Гоу впо «смоленская государтвенная медицинская академия росздрава»

Кафедра медицинской и биологической физики

Тема: Оптика

Лабораторная работа 13

Определение показателя преломления жидкости с помощью рефрактометра

Студент:_________________________

Группа: _________________________

Преподаватель:___________________

Дата:____________________________

Смоленск

8.2 Цели работы

Студент должен знать устройство и принцип действия рефрактометра, уметь определять показатель преломления исследуемой жидкости и неизвестную концентрацию раствора этилового спирта в воде по графику зависимости показателя преломления этого раствора от его концентрации.

1. Ознакомиться с устройством стоящего перед Вами рефрактометра.

2. Научится применять прибор на практике для определения показателя преломления и коэффициента концентрации.

Приборы и принадлежности

Рефрактометр, набор кювет со спиртовым раствором различной концентрации, ваточные тампоны для протирки камеры рефрактометра, пипетка.

8.3 Краткое теоретическое введение

_{Рис.1. Внешний вид рефрактометра УРЛ}

Описание рефрактометрического метода

Если свет переходит из первой среды во вторую, то отношение скорости света ₁ в первой среде к скорости света ₂ во второй среде, равное отношению синуса угла падения к синусу угла преломления, называется относительным показателем преломления n_2,1:

n_2,1=sin/sin=₁/₂=n₂/n₁, (1)

где n₁ и n₂ – абсолютные показатели преломления первой и второй сред соответственно.

Для определения показателя преломления могут быть использованы приборы, называемые рефрактометрами. А так как показатель преломления среды зависит от её химического состава, а для растворов – от концентрации, то показатель преломления вещества является важной константой, характеризующее данное вещество или данный раствор.

Рефрактометры широко применяются в медицине для определения белков в плазме и сыворотке крови, при исследовании желудочного сока и мочи.

В основу рефрактометрического метода положено следующее. При переходе луча света из среды оптически менее плотной в среду оптически более плотную угол преломления меньше угла падения. Если угол падения равен 90 ⁰, то угол преломления равен предельному углу преломления.

Из формулы (1) видно, что

sin (_пред.) = n₁/n₂ (2)

Из формулы (2) следует, что sin(_пред.) зависит от относительного показателя преломления сред. Если, при постоянстве второй среды, мы будем менять первую среду и, значит, будем менять абсолютный показатель преломления первой среды, то большему абсолютному показателю преломления первой среды будет соответствовать больший предельный угол преломления, т.е. величина предельного угла преломления пропорциональна абсолютному показателю преломления первой среды.

На измерении этого угла и основан принцип действия рефрактометра.

_{Рис.2. Основной узел рефрактометра}

_{1 — верхняя призма; 2 — нижняя призма; 3 — компенсатор; 4,5— зрительная труба; АВ — матовая грань призмы; CD - прозрачная грань призмы; S — источник света.}

Главной частью любого рефрактометра являются две призмы из вещества с большим показателем преломления, чем исследуемая жидкость, и обращённых друг к другу гипотенузными гранями. Одна из этих призм называется измерительной, другая – осветительной. Нижняя грань осветительной призмы сделана матовой для того, чтобы проходящий через неё луч света освещал жидкость во всех направлениях, в том числе и для создания угла падения 90⁰, которому соответствует предельный угол преломления _пред.. Попадая после исследуемой жидкости, которая наносится между этими призмами, в измерительную призму, лучи света образуют освещённый сектор. Величина этого сектора равна 2_пред. И растёт с увеличением абсолютного показателя преломления исследуемой жидкости.

При прохождении света через измерительную призму происходит не только преломление, но и разложение (дисперсия) света. Поэтому граница светлого и тёмного секторов окрашивается в различные цвета и размывается. Для устранения этого недостатка в рефрактометре служит дисперсионный компенсатор, устраняющий окраску границы и делающей её резкой.

Следует отметить, что при определении показателя преломления прозрачных жидкостей открывается ширма (окно) в верхней части измерительной камеры. При определении показателя преломления непрозрачных жидкостей открывается ширма (окно) в нижней части измерительной камеры.