Как устраняется дисперсия в рефрактометре кратко

Обновлено: 08.07.2024

при помощи приборов научного и промышленного назначения.

При переходе из одной среды в другую свет испытывает преломление, направление распространения света меняется. Количественно это явление описывается законом Декарта-Снеллиуса (1637 г.).

отношение синуса угла падения к синусу угла преломления есть величина постоянная для данных двух сред. Эта постоянная называется относительным показателем преломления (второй среды относительно первой). Если первой средой будет вакуум, то показатель преломления называется абсолютным . Можно видеть, что относительный показатель преломления

равен отношению абсолютных показателей второго вещества к первому. Обычно в таблицах показателей преломления веществ даются абсолютные показатели. Для воздуха он равен практически единице. Поэтому в тех случаях, когда вещество находится в воздухе, закон (1) можно записать проще, не указывая индексы в правой части,

где - показатель преломления вещества, указанный в таблицах.

Показатель преломления среды - важнейшая ее характеристика, вот почему вопросу определения показателя преломления сред уделяются столь большое внимание.

В первые десятилетия после открытия закона считали это отношение постоянным. Но в 1665 г. Ньютон в своих известных опытах со стеклянной призмой (они описаны в "Оптике" Ньютона, 1704) расширил понятие показателя преломления, открыв явление, названное им дисперсией света . При пропускании пучка белого света через стеклянную призму на экране наблюдалось растянутое цветное изображение отверстия, через которое проходил белый свет (рис.1). Вверху наблюдалась красная окраска, внизу - фиолетовая. Между ними располагались прочие цвета радуги. Таким образом, дисперсия света - это явление спектрального разложения света, происходящее вследствие того, что скорость света в веществе зависит от длины волны (частоты).

Дисперсия света означает, что показатель преломления вещества не постоянен, а зависит от длины волны

Характер зависимости n ( λ ) в веществе, конкретный вид этой функции, определяется структурой вещества. Поэтому общий вид этой функции неизвестен. Принято для каждого вещества, например, для стекла определенного сорта, задавать функцию n ( λ ) либо в виде таблицы для известных длин волн (см. табл. 1), либо в виде графика (рис.2).

В сущности, кривая таблично задается только в определенных точках. В промежутках же считают, что кривая идет плавно, но это предположение справедливо лишь в отсутствии поглощения. В качестве так называемого основного значения показателя преломления вещества, если дисперсия не интересует или она мала, в таблицах приводится значение n D , или указывается конкретное значение показателя преломления.

Практически как меру дисперсии, т.е. растяжения спектра, вводят величину средней дисперсии и относительной дисперсии .

где n D - желтая линия натрия (589,3 нм); n C - красная линия водорода (656,3 нм); n F - зелено-голубая линия водорода (486,1 нм); n G - синяя линия водорода (434,1 нм).

Самым важным оптическим материалом является стекло. В зависимости от примесей (свинца и др. металлов) различают стекла сорта флинт (тяжёлые, с большим показателем n ) n >1,60; и легкие крон , с n = 1,45 - 1,60. Однако дисперсия у крона больше, чем у флинта. Поэтому комбинация стекол с разными свойствами позволяет строить оптические системы, исправленные от различного рода аберраций.

I. Устройство и принцип работы рефрактометра ИРФ – 23.

В данной работе определение показателя преломления производится по измерению предельного угла преломления на рефрактометре ИРФ-23.

Понятие предельного угла было введено Кеплером при изучении явления полного и внутреннего отражения. Если, например, свет идет из воды

в воздух (рис.3) или, вообще, из среды оптически более плотной в среду оптически менее плотную, то луч 1 частично отражается, частично выходит во вторую среду; луч 2 частично отражается и частично скользит вдоль поверхности раздела, угол , а луч 3 вообще не выходит в воздух. Угол падения для луча 2 был назван предельным. Значит, все лучи, для которых угол падения больше предельного, не выйдут в воздух, а претерпят полное внутреннее отражение.

Воспользуемся законом (1). Если , то для , = 90 о .

Измерив предельный угол, и зная показатель преломления одной из сред, можно вычислить показатель преломления другой среды.

