Абсолютный показатель преломления. Показатель преломления воды
Коэффициент преломления - это... Что такое Коэффициент преломления?
Показа́тель преломле́ния вещества — величина, равная отношению фазовых скоростей света (электромагнитных волн) в вакууме и в данной среде 
. Также о показателе преломления иногда говорят для любых других волн, например, звуковых, хотя в таких случаях, как последний, определение, конечно, приходится как-то модифицировать.
Показатель преломления зависит от свойств вещества и длины волны излучения, для некоторых веществ показатель преломления достаточно сильно меняется при изменении частоты электромагнитных волн от низких частот до оптических и далее, а также может еще более резко меняться в определенных областях частотной шкалы. По умолчанию обычно имеется в виду оптический диапазон или диапазон, определяемый контекстом.
Существуют оптически анизотропные вещества, в которых показатель преломления зависит от направления и поляризации света. Такие вещества достаточно распространены, в частности, это все кристаллы с достаточно низкой симметрией кристаллической решетки, а также вещества, подвергнутые механической деформации.
Показатель преломления можно выразить как корень из произведения магнитной и диэлектрических проницаемостей среды
(надо при этом учитывать, что значения 
и 
для интересующего диапазона частот - например, оптического, могут очень сильно отличаться от статического значения этих величин).
Для измерения коэффициента преломления используют ручные и автоматические рефрактометры.
При использовании рефрактометра для определения концентрации сахара в водном растворе прибор называют Сахариметр.
Величина n есть относительный показатель преломления среды В по отношению к среде А, а n' = 1/n есть относительный показатель преломления среды А по отношению к среде В.
Эта величина при прочих равных условиях больше единицы при переходе луча из среды более плотной в среду менее плотную, и меньше единицы при переходе луча из среды менее плотной в среду более плотную (например, из газа или из вакуума в жидкость или твердое тело). Есть исключения из этого правила, и потому принято называть среду оптически более или менее плотной, чем другая (не путать с оптической плотностью как мерой непрозрачности среды).
Луч, падающий из безвоздушного пространства на поверхность какой-нибудь среды В, преломляется сильнее, чем при падении на нее из другой среды А; показатель преломления луча, падающего на среду из безвоздушного пространства, называется его абсолютным показателем преломления или просто показателем преломления данной среды, это и есть показатель преломления, определение которого дано в начале статьи. Показатель преломления любого газа, в том числе воздуха, при обычных условиях много меньше, чем показатели преломления жидкостей или твердых тел, поэтому приближенно (и со сравнительно неплохой точностью) об абсолютном показателе преломления можно судить по показателю преломления относительно воздуха.
| Воздух (при обычных условиях) | 1,0002926 |
| Вода | 1,332986 |
| Глицерин | 1,4729 |
| Бензол | 1,500 |
| Органическое стекло | 1,51 |
| Фианит (CZ) | 2,15–2,18 |
| Кремний | 4,010 |
| Алмаз | 2,419 |
| Кварц | 1,544 |
| Киноварь | 3,02 |
| Топаз | 1,63 |
| Лёд | 1,31 |
| Масло оливковое | 1,46 |
| Сахар | 1,56 |
| 1,36 | |
| Слюда | 1,56–1,60 |
См. также
Ссылки
Wikimedia Foundation. 2010.
dic.academic.ru
Показатель преломления | Наука | FANDOM powered by Wikia
Показатель преломле́ния вещества — величина, равная отношению фазовых скоростей света (электромагнитных волн) в вакууме и в данной среде $ n =\frac{c}{v} $.
- Также о показатель преломления говорят и для любых других волн, например, звуковых, хотя в таких случаях, как последний, определение приходится модифицировать.
Физика процесса преломления волн
Править
Показатель преломления Электромагнитрых волн (безразмерная величина) (иногда встречается «коэффициент преломления») зависит от свойств вещества и длины волны излучения. Для некоторых веществ показатель преломления меняется с изменением частоты электромагнитных волн, в ряде случаев достаточно сильно (дисперсия). По умолчанию обычно имеется в виду оптический диапазон, либо диапазон, определяемый контекстом.
Существуют оптически анизотропные вещества, в которых показатель преломления зависит от направления и поляризации света. Такие вещества достаточно распространены, в частности, это явление наблюдается в кристаллах с достаточно низкой симметрией кристаллической решетки, а также вещества, подвергнутые механической деформации.
Показатель преломления можно выразить как корень из произведения магнитной и диэлектрических проницаемостей среды
$ n=\sqrt{\mu\varepsilon} $(надо при этом учитывать, что значения $ ~\mu $ и $ ~\varepsilon $ для интересующего диапазона частот - например, оптического, могут очень сильно отличаться от статического значения этих величин).
Отношение синуса угла падения ($ \alpha $) луча к синусу угла преломления ($ \gamma $) при переходе луча из среды A в среду B называется относительным показателем преломления для этой пары сред.
$ \frac{\sin{\alpha}}{\sin{\gamma}} = \mu , $Величина μ есть относительный показатель преломления среды В по отношению к среде А, а μ' = 1/μ есть относительный показатель преломления среды А по отношению к среде В.
