折光率

refractiveinde(折光率)第四大组蔡学翔36折光率是有机化合物最重要的物理常数之一，它能精确而方便地测定出来，作为液体物质纯度的标准，它比沸点更为可靠。折光率也用于确定液体混合物的组成。1.折光率的基本定义及其相关2.阿贝折射仪的工作原理和构造3.折射率测定法的应用1.折光率的基本定义及其相关1.1定义：光线自一种透明介质进入另一透明介质的时候，由于两种介质的密度不同，光的进行速度发生变化，即发生折射现象，一般折光率系指光线在空气中进行的速度与供试品中进行速度的比值。根据折射定律，折光率是光线入射角的正弦与折角的正弦，即：n=sini/sinr。式中n为折光率，Siri为光线入射角的正弦，Sinr为折射角的正弦。1.2意义折射率是物质的一种物理性质。它是食品生产中常用的工艺控制指标，通过测定液态食品的折射率.可以鉴别食品的组成，确定食品的浓度，判断食品的纯净程度及品质。蔗糖溶液的折射率随浓度增大而升高。通过测定折射率可以确定糖液的浓度及饮料、糖水罐头等食品的糖度，还可以测定以糖为主要成分的果汁、蜂蜜等食品的可溶性固形物的含量。各种油脂具有其一定的脂肪酸构成，每种脂肪酸均有其特定的折射率。含碳原子数目相同时不饱和脂肪酸的折射率比饱和脂肪酸的折射率大得多；不饱和脂肪酸分子量越大，折射率也越大；酸度高的油脂折射率低。因此测定折射率可以鉴别油脂的组成和品质。正常情况下，某些液态食品的折射率有一定的范围，如正常牛乳乳清的折射率在1.34199～1.34275之间。当这些液态食品因掺杂、浓度改变或品种改变等原因而引起食品的品质发生了变化时，折射率常常会发生变化。所以测定折射率可以初步判断某些食品是否正常。如牛乳掺水，其乳清折射率降低，故测定牛乳乳清的折射率即可了解乳糖的含量，判断牛乳是否掺水。1.3绝对折射n=sinγ/sinβ设光在某种媒质中的速度为v，由于真空中的光速为c，所以这种媒质的绝对折射率公式：n=c/v在可见光范围内，由于光在真空中传播的速度最大，故其它媒质的折射率都大于1。电磁波在等离子体中相速度可以远大于c，所以等离子体折射率小于1。同一媒质对不同波长的光，具有不同的折射率；在对可见光为透明的媒质内，折射率常随波长的减小而增大，即红光的折射率最小，紫光的折射率最大。通常所说某物体的折射率数值多少（例如水为1.33，水晶为1.55，金刚石为2.42，玻璃按成分不同而为1.5～1.9），是指对钠黄光（波长5893×10-10m）而言。相对折射率光从介质1射入介质2发生折射时，入射角θ1与折射角θ2的正弦之比n21叫做介质2相对介质1的折射率，即“相对折射率”。因此，“绝对折射率”可以看作介质相对真空的折射率。它是表示在两种（各向同性）介质中光速比值的物理量。相对折射率公式：n21=sinθ1/sinθ2=n2/n1=v1/v21.4影响因素两种介质进行比较时，折射率较大的称光密介质，折射率较小的称光疏介质。折射率与介质的电磁性质密切相关。根据电磁理论，和分别为介质的相对电容率和相对磁导率。折射率还与波长有关，称色散现象。气体折射率还与温度和压强有关。空气折射率对各种波长的光都非常接近于1，例如空气在20℃，760毫米汞高时的折射率为1.00027。在工程光学中常把空气折射率当作1，而其他介质的折射率就是对空气的相对折射率。1.5测量方法（1）偏向角法：对于一个顶角为θ、折射率为n待测的棱镜，将它放在空气中(==1)。当棱镜第一表面的入射角等于在第二表面的折射角折射率测量时，偏向角达到最小值，则用测角仪测定和θ，便可算出n。用精度不低于1角秒的大型精密测角仪，采用最小偏向角法测定固体光学材料的折射率，可获得±5×10-6的测量精度，是各种测量方法中精度较高的一种。（2）自准直法在测角仪上也可采用自准直法测量材料的折射率。如图2所示，光线在棱镜前表面的入射角为i,如果折射光线OC刚好垂直于棱镜后表面BD,则反射后的光路COS与入射光路SOC重合，称为自准直光路。由图2所示几何关系知道，此时光线在前表面的折射角f与棱镜顶角θ相等，因此根据折射定律n=sini/sinθ，测出i和θ，即可求得n。在测角仪上通过观察和调整来建立最小偏向角光路或者自准直光路，不仅麻烦，且有主观误差，多年来，中国在数字式测角仪的基础上研制了全自动折射仪，在这种仪器上用最小偏向角法或自准直法测折射率时能自动寻的，测量结果也能自动处理。测定波长范围可扩展到紫外和红外(0.2～15μm)。临界角法具有代表性的仪器是阿贝折射仪。表示折射率n待测的液体试样涂布在该仪器两块棱镜的接触面间（测固体试样时不需要进光棱镜）。标准棱镜本身的折射率已知为，在n的条件下，光线折射进入标准棱镜。光线入射角不会超过90°，由折射定律知道折射角不会超由折射定律知道折射角不会超过过90°。因此在仪器视场中看到与折射率测量对应的明暗分界线,根据明暗分界线位置的变化便可确定n值。假如光线逆行，则折射率测量正好是发生全反射的临界角，因此称为临界角法。