форме клина можно изучать точно так же, как описано выше для жидких клиньев. Однако
часто твердый материал для исследования представляет собой пластины с параллельными сторонами,
толщина которых может варьироваться от долей миллиметра до нескольких сантиметров; в этом случае
может быть использован следующий модифицированный метод, который также применим к жидкостям,
содержащимся в ячейках с параллельными сторонами.
Исследуемое вещество помещается перед одним из наборов отверстий 4 или 5, и через него делается
снимок, при этом между источником света и щелью также располагается вращающийся арифметический
сектор. Целью логарифмического сектора является уменьшение интенсивности света, достигающего щели,
причем это уменьшение является логарифмической функцией расстояния вдоль щели от некоторой
фиксированной точки.
Затем делается второй снимок через другой набор диафрагм с более короткой выдержкой или с источником
света, расположенным на большем расстоянии, но без логарифмического сектора и поглощающего
материала на пути света. Если, например, диафрагма имеет пятнадцать отверстий в каждом комплекте, то
таким образом получаются пятнадцать идентичных спектрограмм, которые и являются нашими эталонами для
сравнения. Остальные пятнадцать спектрограмм (взятые как (описано в предыдущем абзаце) не идентичны,
поскольку количество света, проходящего через последовательные апертуры, уменьшается из-за наложения
сектора и из-за поглощения вещества. Таким образом, на основе данных, полученных путем прямого
измерения вдоль щели от фиксированной точки, мы можем определить соотношение между (а)
интенсивностью света, проходящего через вещество и арифметический сектор на щель в некоторой
рассматриваемой точке, и (б) исходной интенсивностью света, излучаемого источником.
Do5 Точно так же, как и прежде, мы выделяем точки в различных парах спектров, где интенсивность является
стандартной, и, если требуется лишь качественная кривая поглощения без ссылки на абсолютные данные, ее
можно построить непосредственно из полученного таким образом результата. Если же требуются
коэффициенты поглощения, их можно рассчитать, исходя из времени экспозиции, уравнения
логарифмического сектора и толщины исследуемого материала.
Альтернативный метод, который предлагается в данном случае, заключается в том, что на одной фотографии
используется данный сектор, а на другой — поглощающий материал. Однако этот метод не так хорош, как
описанный, поскольку он означает, что «съёмка» происходит на разных участках характеристической кривой
фотопластинки, тогда как в описанном нами методе съёмка происходит примерно на одном и том же участке
этой характеристической кривой, по крайней мере, в диапазоне спектра, для которого интенсивность света,
используемого в фотосъёмке, не сильно меняется.
Были разработаны некоторые дальнейшие модификации описанного выше аппарата, которые, возможно,
окажутся более подходящими для конкретных случаев. 95 Одна из таких модификаций показана на рисунках
9, 10 и 11 и представляет собой комбинацию многоканальной диафрагмы и клиновидной ячейки,
отличающуюся от описанной ранее. Данная комбинация W00 выполнена в виде ячейки 19, предпочтительно
из сплавленных кремнеземов, ромбовидной формы в плане и имеющей две вертикальные наклонные
параллельные грани 20, 21, на которых происходит внутреннее отражение под углом около 90°. Клетка
клиновидной формы 105 расположена между двумя частями, несущими эти наклонные поверхности, и
размещена таким образом, что свет проходит через жидкость в ячейке после одного отражения и до другого.
Таким образом, деталь 19 представляет собой ромбическую призму с клиновидным углублением. Острый
край 22 ромбической призмы, ближайший к щели 8 спектрографа, имеет ряд зазубрин или выемок 115, так что
свет, который в конечном итоге достигает щели, — это свет, проходящий через промежутки, оставшиеся
между выемками.
Твердая ромбическая призма 23, предпочтительно также из плавленого кварца и несколько короче на 120
градусов между ее наклонными гранями, чем ! Ячейка, имеющая в остальном соответствующие размеры,
помещается в соответствующее положение, так что свет, дважды отраженный от ее наклонных граней 24, 25,
пройдет через выемки в призме ячейки 19 к щели 8. Вследствие своей меньшей длины входная грань твердой
ронибовой призмы смещена относительно входной грани призмы ячейки, и конденсор 26 13( :)399,648
393,64&1 размещен таким образом, что свет от источника 11 проходит одинаково через обе входные грани.