Эта величина при прочих равных условиях больше единицы при переходе луча из среды более плотной в среду менее плотную, и меньше единицы при переходе луча из среды менее плотной в среду более плотную (например, из газа или из вакуума в жидкость или твердое тело). Есть исключения из этого правила, и потому принято называть среду оптически более или менее плотной, чем другая (не путать с оптической плотностью как мерой непрозрачности среды).[1]
Луч, падающий из безвоздушного пространства на поверхность какой-нибудь среды В, преломляется сильнее, чем при падении на нее из другой среды А; показатель преломления луча, падающего на среду из безвоздушного пространства, называется его абсолютным коэффициентом преломления или просто показателем преломления данной среды, это и есть показатель преломления, определение которого дано в начале статьи. Показатель преломления любого газа, в том числе воздуха, при обычных условиях много меньше, чем показатели преломления жидкостей или твердых тел, поэтому приближенно (и со сравнительно неплохой точностью) об абсолютном показателе преломления можно судить по коэффициенту преломления относительно воздуха.
Измерение показателя преломления света
Править
Для измерения коэффициента преломления используют ручные и автоматические рефрактометры. При использовании рефрактометра для определения концентрации сахара в водном растворе прибор называют Бриксметр (не путать с Сахариметром, измеряющим концентрацию по углу вращения поляризованного света).
Некоторые табличные значенияПравить
Показатели преломления различных сред | Воздух (при обычных условиях) | 1,0002926 |
| Вода | 1,332986 |
| Глицерин | 1,4729 |
| Бензол | 1,500 |
| Органическое стекло | 1,51 |
| Фианит (CZ) | 2,15–2,18 |
| Кремний | 4,01 |
| Алмаз | 2,419 |
| Кварц | 1,544 |
| Киноварь | 3,02 |
| Топаз | 1,63 |
| Лёд | 1,31 |
| Масло оливковое | 1,46 |
| Сахар | 1,56 |
| Спирт этиловый | 1,36 |
| Слюда | 1,56–1,60 |
- ↑ http://www.oval.ru/enc/5637.html
ca:Índex de refracció cs:Index lomu da:Brydningsindeks de:Brechzahl en:Refractive index es:Índice de refracción et:Murdumisnäitaja fi:Taitekerroin fr:Indice de réfraction gl:Índice de refracción he:מקדם שבירה it:Indice di rifrazione ja:屈折率 ko:굴절률 nl:Brekingsindex no:Brytningsindeks pl:Współczynnik załamania sk:Index lomu sr:Индекс преламања sv:Brytningsindex th:ดรรชนีหักเห tr:Kırılma indisi uk:Показник заломлення vi:Chiết suất zh:折射率
ru.science.wikia.com
Показатели преломления воды - Справочник химика 21
Сравнить интенсивности светорассеяния эмульсий бензина в воде (показатель преломления 1 = 1,38) и тет-ралина в воде (пд = 1,54) при 293°. Показатель преломления воды По = 1.33. Размер частиц и концентрация эмульсий одинаковы. [c.42]
Используя уравнение Рэлея, сравните интенсивности света, рассеянного двумя эмульсиями с равными радиусами частиц и концентрациями бензола (Л = 1,501) в воде и н-пентана (п[ = 1,357) в зоде. Показатель преломления воды по = 1,333. [c.128]
В самом деле, когда мы рассматриваем какое-нибудь свойство газа или жидкости, у нас обычно не возникает необходимости определить, в каком направлении было или должно быть измерено это свойство. Теплопроводность или показатель преломления воды одинаковы во всех направлениях. Но в кристаллах многие свойства оказываются различными при измерении их в разных направлениях. К таким свойствам относятся, в частности, показатель преломления, теплопроводность, электропроводность, механическая прочность, скорость роста кристаллов, скорость растворения их и др. Известно, что слюда, например, легко разделяется на пластинки по плоскостям, параллельным ее основной поверхности, но разделение ее на части в направлениях, перпендикулярных или наклонных к этой поверхности, требует затраты значительно больших усилий. [c.123]
Показатель преломления воды для разных длин волн при температуре 20° С [c.18]
Плотность И показатель преломления дисперсной фазы равны 0,945 г/см и 1,653, показатель преломления воды 1,333, [c.129]
Аналогичные результаты получены для поверхности раздела воздух - вода. Показатель преломления воды п = 1,333. Отметим, что закон отражения и закон преломления, приведенные в табл. 6 справедливы только в том случае, если поверхность раздела по своим размерам значительно превосходит длину волны света (г X.) для сферической поверхности. [c.82]
Р — фактор, характеризующий прирост показателя преломления, приходящийся на концентрацию в 1 мае. долю, %, данного вещества по отношению к показателю преломления воды [c.54]
Измерение показателя преломления водных растворов первого компонента, полученных при экстракции, и воды, насыщенной хло-роформом (холостой опыт). Сухой пипеткой отбирают несколько капель водного слоя из каждой пробирки, начиная с холостой пробы. Проведя по три параллельных измерения, находят средние значения показателя преломления раствора первою компонента (ui) и показателя преломления воды по ), насыщенной хлороформом. [c.56]
