阿贝折射仪测量材料折射率.doc

实验十一 阿贝折射仪测定物质折射率 [实验目的] 1．了解阿贝折射仪的原理，学会阿贝折射仪的调整和使用方法。 2．掌握使用阿贝折射仪测定物质折射率的方法。 3．通过对葡萄糖溶液折射率的测定，确定其浓度。 [实验器材] 阿贝折射仪、待测液体（若干）、葡萄糖溶液（若干不同浓度值）、无水酒精（若干）、蒸馏水（若干）、镜头纸、滴管（三支）。 [仪器描述] 1．阿贝折射仪的外形结构如图11－1所示。 图11－1 阿贝折射仪 2．阿贝折射仪由测量系统和读数系统两部分组成，如图11－2所示。 图11－2 阿贝折射仪测量、读数系统 图11－3 阿贝折射仪的读数 测量系统：光线由反光镜18进入进光棱镜16，经过被测液体后射入折光棱镜15，再经过两个阿米西棱镜14、13，以消除色散，然后由物镜12将黑白分界线成像于分划板11（内有十字叉丝）上，经目镜9放大后成像于观察者眼中。 读数系统：光线由小反光镜4照明刻度盘3，经转向棱镜5及物镜6将刻度成像于分划板7上，再经目镜8放大成像后以供观察。 刻度盘和棱镜组是同轴的，旋转手轮2可同时转动棱镜组和刻度盘。在测量镜筒视场中如出现彩色区域，使分界不够明显，可旋转阿米西棱镜手轮10，以调整棱镜的位置，抵消色散现象，至黑白分界明显，调节2使叉丝交点与分界线重合。此时在读数镜筒分划板中的横线在右边刻度所指示的数值即为待测液体的折射率，如图11－3所示。对于糖溶液，还可以从分划板中的横线在左边刻度所指示的数据，得出该糖溶液中含糖量浓度百分数。 由于液体折射率随温度而变化，测量时需记录液体的温度，本仪器备有温度计插孔和恒温插头。 [实验原理] 阿贝折射仪是药物鉴定中常用的分析仪器，主要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11－4所示。在折射现象中有： 显然，若，则。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。当光线从光密媒质进入光疏媒质时，折射角恒大于入射角，且随的增大而增大，当入射角增大到某一数值而使时，则发生全反射现象。入射角称为临界角。 图11－4 光在两种媒质界面上 的反射和折射现象 图11－5 阿贝折射仪原理图 阿贝折射仪就是根据全反射原理而制成的。其主要部分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11－5a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，使液层内有各种不同方向的入射光。 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，这个最大入射角非常接近直角。设待测液体的折射率小于折光棱镜的折射率，则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，而折射光线OR和法线的夹角为，由光路的可逆性可知，此折射角即为临界角。 根据折射定律：，即 （11－1） 可见临界角的大小取决于待测液体的折射率及折光棱镜的折射率。 当OR光线射出折射棱镜进入空气（其折射率）时，又要发生一次折射，设此时的入射角为，折射角为（或称出射角），则根据折射定律得 （11－2） 根据三角形的外角等于不相邻两内角之和的几何原理，由△ORE，得 （11－3） 将式11－1、11－2、11－3联立，解得 （11－4） 式中棱镜的棱角和折射率均为定值，因此用阿贝折射仪测出角后，就可算出液体的折射率。 在所有入射到折射棱镜DE面的入射光线中，光线AO的入射角等于已经达到了最大的极限值，因此其出射角也是出射光线的极限值，凡入射光线的入射角小于，在折射棱镜中的折射角必小于，从而其出射角也必小于。由此可见，以RT为分界线，在RT的右侧可以有出射光线，在RT的左侧不可能有出射光线，见图11－5a。必须指出图11－5a所示的只是棱镜的一个纵截面，若考虑折射棱镜整体，光线在整个折射棱镜中传播的情况，就会出现如图11－5b所示的明暗分界面RR’T’T。在RR’T’T面的右侧有光，在RR’T’T面的左侧无光，这分界面与棱镜顶面的法线成角，当转动棱镜角后，使明暗分界面通过望远镜中十字线的交点，这时从望