Исследование зависимости показателя преломления раствора от его концентрации, Определение концентрации раствора с помощью рефрактометра, страница 15

где n_A, n_B и n_A+B – показатели преломления вещества А , В и раствора; r_А, r_В и r_А+В – соответственно их плотности.

6. Устройство и принцип действия рефрактометра

Приборы для определения показателя преломления различных веществ называются рефрактометрами.

Прежде чем перейти к описанию прибора, напомним ход лучей через трехгранную призму, которая часто используется при устройстве различных оптических приборов. Пусть на ребро трехгранной призмы падает под углом /'; луч АВ монохроматического света (рис. 4, а).

Рис.4. Прохождение света через трехгранную призму.

В точке В луч преломляется так, что приближается к перпендикуляру, восставленному к грани призмы в точке падения, в точке С он, выходя из призмы, преломляется так, что отдаляется от перпендикуляра, восставленного к грани призмы. В результате луч АВ отклоняется к основанию призмы на угол j, величина которого зависит от угла 8 при вершине призмы (преломляющий угол призмы), от показателя преломления п вещества призмы и от угла i₁ падения луча на призму. На рис.4(б) показано преломление в призме белого света и разложение его при этом в спектр (дисперсия).

Если угол падения луча на вторую грань призмы будет больше предельного, луч претерпит полное внутреннее отражение и выйдет из призмы через ее третью грань (рис.5). На этом основано устройство поворотной и оборачивающей призм. Обе призмы имеют преломляющий угол 90°, т. е. являются прямоугольными призмами, ход лучей в них понятен из рисунка. Поворотная призма (рис.5, а) изменяет направление хода лучей на 90°. Оборотная призма (рис.5, б) изменяет взаимное расположение лучей, вследствие чего изображение, которое они образуют, поворачивается на 180°.

Рис.5. Изменение хода лучей с помощью трехгранной призмы.

В медицинской практике обычно приходится определять показатели преломления жидкостей. Для этой цели применяется рефрактометр типа РЛ-2. Основу прибора составляют две прямоугольные призмы из стекла с высоким показателем преломления пп, сложенные гипотенузными гранями, между которыми помещается тонкий слой исследуемой жидкости (рис. 6).

Рис.6 Принципиальная схема рефрактометра.

Верхняя призма О осветительная, ее гипотенузная грань матовая. Нижняя призма И - измерительная, у нее матовая часть боковой наружной грани. Определение показателя преломления можно делать как в преломленном, так и в отраженном свете. Последнее применяется при окрашенных и сильно поглощающих свет жидкостях.

Ход лучей в первом случае показан схематически на рис.6, а. Свет (дневной или от электрической лампочки) зеркалом 3 направляется на боковую грань осветительной призмы. Рассеиваясь при выходе через ее матовую грань АБ, свет проходит слой жидкости и входит в измерительную призму по всевозможным направлениям, включая и угол

падения, близкий к 90°. В измерительной призме лучи, преломляясь, проходят только по направлениям, лежащим внутри предельного угла преломления r_пр. Величина этого угла определяется с помощью зрительной трубы Т. Объектив трубы фокусирует параллельные лучи, выходящие из отдельных точек грани ГД призмы И под различными углами. В связи с этим наблюдаемое через окуляр поле зрения трубы разделяется на светлую и темную части, граница между которыми соответствует границе угла r_пр. Если труба установлена так, что эта граница проходит по ее оси, то угол наклона ее равен углу гпр. Угол наклона трубы может быть измерен по соответствующей шкале. Тогда показатель преломления исследуемой жидкости относительно воздуха п находится по формуле n = n₀ sinr_np, где n₀ — показатель преломления стекла призм.