Систематические ошибки возникают в основном от неточности шкал приборов. Современные приборы снабжаются паспортом, в котором указывается погрешность шкалы в разных ее диапазонах. Если же паспортные данные у прибора отсутствуют, то необходимо провести калибрование шкалы прибора. Калибрование шкал приборов проводится измерением показаний шкал для стандартных веществ. Например, шкала рефрактометра проверяется по показателю преломления воды, шкала термометра — по температурам плавления и замерзания воды или других веществ в зависимости от диапазона шкалы. В качестве стандартных веществ обычно берут такие, значения физических свойств которых известны с высокой точностью. [c.464]
Но по корпускулярной теории скорость света в оптически более плотной среде, например в воде, больше, чем в воздухе, а по волновой, наоборот, меньше. Прямое измерение скорости света в воде и в воздухе показало, что права волновая теория скорость света в воде в 1,33 раза меньше, чем в воздухе, и показатель преломления воды по отношению к воздуху п = 1,33. [c.20]
Показатель преломления воды [c.324]
В качестве исследуемой жидкости использовалась вода при комнатной температуре координаты у температурного поля определялись фотометрическим путем. Заметим, что в табл. 13 приведены подлинные значения у. Температура ДО определяется но разности фаз интерференционных полос с учетом зависимости показателя преломления воды от температуры. (Данные, приведенные в табл. 7, для рассматриваемого случая неприменимы вследствие использования источника света с другой длиной волны излучения.) [c.212]
Излучение Д-линии натрия (589 нм) проходит через слой (толщина 100 см) водного раствора сахарозы, содержащего 10 г сахарозы в 100 см . Рассчитать ///о, где /о — интенсивность света, рассеянного чистой водой. Молекулярный вес сахарозы составляет 342,30 и dn/d = 15 г- -см . Показатель преломления воды при 20° С равен [c.622]
В связи с относительно малыми отличиями плотности не обнаруживается в пределах погрешности измерений заметных отличий также и показателя преломления воды тонких (h = 70 А) полимолекулярных адсорбционных пленок на поверхности кварца [60] и тонких (Л = 50 300 A) прослоек воды между сближенными поверхностями слюды [61]. [c.204]
Интерферометрическим методом ККМ определяют по точке излома кривой зависимости Ап = /(С) (где Аи — измеряемая разность показателя преломления раствора и показателя преломления воды С — концентрация раствора ПАВ). Метод имеет то преимущество, что исследуемый раствор в ходе определения не подвергается каким-либо воздействиям, изменяющим условия мицеллообразования (воз- [c.130]ПОКАЗАТЕЛЬ ПРЕЛОМЛЕНИЯ ВОДЫ ПО ОТНОШЕНИЮ К ВОЗДУХУ [c.18]
Показатель преломления воды при длине волны 589,3 нм -линия натрия] и различных температурах [c.18]
Определите молекулярную рефракцию глицерина СзН5(ОН)з в воде при 293 К, если показатель преломления 10 %-ного раствора 1,34481, его плотность 1,0221-10 кг/м . Показатель преломления воды [c.145]
Показатель преломления воды по отношению к воздуху. ... [c.1179]
Показатель преломления воды для разных длин волн при темпе ратуре 20° С. ................... [c.1179]
Пример 3. Генеральное стандартное отклонение при рефрактометрическом измерении показателей преломления на реф-рактометре-сахариметре РПЛ-3 составляет Оя = 2-10- . Какие доверительные интервалы соответствуют доверительной вероят -ности 2а = 0,95 для единичного и среднего из десяти измерений показателя преломления Можно ли на данном уровне доверительной вероятности р = 0,95 заметить наличие в воде 0,1 % (масс.) растворимой примеси, если в ее присутствии показатель преломления воды = 1,3330) возрастает на = 2,5 10" [c.831]
Показатель преломления воды при различных значениях температуры при 15° С —1,3395 при 20° С — 1,3330 при 25° С —1,3325. [c.70]
Расчет содержания глюкозы проводят по формуле X = [(п — П0) — С Р — С2р2]/Р, где Пц — показатель преломления воды п — показатель преломления раствора — концентрация аскорбиновой кислоты, % С2 — концентрация калия йодида, % F , Гз, Г — факторы показателя преломления аскорбиновой кислоты, калия йодида и глюкозы соответственно (справочные данные). [c.261]На основе данных, полученных методом отражения света в ИК-области, Раск и сотр. рассчитали [208] значения показателя преломления воды. Значения и П для интервала 5000 см" -(2,00 мкм) — 330 см" (30,3 мкм) приведены ниже [c.383]
chem21.info
|
вернуться к оглавлению справочника на главную
Показатель преломления газов и паров для желтой линии натрия (λ=589,3нм)
Показатель преломления жидкостей
Показатель преломления воды для различных длин волн светового излучения при температуре 200С
Показатель преломления твердых тел при температуре 200С для желтой линии натрия(λ=589,3нм)
Зависимость показателя преломления от длины светового излучения
|
|||||
Абсолютный показатель преломления :: SYL.ru
Эта статья раскрывает сущность такого понятия оптики, как показатель преломления. Приводятся формулы получения этой величины, дается краткий обзор применения явления преломления электромагнитной волны.
Способность видеть и показатель преломления
На заре зарождения цивилизации люди задавали вопросом: как видит глаз? Высказывались предположения, что человек испускает лучи, которые ощупывают окружающие предметы, или, наоборот, все вещи испускают такие лучи. Ответ на этот вопрос был дан в семнадцатом веке. Он содержится в оптике и связан с тем, что такое показатель преломления. Отражаясь от различных непрозрачных поверхностей и преломляясь на границе с прозрачными, свет дает человеку возможность видеть.