Используемый в работе рефрактометр ИРФ-23 позволяет определить показатель преломления вещества в интервале с точностью 10 -4 и дисперсию с точностью 1,5·10 -5 .

Основной частью прибора является измерительная прямоугольная призма (рис.4) с известным показателем преломления в широком интервале длин волн.

Скользящий пучок света идет вдоль границы раздела среды и призмы с показателями преломления n и N соответственно. При угле падения света в среде i =90 o закон преломления запишется в виде

т. к. измерительная призма прямоугольная, то угол падения на вертикальную грань равен 90 o - α , а угол выхода луча в воздух, будет . Эти углы связаны законом преломления

комбинируя (6) и (7), получим формулу

Зная показатель преломления вещества призмы и, измерив угол выхода луча φ, можно найти показатель преломления жидких и твердых тел. Если пучок S содержит немонохроматический свет, за призмой будет спектр этого света. Угол φ в формуле (8) есть наименьший из всех возможных углов преломления лучей, вышедших через боковую грань призмы. Следовательно, если на пути этих лучей поставить зрительную трубу так, чтобы скользящий луч после призмы попадал в центр фокальной плоскости объектива, то нижняя часть поля зрения будет освещена, а верхняя останется темной . Граница света и тени определится лучом, выходящим под якобы предельным углом φ. Это положение зрительной трубы иллюстрирует рисунок 5.


Основные части рефрактометра (рис. 6): измерительная призма 2, зрительная труба 1, отсчетное устройство 3, осветительная система 4. При исследовании жидких веществ на призму ставят цилиндрический стаканчик. Для твердых тел употребляют образец с отполированной гранью, которая устанавливается на призму. Между образцом и призмой для оптического контакта помещают каплю жидкости с показателем меньшим, чем у призмы, но большим чем у используемого образца. Расчетная формула при этом не меняется.


Рис. 6

Конструкция осветительной системы обеспечивает применение гейслеровых трубок, натровой и ртутной ламп.

Зрительная труба 1 - жестко связана с осью градусного лимба 3. Грубый поворот зрительной трубы (1) производится от руки при отжатом винте 6, а точная наводка и установка креста нитей на верхнюю границу спектральной линии осуществляется микрометрическим винтом 5. Зрительная труба снабжена автоколлимационным окуляром с косым крестом.

Отсчетное устройство для измерения углов поворота зрительной трубы состоит из лимба, микроскопа со спиральным окулярным микрометром, осветителя, укрепленного на кожухе лимба. Наводка витков спирали окулярного микрометра на штрихи лимба осуществляется маховиком, расположенным под окуляром отсчетного устройства. Отсчет углов на приборе производится так: в поле зрения микроскопа одновременно видны два-три горизонтальных градусных штриха, неподвижная вертикальная шкала десятых полей градуса с делениями от 0 до10, круговая шкала для отсчета сотых и тысячных долей градуса и десять двойных витков спирали (рис. 7). Для отсчета угла вращением маховичка подводят двойной виток спирали так, чтобы градусный штрих, расположенный в зоне двойных витков, оказался точно по середине между линиями витка. Число десятых долей градуса показывает цифра последнего пройденного штриха вертикальной шкалы.


Рис. 7

Сотые и тысячные доли градуса отсчитывают по круговой шкале с ценой деления 0.001. Десятитысячные доли оценивают на глаз. Так, например, на рис.6 отсчет соответствует значению угла

Угол находят по формуле (8) как разность отсчетов положения спектральной линии φ λ и так называемого ноль-пункта φ о. Для определения ноль-пункта нужно с помощью винтов 6 (стопорного) и 5 (микровинта) (рис.5) установить зрительную трубу перпендикулярно боковой грани призмы, или совместить нити перекрестия трубы, видимые в окуляре, с отражением их гранью призмы. Расположить перекрестие симметрично изображению (рис. 8). Произвести отсчет.


Рис. 8

Экспериментальная часть.

Задание 1. Определение показателя преломления и дисперсии стекла на рефрактометре ИРФ – 23.

Приборы и принадлежности : рефрактометр ИРФ-23, ртутная лампа, исследуемый стеклянный цилиндр.

