專利名稱：測量液體色散折射率和吸收系數(shù)的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及液體，特別是一種測量液體色散折射率和吸收系數(shù)的方法，可以得到液體從紫外到紅外的色散折射率和吸收系數(shù)。

背景技術(shù)：
液體折射率和吸收率可以反映出液體的物質(zhì)濃度、純度等量值，可以反演出光的傳播特性。測量液體折射率和吸收率的傳統(tǒng)方法主要有目視法和數(shù)字式液體折射儀兩種。目視法采用人眼目測偏轉(zhuǎn)角，再經(jīng)過數(shù)學(xué)公式計(jì)算出折射率，這種測量隨測量人員的經(jīng)驗(yàn)水平而存在誤差。數(shù)字液體折射儀主要有基于光量法、光象散射原理、最小偏向角原理以及光波導(dǎo)原理的測量方法。它們主要都是針對液體折射率測量的，但只有折射率數(shù)值還無法真正反映出液體的特性，并且這些方法都反應(yīng)不出不同波長光的不同傳播特性。而光傳輸過程中的色散現(xiàn)象是普遍存在的，對科學(xué)研究而言更是不可忽視的。


發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是提出一種測量液體色散折射率和吸收系數(shù)的方法，以便準(zhǔn)確方便地完成液體色散折射率和色散吸收系數(shù)的檢測。
本發(fā)明的方法原理是光穿過不同長度的液體之后透射率的變化可以反映液體的吸收特性，從而算出液體的吸收系數(shù)。由光在不同界面的傳輸特性(單面透射率、反射率)以及構(gòu)成界面的其中一種材料的折射率色散光學(xué)特性，用光度學(xué)的方法計(jì)算出另一種材料的折射率色散。
本發(fā)明的技術(shù)解決方案如下 一種測量液體色散折射率和吸收系數(shù)的方法，是將待測的液體分別置于由同一材質(zhì)制成的壁厚相同而具有不同寬度的容器中，分光光度計(jì)發(fā)出的光束分別垂直穿過空容器和裝了液體的不同寬度的容器并測量透射率，得到三條透射率曲線，然后算出液體的色散折射率和吸收系數(shù)。
所述的測量計(jì)算液體折射率和吸收系數(shù)的方法，包括下列具體步驟 ①用分光光度計(jì)發(fā)出的光束垂直穿過空容器并測量透射率隨波長的變化，記為T0，計(jì)算光經(jīng)過四個(gè)容器和空氣的界面的單面透射率再由R+T＝1計(jì)算出單面反射率R＝1-T，由計(jì)算出容器的色散折射率； ②將待測液體分別裝入同一材質(zhì)制成的相同壁厚而具有不同寬度L1和L2的容器中； ③用分光光度計(jì)輸出的光束垂直穿過寬度為L1的液體的容器后并測量透射率隨波長的變化，記為T1測； ④用分光光度計(jì)輸出的光束垂直穿過寬度為L2的液體的容器后并測量透射率隨波長的變化，記為T2測； ⑤計(jì)算液體色散吸收系數(shù)α由公式


計(jì)算待測液體吸收系數(shù)α隨波長的變化曲線，其中l(wèi)為光在液體中傳播的距離，即為L1和L2的差值，A為液體的吸收率，由測得的液體的透射率差值獲得； ⑥計(jì)算液體的色散折射率n′由公式計(jì)算，其中n為容器的色散折射率，R′為容器和液體的界面的單面反射率，R′＝1-T′，T′為容器和液體的界面的單面透射率，

A是液體對光的吸收率。
由上述技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明的核心是采用光度學(xué)的方法測量液體的色散折射率和吸收率，如果將所采用的方法編程進(jìn)行計(jì)算，會直接得出液體的折射率和吸收系數(shù)的色散曲線。本發(fā)明方法可以準(zhǔn)確方便地得到液體的色散折射率和吸收系數(shù)。



圖1為光經(jīng)過L1長度的液體后的透射率測量的示意圖。
圖2為光經(jīng)過L2長度的液體后的透射率測量的示意圖。
圖3為光在空容器中傳播的走向示意圖。
圖4為光在盛了液體的容器中傳播時(shí)的示意圖。
圖5為采用本發(fā)明所介紹的方法測量的自來水和純凈水在300～900nm波段范圍內(nèi)的折射率色散曲線。
圖6為采用本發(fā)明所介紹的方法測量的自來水和純凈水在300～900nm波段范圍內(nèi)的吸收系數(shù)色散曲線。

