阿贝折射仪利用说明最全Word格式.docx
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阿贝折射仪利用说明最全Word格式.docx
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再由望远镜5将此明暗分界限成像于分划板7上,分划板上有十字分划线,通过目镜8能看到如图2上部份所示的象。
读数系统。
光线经聚光镜12照明刻度板11(刻度板与摆动反射镜3连成一体同时绕刻度中心作回转运动)。
通过反射镜10,读数物镜9,平行棱镜6将刻度板上不同部位折射率示值成象于分划板7上(见图2)
图1望远系统读数系统光路图
图2
读数镜视场中右边为液体折射率刻度,左侧为蔗糖溶液质量分数(锤度Brix)(0-95%,刻度)
阿贝折射仪仪器有目前有多种设计方式,那个地址只介绍两种设计的构造。
其一如下:
图3仪器结构图
1反射镜2棱镜座连接转轴3遮光板5进光棱座6色散调剂手轮7色散值刻度圈
8目镜9盖板10锁紧手轮11折射标棱镜座12照明刻度聚光镜13温度计座
14底座15折射率刻度手轮17壳体18恒温器接头
其二如下:
图4仪器结构
三、光学原理
阿贝折射仪是药物鉴定中经常使用的分析仪器,要紧用于测定透明液体的折射率。
折射率是物质的重要光学常数之一,可借以了解该物质的光学性能、纯度和浓度等。
当光从一种媒质进入到另一种媒质时,在两种媒质的分界面上,会发生反射和折射现象,如图5所示。
在折射现象中有:
n1sinθ1=n2sinθ2
显然,假设n1>
n2,那么θ1<
θ2。
其中绝对折射率较大的媒质称为光密媒质,较小的称为光疏媒质。
当光线从光密媒质n1进入光疏媒质n2时,折射角θ2恒大于入射角θ1,且θ2随θ1的增大而增大,当入射角θ1增大到某一数值θ0而使θ2=900时,那么发生全反射现象。
入射角θ0称为临界角。
图5光在两种媒质界面上的反射和折射现象
图6阿贝折射仪原理图
阿贝折射仪确实是依照全反射原理而制成的。
其要紧部份是由一直角进光棱镜ABC和另一直角折光棱镜DEF组成,在两棱镜间放入待测液体,如图6a所示。
进光棱镜的一个表面AB为磨砂面,从反光镜M射入进光棱镜的光照亮了整个磨砂面,由于磨砂面的漫反射,使液层内有各类不同方向的入射光。
假设入射光为单色光,图中入射光线AO(入射点O实际是在靠近E点处)的入射角为最大,由于液层很薄,那个最大入射角超级接近直角。
设待测液体的折射率n2小于折光棱镜的折射率n1,那么在待测液体与折光棱镜界面上入射光线AO和法线的夹角近似90o,而折射光线OR和法线的夹角为θ0,由光路的可逆性可知,此折射角θ0即为临界角。
依照折射定律:
(8.1)
(8.2)
可见临界角θ0的大小取决于待测液体的折射率n2及折光棱镜的折射率n1。
当OR光线射出折射棱镜进入空气(其折射率n=1)时,又要发生一次折射,设现在的入射角为α,折射角为β(或称出射角),那么依照折射定律得
()
依照三角形的外角等于不相邻两内角之和的几何原理,由△ORE,得
()将式、、联立,解得
()
式中棱镜的棱角φ和折射率n1均为定值,因此用阿贝折射仪测出β角后,就可算出液体的折射率n2。
在所有入射到折射棱镜DE面的入射光线中,光线AO的入射角等于90o已经达到了最大的极限值,因此其出射角β也是出射光线的极限值,凡入射光线的入射角小于90o,在折射棱镜中的折射角必小于θ0,从而其出射角也必小于β。
由此可见,以RT为分界限,在RT的右边能够有出射光线,在RT的左侧不可能有出射光线,见图6a。
必需指出图6a所示的只是棱镜的一个纵截面,假设考虑折射棱镜整体,光线在整个折射棱镜中传播的情形,就会显现如图6b所示的明暗分界面RR’T’T。
在RR’T’T面的右边有光,在RR’T’T面的左侧无光,这分界面与棱镜顶面的法线成β角,当转动棱镜β角后,使明暗分界面通过望远镜中十字线的交点,这时从望远镜中可看到半明半暗的视场,如图6c所示。