Ознакомиться с устройством прибора и научится отсчитывать углы по измерительному лимбу.

Определить нуль - пункт прибора. . Измерения произвести несколько раз (не менее трех). Найти среднее значение измеряемой величины.

Включить ртутную лампу. Получить на левой границе раздела призмы и стеклянного цилиндра светлую вертикальную полосу с помощью проектирующего устройства осветительной системы.

Вращая зрительную трубу, просмотреть спектр излучения ртутной лампы.

Вернуть трубу на изображение верхней границы первой линии (рис. 5). Убедиться, что верхняя резкая граница спектральной линии является предельной. Это делается с помощью перемещения источника света: если установка правильна, то при произвольном перемещении источника положение верхней границы будет неподвижным, нижняя граница линии при этом может смещаться.

Определить угол   . Для этого подвести перекрестие к верхней границе линии и снять отсчет по лимбу. Измерения провести несколько раз. Найти среднее. Результаты измерений занести в таблицу.

Рефрактометрами называют приборы, служащие для определения показателей преломления и средней дисперсии жидкостей и твердых тел.

Оптическая схема рефрактометра Аббе представлена на рис. 1. Основной частью рефрактометра являются две стеклянные призмы Р1(осветительная) и Р2 (измерительная), изготовленные из стекла с большим показателем преломления. В разрезе призмы имеют вид прямоугольных треугольников, обращенных друг к другу гипотенузами. Зазор между призмами имеет ширину 0,1 мм и служит для помещения исследуемой жидкости.

При измерениях показателя преломления с помощью рефрактометра Аббе можно пользоваться как методом скользящего луча, так и методом полного внутреннего отражения. Ход лучей в призмах при работе по методу скользящего луча изображен на рис. 2,а. Свет проникает в призму Р1 через грань ef и попадает в жидкостьчерез матовую грань ed. Свет, рассеянный матовой поверхностью, проходит через слой жидкости и под всевозможными углами (0° 90°) падает на сторону ac призмы Р2.


Рис.1. Оптическая схема рефрактометра Аббе: Р1 –осветительная призма; Р2 – измерительная призма; З – зеркало; П1, П2 – призмы Амичи; Л1 – объектив; Л2 –окуляр.

Скользящему по границе ac лучу ( 90°) соответствует наибольший угол преломления и, следовательно, наименьший угол падения на грань ab. В связи с этим угол выхода лучей из грани ab может изменяться лишь в интервале от некоторого значения до 90°.

Найдем . Из рис. 2,а следует, что углы и связаны между собой следующим соотношением:

Из закона преломления при 90° имеем:

где – показатель преломления исследуемой жидкости; – показатель преломления стекла призм.

Исключая и , получаем:

Угол зависит только от показателя преломления исследуемой жидкости, так как остальные величины в (4) постоянны для данного прибора.


Рис.2. а)ход луча в призмах при использовании метода скользящего луча; б)ход лучав призмах при использовании метода полного внутреннего отражения. (Зеркало и призмы Амичи не показаны).

Приведенный расчет справедлив только в том случае, если . Следовательно, с помощью рефрактометра можно измерить только показатели преломления, меньшие показателя преломления материала призм.

Свет, выходящий из грани ab, проходит через объектив Л1 и окуляр Л2 (действие призм Амичи пока не рассматриваем). Объектив представляет собой двулинзовую систему – линзы подобраны таким образом, чтобы устранить хроматическую и сферическую аберрации. Объектив и окуляр имеют общую фокальную плоскость gg (рис.2,а), т.е. образуют зрительную трубу, установленную на бесконечность. В общей фокальной плоскости расположен крест, образованный тонкими нитями.

Пусть на рис. 2,а и оптическая ось зрительной трубы параллельна лучам, выходящим из призм под углом . Тогда эти лучи соберутся в фокусе F. Параллельные лучи, идущие под углами, большими , соберутся в точках фокальной плоскости, лежащих правее фокуса (труба дает перевернутое изображение). Так как нет лучей, идущих под углами, меньшими , расположенная левее фокуса половина фокальной плоскости неосвещена. В поле зрения окуляра наблюдается резкая граница света и темноты. В рассматриваемом положении эта граница проходит через центр креста, и измерение показателя преломления сводится к измерению угла между нормалью к грани ab и оптической осью зрительной трубы.

