Способ измерения спектров эффекта фарадея различных веществ

О ВЙ"(;, АН И ЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз Сфветскик Сфциалистичесиик Республик(51)М, Кл. С 01 И 7/00 с присоединением заявки Йо -Государственный комитет СССР по делам изобретений и открытий(72) Автор изобретения И.И Ушаков 71) ЗаяВИтЕЛЬ Ленинградский ордена Трудозого Красного Знамени(54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ СПЕКТРОВ ЭФФЕКТА ФАРАДЕЯ РАЗЛИЧНЫХ ВЕЩЕСТВ Изобретение относится к аналити 1 ческим методам и может быть использовано для исследования и анализа твердых и жидких веществ в различных отраслях промышленности.5Для получения дополнительной н принципиально важной информации о пространственном распределении внешних электронов при образовании химических связей как в неорганических, так и в органических соединениях применяют различные поляризационно-оптические методы, в которых измеряются и анализируются определенные характеристики поляризационного излу чения различных длин волн после его взаимодействия с исследуемыми объектами,.Среди этих методов интересные воэможности и широкие перспективы имеет эффект Фарадея, вследствие универсальной природы магнитного вращения плоскости поляризации, прису щей в той или иной мере любым вещест- вам и черзвычайно широкой области спектра от радиодиапазона до рентгеновского (1).Величина угла поворота плоскости поляризации в магнитном поле опреде 1 тяется разностью фаз круговых состав-ЗО ляющих линейно поляризованного излучения. проходящего через исследуемый образец в направлении магнитно- силовых линий, а фазовые эффекты обладают повышенной чувствительностью к изменению состава и строения исследуемых веществ.Указанные особенности фарадеевского вращения обусловлены тем, что только под воздействием внешних магнитных полей полностью снимается вырождение энергетических уровней в любом веществе, а также изменяется вероятность направления квантовых переходов и появляется воэможность получить сведения о комбинирующих уровнях, особенно в области полос поглощения, установить их симметрию и характер расщепления при спектральных исследованиях в магнитном поле соответствующей направленности.Большинство известных исследований эффекта Фарадея в различных веществах проводятся в постоянных или переменных магнитных полях, напряженность которых не превышает 25 кЭ и ограничена магнитным насыщением сердечников электромагнитов, а в соленоидах беэ Ферромагнитных сер40 дечников получать большие по напряженности Н магнитные поля затруднительно вследствие большой расходуемой мощности Р соответственноуравнению:Н=Г , ( )где Г - коэффициент, характеризующий геометрию соленоидаЧ - внутренний объем;р - удельное сопротивление витков 10соленоида;к - параметр заполнения межвитковой изоляции;Следовательно, для увеличения напряженности Н магнитного поля в 2 раза необходимо в 4 раза увеличитьрасходуемую мощность, что., к примеру, для напряженности 200 тысяч Эв установках потребовало бы подводитьмощность в сотни магаватт, которыесмогли бы поставлять только особыеэнергетические электростанции.Если на электромагниты без ферромагнитных сердечников с сопротивлением Р десятки или сотни Ом поступает постоянный или переменный во времени 1 ток Э, то существенным, апри больших токах и принципиальным,ограничением является проблема рассеяния тепловой, энергииО= 0,24 з Н Г (2) ОТаким образом, для значительногоувеличения напряженности Н необходимо существенно уменьшить сопротивление Н соленоидов (в импульсныхсоленоидах В 5 - б 10 З Ом), а также сократить время С прохождения тока через соленоид (в данном случае200 - 400 мкс) при времени заряда2-4 с. Тогда вследствие скважинности импульсного процессав тысячи раз сокращается потребляемая электрическая мощность, соответственно габариты и вес всего комплекса приборовна установках,Новые сверхпроводящие сплавы позволяют получать магнитные поля напряженностью до 100 кЭ, но их устойчивая работа возможна только приналичии специальных устройств сверхнизких температур. В таких условияхисследуемые образцы также охлаждаются до укаэанных температур, а большинство важнейших для технологическихпроцессов веществ работают и исследуются при положительных температурах,Для надежных измерений спектровфарадеевского вращения диамагнитныхвеществ необходимы магнитные поля снапряженностью значительно превышающей максимальные значения напряженности известных установок поисследованию эффекта Фарадея в пеРеменных или постоянных магнитныхполях по причине малой величины 65удельного магнитного вращения Ч (постоянной Верде), так как амплитуда угла магнитного вращения плоскости поляризации линейно зависит от напряженности Н магнитного поля однородного на длине образца В, т,е.Ф = ЧНВ соз(Н В) (4) где соз(ФВ) - угол между направлением распространения линейно поляризованного излучения и вектором напряженности магнитного поля Н.