2.阿贝折射仪的工作原理和构造2.1简单介绍与用途阿贝折射仪是能测定透明、半透明液体或固体的折射率nD和平均色散nF－nC的仪器（其中以测透明液体为主），如仪器上接恒温器，则可测定温度为0℃－70℃内的折射率nD。折射率和平均色散是物质的重要光学常数之一，能借以了解物质的光学性能、纯度、及色散大小等。本仪器能测出蔗糖溶液的质量分数（锤度Brix）（0－95%，相当于折射率为1.333－1.531）。故此仪器使用范围甚广，是石油工业、油脂工业、制药工业、制漆工业、日用化学工业、制糖工业和地质勘察等有关工厂、学校及有关科研单位不可缺少的常用设备之一。2.2构造1.测量镜筒2.阿米西棱镜手轮3.恒温器接头4.温度计5.测量棱镜6.铰链7.辅助棱镜8.加样品孔9.反射镜10.读数镜筒11.转轴12.刻度盘罩13.棱镜锁紧扳手14.底座2.3工作原理当一束光投在两种不同性质的介质的交界面上时发生折射现象，它遵守折射定律：nsin=nsin，n,n为交界面的两侧的两种介质的折射率(图一)。为入射角，为折射角。密ββ0疏αα＝90°图一2.3工作原理若光线从光疏介质进入光密介质，入射角大于折射角，当入射角达到90°时,此时的折射角o最大，称为临界折射角,故任何方向的入射光都可进入光密介质中，其折射角≤o。阿贝折射仪是基于临界折射现象设计的。密ββ0疏αα＝90°图一2.3工作原理阿贝折射仪中的阿贝棱镜组由两个直角角棱镜组成，一个是进光棱镜，它的弦面是磨砂的，其作用是形成均匀的扩展面光源。另一个是折射棱镜。待测液体(nx＜n)夹在两棱镜的弦面之间，形成薄膜。图二2.3工作原理图二从图二可以看出，对于光线“1”，当i→90o，sini→1，则上式变为因此，若折射棱镜的折射率n、折射顶角A已知，只要测出出射角即可求出待测液体的折射率.使用方法一、仪器的安装将折光仪置于靠窗的桌子或白炽灯前。但勿使仪器置于直照的日光中，以避免液体试样迅速蒸发。用橡皮管将测量棱镜和辅助棱镜上保温夹套的进水口与超级恒温槽串联起来，恒温温度以折光仪上的温度计读数为准.二、加样松开锁钮，开启辅助棱镜，使其磨砂的斜面处于水平位置，用滴定管加小量丙酮清洗镜面，促使难挥发的玷污物逸走，用滴定管时注意勿使管尖碰撞镜面。必要时可用擦镜纸轻轻吸干镜面，但切勿用滤纸。待镜面干燥后，滴加数滴试样于辅助棱镜的毛镜面上，闭合辅助棱镜，旋紧锁钮。若试样易挥发，则可在两棱镜接近闭合时从加液小槽中加入，然后闭合两棱镜，锁紧锁钮。三、对光转动手柄，使刻度盘标尺上的示值为最小，调节反射镜，使入射光进入棱镜组，同时从测量望远镜中观察，使视场最亮。调节目镜，使视场准丝最清晰。使用方法四、粗调转动手柄，使刻度盘标尺上的示值逐渐增大，直至观察到视场中出现彩色光带或黑白临界线为止。五、消色散转动消色散手柄，使视场内呈现一个清晰的明暗临界线。六、精调转动手柄，使临界线正好处在X形准丝交点上，若此时又呈微色散，必须重调消色散手柄，使临界线明暗清晰。（调节过程在右边目镜看到的图像颜色变化如下图）使用方法七、读数为保护刻度盘的清洁，现在的折光仪一般都将刻度盘装在罩内，读数时先打开罩壳上方的小窗，使光线射入，然后从读数望远镜中读出标尺上相应的示值。由于眼睛在判断临界线是否处于准丝点交点上时，容易疲劳，为减少偶然误差，应转动手柄，重复测定三次，三个读数相差不能大于0.0002，然后取其平均值。八、仪器校正折光仪的刻度盘上的标尺的零点有时会发生移动，须加以校正。校正的方法是用一种已知折光率的标准液体，一般是用纯水，按上述方法进行测定，将平均值与标准值比较，其差值即为校正值。3.折射率测定法的应用3.1定性鉴定折射率一般能够测定五到六位有效数，因此，它是物质的一个非常精准的物理常量，故可用于定性测定。特别是对于那些沸点很接近的同分异构体。3.2测定化合物的纯度折射率作为纯度的标志比沸点更为可靠，将实验测得的折射率与文献所记载的纯物质的折射率做对比，可以用来衡量试样的纯度。试样的测定值与文献越相近则纯度越高。3.3测定溶液的浓度一些物质的折射率随其浓度而变化。溶液浓度越大，折射率越大。可以借测定溶液的折射率，根据折射率与浓度的关系，求出溶液的浓度。但不是所有溶液的折射率都随溶液的浓度有显著的变化，因此有一定的限制溶液浓度测定有以下三种方法：a.直接测定法。主要用于糖溶液的测定。用WZS-1型阿贝折光仪可直接读出被测糖液的浓度。b.工作曲线法。测定一系列已知浓度某溶液的折光率，将所得的折光率与相应的浓度作图，绘制折光率一浓度曲线（多数情况为一直线，也有的是曲线）。测得待测液的折光率，从曲线上查出相应的浓度。c.折光率因数法：所谓折光率因数用下式表示：F=(n-no)/C.c是每100mL溶液中含试样的质量(g)；n是试样浓度为C时所测得的折光率；no是纯溶剂的折光率；F是折光率因数，它表示100mL溶液中含有19试样时，所测折光率与溶剂折光率之差值。在一定条件下，对于特定物质为一常数。谢谢观看