折射率是物质的重要物理常数之一,可借助它了解物质的纯度、浓度及其结构,在实验室中可用阿贝折射仪来测量液体物质的折射率,液体用量少,操作方便,读数准确。
工作原理 当一束光投在两种不同性质的介质的交界面上时发生折射现象,它遵守折射定律:
式中α为入射角;为折射角;、为交界面两侧两种介质的折射率。在一定温下对于一定的两种介质,其比值是一定的。当光束由光疏介质进入光密介质时(图20),入射角大于折射角(反之,则人射角小于折射角)。若冬射角增大时折射角也增大,当入射角=90o时,折射角为,故任何方向的入射光都可进入光密介质中,但其折射角一定服从不等式。
结构 折射仪是根据上述临界折射现象设计的,其外形如图21所示,图22是它的构造示意图。镜箱由两个折射率为1.75的玻璃直角棱镜所构成,上部为基本棱镜,下部为辅助棱镜。从反射镜反射来的入射光进入棱镜3,此棱镜的,面为一毛玻璃,入射光在毛玻璃面上发生漫散射。并从各个方向通过置于缝隙的液层而达到棱镜4的AD面。根据折射定律,当光由光疏介质(待测液体)折射进入光密介质(棱镜4)时,折射角小于入射角;如果入射光正好沿着AD面射入,即入射角=90°,则折射角为。因再也没有比更大的折射角,所以为临界角。对AD镜面上任一点来说,当光在0~90°范围内入射时,折射光都应落在临界角内成为亮区,其它为暗区,构成明暗的分界线,因此具有特征意义。根据上面的公式,若已知棱镜的折射率,测定临界角,就能求出液体的折射率。实际上,此值可从阿贝折射仪上直接读出而不必计算。
图22
1-目镜视野;2-液面;3-辅助棱镜;4-基本棱镜;5-反射镜
折射率用符号n表示,其值与温度和入射光的波长有关,故应在其右上角标出测量温度,右下角标出测量时所用的波长。例如表示介质在25℃时对钠黄光的折射率。阿贝折射仪使用的光源为白光。白光为各种不同波长的混合光。由于波长不同的光在相同介质内的传播速度不同,所以会产生色散现象,使目镜的明暗分界线不消。为此在仪器上装有可调的消色补偿器,通过它可清除色散,得到清楚的明暗分界线,这时所测得的液体折射率,与用钠光D线所得的液体折射率相同。
使用方法
1.将阿贝折射仪置于光亮处,但避免阳光直接照射,让超级恒温槽中的恒温水通人阿贝折射仪的两棱镜恒温夹套中,恒温温度以折光仪上的温度计读数为准。
2.打开棱镜,滴1叫滴无水乙醇(或乙醚)在镜面上,用掠镜纸轻轻擦干镜面。
3.甩滴管滴加1--3滴试液于辅助棱镜的毛玻璃面上,闭合棱镜、旋紧锁钮,务使被测物体均匀覆盖于两棱镜间镜面上,不可有气泡存在,否则需重新取样进行操作。
4.调节反射镜,让入射光进入棱镜,使望远镜中视场最亮。调节目镜至视场准丝最清晰。
5.旋转左边手柄,使测量目镜中能看到彩色光带或黑白现象为止。
6.转动右边消色散手柄,消除彩色光带,使视场内呈现一清晰的明暗分界线。
7.再转动左边手柄,使分界线和十字线相交于一点,然后从读数望远镜中读取折射率。
8.测定后用擦镜纸擦干棱镜面。
仪器校正 阿贝折射仪刻度盘上标尺的零点,有时会发生移动,测量前可用已知折射率的蒸馏水进行校正,其方法如下:按操作要求加好样(蒸馏水)后,转动左边手轮使标尺读数等于蒸馏水的折射率,再消除色散,然后用方孔调节扳手旋动目镜前凹槽中的调整螺丝,使明暗分界线与十字线相交于一点。水在各种温度下的折射率见表1。
表1不同温度下水的折射率
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10
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1.33370
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16
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1.33331
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22
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1.33281
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28
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1.33219
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11
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1.33365
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17
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1.33324
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23
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1.3302
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29
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1.33208
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12
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1.33359
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18
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1.33316
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24
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1.33263
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30
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1.33196
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13
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1.33312
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19
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1.33307
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25
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1.33252
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14
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1.33346
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20
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1.33299
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26
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1.33242
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15
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1.33339
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21
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1.33290
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27
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1.33231
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