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測透明、半透明液體或固體的折射率ND和平均色散NF-NC的儀器。儀器接有恆溫器,可測定溫度為0℃~70℃內的折射率ND,並能測出糖溶液內含糖量濃度的百分數。故此種儀器是石油工業、油脂工業、製藥工業、造漆工業、食品工業、日用化學工業、製糖工業和地質勘察等有關工廠、教學及科研單位不可缺少的常用設備之一。

1理論基礎

根據折射定律,入射角i和折射角r之間有下列關係:當光線從介質1進入介質2時則
=n1,2 (5-3)
式中n1,n2,v1,v2分別為1,2兩介質的折射率和光在其中的傳播速度,n1,2是介質2對
阿貝折光儀
於介質1的相對摺射率。折射率為物質的特性常數,對一定波長的光在一定溫度壓力下,是一個定值。
由式(5-3)可知,當n2>n1時,則折射角r恆小於入射角i。當人射角i增加到 時,折射角相應地增加到最大值rc,rc稱為臨界
阿貝折光儀
角。此時介質2中從OY到OA之間有光線通過,而OA到OX之間則為暗區,如圖5-3。當入射角為 時,上式可寫成:
n2=n1·sinrc (5-4)
即在固定一種介質時,臨界折射角rc的大小和折射率有簡單的函數關係。

2工作原理

阿貝折光儀就是根據這個原理設計的。如圖5-4是儀器構造的示意圖。它的主要部分為兩塊直角稜鏡PI,PII,稜鏡PI的粗糙表面 與PII的光學平面鏡AD之間約有0.1到0.15mm的空隙,用於裝待測液體並使在PI、PII間鋪成一簿層。光線從反射鏡射入稜鏡PI后,由於 面是粗糙的毛玻璃而發生漫射,從各種角度透過縫隙的被測液體;進入稜鏡PII中,由前所知,從各個方向進入稜鏡PII的光線均產生折射,而其折射角都落在臨界角rc之內(因為稜鏡的折射率大於液體的折射率,因此人射角從 到 的全部光線都能通過稜鏡而發生折射)。具有臨界角rc的光線穿出稜鏡PII后射於目鏡上,此時若將目鏡的十字線調節到適當位置,則會見到目鏡上半明半暗。
從幾何光學原理可以證明,縫隙中液體的折射率n液與rc間的關係為:
n液=sinB
B對一定的稜鏡為一常數,n稜鏡在定溫下也是個定值。所以液體的折射率n液是角rc的函數。由rc可計算液體折射率。折光儀上已經把讀數rc換算成n液的值,可直接讀出n液的值。
在指定條件下,液體的折射率因所用單色光的波長不同而不同。若用普通白光作為光源,則由於發生色散而在明暗分界線處呈現彩色光帶,使明暗交界不清楚。為了能用白光作光源,故在儀器中還裝有兩個各由三塊稜鏡組成的「阿密西」稜鏡作為補償稜鏡(上面的一塊「阿密西」稜鏡可以轉動),調節其相對位置,在適當取向時,可以使從下面的折射稜鏡出來的色散光線重新成為白光,消除色帶,使明暗界線清楚。此時,用白光測得的折射率即相當於用鈉光D線(波長5890人)所測得的折射率nD。
折射率是物質的特性常數之一,它的數值與溫度、壓力和光源的波長等有關。符號 是指在 時用鈉光D線作光源時的物質的折射率。溫度對摺射率有影響。多數液態有機物質當溫度每增加 時,折射率降低 到 ,而固體的折射率和溫度的關係沒有規律,一般不超過 。通常大氣壓的變化對摺射率的數值影響不明顯,所以只有在很精密的工作中才考慮壓力的影響。

3使用

(1)將稜鏡5和6打開,用擦鏡紙將鏡面拭潔后,在鏡面上滴少量待測液體,並使其鋪滿整個鏡面,關上稜鏡。
(2)調節反射鏡7使入射光線達到最強,然後轉動稜鏡使目鏡出現半明半暗,分界線位於十字線的交叉點,這時從放大鏡2即可在標尺上讀出液體的折射率。
(3)如出現彩色光帶,調節消色補償器,使彩色光帶消失,明暗界面清晰。
(4)測完之後,打開稜鏡並用丙酮洗凈鏡面,也可用吸耳球吹乾鏡面,實驗結束后,除必須使鏡面清潔外,尚需夾上兩層擦鏡紙才能扭緊兩稜鏡的閉合螺絲,以防鏡面受損。

4標尺校正

阿貝折光儀在使用前,必須先經標尺零點的校正,可用已知折射率的標準液體(如純水的25度 =1.3325,20度=1.3320),亦可用每台折光儀中附有已知折射率的「玻塊」來校正。可用a-溴萘將「玻塊」光的一面粘附在折射稜鏡5上,不要合上稜鏡6,打開稜鏡背後小窗使光線由此射入,用上述方法進行測定,如果測得值和此「玻塊」的折射率有區別,旋動鏡筒上的校正螺絲K進行調整。
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