因在阿贝折射仪中直接刻出了与β角所对应的折射率,因此利历时可从仪器上直接读数而无需计算,阿贝折射仪对折射率的测量范围是至。
阿贝折射仪是用白光(日光或一般灯光)作为光源,而白光是持续光谱,由于液体的折射率与波长有关,关于不同波长的光线,有不同的折射率,因此不同波长的入射光线,其临界角θ0和出射角β也各不相同。
因此,用白光照射时就不能观看到明暗半影,而将呈现一段五彩缤纷的彩色区域,也就无法准确地测量液体的折射率。
为了解决那个问题,在阿贝折射仪的望远镜筒中装有阿米西棱镜,又称光补偿器。
测量时,旋转阿米西棱镜手轮使色散为零,各类波长的光的极限方向都与钠黄光的极限方向重合,视场仍呈现出半边黑色、半边白色,黑白的分界限确实是钠黄光的极限方向。
另外,光补偿器还附有色散值刻度圈,读出其读数,利用仪器附带的卡片,还能够求出待测物的色散率。
四、阿贝折射仪的利用
将阿贝折射仪放在靠近窗户的桌子上(注意幸免日光直接照射),或置于一般白炽灯前,在棱镜外衣上装好温度计,将超级恒温水浴之恒温水通过棱镜的夹套中。
恒温水温度以折射仪是温度计指示值为准。
恒温在(20±
0.2)℃。
2.校准仪器
仪器在测量前,先要进行校准。
校准时可用蒸馏水(
)或标准玻璃块进行(标准玻璃块标有折射率)
(1)用蒸馏水校准
1.将棱镜锁紧板手松开,将棱镜擦干净(注意:
用无水酒精或其他易挥发溶剂,用镜头纸擦干)。
2.用滴管将2~3滴蒸馏水滴入两棱镜中间,合上并锁紧。
3.调剂棱镜转动手轮,使折射率读数恰为。
4.从测量镜筒中观看黑白分界限是不是与叉丝交点重合。
假设不重合,那么调剂刻度调剂螺丝,使叉丝交点准确地和分界限重合。
假设视场显现色散,可调剂微调手轮至色散消失。
(2)用标准玻璃块校准
1.松开棱镜锁紧扳手,将进光棱镜拉开。
2.在玻璃块的抛光底面上滴溴化萘(高折射率液体),把它贴在折光棱镜的面上,玻璃块的抛光侧面应向上,以同意光线,使测量镜筒视场敞亮。
3.调剂大调手轮,使折射率读数恰为标准玻璃块已知的折射率值。
4.从测量镜筒中观看。
假设分界限不与叉丝交点重合,那么调剂螺丝使它们重合。
假设有色散,那么调剂微调手轮排除色散。
图7标准玻璃块
(1)测定液体的折射率
假设待测物为透明浓体,一样用透射光即掠入射方式来测量其折射率nx。
方式如下:
滴2~3滴待测液体在进光棱镜的磨砂面上,并锁紧。
(假设溶液易挥发,须在棱镜组侧面的一个小孔内加以补充);
旋转大调手轮,在测量镜筒中将观看到黑白分界限在上下移动(假设有彩色,那么转动微调手轮排除色散,使分界限黑白分明),至视场中黑白分界限与叉丝交点重合为止;
在读数镜筒中,读出分划板中横线在右边刻度所指示的数据,即为待测液体的折射率nx,并记录;
重复测量三次,求折射率的平均值。
阿贝折射仪中的阿贝棱镜组由两个直角角棱镜(折射串率为n)组成,一个是进光棱镜,它的弦面是磨砂的,其作用是形成均匀的扩展面光源。
另一个是折射棱镜。
待测液体(nx<n)夹在两棱镜的弦面之间,形成薄膜。
如图8所示。
图8
光先射入进光棱镜,由其磨砂弦面A′B′产生漫射光穿过液层进入折射棱镜(图中ABC)。
因此抵达液体和折射棱镜的接触面(AB面)上任意一点E的诸光线(如1,2,3等)具有各类不同的入射角,最大的入射角是90度。
,这种方向的入射称为掠入射。
对不同方向入射光中的某条光线,设它以入射角i射向AB面,经棱镜两次折射后,从AC面以φ′角出射,假设nx<
n,那么由折射定律得
(8.6)
(8.7)
其中α为AB面上的折射角,β为AC面上的入射角。
由图8得棱镜顶角A与α角及β角的关系为
则:
代入(8.6)式得:
(8.8)
由(8.7)即:
则
代入)得:
(8.9)
从图8能够看出,关于光线“1”,有i→90》,sini→1,
→
,那么上式变成
(8.10)
因此,假设折射棱镜的折射率n、折射顶角已知,只要测出出射角φ即可求出待测液体的折射率nx。
若A=α-β,这时出射光线与顶角A在AC面法线的同侧,上式变成
(8.11)
阿贝折射仪是如何测量与光线“1”相对应的出射角
呢?