Совмещения границы света и темноты с центром креста добиваются вращением оправы с призмами. С оправой скреплен указатель, перемещающийся по шкале. Шкала градуируется непосредственно в значениях показателя преломления.

При измерении показателя преломления жидкости методом полного внутреннего отражения призму Р2 освещают со стороны грани bc, которая является матовой (рис. 2,б). Свет падает на границу раздела ac под всевозможными углами. При , где – предельный угол полного внутреннего отражения, наступает полное внутреннее отражение. При свет отражается лишь частично. В поле зрения трубы наблюдается при этом резкая граница света и полутени. Легко показать, что минимальное значение угла , определяющее положение границы, находится из соотношения (4).

Таким образом, положение границы света и полутени при измерении методом полного внутреннего отражения совпадает с положением границы света и темноты при измерении методом скользящего луча. В отличии от метода скользящего луча, метод полного внутреннего отражения позволяет измерять показатели преломления и непрозрачных веществ.




Рефрактометр Аббе можно использовать и для измерения показателей преломления твердых тел.

Изложенная теория рефрактометра Аббе справедлива лишь в том случае, если свет является монохроматическим. Дисперсия исследуемой жидкости и стекла призм приводит к тому, что величина предельного угла зависит от длины волны света. При работе с белым светом граница света и темноты или света и полутени оказывается размытой и окрашенной. Для того, чтобы получить резкую границу, перед объективом помещают компенсатор – две призмы Амичи. Сечение призмы Амичи показано на рис. 3.


Рис.3. Сечение призмы Амичи

Призма Амичи обычно изготавливается из крона и флинта – сортов стекла с малой и большой дисперсиями соответственно. Призма рассчитывается так, чтобы монохроматический луч с длиной волны не испытывал отклонения. Лучи с другими длинами волн отклоняются призмой в ту или иную сторону.

Если пропустить параллельный пучок белого света через две призмы Амичи, повернутые относительно друг друга на 180° (такое положение призм изображено на рис.1), то на выходе опять получится белый свет. В рефрактометре призмы Амичи освещаются пучком, выходящим из измерительной призмы, в котором лучи различных цветов имеют разные направления. Поэтому для получения на выходе из компенсатора белого света призмы Амичи следует повернуть относительно друг друга на угол, отличающийся на 180°. По величине угла поворота можно судить о средней дисперсии исследуемого вещества.

Рефрактометрами называют приборы, служащие для определения показателей преломления и средней дисперсии жидкостей и твердых тел.

Оптическая схема рефрактометра Аббе представлена на рис. 1. Основной частью рефрактометра являются две стеклянные призмы Р1(осветительная) и Р2 (измерительная), изготовленные из стекла с большим показателем преломления. В разрезе призмы имеют вид прямоугольных треугольников, обращенных друг к другу гипотенузами. Зазор между призмами имеет ширину 0,1 мм и служит для помещения исследуемой жидкости.

При измерениях показателя преломления с помощью рефрактометра Аббе можно пользоваться как методом скользящего луча, так и методом полного внутреннего отражения. Ход лучей в призмах при работе по методу скользящего луча изображен на рис. 2,а. Свет проникает в призму Р1 через грань ef и попадает в жидкостьчерез матовую грань ed. Свет, рассеянный матовой поверхностью, проходит через слой жидкости и под всевозможными углами (0° 90°) падает на сторону ac призмы Р2.


Рис.1. Оптическая схема рефрактометра Аббе: Р1 –осветительная призма; Р2 – измерительная призма; З – зеркало; П1, П2 – призмы Амичи; Л1 – объектив; Л2 –окуляр.

Скользящему по границе ac лучу ( 90°) соответствует наибольший угол преломления и, следовательно, наименьший угол падения на грань ab. В связи с этим угол выхода лучей из грани ab может изменяться лишь в интервале от некоторого значения до 90°.

Найдем . Из рис. 2,а следует, что углы и связаны между собой следующим соотношением:

Из закона преломления при 90° имеем:

где – показатель преломления исследуемой жидкости; – показатель преломления стекла призм.