Свет и показатель преломления
Наша планета окутана светом Солнца. И именно с волновой природой фотонов связано такое понятие, как абсолютный показатель преломления. Распространяясь в вакууме, фотон не встречает препятствий. На планете свет встречает множество разных более плотных сред: атмосфера (смесь газов), вода, кристаллы. Будучи электромагнитной волной, фотоны света имеют в вакууме одну фазовую скорость (обозначается c), а в среде – другую (обозначается v). Соотношение первой и второй и является тем, что называют абсолютный показатель преломления. Формула выглядит так: n = c / v.
Фазовая скорость
Стоит дать определение фазовой скорости электромагнитной среды. Иначе понять, что такое показатель преломления n, нельзя. Фотон света – волна. Значит, его можно представить как пакет энергии, который колеблется (представьте отрезок синусоиды). Фаза – это тот отрезок синусоиды, который проходит волна в данный момент времени (напомним, что это важно для понимания такой величины, как показатель преломления).
Например, фазой может быть максимум синусоиды или какой-то отрезок ее склона. Фазовая скорость волны – это скорость, с которой движется конкретно эта фаза. Как поясняет определение показателя преломления, для вакуума и для среды эти величины различаются. Мало того, каждая среда обладает своим значением этой величины. Любое прозрачное соединение, каким бы ни был его состав, имеет показатель преломления, отличный от всех прочих веществ.
Абсолютный и относительный показатель преломления
Выше уже было показано, что абсолютная величина отсчитывается относительно вакуума. Однако с этим на нашей планете туго: свет чаще попадает на границу воздуха и воды или кварца и шпинели. Для каждой из этих сред, как уже было сказано выше, показатель преломления свой. В воздухе фотон света идет вдоль одного направления и имеет одну фазовую скорость (v1), но, попадая в воду, меняет направление распространения и фазовую скорость (v2). Однако оба эти направления лежат в одной плоскости. Это очень важно для понимания того, как формируется изображение окружающего мира на сетчатке глаза или на матрице фотоаппарата. Соотношение двух абсолютных величин дает относительный показатель преломления. Формула выглядит так: n12 = v1 / v2. 
Но как же быть, если свет, наоборот, выходит из воды и попадает в воздух? Тогда эта величина будет определяться формулой n21 = v2 / v1. При перемножении относительных показателей преломления получаем n21 * n12 = (v2 * v1) / (v1 * v2) = 1. Это соотношение справедливо для любой пары сред. Относительный показатель преломления можно найти из синусов углов падения и преломления n12 = sin Ɵ1 / sin Ɵ2. Не стоит забывать, что углы отсчитывают от нормали к поверхности. Под нормалью подразумевается линия, перпендикулярная поверхности. То есть если в задаче дан угол α падения относительно самой поверхности, то надо считать синус от (90 - α).
Красота показателя преломления и его применение
В спокойный солнечный день на дне озера играют блики. Темно-синий лед покрывает скалу. На руке женщины бриллиант рассыпает тысячи искр. Эти явления – следствие того, что все границы прозрачных сред имеют относительный показатель преломления. Кроме эстетического наслаждения, это явление можно использовать и для практического применения.
Вот примеры:
- Линза из стекла собирает пучок солнечного света и поджигает траву.
- Лазерный луч фокусируется на больном органе и отрезает ненужную ткань.
- Солнечный свет преломляется на древнем витраже, создавая особую атмосферу.
- Микроскоп увеличивает изображение очень маленьких деталей
- Линзы спектрофотометра собирают свет лазера, отраженный от поверхности изучаемого вещества. Таким образом, можно понять структуру, а потом и свойства новых материалов.
- Существует даже проект фотонного компьютера, где передавать информацию будут не электроны, как сейчас, а фотоны. Для такого устройства однозначно потребуются преломляющие элементы.
Длина волны и показатель преломления
Однако Солнце снабжает нас фотонами не только видимого спектра. Инфракрасные, ультрафиолетовые, рентгеновские диапазоны не воспринимаются человеческим зрением, но влияют на нашу жизнь. ИК-лучи согревают нас, УФ-фотоны ионизируют верхние слои атмосферы и дают возможность растениям с помощью фотосинтеза вырабатывать кислород.
И чему показатель преломления равен, зависит не только от веществ, между которыми пролегает граница, но и длине волны падающего излучения. О какой именно величине идет речь, обычно понятно из контекста. То есть если книга рассматривает рентген и его влияние на человека, то и n там определяется именно для этого диапазона. Но обычно подразумевается видимый спектр электромагнитных волн, если не указано нечто иное.
Показатель преломления и отражение
Как стало ясно из написанного выше, речь идет о прозрачных средах. В качестве примеров мы приводили воздух, воду, алмаз. Но как быть с деревом, гранитом, пластиком? Существует ли для них такое понятие, как показатель преломления? Ответ сложен, но в целом – да.
Прежде всего, следует учитывать, с каким именно светом мы имеем дело. Те среды, которые непрозрачны для видимых фотонов, прорезаются насквозь рентгеновским или гамма-излучением. То есть если бы мы все были суперменами, то весь мир вокруг был бы для нас прозрачен, но в разной степени. Например, стены из бетона были бы не плотнее желе, а металлическая арматура была бы похожа на кусочки более плотных фруктов.
Для других элементарных частиц, мюонов, наша планета вообще прозрачна насквозь. В свое время ученым доставило немало хлопот доказательство самого факта их существования. Мюоны миллионами пронзают нас каждую секунду, но вероятность столкновения хоть одной частицы с материей очень мала, и зафиксировать это очень сложно. Кстати, в скором времени Байкал станет местом «ловли» мюонов. Его глубокая и прозрачная вода подходит для этого идеально – особенно зимой. Главное, чтобы датчики не замерзли. Таким образом, показатель преломления бетона, например, для рентгеновских фотонов имеет смысл. Мало того, облучение вещества рентгеном – это один из наиболее точных и важных способов исследования строения кристаллов.