В известном способе (2 применялись импульсные магнитные поля переменной затухающей амплитудын-ноС (, зпв(5) однократного действия и соответственно уравнению (4) также во времени 1изменялось и положение плоскости поляризации, т,е. определение величины эффекта Фарадея производилось через интенсивность импульсов засвет.,й Ф = асс зал- ,) + - (б)ки в результате магнитного вращения плоскости поляризации, которое возможно только для углов, превышающихо90 и относится к первому импульсу. Последующие осциляции тока (5) в таких способах вносят в измерительную схему специфические помехи, а их энергия расходуется на нежелательный разогрев импульсного соленоида.Основным недостатком измерения магнитооптического вращения плоскости поляризации . в укаэанном прототипе с генераторами импульсных магнитных полей переменной затухающей ампли туды является сложность и большая погрешность. определения амплитуды импульсов эффекта в однократном режиме, которые особенно проявляются при спектральных исследованиях вследствие изменения чувствительности фотоприемников на различных длинах волн.Попитка: применить дополнительную механическую модуляцию с целью повышения разрешающей способности в измерениях фарадеевского вращения оказалось неудачной вследствие значительных неконтролируемых погрешностей, так как имеются принципиальные ограничения на устойчивость и пределы синхронизации механического модулятора с электронными схемами запуска установок однократных импульсных магнитных полей переменной затухающей амплитуды. Известные измерения эффекта фарадея в указанных импульсах магнитных полей проведены только на.отдельных монохрометрических длинах волн.В описываемом способе, с целью повышения точности измерения и расширения пределов измеренияфарадеевского вращения, применяются однопоб 97897 Формула изобретения Составитель ЭСкорпяковРедактор О. Колесникова Техред, М.Петко корректор М. Шаривши Заказ 6556/13 Тираж,1073 Подписное ЦНИИПИ Государственного комитета СССР по делам.изобретений и открытий 113035, Москва, Ж"35, раушскаянаб д. 4/5филиал ППП Патентф, г. Ужгород, уд, Проектная, 4 лярные периодические импульсы магнитного поля значительной напряженности (до 200 тысяч Э) при длительности по основанию от 200 до 400 мкс. Если анализатор в ячейке Фарадея установлен перпендикулярно главной . 5 плоскости поляризатора, то линейно- поляризованное излучение через эту ячейку практически не проходит. В момент воздействия на исследуемый Образец однополярного импульса маг- , 1 О нитного поля происходит магнитное вращение плоскости поляризаций.Вследствие статических и динами.ческих особенностей магнитооптической ячейки фарадея при воздействии однополярных импульсов магнитного поля на исследуемое вещество, через которое непрерывно проходит линейно поляризованное излучение, любое положение анализатора или поляризатора не позволяет полностью скомпенсировать угол магнитного вращения плоскости поляризации. Но плавный поворот анализатора от перпендикулярного к поляризатору положения по направлению импульсного магнитного вращения плоскости поляризации обуславливает уменьшение амплитуды импульсов Фарадеевского вращения по закону Малюса с последующим искажением формы в виде провала его верщины вследствие пересечения вращающимся электрическим вектором линейно поляризованного излучения главной плоскости (или нулевой линии) анализатора. Аналогичная ситуация наблюдает ся при вращении поляризатора в обратном направлении.Следовательно, указанные особенности позволяют измерить величину угла поворота плоскости поляризации 4 в эффекте Фарадея не по интенсивности, как в известных способах, а по изменению формы импульса в схеме регистрации. Одновременно однополярМые импульсы воздействуют на иссле;дутые вещества магнитного поля, вылполняют функции моделирующего. сигнала. Способ измерений спектров фарадеевского вращения в однополярных импульсных магнитньх полях обуславливает хорошее отношение сигнала к шуму и позволяет измерить положительные зна" ,чения амплитуды угла магнитного вращения плоскости поляризации на различных длинах волн с абсолютной пог;решностью, не превышающей 1 мин. Экспериментально проверенная воспроизводимость,.импульсов магнитного. поля не хуже 0,053, а дрейф нулевого поло:жения составляет 0,01/час и суммарная погрешность измерения спектров фарадеевского вращения не превышает 1 с доверительной вероятностью 0,99 при соответствующей однородности магнитного поля в рабочем объеме двухсекционного импульсного соленоида. Способ измерения спектров эффекта.Фарадея различных веществ путем ре",гистрации уницолярного импульсногомагнитного вращения плоскости поляризации анализатором при непрерывном пропускании через образец вещест.ва линейно поляризованного излучения,о т л и ч а ю щ и й с я тем, чтос целью повышения точности и расширения пределов измерений, анализаторповорачивает по направлению магнитного вращения плоскости поляризации .и определяют изменение формы регистрируемого импульса.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Успехи химии, 1971, т. Х,вып, 4, с. 654-693.2, Асса Раув Ро 1 оп 3.са, Ч, 1957,ч, 16, Р 1-2, 151 (прототип),