Светопоглощающее устройство, такое как секторный диск 6, может быть размещено на пути света,
проходящего через сплошную призму 2.3, чтобы обеспечить равномерное уменьшение интенсивности света,
проходящего через вырезы, на соответствующую величину, или может быть применено более короткое время
экспозиции, чем для света, проходящего через призму ячейки 19.
Альтернативная конструкция показана на рисунке 12. В данном случае призматическая ячейка 19 заменена
сплошной ромбической призмой 27, имеющей, как и прежде, выемки на одном ребре, а между конденсатором
26 и соответствующими входными поверхностями двух призм размещены две параллельно расположенные
ячейки 28 и 29. В одной из этих ячеек 28 будет находиться исследуемая жидкость, а в другой 29 —
неабсорбирующая жидкость; между двумя призмами или в другом подходящем месте будет использоваться
логарифмический сектор 30 или аналогичное устройство для получения необходимой градации изображений.
Дальнейшее усовершенствование заключается в построении любой из описанных клиновидных ячеек с
наклонной гранью поэтапно, как показано на рисунке 13, что представляет собой эквивалент ряда ячеек с
параллельными сторонами. Такая ступенчатая конструкция обеспечит прохождение каждого спектра или
другого изображения, полученного через жидкость, через определенный участок жидкости, который можно
будет определить с высокой точностью раз и навсегда.
При использовании такой конструкции для определения точек, в которых происходит совпадение одного
спектра или подобного изображения с другим, может использоваться микрофотометр.
Аналогичная модификация может быть применена к логарифмическому сектору. Это показано на рисунке 14,
где контур одной стороны отверстия, вместо непрерывной кривой, состоит из ряда радиальных линий,
соединенных дугами концентрических окружностей, то есть сектор становится ступенчатым или ступенчатым
логарифмическим сектором.
Хотя большая часть приведенного выше описания касалась определения поглощения света материалами,
очевидно, что с возможными незначительными модификациями аппаратуры можно количественно изучать и
другие явления, упомянутые в первых абзацах подготовленной спецификации. В качестве примера можно
привести количественный спектральный анализ веществ. При выполнении этой работы обычным способом с
использованием логарифмического сектора одна из главных трудностей заключается в точном определении
длины линий. Устройство em6a, реализующее предложенный принцип согласования, позволит преодолеть эту
трудность. Точность метода не ограничивается определением того, какой из спектров или других
представлений наиболее близок к стандарту, но может быть сделана оценка относительного отклонения двух
соседних таких спектров или представлений от эталонного стандарта, что обеспечивает определенную
степень интерполяции.
Например, часто возникающая в металлургии проблема заключается в быстром определении количества
одного или нескольких второстепенных компонентов в сплаве (например, марганца в стали).
1
Изобретение может быть применено к этой проблеме следующим образом: 80 Используются две искры,
расположенные на равном расстоянии от щели, одна из которых имеет электроды из сплава, содержащего
известный процент марганца, считающегося стандартным, но примерно в два раза превышающего
содержание, которое считается 85 максимально допустимым количеством искомого марганца, а другая
содержит некоторый другой известный (но меньший) процент в пределах интересующего диапазона. Эти
источники света расположены на направляющей, так что 90 из них можно по желанию установить в нужное
положение, и они соединены и работают последовательно, как описано в патентной заявке.
№ 320,136. Диафрагма 9 (рисунки 3 и 4) с двумя рядами отверстий 95 4, 5 расположена перед щелью 8.
Вблизи диафрагмы обычным способом располагается логарифмический сектор, который используется при
фотосъемке с установленным первым искровым разрядником. «Затем делается фотография с
установленным другим искровым разрядником, но без логарифмического сектора».
Повторение процесса с использованием сплавов с другими известными процентными соотношениями вместо
искрового зазора в 105 секунд позволяет получить данные, на основе которых можно построить график,
связывающий порядок — и, по оценке, долю порядка — пары спектров, в которых обнаружено совпадение
между выбранной линией 110 искомого вещества и процентным содержанием этого вещества.
Этот график можно использовать для определения, например, количества компонента TBH, присутствующего
в неизвестном образце 115, замещенном в месте второго искрового зазора.
