Устройство и принцип действия рефрактометра

Рис.4. Схематический чертеж рефрактометра

Основная призма (1) (рис.4) укреплена неподвижно. Верхняя вспомогательная призма (2) вращается на шарнире. Ее поворачивают во время заполнения (или удаления) пространства между призмами исследуемой жидкостью. Лучи, выходящие из призмы, попадают в зрительную трубу, с помощью которой наблюдают границу светотени. Зрительная труба состоит из объектива (4), отражательной (поворотной) призмы (5), изменяющей направление распространения света на 90 градусов к наблюдателю, и окуляра (6). Наблюдаемая граница светотени может быть в большей или меньшей степени окрашена и расплывчата. Это наблюдается в результате дисперсии света. Для устранения влияния дисперсии в рефрактометре применяется призма прямого зрения Амичи (7). Она установлена перед объективом зрительной трубы. Вращая призму Амичи, добиваются получения резкой и неокрашенной границы светотени. Наблюдая в окуляр границу раздела светотени, можно определить ее положение, пользуясь шкалой и визирными линиями окуляра. Шкала рефрактометра проградуирована в соответствующих значениях показателей преломления. В рефрактометрах-сахариметрах вторая шкала служит для определения концентрации сахара в растворе.

В данной лабораторной работе исследуются прозрачные жидкости. Пучок дневного света или света лампы накаливания направляют с помощью зеркала (3) на боковую грань вспомогательной призмы (2). Лучи, прошедшие через эту призму, падают на ее гипотенузную матовую грань и, претерпевая диффузное отражение, рассеиваются под всевозможными углами, попадая на тонкий слой исследуемой жидкости, находящейся между призмами. Пройдя через слой жидкости, лучи достигают полированной поверхности гипотенузной грани основной призмы (1), где происходит их преломление. Показатель преломления исследуемой жидкости n должен быть меньше показателя преломления основной призмы n₀:(n<n₀), поэтому углы преломления всех лучей, падающих на границу раздела жидкости и основной призмы меньше соответствующих им углов падения. Для лучей скользящих по границе раздела жидкость-полированная грань призмы (1), то есть падающих под углом 90^о, угол преломления будет равен предельному углу полного внутреннего отражения. Лучей, чей угол преломления больше предельного угла, просто не будет и поэтому в окуляре мы видим темноту.

На рисунке 5 показано образование, наблюдаемой в окуляр, границы света и тени. Положение границы определяется величиной предельного угла полного внутреннего отражения, который зависит от величины коэффициента преломления исследуемой жидкости.

Рис.5. Образование границы светотени в рефрактометре.

ПРОТОКОЛ

Лабораторная работа

Часть 1

Цель работы:

1. Ознакомиться с назначением рефрактометра, его устройством, принципом действия и правилами работы на приборе.

2. Освоить рефрактометрический метод определения коэффициента преломления жидкости.

3. Исследовать зависимость показателя преломления растворов глицерина от концентрации. Построить график зависимости показателя преломления растворов глицерина от концентрации. По графику найти неизвестную концентрацию раствора глицерина.

Оборудование:

1. Рефрактометр;

2. Растворы глицерина 10%, 20%, 40% концентрации и неизвестной концентрации;

3. Растворы сахара;

4. Дистиллированная вода; 5. Стеклянная палочка для нанесения раствора.

Порядок выполнения работы

1. Перед началом работы производится проверка нуль-пункта прибора по дистиллированной воде. Три капли воды наносят на гипотенузную грань

основной призмы, и потом осторожно опускают верхнюю камеру со вспомогательной призмой. Настраивают окуляр на четкое видение шкалы и визирной линии (рис.6, где 1 - граница света и тени, 2- визирная нить в виде перекрестья). После этого рукояткой окуляра начинают перемещать визирную линию вдоль шкалы до совмещения её с границей света и тени. Если Вы до этого все сделали правильно, то визирная линия на границе раздела имеет положение 1.333 (коэффициент преломления воды). Если наблюдению мешает спектр, то его можно устранить, вращая призму Амичи.

рис.6. Фрагмент шкалы рефрактометра

2. Используя методику п.1 определить показатели преломления для растворов глицерина с концентрацией 10%, 20%, 40% и для раствора неизвестной концентрацией.

3. На миллиметровой бумаге начертить график зависимости показателя преломления от концентрации растворов глицерина.

4. Графически определить концентрацию неизвестного раствора глицерина, зная его показатель преломления.

5. Используя методику п.1 определить концентрацию и показатель преломления различных растворов сахара. В этом случае показания снимаются с двух шкал рефрактометра.