Исключая и , получаем:

Угол зависит только от показателя преломления исследуемой жидкости, так как остальные величины в (4) постоянны для данного прибора.


Рис.2. а)ход луча в призмах при использовании метода скользящего луча; б)ход лучав призмах при использовании метода полного внутреннего отражения. (Зеркало и призмы Амичи не показаны).

Приведенный расчет справедлив только в том случае, если . Следовательно, с помощью рефрактометра можно измерить только показатели преломления, меньшие показателя преломления материала призм.

Свет, выходящий из грани ab, проходит через объектив Л1 и окуляр Л2 (действие призм Амичи пока не рассматриваем). Объектив представляет собой двулинзовую систему – линзы подобраны таким образом, чтобы устранить хроматическую и сферическую аберрации. Объектив и окуляр имеют общую фокальную плоскость gg (рис.2,а), т.е. образуют зрительную трубу, установленную на бесконечность. В общей фокальной плоскости расположен крест, образованный тонкими нитями.

Пусть на рис. 2,а и оптическая ось зрительной трубы параллельна лучам, выходящим из призм под углом . Тогда эти лучи соберутся в фокусе F. Параллельные лучи, идущие под углами, большими , соберутся в точках фокальной плоскости, лежащих правее фокуса (труба дает перевернутое изображение). Так как нет лучей, идущих под углами, меньшими , расположенная левее фокуса половина фокальной плоскости неосвещена. В поле зрения окуляра наблюдается резкая граница света и темноты. В рассматриваемом положении эта граница проходит через центр креста, и измерение показателя преломления сводится к измерению угла между нормалью к грани ab и оптической осью зрительной трубы.

Совмещения границы света и темноты с центром креста добиваются вращением оправы с призмами. С оправой скреплен указатель, перемещающийся по шкале. Шкала градуируется непосредственно в значениях показателя преломления.

При измерении показателя преломления жидкости методом полного внутреннего отражения призму Р2 освещают со стороны грани bc, которая является матовой (рис. 2,б). Свет падает на границу раздела ac под всевозможными углами. При , где – предельный угол полного внутреннего отражения, наступает полное внутреннее отражение. При свет отражается лишь частично. В поле зрения трубы наблюдается при этом резкая граница света и полутени. Легко показать, что минимальное значение угла , определяющее положение границы, находится из соотношения (4).

Таким образом, положение границы света и полутени при измерении методом полного внутреннего отражения совпадает с положением границы света и темноты при измерении методом скользящего луча. В отличии от метода скользящего луча, метод полного внутреннего отражения позволяет измерять показатели преломления и непрозрачных веществ.

Рефрактометр Аббе можно использовать и для измерения показателей преломления твердых тел.

Изложенная теория рефрактометра Аббе справедлива лишь в том случае, если свет является монохроматическим. Дисперсия исследуемой жидкости и стекла призм приводит к тому, что величина предельного угла зависит от длины волны света. При работе с белым светом граница света и темноты или света и полутени оказывается размытой и окрашенной. Для того, чтобы получить резкую границу, перед объективом помещают компенсатор – две призмы Амичи. Сечение призмы Амичи показано на рис. 3.


Рис.3. Сечение призмы Амичи

Призма Амичи обычно изготавливается из крона и флинта – сортов стекла с малой и большой дисперсиями соответственно. Призма рассчитывается так, чтобы монохроматический луч с длиной волны не испытывал отклонения. Лучи с другими длинами волн отклоняются призмой в ту или иную сторону.

Если пропустить параллельный пучок белого света через две призмы Амичи, повернутые относительно друг друга на 180° (такое положение призм изображено на рис.1), то на выходе опять получится белый свет. В рефрактометре призмы Амичи освещаются пучком, выходящим из измерительной призмы, в котором лучи различных цветов имеют разные направления. Поэтому для получения на выходе из компенсатора белого света призмы Амичи следует повернуть относительно друг друга на угол, отличающийся на 180°. По величине угла поворота можно судить о средней дисперсии исследуемого вещества.