Добавив к этой конструкции массивную ромбическую призму, подобную 27 на рисунке 12, с насечками на ее
ребре, можно одновременно сделать две фотографии 120. Свет от одной искры перемещается в нужное
положение относительно щели 8 за счет двойного отражения в сплошной ромбической призме, при этом свет
от другой искры уже правильно расположен так, что его свет проходит через выемки к щели 8. На пути света
от одной искры расположен логарифмический сектор, подобный 30, имеющий ту же самую фигуру. Таким
образом, две фотографии получаются одновременно (130 c 1J9'3,648), и таким образом обеспечиваются три
преимущества: (а) колебания интенсивности спектральных линий из-за колебаний тока будут одинаково
влиять на оба спектра пары и, следовательно, не вносить ошибок при сравнении спектров, (б) экономится
время, и (в) логарифмический указатель остается в одном положении, вместо того чтобы его удалять или
заменять между каждой парой экспозиций.
В тех случаях, когда процесс требует очень частого повторения, целесообразно использовать двойную щель,
как показано на рисунке 1.5. Она состоит из двух щелей:31 и:2, расположенных на фиксированном расстоянии
друг от друга, так что подходящая линия искомого ингредиента сопоставляется с подходящей линией
основного вещества, при этом используется только один источник света 11.
Щель 31 приводится в действие вместе с логарифмическим сектором для получения изображения линии
основного вещества; затем щель 32, без сектора, для получения изображения линии искомого компонента.
Будет дано описание аппарата, который на сегодняшний день признан наиболее подходящим для
исследования жидкостей. >. Данная конструкция включает корпус, в который установлены две ячейки и
конденсатор. Корпус предназначен для установки непосредственно перед щелью спектрографа или в
подходящем положении относительно любого другого инструментария, используемого для определения
соответствующих количественных характеристик.
Конкретная конструкция показана на рисунке 16, и ее применение будет описано в связи с абсорбционной
спектрофотометрией жидкостей, но будет ясно, что она может иметь и другие области применения.
Конденсор 26, предпочтительно кварцевый, закреплен на держателе ячейки 3:3, и на последнем
выгравировано правильное расстояние источника света 1, соответствующее фокусному расстоянию
конденсора. Две ячейки 19 и 34 легко вставляются в углубления, а вся конструкция крепится к пластине 3.5 с
пазом типа «ласточкин хвост». Эта пластина вставляется в паз, в котором обычно располагается диафрагма,
ограничивающая длину щели 8.
Предусмотрен крепежный винт с контргайкой (не показан), позволяющий надежно зафиксировать крепление
для установки светильников Потели в правильное положение перед прорезью.
Свет от источника 11 коллимируется.
или приблизительно так, через конденсатор 26 и далее по соседним альтернативным путям к первым
отражающим граням 20 и 36 двух ячеек соответственно.
В ячейке 19, расположенной ближе к щели, поглощающая жидкость находится в клиновидном углублении, так
что излучение, отраженное от ее поверхности, проходит через слои жидкости различной толщины на разной
высоте. Две отражающие грани 20 и 21 этой ячейки параллельны и наклонены таким образом, что луч,
падающий на середину грани 20 под углом 70 градусов, отражается к острому краю грани 21, так что боковая
сторона ячейки не препятствует проникновению лучей. После прохождения через клин жидкости лучи
отражаются второй отражающей поверхностью 21, за исключением тех мест, где эта поверхность
прерывается рядом выемок, выточенных на ее кромке 22, как показано на рисунке 10.
Вторая ячейка 34 в точности повторяет первую, за исключением того, что у нее нет выемок на ed--e, и что
rav-метки, которые попадают на середину ее первой грани f36, отражаются в середину ее второй грани 37, а
не на ее краю. В этой ячейке 34 85 находится жидкость, с которой следует сравнивать поглощение первой
жидкости.
Обычно считается, что поглощение одной из этих жидкостей незначительно (например, воды или спирта), или,
если в тесте с жидкостью используется растворитель, используемый для этого раствора.
Таким образом, излучение, проходящее через ячейку 34, проходит через выемки на краю ячейки 19. 95 На
пути о! В луч света, проходящий через ячейку 3;4, можно поместить устройство, такое как вращающийся
сектор 30, функция которого заключается в уменьшении интенсивности луча до заданной величины. 100
Таким образом, спектрографический анализ дает серию спектров, каждый второй из которых демонстрирует
локальное поглощение, обусловленное различной толщиной раствора, в то время как промежуточные
спектры равномерно уменьшаются по всей длине волны до интенсивности, имеющей на каждой длине волны
известное отношение к излучению, прошедшему через сравниваемую жидкость.
На определенных длинах волн спектр 110, который обрезается поглощением жидкости, будет равен по
интенсивности соседнему спектру, интенсивность которого известна, и для этих длин волн можно легко
определить «плотность» 115 — толщину поглощающей жидкости, через которую прошли лучи, формирующие
ее спектр в точке соединения пары спектров.