Также стоит помнить, что в математическом смысле непрозрачные для данного диапазона вещества обладают мнимым показателем преломления. И наконец, надо понимать, что температура вещества тоже может влиять на его прозрачность.
www.syl.ru
Medpribory_dlya_KDL-Lektsia_6
В клинической лабораторной практике чаще всего определяют калий и натрий в сыворотке крови и в моче. Для этих анализов нет необходимости использовать ни методы внутреннего стандарта, ни разведения проб фоном, ни компенсации - достаточно правильно приготовить комплексный калибровочный раствор, который одновременно содержит и калий, и натрий в концентрациях близких к тем, которые бывают в исследуемом материале. Нельзя только забывать, что в плазме крови соотношение концентраций этих элементов другое, чем в моче, поэтому калибровочный раствор для мочи не подходит для анализа крови и наоборот.
3.4. Рефрактометры
Рефрактометры используются в биохимических исследованиях (для определения белка в кровяной сыворотке, плотности мочи) и в качестве детекторов для хроматографии.
Действие рефрактометров основано на явлении полного внутреннего отражения при прохождении светом границы раздела двух сред с разными показателями преломления. Измеряется предельный угол выхода луча из системы (угол полного внутреннего отражения), состоящей из испытуемого вещества и измерительной призмы.
Сущность метода: известен показатель преломления измерительной призмы N, нужно определить показатель преломления n испытуемого образца. Показатель преломления при прочих постоянных условиях связан прямой пропорциональной зависимостью с концентрацией вещества в растворе.
Для всех прозрачных веществ коэффициент преломления n монотонно возрастает с уменьшением длины волны λ, то есть фиолетовые лучи преломляются сильнее красных
С учетом наличия дисперсии света при определении коэффициента преломления указывается температура и длина волны, при которой проводилось измерение. Для определенности длины волн выбираются из характеристических спектров излучения некоторых атомов.
Например, показатель преломления дистиллированной воды для желтой линии натрия при 20°С обозначают как 
, гдеD – условное обозначение желтой характеристической длины волны излучения (спектральной линии) натрия 589,2 нм.
Линейчатый спектр ртутной газоразрядной лампы
Значения показателей преломления некоторых химических веществ и биологических объектов
| Вещество | Показатель преломления |
| Воздух | 1,00027 |
| Кварц | 1,52 |
| Стекло кварцевое | 1,469 (λ=404 нм) |
| Стекло тяжелый флинт | 1,63-1,76 |
| Алмаз | 2,42 |
| Вода дистиллированная | 1,333 |
| Метиловый спирт | 1,329 |
| Этиловый спирт | 1,361 |
| Ацетон | 1,405 |
| Этилен хлорид | 1,359 |
| Хлороформ | 1,444 |
| Толуол | 1,497 |
| Глицерин безводный | 1,501 |
| 40% раствор сахарозы | 1,4 |
| 45% раствор сахарозы | 1,42 |
| 5% раствор агар-агара2 | 1,342 |
| 5% раствор альбумина3 | 1,422 |
| Желатиновый ряд | 1,360-1,420 |
| Вирусы | 1,502-1,559 |
| Стенки растительных клеток | 1,500-1,530 |
| Споры бактерий | 1,460-1,537 |
| Эритроциты человека | 1,385-1,393 |
| Животные клетки | 1,350-1,380 |
Зная показатель преломления, можно определить концентрацию вещества в растворе:
Для измерения показателей преломления растворов чаще всего применяют рефрактометры типа Аббе и Пульфриха, основанные на методе скользящего луча или на методе полного внутреннего отражения.
Принцип действия рефрактометра типа Аббе
Световой пучок падает на призменный блок Аббе, представляющий собой две прямоугольные призмы, сложенные гипотенузными гранями. Нижняя грань верхней призмы матовая (шероховатая) и служит для освещения рассеянным светом исследуемой жидкости между призмами. Свет, рассеянный матовой поверхностью, проходит плоскопараллельный слой исследуемой жидкости и падает на гипотенузную грань нижней измерительной призмы под различными углами. Измерительная призма изготовлена из оптически плотного стекла (тяжелый флинт), показатель преломления которого больше 1,7. Поэтому измерения могут проводиться для веществ с n < 1,7. Для скользящих лучей (с углом падения ~ 90) угол падения на границе жидкость – измерительная призма будет близок к предельному. Этот угол и определяет границу распространения света в призме
n = N sin ϕпо,
где n и N показатели преломления жидкости и призмы соответственно. Обычно измеряют угол выхода предельного луча из призмы в воздух .
Ход лучей света в призменном блоке Аббе
Следует отметить, что точка O произвольно выбрана на гипотенузной грани измерительной призмы. В результате преломляющего действия всей поверхности АВ через грань СВ. будет выходить множество параллельных пучков. Направление каждого из них определяется одним из множества углов, среди которых наименьшим является угол .
