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阿贝折射仪的相关介绍以及使用和保养

[ 2009-8-17 ]  [转载请注明来源:就是要仪器网 www.94117.net]

光与物质相互作用可以产生各种光学现象(如光的折射、反射、散射、透射、吸收、旋 光以及物质受激辐射等),通过分析研究这些光学现象,可以提供原子、分子及晶体结构等方面的大量信息。所以,不论在物质的成分分析、结构测定及光化学反应等方面,都离不开光学测量。下面介绍物理化学实验中常用的几种光学测量仪器。

一、阿贝折射仪

    折射率是物质的重要物理常数之一,许多纯物质都具有一定的折射率,如果其中含有杂质则折射率将发生变化,出现偏差,杂质越多,偏差越大。因此通过折射率的测定,可以测定物质的浓度。

1.阿贝折射仪的构造原理

阿贝折射仪的外形图如图Ⅱ-5-1所示。

当一束单色光从介质Ⅰ进入介质Ⅱ(两种介质的密度不同)时,光线在通过界面时改变了方向,这一现象称为光的折射,如图Ⅱ-5-2所示。

 

           图Ⅱ-5-1 阿贝折射仪外形图

1.测量望远镜;2.消散手柄;3.恒温水入口;4.温度计;5.测量棱镜;6.铰链;7.辅助棱镜;8.加液槽;9.反射镜;10.读数望远镜;11.转轴;12.刻度盘罩;13.闭合旋钮;14.底座。

 

                                图Ⅱ-5-2  光的折射

光的折射现象遵从折射定律:

式中α为入射角,β为折射角,nn为交界面两侧两种介质的折射率;n,为介质Ⅱ对介质Ⅰ的相对折射率。

若介质Ⅰ为真空,因规定n=1.0000,故nⅠⅡ=n为绝对折射率。但介质Ⅰ通常为空气,空气的绝对折射率为1.00029,这样得到的各物质的折射率称为常用折射率,也称作对空气的相对折射率。同一物质两种折射率之间的关系为:

                    绝对折射率=常用折射率×1.00029

根据式(5.1)可知,当光线从一种折射率小的介质Ⅰ射入折射率大的介质Ⅱ时(n<n) 入射角一定大于折射角(α>β)。当入射角增大时,折射角也增大,设当入射角α=90°时,折射角为β0,我们将此折射角称为临界角。因此,当在两种介质的界面上以不同角度射入光线时(入射角α0°~90°),光线经过折射率大的介质后,其折射角ββ0。其结果是大于临界角的部分无光线通过,成为暗区;小于临界角的部分有光线通过,成为亮区。临界角成为明暗分界线的位置,如图Ⅱ-5-2所示。

                              图Ⅱ-5-3  阿贝折射仪光学系统示意图

1.反射镜;2.辅助棱镜;3.测量棱镜;4.消色散棱镜;5.物镜;6.分划板;78.目镜;9.分划板;10.物镜;11.转向棱镜;12.照明度盘;13.毛玻璃;14.小反光镜。

根据(5.1)式可得:

                          (5.2)

因此在固定一种介质时,临界折射角β0的大小与被测物质的折射率是简单的函数关系,阿贝折射仪就是根据这个原理而设计的。

2.阿贝折射仪的结构

阿贝折射仪的光学示意图如图Ⅱ-5-3所示,它的主要部分是由两个折射率为1.75的玻璃直角棱镜所构成,上部为测量棱镜,是光学平面镜,下部为辅助棱镜。其斜面是粗糙的毛玻璃,两者之间约有0.1mm0.15mm厚度空隙,用于装待测液体,并使液体展开成一薄层。当从反射镜反射来的入射光进入辅助棱镜至粗糙表面时,产生漫散射,以各种角度透过待测液体,而从各个方向进入测量棱镜而发生折射。其折射角都落在临界角β0之内,因为棱镜的折射率大于待测液体的折射率,因此入射角从0°~90°的光线都通过测量棱镜发生折射。具有临界角β0的光线从测量棱镜出来反射到目镜上,此时若将目镜十字线调节到适当位置,则会看到目镜上呈半明半暗状态。折射光都应落在临界角β0内,成为亮区,其它部分为暗区,构成了明暗分界线。