В конкретной конструкции аппарата, которая оказалась удобной для определенных применений, угол θ клина
жидкости таков, что tan θ = -; при условии, что все лучи проходят горизонтально через ячейку, путь лучей
через жидкость равен ? /2, где i. — высота горизонтального луча над основанием клина.
Математически можно показать, что это предположение допустимо. '3C 393,648 Выемки, которых
насчитывается 25, имеют ширину 0,367 мм каждая и разделены расстоянием 0. А67 мм. Нижняя граница
нижней выемки, соответствующая верхней разделительной линии между спектрами, находится на 2 мм выше
вершины клина жидкости, и поэтому лучи, выходящие из нее, проходят через 1 мм жидкости. Лучи,
выходящие из верхней части верхней нотной записи (которая соответствует нижней разделительной линии
между спектрами), прошли через 1,0 см жидкости. Таким образом, толщина жидкости в см, t, через которую
проходит луч, выходящий из 76-го края выемки снизу (соответствующего пятому краю сверху на фотографии),
определяется следующим образом:
(i) t=0,1+0,0184(nt-1) коэффициент экстинкции e жидкости для точек совпадения соседних спектров,
следовательно, определяется следующим образом:
(ii) +D/t=D/1 { 0.1+0.0184 (n -1)} D — плотность, определенная Хёртером и Дриффилдом в «Журнале
общества».
2
'5
В соответствии с «Химической промышленностью», том 9, 1890 г., стр. 455 и далее, ячейки сделаны
достаточно высокими, чтобы их можно было использовать для измерения поглощения 1 см жидкости без
заполнения до краев, и поэтому их можно легко устанавливать или извлекать, не проливая жидкость. Таким
образом, для того чтобы внешняя поверхность клеток не намокала, достаточно совсем немногого.
Количество секторных отверстий (их два) можно регулировать таким образом, чтобы общее открытие
составляло от 0,4 до 0,7 оборота, что позволяет измерять плотность от 0,1,55 до 0,398. На секторе
выгравирована аббревиатура log m, где lIm — это доля оборота, на которую регулируется открытие сектора.
Он установлен таким образом, чтобы вращаться на валу ротора со скоростью около 175 об/мин, и в этих
условиях вполне вероятно, что гравировка будет с высокой степенью точности показывать эффективную
плотность. Сектор установлен на отдельной подставке, чтобы избежать передачи вибрации на щель, но он
настолько защищен, что его можно установить в нужное положение без риска удара о крепление ячейки во
время движения.
Разумеется, эти цифры могут быть скорректированы по мере необходимости в соответствии с конкретным
назначением аппарата.
В качестве альтернативы вращающемуся сектору для резки клоунского луча в качестве сравнительного
элемента может быть использована кремниевая пластина, катодно покрытая платиной. Налет становится
прочным благодаря обжигу. Он устанавливается в латунный или другой подходящий корпус и может быть
вставлен в углубление R8, которое в предыдущем описании было занято сектором. Для большинства работ
подходит тарелка с плотностью примерно от 0,25 до 0,35. Плотность пластины для различных длин волн
можно измерить, поместив в ячейку 19 раствор, коэффициент поглощения которого известен для различных
длин волн. В ячейку 34- помещен растворитель, и сделан снимок, по которому можно определить плотность
платиновой пластины для всех частей спектра.
Третий способ наложения известной,75-процентной сравнительной плотности может быть обеспечен с
помощью стопки кварцевых пластин. В одном из типов аппаратов фактически используется 12 пластин.
Плотность этой стопки пластин можно рассчитать по формуле Френеля для всех желаемых длин волн или
измерить по всему спектру с помощью раствора с известным коэффициентом поглощения, как описано выше
в связи с платинированной пластиной. 85 Выбор способов уменьшения интенсивности сравнительного пучка в
значительной степени зависит от значения измеряемых коэффициентов поглощения и природы исследуемых
жидкостей. Секторное излучение имеет большое преимущество в том, что оно пропускает одинаковую долю
излучения для всех длин волн и может с успехом использоваться при экспозиции 20 секунд и более. 95 В
случаях, когда требуются более короткие выдержки, а выдержки всего в одну секунду часто можно получить,
время nri (простой способ обеспечить соответствие выдержки числу M полных оборотов сектора), следует
использовать одно из других устройств.
Соседние файлы в папке патенты