阿貝折射儀是能測定透明、半透明液體或固體的折射率nD和平均色散nF-nC的儀器(其中以測透明液體為主),如儀器上接恒溫器,則可測定溫度為0℃-70℃內的折射率nD。 折射率和平均色散是物質的重要光學常數之一,能借以了解物質的光學性能、純度、及色散大小等。
阿貝折射儀原理:
根據折射定律,入射角i和折射角r之間有下列關系:當光線從介質1進入介質2時則
=n1,2 (5-3)
式中n1,n2,v1,v2分別為1,2兩介質的折射率和光在其中的傳播速度,n1,2是介質2對于介質1的相對折射率。折射率為物質的特性常數,對一定波長的光在一定溫度壓力下,是一個定值。
由式(5-3)可知,當n2>n1時,則折射角r恒小于入射角i。當人射角i增加到 時,折射角相應地增加到zui大值rc,rc稱為臨界
角。此時介質2中從OY到OA之間有光線通過,而OA到OX之間則為暗區,如圖5-3。當入射角為 時,上式可寫成:
n2=n1·sinrc (5-4)
即在固定一種介質時,臨界折射角rc的大小和折射率有簡單的函數關系。
阿貝折光儀就是根據這個原理設計的。如圖5-4是儀器構造的示意圖。它的主要部分為兩塊直角棱鏡PI,PII,棱鏡PI的粗糙表面 與PII的光學平面鏡AD之間約有0.1到0.15mm的空隙,用于裝待測液體并使在PI、PII間鋪成一簿層。光線從反射鏡射入棱鏡PI后,由于 面是粗糙的毛玻璃而發生漫射,從各種角度透過縫隙的被測液體;進入棱鏡PII中,由前所知,從各個方向進入棱鏡PII的光線均產生折射,而其折射角都落在臨界角rc之內(因為棱鏡的折射率大于液體的折射率,因此人射角從 到 的全部光線都能通過棱鏡而發生折射)。具有臨界角rc的光線穿出棱鏡PII后射于目鏡上,此時若將目鏡的十字線調節到適當位置,則會見到目鏡上半明半暗。
從幾何光學原理可以證明,縫隙中液體的折射率n液與rc間的關系為:
n液=sinB
B對一定的棱鏡為一常數,n棱鏡在定溫下也是個定值。所以液體的折射率n液是角rc的函數。由rc可計算液體折射率。折光儀上已經把讀數rc換算成n液的值,可直接讀出n液的值。
在條件下,液體的折射率因所用單色光的波長不同而不同。若用普通白光作為光源,則由于發生色散而在明暗分界線處呈現彩色光帶,使明暗交界不清楚。為了能用白光作光源,故在儀器中還裝有兩個各由三塊棱鏡組成的“阿密西”棱鏡作為補償棱鏡(上面的一塊“阿密西”棱鏡可以轉動),調節其相對位置,在適當取向時,可以使從下面的折射棱鏡出來的色散光線重新成為白光,消除色帶,使明暗界線清楚。此時,用白光測得的折射率即相當于用鈉光D線(波長5890人)所測得的折射率nD。
折射率是物質的特性常數之一,它的數值與溫度、壓力和光源的波長等有關。符號 是指在 時用鈉光D線作光源時的物質的折射率。溫度對折射率有影響。多數液態有機物質當溫度每增加 時,折射率降低 到 ,而固體的折射率和溫度的關系沒有規律,一般不超過 。通常大氣壓的變化對折射率的數值影響不明顯,所以只有在很精密的工作中才考慮壓力的影響。
阿貝折射儀使用方法:
(1)儀器安裝:將阿貝折射儀安放在光亮處,但應避免陽光的直接照射,以免液體試樣受熱迅速蒸發。用超級恒溫槽將恒溫水通入棱鏡夾套內,檢查棱鏡上溫度計的讀數是否符合要求(一般選用(20.0±0.1)℃或(25.0±0.1)℃)
(2)加樣:旋開測量棱鏡和輔助棱鏡的閉合旋鈕,使輔助棱鏡的磨砂斜面處于水平位置,若棱鏡表面不清潔,可滴加少量丙酮,用擦鏡紙順單一方向輕擦鏡面(不可來回擦)。待鏡面洗凈干燥后,用滴管滴加數滴試樣于輔助棱鏡的毛鏡面上,迅速合上輔助棱鏡,旋緊閉合旋鈕。若液體易揮發,動作要迅速,或先將兩棱鏡閉合,然后用滴管從加液孔中注入試樣(注意切勿將滴管折斷在孔內)。
(3)調光:轉動鏡筒使之垂直,調節反射鏡使入射光進入棱鏡,同時調節目鏡的焦距,使目鏡中十字線清晰明亮。調節消色散補償器使目鏡中彩色光帶消失。再調節讀數螺旋,使明暗的界面恰好同十字線交叉處重合。
(4)讀數:從讀數望遠鏡中讀出刻度盤上的折射率數值。常用的阿貝折射儀可讀至小數點后的第四位,為了使讀數準確,一般應將試樣重復測量三次,每次相差不能超過0.0002,然后取平均值。
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