Теоретичні відомості

Рефрактометром називається прилад, який служить для вимірювання показників заломлення твердих, рідких та газоподібних речовин. Абсолютним показником заломлення середовища називається відношення швидкості світла у вакуумі с до швидкості світла у даному середовищі : .

В изначення показника заломлення рідких тіл і концентрації розчинів за допомогою прецизійного рефрактометра ґрунтується на явищі повного внутрішнього відбиття. Повне внутрішнє відбиття відбувається під час переходу світлового променя з середовища з більшою оптичною густиною в середовище з меншою оптичною густиною. Кут падіння , за якого спостерігається повне внутрішнє відбиття, називається граничним кутом повного внутрішнього відбиття. При цьому виконується умова , тобто заломлений промінь не спостерігається, а все світло повністю відбивається назад в перше середовище.

В основу роботи рефрактометра покладений метод визначення показника заломлення досліджуваної речовини за певним кутом заломлення – кутом повного внутрішнього відбиття.

Опис вимірювальної установки і методики вимірювань

Конструкція рефрактометра складається з таких частин (рис. 1.23.2):

1. основа (нижня частина);

2. корпус (верхня частина);

3. вимірювальна призма (нижня);

4. освітлювач (джерело світла);

5. термометр;

6. освітлювальна призма (верхня);

7. лімб дисперсії для усунення дисперсії;

8. отвір встановлення нуля;

9. ш кала, яку можна бачити зі сторони передньої кришки;

10. окуляр для спостереження границь світлотіні і суміщення її з перехрестям сітки;

11. рукоятка;

12. шнур з вилкою джерела живлення;

13. ключ для встановлення нуля.

Основною частиною рефрактометра є дві призми (АВС) і ( ) (рис. 1.23.1) або 5 і 4 (рис. 1.23.3), виготовлені зі скла сортів флінтгласу з великим показником заломлення . Між цими призмами вводять декілька крапель досліджуваної рідини, яка розпливається в шар завтовшки приблизно 0,02 мм після опускання верхньої призми на нижню.

Пучок світла від освітлювача 1 фокусується конденсором 2, 3 і, пройшовши через грань освітлювальної призми, падає на її грань, дотичну до рідини.

О скільки грань матова, то вона розсіює світло у рідині в усіх напрямках, і частина променів потрапляє на грань АВ вимірювальної призми АВС під різними кутами. Очевидно, що найбільший можливий кут падіння променів 1, 2, 3, які падають на грань АВ, . Промінь, який ковзає по межі АВ (промінь 3 на рис. 1.23.1) з кутом падіння (що йде з досліджуваної рідини з меншим показником заломлення в середовище з більшим показником заломлення – призму) заломлюється в призмі АВС (як це випливає з принципу оборотності світлового променя) під граничним кутом повного внутрішнього відбиття. Решта променів, наприклад 2-й і 1-й, які падають на грань АВ під меншим за кутом, заломлюються в призмі під кутом, меншим за граничний .

На границях поділу світло заломлюється за законами Снелліуса:

,

(1.23.1)

де – кут падіння, – кут заломлення, – показник заломлення середовища, з якого промінь падає на границю поділу, – показник заломлення середовища, в яке промінь проходить.

Оскільки показник заломлення досліджуваної речовини, як зазначалось вище, менший за показник заломлення матеріалу лінзи , то, як випливає з формули (1.23.1), існує граничний (максимальний) кут заломлення:

,

(1.23.2)

який досягається при куті падіння .

Промені граничні, заломлені під різними кутами і такі, що вийшли потім з вимірювальної призми через другу її грань, фокусуються об’єктивом 8 зорової труби (рис. 1.23.3) в її полі зору, утворюючи світлу і темну частини поля, розділені прямою границею. Границею світлотіні є граничні промені.

Для фіксації положення границі світлотіні відносно нерухомої шкали 10 зорова труба обертається відносно осі. Через окуляр 11 зорової труби спостерігається: границя світлотіні, перехрестя сітки 9 і шкали 10. Шкала розрахована на підставі формули граничного заломлення і розрахунку ходу граничних променів, що вийшли з вимірювальної призми.

Для компенсації дисперсії променів, що вийшли з вимірювальної призми, в зоровій трубі встановлені дві призми прямого зору 6, що обертаються відносно осі зорової труби.

Шляхом обертання призми встановлюють в таке положення, при якому границя світлотіні не має спектрального забарвлення. Відлік за шкалою проводиться після усунення спектрального забарвлення границі світлотіні в положенні перетину границі світлотіні і центру перехрестя сітки по лінії границі світлотіні.