Измерение угла производят с помощью зрительной трубы, установленной на бесконечность. При такой установке зрительная труба собирает в соответствующих точках своей фокальной плоскости лучи, выходящие параллельными пучками через грань СВ призмы под различными углами. В направлениях, заданных углами, меньшими, чем , свет не распространяется. Поэтому, наводя крест нитей окуляра зрительной трубы на границу раздела света и темноты, можно измерить угол . При этом, если оптическая ось трубы будет совпадать с направлением, заданным углом , то нижняя половина поля зрения будет соответствовать направлениям лучей, идущих под углами, большими, чем , а верхняя – меньшими, чем .
Легко показать, рассмотрев преломление лучей света на грани ВС призмы, что показатель преломления жидкости n связан с углом соотношением
,
где В – преломляющий угол призмы (угол 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 с учетом данного соотношения.
Особенностью рефрактометра Аббе является использование для измерений белого света. Это возможно благодаря компенсатору дисперсии, вмонтированному в зрительную трубу. 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 углов призм можно варьировать угол преломления того или иного цвета, а также величину суммарной угловой дисперсии. В частности, можно добиться отсутствия отклонения для какого-либо среднего в спектре луча, не уничтожая при этом суммарной дисперсии. Такая комбинация призм будет давать спектр, в котором средние лучи будут выходить по направлению падающего белого луча.
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 лучи, соответствующие D-линии натрия, проходили всю систему без отклонения.
В силу обратимости световых лучей с помощью призмы Амичи можно пучок цветовых лучей собрать в белый луч.
Принцип действия компенсатора в рефрактометре Аббе сводится к следующему. Из призменного блока Аббе лучи разного цвета выходят под разными углами, зависящими от соотношения показателей преломления исследуемой жидкости и измерительной призмы. Иначе говоря, призменный блок Аббе характеризуется некоторой величиной угловой дисперсии d/dλ . Если на пути этих лучей установить призму Амичи таким образом, чтобы ее угловая дисперсия, которая зависит также от поворота призмы, была равна по величине и противоположна по знаку угловой дисперсии d/dλ , то суммарная дисперсия системы будет равна нулю. При этом пучок цветных лучей соберется в белый луч, направление которого совпадает с направлением желтого луча D. Линия полного внутреннего отражения (в поле зрения окуляра зрительной трубы) представится в виде резкой неокрашенной границы между светлой и темной частями поля зрения, причем положение границы будет соответствовать предельному лучу D, хотя для освещения применялся белый свет. Таким образом, показания шкалы рефрактометра дают значения nD.
Рефрактометр ИРФ-22 представляет собой современную модель рефрактометра Аббе. Он состоит из следующих основных частей: корпуса 1, измерительной головки 2 и зрительной трубы 3 с отсчетным устройством.
В измерительной головке находится призменный блок Аббе, который содержит эталонную призму I и вспомогательную призму II и жестко связан со шкалой отсчетного устройства, расположенной внутри корпуса. Лимб 4, помещенный в корпус прибора, жестко соединен с измерительной головкой и поворачивается вместе с ней относительно неподвижной зрительной трубы 3. Для отсчета угла поворота шкала лимба, освещаемая с помощью зеркала 5, дополнительной оптической системой проектируется в поле зрения окуляра зрительной трубы и может наблюдаться одновременно с границей светлой и темной частей поля. Граница контакта образец-эталон освещается белым светом через окно вспомогательной призмы или через окно эталонной призмы. Используется дневное освещение или осветитель ОИ-8. При этом наблюдаемая граница полей будет окрашенной. Окраска устраняется компенсатором 6, который состоит из двух спектральных призм прямого зрения, вращающихся с помощью маховичка 7.
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 8, наклонить измерительную головку.
Принцип действия рефрактометра типа Пульфриха
У рефрактометра типа Пульфриха = 90 показатель преломления можно рассчитать по формуле
.
Рассмотрим принцип действия рефрактометра типа Пульфриха на примере рефрактометра ИРФ-23.
Прибор включает источник света 1 (натриевая лампа – длина волны D), конденсорную систему 2, измерительную призму 3, зрительную трубу 4 и углоизмерительную систему 5. Испытуемый образец 6 накладывается на измерительную призму 3. Между образцом и призмой помещают иммерсионную жидкость с показателем преломления nж. Для измерения угла труба имеет вращение вокруг оси, перпендикулярной плоскости рисунка. Вначале, в положении I, она наводится на верхнюю границу раздела светлого и темного полей.
Принципиальная оптическая схема
| Вид поля изображения трубы в положении I: (светлое поле всегда окрашено соответственно измеряемой спектральной линии) | |
Затем, в положении II, труба наводится на автоколлимационное изображение штрихов сетки и устанавливается нормально выходной поверхности измерительной призмы.
| Вид поля изображения трубы в положении II: | |
Разность показаний прибора при I и II положениях трубы соответствует углу .
Внешний вид прибора
Рефрактометр ИРФ-23 состоит из штатива 1, несущего на себе градусный лимб 2, автоколлимационную трубу 3, отсчетный микроскоп 4, лампу подсветки 5 и измерительную призму 6. Зрительная труба жестко связана с лимбом, диафрагма 7 объектива зрительной трубы служит для уменьшения рассеянного света. Грубое вращение трубы производится вручную, а точное – микрометрическим винтом 8 после закрепления винтом 9. Штатив 1 является также базой крепления конденсора 10 натриевой лампы 11. Положение конденсора регулируется. Лампа 11 питается от блока 12, в котором содержится дроссель. Для контроля температуры имеется термометр 13. [8]
| Тип рефрактометра [9] | Диапазон измерений nD | Предел погрешности измерений ΔnD |
| Рефрактометры Пульфриха | 1,20 – 2,10 | ±5·10-5 |
| Рефрактометры Аббе | 1,20 – 2,10 | ±2·10-4 |
1Т.к. 1 – 10-ххln(10) прих, близких к нулю.
