阿贝折射仪使用说明(详解.doc

阿贝折射仪 1.阿贝折射仪的用途 阿贝折射仪是可直接用来测量液体的折射率，定量地分析溶液的成分，建言液体的纯度。阿贝折射仪是测定分子结构的重要仪器，因为折射率与物质内部的分子运动状态有关，所以测定折射率在结构化学方面也是很重要的，比如求算物质摩尔折射率、摩尔质量、密度、极性分子的偶极距等都需要折射率的数据。阿贝折射仪测定折射率时有许多优点：所需用的样品很少，数滴液体即可进行测量；测量精度高（折射率精确到1×10-4），重现性好；测定方法简便，无需特殊光源设备，普通日光或其他日光即可；棱镜有夹层，可通恒温水流，保持所需的制定温度。它是物理化学实验室和科研工作中较常用的一种光学仪器。近年来，随着技术的发展，该仪器也在不断地更新。 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，左边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，这里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色散调节手轮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5所示。在折射现象中有： n1sinθ1 =n2sinθ2 显然，若n1n2，则θ1θ2。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，则发生全反射现象。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6 a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n2小于折光棱镜的折射率n1，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。 根据折射定律： （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，设此时的入射角为α，折射角为β（或称出射角），则根据折射定律得 （8.3） 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 （8.4） 将式8.2、8.3、8.4联立，解得 （8.5） 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6a。必须指出图6a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6b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，所以使用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1.3000至1.