7. Рефрактометр

Рефрактометр - прибор для определения показателя преломления. («Рефракция» - преломление, «метр» - измеритель). Рассмотрим простейший рефрактометр, в основе принципа действия которого явления предельного преломления или полного внутреннего отражения ( см. 6.14 ). Между двумя стеклянными призмами 1 и 2 зажимается капелька исследуемого раствора - образец для исследования обр( рис.6. 30 а и б).

Рис. 6.30.Ход лучей в рефрактометре: а – освещение сверху, б – освещение снизу.

А. Освещение сверху

Е

n₁

n_p

сли раствор прозрачный, свет направляется на исследуемый образец через верхнюю призму 1 ( см. рис. 6.30). Нижняя грань этой призмы матовая - неровная. На ней свет рассеивается в разные стороны и поэтому на границу раствор-нижняя призма - измерительную грань АБ световые лучи попадают под разными углами падения - от 0° до 90° . Свет переходит на этой границе из среды оптически менее плотной в оптически более плотную. Вследствие явления предельного преломления свет из нижней призмы выходит в пределах угла β _пред - предельного угла преломления. Окуляр Ок наводится на границу света и тени так, чтобы риски посередине поля зрения окуляра как раз приходились на эту границу. Таким образом, измеряется β _пред . А этот угол β_пред связан с показателями преломления раствора n_р и стекла n_ст соотношением (6.33):

Здесь n₁= n_p -показатель преломления раствора, n₂ = n_ст - показатель преломления стекла.

Отсюда

n_р = n_ст sin β_пред

Откуда:

Б. Освещение снизу

Применяется, если раствор непрозрачный. В этом случае освещение через нижнюю левую грань нижней призмы 2 (см. рис. 6.30 б ), которая

неровная - матовая. На ней свет рассеивается. Таким образом, обеспечиваются разные углы падения на границу стекло - раствор АБ: от 0° до 90° . Теперь лучи света переходят из оптически более плотной среды в оптически менее плотную и поэтому наблюдается явление полного внутреннего отражения. Свет отражается от грани АБ, в основном, под углами, большим предельного угла полного внутреннего отражения α_пред. Поэтому в поле зрения окуляра Ок граница света и тени, на которую наводятся риски окуляра. Измеренный угол а_пред связан с показателями преломления раствора n_р и стекла n_ст соотношением (6.34):

Здесь ,

Откуда :

Непосредственно рефрактометр измеряет и , но шкала рефрактометра проградуирована по значениям показателя преломления исследуемого образца n_р, который связан однозначной функциональной зависимостью с непосредственно измеряемыми параметрами. Так же , как, например, шкала ртутного термометра проградуирована по значениям температуры, однозначно связанной с непосредственно измеряемой длиной ртутного столбика.

Показатель преломления - очень чувствительный параметр, зависящий, в том числе, и от концентрации раствора. Поэтому рефрактометр и применяют для определения концентраций исследуемых растворов данного вещества. Для этого надо проградуировать рефрактометр по концентрациям - установить зависимость значений показателя преломления растворов данного вещества от их концентраций. При помощи рефрактометра измеряют показатели преломления нескольких ( лучше не меньше 10 ) растворов с различными известными концентрациями данного вещества и строят градуировочный график зависимости показателя преломления раствора п_р от его концентрации с ( рис. 6.31 ). Теперь измерив показатель преломлении исследуемого раствора данного вещества n_х , с помощью градуировочного графика определяют его концентрацию с_х .

Рис.6.31. Градуировочный график рефрактометра.

ВОПРОСЫ И ЗАДАЧИ К ГЛАВЕ 6

1 .Длина волны, излучаемого двумя когерентными источниками света S₁ и S₂ λ= 500 нм. Будет ли в точке А усиление или ослабление света при наложении световых волн, если расстояния до точки А от источников света : S₁A =10 см, S₂А=11 см.

2. В интерференционном рефрактометре при помещении в одно из его плеч исследуемого образца наблюдается смещение интерференционной картины на k = 10 линий. Длина световой волны λ= 500 нм, длина кюветы ℓ = 5см. Найдите показатель преломления образца.

3. При освещении дифракционной решётки монохроматическим светом дифракционный максимум второго порядка k=2 наблюдается при угле дифракции φ = 0,1 радиан. Постоянная (период) решётки d =0,01 мм. Найдите длину световой волны λ .

4. Удельное вращение оптически активного вещества - 50 град/дм %. Угол поворота плоскости поляризации поляризованного света, прошедшего через кювету с раствором этого вещества - 1° . Длина кюветы - 1 дм. Найдите концентрацию раствора.

5.Почему в спектральных приборах предпочтительнее не дисперсионные, а дифракционные спектры?

6. При каких условиях выполняется закон Бугера-Ламберта-Бера?

7. Оптическая плотность раствора исследуемого вещества - 0,05, молярный коэффициент поглощения - 5000 л/моль см, толщина кюветы -1см. Найдите концентрацию раствора.

8. Каким образом производится градуировка по концентрациям раствора исследуемого вещества колориметра, рефрактометра?

9. Назовите оптические методы определения концентрации растворов. Какие физические явления в основе каждого из этих методов. Что непосредственно измеряется? Как по измеренной величине определяется концентрация раствора.

10. Какую информацию об исследуемом образце можно получить при помощи методов турбидиметрии, нефелометрии?

11. «Опустите, пожалуйста, синие шторы. Медсестра горьких снадобий мне не готовь » - это строки из известной песни Булата Окуджавы. Почему шторы синие?

12. Что ограничивает увеличение микроскопа?

13. Какие линзы: двояко-выпуклые, двояко-вогнутые, вогнуто-выпуклые, выпукло-вогнутые применяются в очках людей, плохо видящих удалённые предметы? А какие в очках плохо видящих близко расположенные предметы?