Однако граница света и темноты вследствие разложения ( дисперсии) белого света при прохождении его через измерительную призму оказывается нечеткой, размытой и окрашенной во все цвета радуги. Такое положение делало бы сколько-нибудь точные измерения совершенно невозможными, если бы не применение в рефрактометрах специального устройства - компенсатора дисперсии , главными деталями которого являются две призмы Амичи. [32]

Другая существенная особенность рефрактометра Аббе состоит в использовании для измерений белого света. При наблюдении полного внутреннего отражения в белом свете вследствие дисперсии вместо резкой границы светотени получается размытая радужная спектральная полоса. Для устранения этого эффекта служит компенсатор дисперсии , устанавливаемый перед объективом зрительной трубы. [33]

Другая существенная особенность рефрактометра Аббе состоит в использовании для измерений белого света. При наблюдении полного внутреннего отражения, в белом свете вследствие дисперсии вместо резкой границы светотени получается размытая радужная спектральная полоса. Для устранения этого эффекта служит компенсатор дисперсии , устанавливаемый перед объективом зрительной трубы. [34]

Другая существенная особенность рефрактометра Аббе состоит в использовании для измерений белого света. При наблюдении полного внутреннего отражения в белом свете вследствие дисперсии вместо резкой границы светотени получается размытая радужная спектральная полоса. Для устранения этого эффекта служит компенсатор дисперсии , устанавливаемый перед объективом зрительной трубы. [35]

Измерения можно проводить как при комнатной, так и при повышенной температуре, используя обычное дневное или электрическое освещение. Рефрактометры этого типа широко известны и применяются в практике большинства лабораторий, поэтому оптическая схема и особенности конструкции здесь не рассматриваются. Там же даются таблицы для расчета средней дисперсии по показателям преломления и показаниям шкалы компенсатора дисперсии . Следует остановиться на основных особенностях работы, поскольку некоторые из них выявляются лишь при постоянной эксплуатации прибора. [36]

Практические приемы рефрактометрического анализа целесообразно осваивать на определении показателя преломления жидких органических соединений с помощью рефрактометра типа Аббе. Наиболее распространенный в лабораторной практике прибор этого типа - рефрактометр марки ИРФ-22. Вначале нужно познакомить учащихся с устройством рефрактометра и объяснить назначение его основных узлов: призменного блока, состоящего из осветительной и измерительной призм, скрепленных шарниром и заключенных в термостатирующую рубашку; корпуса рефрактометра, внутри которого заключено отсчетное устройство; зрительной трубы с окуляром и компенсатором дисперсии ; поворотного устройства с рукояткой; зеркала, направляющего световой поток на осветительную призму. [37]

В связи с этим выпущен ряд модификаций рефрактометров с одним несменяемым призменным блоком. Внешне такие приборы мало отличаются от установленных на штативе погружных рефрактометров с термо-статируемыми призменными блоками ( ср. Для рсвещения служит дневной свет или электролампа. Компенсатор дисперсии состоит из одной призмы Амичи, поворачиваемой с помощью кольца, установленного на корпусе зрительной трубы. [38]

Измерительная призма этой модификации рефрактометра Аббе, сделана не из тяжелого флинта, а из тяжелого крона. Такие пределы охватывают, однако, достаточно большое число индивидуальных органических соединений, растворов и промышленных продуктов сложного состава. Вместе с тем пищевые рефрактометры значительно дешевле универсальных и нашли поэтому очень широкое применение в учебных, промышленных и исследовательских лабораториях. Их компенсатор дисперсии состоит всего из одной призмы Амичи, вращаемой головкой 5 через систему шестерен, расположенных в корпусе прибора. [39]

После этих операций разнимают призменный блок и соприкасающиеся плоскости обеих камер тщательно вытирают фильтровальной бумагой и затем кусочком ткани, не оставляющим ворсинок. На поверхность измерительной призмы наносят несколько капель исследуемой жидкости и вновь закрывают призменный блок. Маховичок ( / /) вращают до тех пор, пока призменный блок не займет такого положения, при котором граница свбта и темноты не войдет в поле зрения. С помощью компенсатора дисперсии избавляются от радужной окраски границы и совмещают граничную линию с перекрестьем. По положению визирной линии производят отсчет значения показателя преломления по шкале. [40]