2Агар-агар – растительный заменитель желатина, получают экстрагированием из красных и бурых водорослей.
3Альбумин – это основной белок крови, вырабатываемый в печени человека.
28
studfiles.net
Определение показателя преломления (рефрактометрия)
Рефрактометрия является одним из самых простых физических методов анализа с затратой минимального количества анализируемого вещества и проводится за очень короткое время. Этот метод применяется для идентификации веществ, установления их чистоты, определения концентрации растворов.
Метод рефрактометрии основан на измерении показателя преломления света n анализируемым веществом. Показателем преломления называется отношение скорости распространения света в воздухе к скорости распространения света в исследуемом веществе. Величина показателя преломления зависит от природы вещества, температуры, длины световой волны, при которой проводят определение. В растворах показатель преломления зависит также от концентрации растворенного вещества и природы растворителя.
Различная скорость распространения луча света в средах с различной плотностью вызывает изменение его направления при переходе из одной среды в другую, т.е. рефракцию. Отношение скорости распространения света в воздухе v1 к скорости распространения света в веществе v2, равное отношению синусов угла падения луча света α и угла его преломления β, называется показателем (коэффициентом) преломления n и является величиной, постоянной для данной длины волны:
При прохождении луча света из среды с меньшим значением n в среду с большим показателем преломления (рис.13а) β < α. Если угол падения α луча С (рис.13б) приближается к 900, то β < 900. При дальнейшем увеличении угла падения (луч D) падающий свет полностью отражается от границы раздела и не попадает в менее плотную среду, происходит полное внутреннее отражение. Справа (при наблюдении против светового потока) от предельного луча D' находится затемненное поле, слева – освещенное поле.
Рис. 13. Преломление луча света при переходе из одной среды в другую:
а – преломление луча света при прохождении из менее плотной среды 1 в более плотную среду 2; б – преломление луча света при углах падения, приближающихся к 900; предельный луч D - D' (полное внутреннее отражение).
Определение показателя преломления производят с помощью специального прибора, называемого рефрактометром. На практике применяются рефрактометры различных систем: лабораторный – РЛ, универсальный – РЛУ, RL – 2, «Карат - МТ» и др.
Устройство рефрактометра основано на явлении полного внутреннего отражения луча света на границе двух сред (одна – стеклянная призма, другая – анализируемый раствор) или на положении предельного луча на границе светотени (рис.14).
Рис. 14. Схема рефрактометра РЛ – 2:
1 – свет от источника; 2 – зеркало; 3 – осветительная призма; 4 – измерительная призма; 5 – компенсатор; 6- объектив; 7 – призма; 8 – пластинка с визирными штрихами и шкалой показателей преломления; 9 – окуляр.
Свет от источника 1 попадает на зеркало 2 и, отражаясь, проходит в верхнюю осветительную призму 3, затем в нижнюю измерительную призму 4, изготовленную из специального стекла с высоким показателем преломления. Между гипотенузными поверхностями призм 3 и 4 капилляром помещают 1–2 капли анализируемой жидкости. Чтобы избежать механических повреждений призмы, капилляр не должен касаться ее поверхности.
Поверхность призмы 4 служит границей раздела, на которой происходит преломление луча света. Вследствие рассеивания лучей граница светотени получается радужной, расплывчатой; компенсатор дисперсии 5 устраняет это явление. Далее свет проходит через объектив 6 и призму 7. На пластинке 8 нанесены визирные штрихи (две крестообразно пересеченные прямые линии) и шкала показателей преломления, наблюдаемая в окуляре 9. По шкале отсчитывают показатель преломления с тремя знаками после запятой, четвертый знак оценивают на глаз.
В окуляре 9 видно поле с перекрещивающимися линиями для установления границы раздела. Передвижением окуляра совмещают точку перекрестия с границей раздела полей (рис.15).
Рис. 15. Поле зрения в окуляре рефрактометра:
слева – шкала показаний преломления; справа – шкала процентного содержания сухих веществ; между призмами находится дистиллированная вода.
Положение границы раздела полей соответствует углу полного внутреннего отражения и зависит от показателя преломления анализируемой жидкости.
Лабораторный рефрактометр РЛ – 2 (рис. 16) имеет две шкалы – показателей преломления (от 1,33 до 1,54) и содержания сухих веществ, выраженного в % (мас.) сахарозы, - от 0 до 95% (мас.).
Показатель преломления обычно измеряют при температуре (20 ± 0,3)ºС и длине волны линии D спектра натрия (589,3 нм). Показатель преломления, определенный при таких условиях, обозначается индексом nD20.
Показатель преломления дистиллированной воды n10=1,33299, практически этот же показатель принимается в качестве отсчетного как n0 = 1,333.
Рис. 16. Рефрактометр РЛ – 2:
1 – основание; 2 – колонка; 3 – корпус; 4 – дисперсионный лимб для устранения спектральной окраски светотени; 5 – отражательное зеркало; 6 – камера измерительной призмы; 7 – шарнир, соединяющий призмы; 8 – осветительная призма; 9 – термометр; 10 – отверстие для регулирования шкалы рефрактометра; 11 – шкала для отсчета; 12 – рукоятка; 13 – окуляр
Порядок работы:
1. Проверка чистоты соприкасающихся поверхностей призм (до начала измерений).
