Описание устройства и принципа действия рефрактометра

Основной частью рефрактометра являются две прямоугольные призмы 3 и 4 (рис. 32) выполнены из стекла с высоким показатель преломления. Призмы соприкасаются гипотенузными гранями, между которыми помещается тонкий слой (несколько капель) исследуемой жидкости. От источника 1 зеркалом 2 световые лучи направляются на осветительную призму 3, рассеиваются матовой гранью АВ и, проходя через исследуемую жидкость, попадают на гипотенузную грань измерительной призмы 4 под всевозможными углами .

 

Рисунок 30. Рефрактометр РПЛ-3     Рисунок 31. Рефрактометр ИРФ-22

 

Рисунок 32. Оптическая схема рефрактометра

Показатель преломления призмы 4 больше показателя преломления исследуемой жидкости, поэтому световые лучи, падающие на любую точку гипотенузной грани призмы 4, не выйдут за предельный угол преломления . Значение  зависит только от показателя преломления исследуемой жидкости, т.к. показатель преломления второй среды (призма 4) остаётся неизменным (формула 4). Пространство внутри этого угла будет освещенным, а вне его - темным.

Так как используется источник белого света, в призмах 3 и 4 происходит явление дисперсии. Для устранения спектральной окраски границы светотени используют дисперсионный компенсатор 5.

Световые лучи, выходя из системы призм 5, попадают на объектив 6, фокусирующий все параллельные лучи одного направления. Это определяет границу светлого и темного поля зрения - границу светотени. Далее световые лучи проходят через поворотную призму 7 и две пластинки, на одной из которых (8) нанесена визирная сетка или пунктирная линия, а на другой - шкала 9. Изображение границы раздела светотени рассматривается в окуляр 10 зрительной трубы. Одновременно в окуляр рассматривается шкала 9. На шкале рефрактометра нанесены значения показателей преломления исследуемых жидкостей.

Определение показателя преломления можно производить в проходящем (бесцветные или слабоокрашенные жидкости, рис. 32) или в отраженном свете (темные или сильноокрашенные жидкости). В последнем случае свет от источника 1 направляют на грань ДС призмы 4, при этом световые лучи испытывают полное внутреннее отражение. В поле зрения трубы свет и тень меняются местами.

Порядок проведения эксперимента

Задание 1. Изучение устройства рефрактометра

1. С помощью рис. 30 (рефрактометр РЛП-3) или рис. 31 (рефрактометр ИРФ-22) и рис. 32 (оптическая схема) изучите устройство прибора.

2. Найдите основные элементы прибора:

1 – источник белого света;

2 – зеркало для освещения поля зрения зрительной трубы;

3 – осветительная призма;

4 – измерительная призма;

5 – дисперсионный компенсатор, винт дисперсионного компенсатора;

6 – объектив;

7 – поворотная призма;

8 – пластина с визирной линией;

9 – пластина с отсчетной шкалой;

10 – окуляр;

11 – рукоятка с окуляром (РПЛ-3) или винт (ИРФ-22).

3. Изучите назначение каждого элемента прибора по теоретической части методического пособия.

 

Задание 2. Проверка контрольного отсчета шкалы прибора

1. Установите прибор перед источником света.

2. Откинув верхнюю призму, протрите плоскости призмы салфеткой насухо.

3. Нанесите на нижнюю призму 1-2 капли дистиллированной воды.

4. Вращая окуляр, добейтесь четкого изображения отсчётной шкалы.

5. Опустите рукоятку с окуляром в нижнее положение и перемещайте её вверх, пока в поле зрения не появится граница светотени (или винт 11 вращайте по часовой стрелке до упора; переместите винт против часовой стрелки, пока в поле зрения не появится граница светотени).

6. Устраните спектральную окраску границы светотени поворотом винта дисперсионного компенсатора.

7. Совместите визирную линию (три штриха или перекрестие двух линий) с границей светотени поворотом рукоятки с окуляром (или винта 11).

8. Произведите отсчет показателя преломления воды по шкале.

При правильной установке прибора на контрольную точку отсчёта граница светотени при 20⁰С должна быть совмещена с делением .

Задание 3. Исследование зависимости показателя преломления раствора от его концентрации

1. Откинув верхнюю призму, протрите плоскости призм насухо салфеткой.

2. На измерительную призму нанесите 1-2 капли раствора с меньшей концентрацией.

3. Выполнив пункт 3 задания 2, произведите отсчёт показателя преломления по шкале. Опыт повторите три раза. Результаты измерений занесите в таблицу 1 (в графу 1%).

Таблица 1

Концентрация раствора		1%	2%	3%	4%	5%
Измеренные значения показателя преломления
Среднее значение показателя преломления

 

4. Определите показатель преломления растворов с концентрациями 2%, 3%, 4%, 5%. Результаты занесите в соответствующие графы таблицы.

5. На основании экспериментальных данных постройте градуировочный график зависимости показателя преломления от концентрации раствора .

6. Сделайте вывод.

 

Задание 4. Определение концентрации исследуемого раствора с помощью рефрактометра

1. Выполните пункты 1-3 задания 3, определите показатель преломления растворов с неизвестной концентрацией. Результаты измерений занесите в таблицу 1 (графы  и ).

2. Пользуясь построенным градуировочным графиком (задание 3), определите неизвестные концентрации растворов  и .

3. Сделайте вывод.