具體實(shí)施例方式 以下結(jié)合附圖和實(shí)施例詳細(xì)說明本發(fā)明。
先請參閱圖1和圖2，圖1為光經(jīng)過L1長度的液體后的透射率測量的示意圖。圖2為光經(jīng)過L2長度的液體后的透射率測量的示意圖。
將待測液體置于寬度為L1的容器中，用分光光度計(jì)測出光經(jīng)過容器和液體后的透射率為T1測。將待測液體置于寬度為L2的容器中，用分光光度計(jì)測出光經(jīng)過容器和液體后的透射率為T2測。
由圖1和圖2所測量的結(jié)果可以計(jì)算液體的色散吸收率。由公式(其中l(wèi)為光在液體中傳播的距離，即為L1和L2的差值，A為液體的吸收率，由測得的液體的透射率差值獲得)得出了液體吸收系數(shù)隨波長的變化曲線圖。
圖3為光在空容器中傳播的走向示意圖?？梢钥吹焦鈺?jīng)過四個(gè)容器和空氣的界面，所以光的單面透射率T1＝T2＝T3＝T4＝T，光的單面反射率R1＝R2＝R3＝R4＝R，測得的最終透射率T0測＝T4，由此，可根據(jù)測得的透射率計(jì)算出單面透射率T，再由R+T＝1計(jì)算出單面反射率R，再由計(jì)算出容器的色散折射率。
圖4為光在盛了液體的容器中傳播時(shí)的示意圖。可以看到光會經(jīng)過四個(gè)界面，其中有兩個(gè)是容器和空氣的界面，單面透射率T1＝T4＝T，單面反射率R1＝R4＝R，兩個(gè)是容器和液體的界面，單面透射率T2＝T3＝T′，單面反射率R2＝R3＝R’，故 T1測＝T2T’2-A， 其中A是液體對光的吸收率，從而可以求出容器與液體界面的單面透射率T′，

再由T′+R’＝1可以算出單面反射率R’。在正入射的條件下，根據(jù)公式其中n’為液體的折射率，可以算出液體的色散折射率 采用本發(fā)明方法測量自來水和純凈水在300～900nm波段范圍內(nèi)的折射率色散曲線和吸收系數(shù)色散曲線如圖5和圖6所示。圖5為采用本發(fā)明方法測量自來水和純凈水在300～900nm波段范圍內(nèi)的折射率色散曲線。圖6為采用本發(fā)明所介紹的方法測量的自來水和純凈水在300～900nm波段范圍內(nèi)的吸收系數(shù)色散曲線。
權(quán)利要求
1、一種測量液體色散折射率和吸收系數(shù)的方法，特征在于將待測的液體分別置于由同一材質(zhì)制成的壁厚相同而具有不同寬度的容器中，分光光度計(jì)發(fā)出的光束分別垂直穿過空容器和裝了液體的不同寬度的容器并測量透射率，得到三條透射率曲線，然后算出液體的色散折射率和吸收系數(shù)。
2、根據(jù)權(quán)利要求1所述的測量液體色散折射率和吸收系數(shù)的方法，特征在于包括下列步驟
①用分光光度計(jì)發(fā)出的光束垂直穿過空容器并測量透射率隨波長的變化，記為T0，計(jì)算光經(jīng)過四個(gè)容器和空氣的界面的單面透射率再由R+T＝1計(jì)算出單面反射率R＝1-T，由計(jì)算出容器的色散折射率；
②將待測液體分別裝入同一材質(zhì)制成的相同壁厚而具有不同寬度L1和L2的容器中；
③用分光光度計(jì)輸出的光束垂直穿過寬度為L1的液體后并測量透射率隨波長的變化，記為T1測；
④用分光光度計(jì)輸出的光束光垂直穿過寬度為L2的液體后的透射率隨波長的變化記為T2測；
⑤計(jì)算液體色散吸收系數(shù)α由公式
計(jì)算待測液體吸收系數(shù)α隨波長的變化曲線，其中l(wèi)為光在液體中傳播的距離，即為L1和L2的差值，A為液體的吸收率，由測得的液體的透射率差值獲得；
⑥計(jì)算液體的色散折射率n′由公式計(jì)算，其中n為容器的色散折射率，R′為容器和液體的界面的單面反射率，R′＝1-T′，T′為容器和液體的界面的單面透射率，
A是液體對光的吸收率。
全文摘要
一種測量液體色散折射率和吸收系數(shù)的方法，該方法是將液體分別置于由同一材質(zhì)制成的具有相同壁厚而具有不同寬度的容器中，分光光度計(jì)的光源光束分別垂直穿過空容器和裝了液體的不同寬度的容器，得到三條透射率曲線，然后用光度學(xué)的方法，算出液體的色散折射率和吸收系數(shù)。用此種方法得到的液體光學(xué)特性可以反映光的色散特性，在海洋光學(xué)領(lǐng)域和食品醫(yī)藥領(lǐng)域有比較廣泛的應(yīng)用。
文檔編號G01N21/59GK101271067SQ200810037198
公開日2008年9月24日 申請日期2008年5月9日 優(yōu)先權(quán)日2008年5月9日
發(fā)明者袁景梅, 范正修, 邵建達(dá), 葵 易 申請人:中國科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所