根据式(5.2)可知,只要已知棱镜的折光率n棱,通过测定待测液体的临界角β0,就能求得待测液体的折射率n液。实际上测定β0值很不方便,当折射光从棱镜出来进入空气又产生折射,折射角为β0n液与β0之间的关系为:

 (5.3)

式中r为常数;n=1.75。测出β0即可求出n液。因为在设计折射仪时已将β0换算成n值,故从折射仪的标尺上可直接读出液体的折射率。

 在实际测量折射率时,我们使用的入射光不是单色光,而是使用由多种单色光组成的普通白光,因不同波长的光的折射率不同而产生色散,在目镜中看到一条彩色的光带,而没有清晰的明暗分界线,为此,在阿贝折射仪中安置了一套消色散棱镜(又叫补偿棱镜)。通过调节消色散棱镜,使测量棱镜出来的色散光线消失,明暗分界线清晰,此时测得的液体的折射率相当于用单色光钠光D线(5890*!)所测得的折射率nD

3.阿贝折射仪的使用方法

(1)仪器安装:将阿贝折射仪安放在光亮处,但应避免阳光的直接照射,以免液体试样受热迅速蒸发。用超级恒温槽将恒温水通入棱镜夹套内,检查棱镜上温度计的读数是否符合要求(一般选用(20.0±0.1)℃或(25.0±0.1))

(2)加样:旋开测量棱镜和辅助棱镜的闭合旋钮,使辅助棱镜的磨砂斜面处于水平位置,若棱镜表面不清洁,可滴加少量丙酮,用擦镜纸顺单一方向轻擦镜面(不可来回擦)。待镜面洗净干燥后,用滴管滴加数滴试样于辅助棱镜的毛镜面上,迅速合上辅助棱镜,旋紧闭合旋钮。若液体易挥发,动作要迅速,或先将两棱镜闭合,然后用滴管从加液孔中注入试样(注意切勿将滴管折断在孔内)

(3)调光:转动镜筒使之垂直,调节反射镜使入射光进入棱镜,同时调节目镜的焦距,使目镜中十字线清晰明亮。调节消色散补偿器使目镜中彩色光带消失。再调节读数螺旋,使明暗的界面恰好同十字线交叉处重合。

  (4)读数:从读数望远镜中读出刻度盘上的折射率数值。常用的阿贝折射仪可读至小数点后的第四位,为了使读数准确,一般应将试样重复测量三次,每次相差不能超过0.0002,然后取平均值。

  4.阿贝折射仪的使用注意事项

 阿贝折射仪是一种精密的光学仪器,使用时应注意以下几点:

(1)使用时要注意保护棱镜,清洗时只能用擦镜纸而不能用滤纸等。加试样时不能将滴管口触及镜面。对于酸碱等腐蚀性液体不得使用阿贝折射仪。

(2)每次测定时,试样不可加得太多,一般只需加23滴即可。

(3)要注意保持仪器清洁,保护刻度盘。每次实验完毕,要在镜面上加几滴丙酮,并用擦镜纸擦干。最后用两层擦镜纸夹在两棱镜镜面之间,以免镜面损坏。

(4)读数时,有时在目镜中观察不到清晰的明暗分界线,而是畸形的,这是由于棱镜间未充满液体;若出现弧形光环,则可能是由于光线未经过棱镜而直接照射到聚光透镜上。

(5)若待测试样折射率不在1.31.7范围内,则阿贝折射仪不能测定,也看不到明暗分界线。

   5.阿贝折射仪的校正和保养

阿贝折射仪的刻度盘的标尺零点有时会发生移动,须加以校正。校正的方法一般是用已知折射率的标准液体,常用纯水。通过仪器测定纯水的折光率,读取数值,如同该条件下纯水的标准折光率不符,调整刻度盘上的数值,直至相符为止。也可用仪器出厂时配备的折光玻璃来校正,具体方法一般在仪器说明书中有详细介绍。

    阿贝折射仪使用完毕后,要注意保养。应清洁仪器,如果光学零件表面有灰尘,可用高级鹿皮或脱脂棉轻擦后,再用洗耳球吹去。如有油污,可用脱脂棉蘸少许汽油轻擦后再用乙醚擦干净。用毕后将仪器放入有干燥剂的箱内,放置于干燥、空气流通的室内,防止仪器受潮。搬动仪器时应避免强烈振动和撞击,防止光学零件损伤而影响精度。



 
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