экспресс-метод идентификации и контроля качества жидкостей

Формула изобретения

Способ экспресс-идентификации и контроля качества жидкостей, состоящий в нагреве пробы оптическим излучением, отличающийся тем, что тонкий слой жидкости со свободной поверхностью облучают лазерным импульсом, поглощаемым жидкостью или подложкой, а о характеристиках жидкости судят по индивидуальным особенностям процесса развития и релаксации термокапиллярного отклика, наблюдаемого с помощью считывающего непрерывного лазерного пучка видимого диапазона.

Описание изобретения к патенту

Предлагаемое изобретение относится к области диагностики жидкостей и может быть использовано для экспресс-анализа всевозможных промышленных, бытовых и пищевых жидкостей.

Диапазон решений задачи контроля качества жидкостей охватывает как традиционные физико-химические методы [1], так и специфические способы [2], применимые для узких классов жидкостей.

С точки зрения экспресс-диагностики особенно перспективны способы [3, 4], основанные на измерении физических характеристик пробы, так как эти способы могут быть реализованы в портативных приборах, работа с которыми не требует специальной подготовки пользователя.

Наиболее близким к изобретению является способ [5], состоящий в нагреве пробы энергетическим воздействием (электромагнитной или механической природы), обладающим избирательным действием по отношению к анализируемым составляющим пробы, и регистрации изменений ее температуры. Недостатком способа является его неприменимость для анализа жидкостей, включающих компоненты с близкими тепловыми характеристиками, а также то, что он нечувствителен к поверхностно активным веществам, небольшие изменения концентрации которых могут существенно влиять на качества жидкости.

Основа предлагаемого способа идентификации и контроля качества жидкостей - фотоиндуцированный термокапиллярный (ФТК) эффект [6, 7]. Этот эффект наблюдается при облучении лазерным пучком слоя жидкости со свободной поверхностью. Индуцируемое пучком, локальное тепловое возмущение порождает термокапиллярные течения, которые приводят к деформации поверхности слоя в виде углубления, профиль которого определяется комплексом тепловых, механических и оптических характеристик жидкости [7, 8]. В то же время, углубление преобразует распределение интенсивности в отраженном или прошедшем через него лазерном пучке. Поместив экран в поперечное сечение каустики преобразованного пучка, можно наблюдать интерференционную картину, называемую термокапиллярным (ТК) откликом [6-8]. Технический результат - повышение чувствительности идентификации и контроля качества жидкостей.

Способ состоит в том, что пробу исследуемой жидкости (в виде тонкого слоя со свободной поверхностью) облучают поглощающимся жидкостью или подложкой лазерным импульсом, тепловое действие которого индуцирует ФТК эффект, а идентификация и контроль качества жидкости проводится по индивидуальным особенностям процесса развития и релаксации ТК отклика, который наблюдается с помощью непрерывного маломощного (считывающего) лазерного пучка видимого диапазона.

Принципиальная схема способа показана на фиг.1, где 1 - кювета с пробой; 2 - лазер, индуцирующий ФТК эффект; 3 - считывающий лазер; 4 - ТК углубление; 5 - устройство регистрации ТК отклика (например, ПЗС матрица или линейка фотодиодов); 6 - электронный блок анализа процесса развития и релаксации ТК отклика.

В качестве примера, иллюстрирующего возможности идентификации жидкостей с очень близкими физическими характеристиками, приведены результаты опытов с растительным маслом, фиг.2, где показан график зависимостей диаметра (D) ТК отклика от времени (t) с момента начала воздействия пучка лазерного диода мощностью 20 мВт на слои масла толщиной 0,5 мм. Индивидуальность масел разных производителей проявляется как в эволюционных зависимостях внешнего диаметра ТК отклика, так и в его внутренней структуре, что позволяет идентифицировать жидкости сопоставлением с эталонными данными. Кроме этого, для наиболее употребительных классов жидкостей в структуре и эволюционных зависимостях ТК отклика могут быть определены характерные особенности (маркеры), которые однозначно свидетельствует о низком либо высоком качестве жидкости.

Таким образом, заявляемый способ сочетает простоту и возможность детальной идентификации и контроля качества жидкостей по комплексу их физических характеристик.

ЛИТЕРАТУРА

1. А.с. СССР №1732265, G 01 N 33/30, 1992, Бюл. №17.

2. А.с. СССР №989481, G 01 N 33/30, 1983, Бюл. №2.

3. А.с. СССР №1663541 А1, G 01 N 33/30, 1991, Бюл. №26.

4. А.с. СССР №1770902 A1, G 01 N 33/30, 1992, Бюл. №39.

5. А.с. СССР №775674, G 01 N 25/20, 1980, Бюл. №40.

6. Da Costa G., Calatroni J. // Applied Optics. 1978. V.17. №15. С.2381.

7. Безуглый Б.А. Капиллярная конвекция, управляемая тепловым действием света и ее применение в способах регистрации информации. Автореф. дис. канд. ф.-м.н., М, МГУ, 1983, 18 с.

8. Безуглый Б.А., Федорец А.А. Лазерный метод измерения толщины тонкого слоя жидкости на твердой поверхности с помощью термокапиллярного отклика // Письма в ЖТФ. - 2001. - №9. - С.20-25.