[发明专利]精确测量微量液体折射率的一种方法

说明书

所属技术领域

本发明属于用可见光作光源测量透明、半透明液体或固体折射率的方法。

背景技术

在化工、医药、食品、石油等工业部门及高校实验中，经常要测定一些液体和固体的折射率。现行常用测量物体折射率的方法有以下几类：

几何光学方法。根据折射率定律、全反射定律，通过准确测量有关角度及距离来求解折射率。如最小偏向角法、全反射法、掠入射法、位移法等。其中代表为应用广泛、技术较为成熟的阿贝折射仪。阿贝折射仪能快速准确的测量物质折射率，但由于其基本原理所局限，折射率的测量范围为至n_s(n_s是直角棱镜的折射率)。因为用阿贝折射仪测量是一种半开放式测量，所以在测量有毒、有刺激性气味的物质时不便操作，污染较大，在测量易挥发性或易吸水性液体折射率时，存在操作不方便和观察到的现象不稳定的问题；测量固体介质折射率时须将待测固体制成有两个互成90角的抛光面的制件，这增加了工艺难度。

波动光学方法。根据光通过介质后其位相的变化或偏振状态的变化与介质折射率有关的原理来测定介质折射率。如布儒斯特角法、干涉法、衍射法等。使用这类方法能提高测量精度，却存在所需仪器不常用且精度要求较高，测量过程中不方便操作、计算过程复杂的问题，不利于推广普及使用。如用干涉法测液体折射率不但要测距离还要进行条纹记数，所使用的高精度的长度测量仪和高精度的可逆电子条纹计数器对最终的测量结果起到至关重要的作用，同时也增加了测量成本。

几何光学与光电探测技术结合的方法。该类方法基本原理与几何光学法相同，在数据采集上避开传统的直接测角或测距，使用了光电探测仪器进行数据采集从而提高测量精度，但存在受限于光探头复杂结构及抗干扰能力差，且所涉及测量系统复杂，测量过程过分依赖于计算机的问题。

现行所用的测量透明、半透明液体和固体折射率的方法很多，普遍存在简单的测量仪器和较高的测量精度不可兼得的问题。从实用性角度来说以几何光学法为优，用现行几何光学方法不利于测量某些特殊液体的折射率，如微量、有毒、有刺激性气味、易挥发性、易吸水性液体，在测量固体介质时，制件不便宜制作，折射率的测量范围受限等问题。

发明内容

为了克服现行液体折射率测量方法中待测样品需要量大，不利于测量有毒、有刺激性气味、易挥发性、易吸水性液体的折射率，特别是简单的测量仪器和较高的测量精度不能兼顾的问题，本发明旨在提供一种仅使用玻璃毛细管和常规的读数显微镜来精确测量微量透明、半透明液体或圆柱光纤型固体折射率的方法。

本发明通过以下方式实现：将放大倍数为10×10、焦深为0.006mm的显微镜的镜筒3固定在位移最小分度值为0.01mm的一维微动位移平台6上，让镜筒3的光轴和位移平台6一维微动方向平行，二者组成在本发明中的读数显微镜。

测量透明或半透明液体介质折射率时，利用毛细现象将待测液体2吸入内、外半径及管壁折射率分别为r、R和n₀的毛细管1中。毛细管1竖直放置，用一束平行白光或准直后的单色光从一侧正入射毛细管1。毛细管1的四个界面共同构成一个由四个共轴柱面组成的光学系统，由光学成像原理可知，用显微镜在毛细管1另一侧可观察到平行光线通过毛细管1后所成的像，为一条平行于毛细管1的亮线，成像的位置由毛细管1的参数和待测介质2的折射率共同决定。通过读数显微镜可分别测量出明亮亮线的位置和毛细管1外轮廓(轴线位)清晰像的位置，移动位移平台6测量出这两个清晰像间的距离，带入由光线追迹法或高斯成像公式推导得出的折射率计算公式可算出待测液体的折射率n。在毛细管1位置固定后，测量时只需读出明亮亮线的位置，将待测量减少到一个，提高了所测液体折射率的测量精度。我们推导出的用玻璃毛细管测量液体折射率的计算公式为：