Для определения относительной дисперсии на рефрактометре ИФР-22 определяют угол поворота лимба компенсатора, при котором граничная линия светотени бесцветна. Необходимые для вычисления дисперсии значения коэффициентов даются в прилагаемых к прибору дисперсионных таблицах. Фирменный номер таблицы должен совпадать с двухзначным числом в правом нижнем углу шкалы nD прибора. Необходимо иметь в виду, что эти таблицы являются серийными, а отдельные приборы серии могут дать значительные отклонения при их использовании. Котировка компенсатора дисперсии практически неосуществима. Поэтому может быть рекомендован способ экспериментального построения номограммы, по которой легко и быстро можно определять значения со с точностью порядка 0 5 единиц, что вполне достаточно для микрохроматографического анализа углеводородных смесей. [41]

Для термостатирования призменной камеры при обычных технических анализах достаточно подачи водопроводной воды. Затем открывают приз-менный блок, оплавленной стеклянной палочкой осторожно наносят две-три капли анализируемого вещества и плотно закрывают. Призменный блок осторожно вращают с помощью ручки, расположенной на левой стенке корпуса, и наблюдают через окуляр за перемещением линии раздела светлого и темного полей. Одновременно в поле зрения окуляра перемещается изображение отсчетной шкалы. С помощью компенсатора дисперсии добиваются исчезновения радужной полосы и появления четкой линии раздела светлого и темного полей. Вращением ручки поворота приз-менного блока добиваются совмещения линии раздела с перекрестием в поле зрения окуляра и делают отсчет показателя преломления. Целые, десятые, сотые и тысячные доли значения показателя преломления отсчитывают по шкале, десятичные доли оценивают на глаз. Отсчет повторяют три-четыре раза, переходя от светлого поля к темному и наоборот, и берут средний результат. В первых результатах могут быть значительные расхождения. Это означает, что еще не установилась постоянная температура и нужно выждать, пока установится. Для проверки правильности работы рефрактометра в качестве простейшей жидкости с известным показателем преломления ( юстировочной жидкости) используют дистиллированную воду. [42]

Маховик 13 компенсатора дисперсии поворачивают так, чтобы граница светлой и темной половин поля была четкой и не имела радужной окраски. Если эта граница точно совпадает с линией полного внутреннего отражения, обозначенной на световом поле крестиком, то прибор установлен правильно. Если совмещения нет, то при помощи торцевого ключа винт в отверстии корпуса зрительной трубы поворачивают таким образом, чтобы граница света и темноты совместилась с крестиком. После проверки прибора раскрывают призмен-ный блок и тщательно вытирают грани призм фильтровальной бумагой и тканью, не оставляющей на рабочей поверхности призм ворсинок. На поверхность измерительной призмы наносят несколько капель исследуемой жидкости и плот-9 но закрывают призменный блок. Вращением маховика 11 изменяют положение призменного блока до тех пор, пока граница света и тени не войдет в поле зрения. При помощи компенсатора дисперсии 13 устраняют радужную окраску границы и совмещают граничную линию с крестиком. [43]


идущих под углам и , большими , чем ϕ , а верхняя – меньшими , чем ϕ .

Легко показать , рассмотрев преломление лучей света на грани ВС призмы , что

где В – преломляющий угол призмы ( уго л между преломляющими гранями ). В

действительности при измерениях нет необходимости пользоваться этой формулой для

вычисления показателей преломления , так как отсчетная шкала рефрактометра уже

проградуирована в значениях n c учетом соотношения (6).

Особенностью рефрактометра Аббе является использование для измерений

белого света . Это возможно благодаря компенсатору дисперсии , вмонтированному в

зрительную тру бу . Основной деталью компенсатора является призма прямого видения

( призма Амичи ). Призма Амичи является сложной призмой состоящей из трех простых

призм , изготовленных из разного стекла . Подбором материала и преломляющих уг лов

призм можно варьировать уго л преломления того или иного цвета , а также величину

суммарной углов ой дисперсии . В частности , можно добиться отсу тствия отклонения

для какого - либо среднего в спектре луча , не уничтожая при этом суммарной дисперсии .