2. Проверка нулевой точки. На поверхность измерительной призмы нанести 2–3 капли дистиллированной воды, осторожно закрыть осветительной призмой. Открыть осветительное оконце и установить в направлении наибольшей интенсивности источника света с помощью зеркала. Путем вращения винтов получить в поле зрения окуляра резкое, четкое разграничение светлого и темного полей. Вращая винт, навести линию света и тени точно до совпадения с точкой пересечения линии в верхнем оконце окуляра. Вертикальная линия в нижнем оконце окуляра указывает результат измерения – показатель преломления воды при 20°С – 1,333. В случае других показаний показатель преломления устанавливают винтом на 1,333, а при помощи ключа (регулировочный винт снять) приводят границу света и тени к точке пересечения линий.
3. Определение коэффициента преломления. После установки прибора на нулевую точку приподнимают камеру осветительной призмы и фильтровальной бумагой или марлевой салфеткой снимают воду. Затем наносят 1-2 капли исследуемого раствора на плоскость измерительной призмы, камеру закрывают. Вращают винты до совпадения границы света и тени с точкой пересечений линий. По шкале в нижнем оконце окуляра производят отсчет коэффициента преломления раствора.
4. Взаимосвязь между концентрацией двухкомпонентного раствора и покателем преломления устанавливают по градуировочному графику. Для построения графика готовят стандартные растворы из препарата химически чистого вещества, измеряют показатели преломления 3–4 раза, вычисляют среднеарифметическое и откладывают полученную величину на оси ординат, на оси абсцисс – концентрацию растворов. Такой график часто представляет собой практически прямую линию. Измерив показатель преломления анализируемого раствора, по графику находят его концентрацию.
5. Окончание работы на рефрактометре. После каждого определения необходимо обе камеры промыть водой и вытереть досуха фильтровальной бумагой или салфеткой, между камерами заложить прокладку из тонкого слоя ваты.
Преломляющие свойства вещества, обусловленные строением его молекулы, характеризуются молекулярной рефракцией R м и описываются уравнением Лоренца – Лорентца:
где М – молярная масса вещества, г/моль;
d – плотность х 103 кг/м3.
Молекулярная рефракция не зависит от температуры и агрегатного состояния вещества. Для химических соединений она представляет собой аддитивную величину, что применяется при установлении состава и строения органических веществ. Молекулярную рефракцию вычисляют как сумму атомных рефракций и инкрементов кратных связей (табл.1). С другой стороны, измеряют показатель преломления и плотность идентифицируемого вещества при 20ºС. Эти величины, а также молярную массу вещества вводят в уравнение. В обоих случаях должна получаться практически одинаковая молекулярная рефракция.
Таблица 1. Атомные рефракции некоторых химических элементы и инкрементов кратных связей (20°С, λ = 589 нм)
|
Элемент |
Атомная рефракция |
Элемент |
Атомная рефракция |
|
Углерод |
2,418 |
Бром |
6,865 |
|
Водород |
1,100 |
Иод |
13,91 |
|
Кислород в группах: - ОН - О - >C = О |
1,525 1,643 2,211 |
Азот в первичных алифатических аминах |
2,322
|
|
Инкременты кратных связей: >C = C< - С ≡ С - |
1,733 2,389 |
||
|
Хлор |
5,967 |
Вычисление молекулярной рефракции рассмотрим на примере хлорбензола, молекула которого содержит 6 атомов углерода, 5 атомов водорода, 1 атом хлора, а также в ней имеются 3 двойные связи, поэтому:
R м = 6×2,418 + 5×1,100 + 1×5,967 + 3×1,733 = 31, 2.
Экспериментально находят, что показатель преломления анализируемой жидкости равен 1,5248. Плотность хлорбензола 1,107×103 кг/м3, молярная масса 112,56 г/моль. Эти величины вводим в формулу и получаем:
Небольшое различие двух значений R м (31,2 – 30,9 = 0,3) свидетельствуют о том, что анализируемая жидкость действительно представляет собой хлорбензол. Существенные расхождения между значениями Rм, найденными двумя способами, могут обусловливаться экспериментальными погрешностями, значительным загрязнением анализируемого вещества, а также тем, что препарат не является хлорбензолом.
Меры предосторожности при работе
Быстрее всего в приборе выходят из строя призмы, поэтому необходимо соблюдать следующие меры предосторожности при обращении с ними.
1. Перед определением показателя преломления призмы тщательно очищают от грязи и пыли.
2. Не измеряют показатели преломления кислот и щелочей, так как они разъедают поверхность призм.
3. После проведения измерений протирают поверхность призм чистой мягкой салфеткой, смоченной водой или спиртом, вытирают насухо и закладывают между призмами небольшую сухую чистую салфетку или вату.
4. Категорически запрещается: а) вращать винт, окрашенный красной краской;
б) оставлять на продолжительное время между призмами исследуемую жидкость, так как поверхность призм после этого покрывается тонким матовым слоем и измерение показателя преломления становится невозможным.
Хроматографические методы разделенияАльдегиды и кетоныКарбоновые кислотыПроизводные предельных кислотСложные эфирыСоли, жирыДикарбоновые кислотыАлканы ряда метанаЦиклоалканы, алкадиены, алкины, арены
biofile.ru