由图4可知。
除光线“1”外,其它光线“2”、“3”等在AB面上的入射角皆小于90度。
因此当扩展光源的光线从各个方向射向AB面时,凡入射角小于90度的光线,经棱镜折射后的出射角必大于角而偏折于“1’”的左侧形成亮视场。
而“1”的另一测因无光线而形成暗场。
显然,明暗视场的分界限确实是掠入射光束“1”的出射方向(“1’”)。
阿贝折射镜标出了与
角对应的折射率值,测量时只要使明暗分界限与望远镜叉丝交点对准,就可从视场中折射率刻度读出nx值。
(2)测定固体的折射率
假设待测固体有两个互成90度角的抛光面,那么可用透射光测定其折射率,如图9所示,在待测固体和折射棱镜AB面上滴一滴接触液(其折射率为n2,要求n2>nx),一样用折射率较高的溴代苯),扩展光源发出的光直接进入待测固体(不用进入光棱镜),通过接触液进入折射棱镜,其中一部份光线在通过待测固体时,传播方向平行于固体与接触液的交壤面。
当nx<
n2、nx<
n时,同理,由折射定律和几何关系可得待测固体折射率为
(8.12)
当出射光线与顶角A分居于AC面法线双侧时,公式取“-”号,反之,假设在同侧时,公式取“+”号。
由于折射棱镜的n和A均已知,只要测出光线掠入射通过待测固体时,由棱镜AC面上出射极限角
,由上式即可算出待测固体的折射率。
用阿贝折射仪测量时,只要明暗分界限与望远镜叉丝交点对准,就可直接读出nx值。
接触液的存在并非阻碍nx的测量,但只要求折射率n2>
nx。
接触液的作用是使得待测样品面和折射棱镜面形成良好的光学接触,没有间隙且有粘附性。
另外,用反射光测定折射率的原理如图10所示,光由折射棱镜的磨砂面BC进入,现在BC面就成为一个扩展面光源,抵达AB面(与待测物质的接触面)上任意一点的诸光线具有不同的入射角,凡入射角大于临界角
者,皆全反射,再经AC面射出,用望远镜对准φ角方向,一样观看到明暗视场,但明暗不同不如透射光,而且明暗相对透射法测量倒置。
用反射光测量固体的折射率时,只需一个抛光面
图9图10
任何物质的折射率都与测量时利用的光波的波长有关。
阿贝折射仪因此有光补偿装置(阿米西棱镜组),因此测量时可用白光光源,且测量结果相当于对钠黄光(λ=589.3nm)的折射率(即nD)。
另外,液体的折射率还与温度有关,因此假设仪器接上恒温器,那么可测定温度为0℃-50℃内的折射率即nD。
五、注意事项
1.利用仪器前应先检查进光棱镜的磨砂面、折射棱镜及标准玻璃块的光学面是不是干净,如有污迹用擦镜纸擦拭干净。
2.用标准块校准仪器读数时,所用折射率液不宜太多,使折射率液均匀布满接触面即可。
过量的折射率液易堆积于标准块的棱尖处,既阻碍明暗分界限的清楚度,又容易造成标准块从折射棱镜上掉落而损坏。
3.在加入的折射率液或待测液中,应避免留有气泡,以避免阻碍测量结果。
4.读取数据时,第一沿正方向旋转棱镜转动手轮(如向前),调剂到位后,记录一个数据。
然后继续沿正方向旋转一小段后,再沿反方向(向后)旋转棱镜转动手轮,调剂到位后,又记录一个数据。
取两个数据的平均值为一次测量值。
5.实验进程中要注意爱惜光学器件,不许诺用手触摸光学器件的光学面,幸免猛烈振动和碰撞。
6.仪器利用完毕后,要将棱镜表面及标准块擦拭干净,目镜套上镜头爱惜纸,放入盒内。
六、保护与保养
1.仪器应放在干燥,空气流通和温度适宜的地址,以避免仪器的光学零件受潮发霉。
2.仪器利用前后及改换样品时,必需先清洗揩净折射棱镜系统的工作表面。
3.被测试样品不准有固体杂抟,测试固体样品时应避免折射棱镜的工作表面拉毛或产生压痕,本仪器严禁测试侵蚀性较强的样品。
4.仪器应幸免强烈振动或撞击,避免光学零件震碎、松动而阻碍精度。
5.如聚光照明系统中灯泡损坏,可将聚光镜筒沿轴取下,换上新灯泡,并调剂灯泡左右位置(松开隔壁的紧定螺钉)、使光线聚光在折射棱镜的进光表面上,并非产生明显偏斜。
6.仪器聚光镜是塑料制成的,为了避免带有侵蚀性的样品对它的表面破坏,利历时用透明塑料罩将聚光镜罩住。
7.仪器不历时应用塑料罩将仪器盖上或将仪器放入箱内。
8.利用者不得随意拆装仪器,如仪器发生故障,或达不到精度要求时,应及时送修
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