常見(jiàn)阿貝折光儀的原理和使用方法

測(cè)透明、半透明液體或固體的折射率ND和平均色散NF-NC的儀器。儀器接有恒溫器，可測(cè)定溫度為0℃～70℃內(nèi)的折射率ND，并能測(cè)出糖溶液內(nèi)含糖量濃度的百分?jǐn)?shù)。故此種儀器是石油工業(yè)、油脂工業(yè)、制藥工業(yè)、造漆工業(yè)、食品工業(yè)、日用化學(xué)工業(yè)、制糖工業(yè)和地質(zhì)勘察等有關(guān)工廠、教學(xué)及科研單位*的常用設(shè)備之一。

理論基礎(chǔ)　　根據(jù)折射定律，入射角i和折射角r之間有下列關(guān)系：當(dāng)光線從介質(zhì)1進(jìn)入介質(zhì)2時(shí)則

　　=n1，2 （5-3）

　　式中n1，n2，v1，v2分別為1，2兩介質(zhì)的折射率和光在其中的傳播速度，n1，2是介質(zhì)2對(duì)

于介質(zhì)1的相對(duì)折射率。折射率為物質(zhì)的特性常數(shù)，對(duì)一定波長(zhǎng)的光在一定溫度壓力下，是一個(gè)定值。

　　由式（5-3）可知，當(dāng)n2＞n1時(shí)，則折射角r恒小于入射角i。當(dāng)人射角i增加到 時(shí)，折射角相應(yīng)地增加到zui大值rc，rc稱(chēng)為臨界

角。此時(shí)介質(zhì)2中從OY到OA之間有光線通過(guò)，而OA到OX之間則為暗區(qū)，如圖5-3。當(dāng)入射角為 時(shí)，上式可寫(xiě)成：

　　n2＝n1·sinrc （5-4）

　　即在固定一種介質(zhì)時(shí)，臨界折射角rc的大小和折射率有簡(jiǎn)單的函數(shù)關(guān)系。

      工作原理　　阿貝折光儀就是根據(jù)這個(gè)原理設(shè)計(jì)的。如圖5-4是儀器構(gòu)造的示意圖。它的主要部分為兩塊直角棱鏡PI，PII，棱鏡PI的粗糙表面 與PII的光學(xué)平面鏡AD之間約有0.1到0.15mm的空隙，用于裝待測(cè)液體并使在PI、PII間鋪成一簿層。光線從反射鏡射入棱鏡PI后，由于 面是粗糙的毛玻璃而發(fā)生漫射，從各種角度透過(guò)縫隙的被測(cè)液體；進(jìn)入棱鏡PII中，由前所知，從各個(gè)方向進(jìn)入棱鏡PII的光線均產(chǎn)生折射，而其折射角都落在臨界角rc之內(nèi)（因?yàn)槔忡R的折射率大于液體的折射率，因此人射角從 到 的全部光線都能通過(guò)棱鏡而發(fā)生折射）。具有臨界角rc的光線穿出棱鏡PII后射于目鏡上，此時(shí)若將目鏡的十字線調(diào)節(jié)到適當(dāng)位置，則會(huì)見(jiàn)到目鏡上半明半暗。
 
　　從幾何光學(xué)原理可以證明，縫隙中液體的折射率n液與rc間的關(guān)系為：
 
　　n液＝sinB
 
　　B對(duì)一定的棱鏡為一常數(shù)，n棱鏡在定溫下也是個(gè)定值。所以液體的折射率n液是角rc的函數(shù)。由rc可計(jì)算液體折射率。折光儀上已經(jīng)把讀數(shù)rc換算成n液的值，可直接讀出n液的值。
 
　　在條件下，液體的折射率因所用單色光的波長(zhǎng)不同而不同。若用普通白光作為光源，則由于發(fā)生色散而在明暗分界線處呈現(xiàn)彩色光帶，使明暗交界不清楚。為了能用白光作光源，故在儀器中還裝有兩個(gè)各由三塊棱鏡組成的“阿密西”棱鏡作為補(bǔ)償棱鏡（上面的一塊“阿密西”棱鏡可以轉(zhuǎn)動(dòng)），調(diào)節(jié)其相對(duì)位置，在適當(dāng)取向時(shí)，可以使從下面的折射棱鏡出來(lái)的色散光線重新成為白光，消除色帶，使明暗界線清楚。此時(shí)，用白光測(cè)得的折射率即相當(dāng)于用鈉光D線（波長(zhǎng)5890人）所測(cè)得的折射率nD。
 
　　折射率是物質(zhì)的特性常數(shù)之一，它的數(shù)值與溫度、壓力和光源的波長(zhǎng)等有關(guān)。符號(hào) 是指在 時(shí)用鈉光D線作光源時(shí)的物質(zhì)的折射率。溫度對(duì)折射率有影響。多數(shù)液態(tài)有機(jī)物質(zhì)當(dāng)溫度每增加 時(shí)，折射率降低 到 ，而固體的折射率和溫度的關(guān)系沒(méi)有規(guī)律，一般不超過(guò) 。通常大氣壓的變化對(duì)折射率的數(shù)值影響不明顯，所以只有在很精密的工作中才考慮壓力的影響。
使用　　（1）將棱鏡5和6打開(kāi)，用擦鏡紙將鏡面拭潔后，在鏡面上滴少量待測(cè)液體，并使其鋪滿(mǎn)整個(gè)鏡面，關(guān)上棱鏡。

　　（2）調(diào)節(jié)反射鏡7使入射光線達(dá)到zui強(qiáng)，然后轉(zhuǎn)動(dòng)棱鏡使目鏡出現(xiàn)半明半暗，分界線位于十字線的交叉點(diǎn)，這時(shí)從放大鏡2即可在標(biāo)尺上讀出液體的折射率。

　　（3）如出現(xiàn)彩色光帶，調(diào)節(jié)消色補(bǔ)償器，使彩色光帶消失，陰暗界面清晰。

　　（4）測(cè)完之后，打開(kāi)棱鏡并用丙酮洗凈鏡面，也可用吸耳球吹干鏡面，實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，除必須使鏡面清潔外，尚需夾上兩層擦鏡紙才能扭緊兩棱鏡的閉合螺絲，以防鏡面受損。

標(biāo)尺零點(diǎn)的校正　　阿貝折光儀在使用前，必須先經(jīng)標(biāo)尺零點(diǎn)的校正，可用已知折射率的標(biāo)準(zhǔn)液體（如純水的 ＝1.3325），亦可用每臺(tái)折光儀中附有已知折射率的“玻塊”來(lái)校正。可用a-溴萘將“玻塊”光的一面粘附在折射棱鏡5上，不要合上棱鏡6，打開(kāi)棱鏡背后小窗使光線由此射入，用上述方法進(jìn)行測(cè)定，如果測(cè)得值和此“玻塊”的折射率有區(qū)別，旋動(dòng)鏡筒上的校正螺絲K進(jìn)行調(diào)整。