Такая комбинация призм будет давать спектр , в котором средние луч и будут выходить


Лучи света других длин волн будут отклоняться , и образовывать спектральную

окраску по обе стороны от центрального луча . В призме Амичи , составляющие ее

призмы подобраны с таким расчетом , чтобы лу чи , соответствующие D - линии натрия ,

В силу обратимости световых лучей с помощью призмы Амичи можно пу чок

Принцип действия компенсатора в рефрактометре Аббе сводится к следующему .

Из призменного блока Аббе лу чи разного цвета выходят под разными угла ми ,

зависящими от соотношения показателей преломления исследуем ой жидкости и

измерительной призмы . Иначе говоря , призменный блок Аббе характеризуется

некоторой величиной угловой дисперсии d ϕ /d λ . Если на пу ти этих лучей установит ь

призму Амичи таким образом , чтобы ее угл ова я дисперсия , которая зависит также от

поворота призмы , была равна по величине и противоположна по знаку углов ой

дисперсии d ϕ /d λ , то су ммарная дисперсия системы бу дет равна нулю . При этом пу чок

цветных лучей соберется в белый луч , направление которого совпадает с направлением

желтого луч а D . Линия полного внутреннего отражения ( в поле зрения окуляра

зрительной труб ы ) представится в виде резкой неокрашенной границы между светлой и

темной частями поля зрения , причем положение границы будет соответствовать

предельному лу чу D , хотя для освещения применялся белый свет . Таким образом ,

Прибор ИРФ -22 представляет собой современную модель рефрактометра Аббе

( рис .7). Он состоит из следующих основных частей : корпуса 1, измерительной головки

2 и зрительной трубы 3 с отсчетным у стройством . В измерительной головке находится

призменный блок Аббе , который жестко связан со шкалой отсчетного у стройства ,

расположенной вну три корпуса . Шкала подсвечивается зеркалом 14 и проектируется

специальной оптической системой в поле зрения труб ы .

Таким образом , в поле зрения трубы одновременно видны граничная линия ,

крест нитей , деления шкалы и визирный штрих шкалы . Чтобы найти границу раздела и

совместить ее с перекрестием , необходимо вращая маховичок 10, наклонить

измерительную головку . Окрашенность наблюдаемой границы у страняется поворотом

компенсатора с помощью маховичка 11. Вместе с компенсатором одновременно

вращается барабан 12 со шкалой , по которой в случае необходимости можно измерить

дисперсию вещества . Подсветка исследуемого вещества осуществляется с помощью

зеркала 13 дневным светом или от электрической лампы накаливания .


Определение показателя преломления жидкости при помощи рефрактометра ИРФ -22 1-11

На поверхность измерительной призмы наносят несколько капель исследуемой

жидкости и осторожно закрывают головку ; наблюдают в окно 15, чтобы жи дкость

полностью заполнила зазор между измерительной и осветительной призмами .

Осветительное зеркало 13 устанавливают перед окном 15 так , чтобы поле зрения трубы

было равномерно освещено , затем зеркало закрепл яют винтом 16. Вращая маховичок

10, находят границу раздела света и тени , маховичком 11 устраняют ее окрашенность .

Точно совмещая границу раздела с перекрестием сетки , снимают отсчет по шкале

показателей преломления . Индексом для отсчета служит неподвижный визирный

штрих сетки . Целые , десятые , сотые и тысячные доли значения показателя

преломления отсчитываются по шкале , десятитысячные доли оцениваются на глаз .

Шкала рефрактометра програду ирована для температуры . Так как показатель

преломления в значительной мере зависит от температуры , в приборе предусмотрено

термостатирование призменного блока с помощью камер , через которые пропу скается

вода , иду щая от термостата . В учебных целях , если не требуется высокая точность при

определении показателя , измерения могут проводиться без термостатирования .

По окончании измерений тщательно вытирают рабочие поверхности блока Аббе

мягкой тряпочкой или фильтровальной бумагой . Полированную грань измерительной

призмы надо вытирать очень осторожно , чтобы не повредить полировку . Затем призмы

промывают спиртом или эфиром , протирают и оставляют блок на некоторое время

открытым для просушки . После этого измерительную головку осторожно закрывают , и

Читайте также: