折光法

2.1基本概念2.2测定折射率的意义2.3常用的折光仪2.1基本概念2.1.1光的反射现象与反射定律2.1.2光的折射现象与折射定律2.1.3.全反射与临界角2.1.1光的反射现象与反射定律一束光线照射在两种介质的分界面上时，要改变它的传播方向，但仍在原介质上传播，这种现象叫光的反射，见下图。光的反射遵守以下定律:（1）入射线、反射线和法线总是在同一平面内，入射线和反射线分居于法线的两侧。（2）入射角等于反射角。2.1.2.1光的折射现象当光线从一种介质射到另一种介质时，在分界面上，光线的传播方向发生了改变，一部分光线进入第二种介质，这种现象称为折射现象。2.1.2光的折射现象与折射定律2.1.2.2光的折射光线从一种介质（如空气）射到另一种介质（如水）时，除了一部分光线反射回第一种介质外，另一部分进入第二种介质中并改变它的传播方向，见下图。2.1.2.3光的折射定律：（1）入射线、法线和折射线在同一平面内，入射线和折射线分居法线的两侧。（2）无论入射角怎样改变，入射角正弦与折射角正弦之比，恒等于光在两种介质中的传播速度之比。式中：v1——光在第一种介质中的传播速度；v2——光在第二种介质中的传播速度。α1——入射角α2——折射角vv2121sinsin2.1.2.4折射率光在真空中的速度c和在介质中的速度v之比，叫做介质的绝对折射率（简称折射率，折光率），以n表示，即：n＝显然n1＝n2＝式中：n1和n2分别为第一介质和第二介质的绝对折射率。故折射定律可表示为vcvc1vc2nn1221sinsin2.1.3全反射与临界角2.1.3.1光密介质与光疏介质两种介质相比较，光在其中传播速度较大的叫光疏介质，其折射率较小；反之叫光密介质，其折射率较大。2.1.3.2全反射与临界角当光线从光疏介质进入光密介质（如光从空气进入水中，或从样液射人棱镜中）时，因n1＜n2，由折射定律可知折射角α2恒小于入射角α1，即折射线靠近法线；反之当光线从光密介质进入光疏介质（如从棱镜射入样液）时，因n1＞n2，折射角α2恒大于入射角α1，即折射线偏离法线。在后一种情况下如逐渐增大入射角，折射线会进一步偏离法线，当入射角增大到某一角度，如图3－2－3中4的位置时，其折射线4‘恰好与OM重合，此时折射线不再进入光疏介质而是沿两介质的接触面OM平行射出，这种现象称为全反射。即光从光密介质射入光疏介质。当入射角增大到某一角度，使折射角达90°时，折射光完全消失，只剩下反射光，这种现象称为全反射。发生全反射的入射角称为临界角因为发生全反射时折射角等于90°，所以：即n1＝n2sinα临式中：n2——棱镜的折射率，是已知的。因此，只要测得了临界角α临就可求出被测样液的折射率n1。2.2测定折射率的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正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。必须指出的是：折光法测得的只是可溶性固形物含量，但对于番茄酱，果酱等个别食品，已通过实验编制了总固形物与可溶性固形物关系表．先用折光法测定可溶性固形物含量．即可查出总固形物的含量2.3常用的折光仪折光仪是利用临界角原理测定物质折射率的仪器食品工业中最常用的是阿贝折光仪、手提式折光仪、数字阿贝折光仪。2.3.1阿贝折光仪2.3.1.1结构及原理其光学系统由观测系统和读数系统两部分组成，如图。1.底座；2.棱镜调节旋钮；3.圆盘组（内有刻度板）；4.小反光镜；5.支架；6.读数镜筒；7.目镜；8.观察镜筒；9.分界线调节螺丝；10.消色凋节旋钮；11.色散刻度尺；12.棱镜锁紧扳手；13.棱镜组；14.温度计插座；15.恒温器接头；16保护罩；17主轴；18反光镜阿贝折光计观测系统：光线由反光镜l反射，经进光棱镜2、折射棱镜3及其间的样液薄层折射后射出。再经色散补偿器4消除由折射棱镜及被测样品所产生的色散，然后由物镜5将明暗分界线成像于分划板6上，经目镜7、8放大后成像于观测者眼中。阿贝折光计的光学系统读数系统：光线由小反光镜14反射，经毛玻璃13射到刻度盘12上，经转向棱镜11及物镜10将刻度成像于分划板9上，通过目镜7、8放大后成像观测者眼中。当旋动旋钮2时，使棱镜摆动，视野内明暗分界线通过十字交叉点，表示光线从棱镜入射角达到了临界角。当测定样液浓度不同时，折射率也不同，故临界角的数值亦有不同。在读数镜筒中即可读取折射率n，或糖液浓度，或固形物的含量。在阿贝折光仪的望远目镜的金属筒上，有一个供校准仪器用的示值调节螺钉，通常用20℃的水校正仪器（其折光率ND20=1.3330）。也可用已知折光率的标准玻璃校正。2.3.1.2影响折射率测定的因素（1）光波长的影响物质的折射率因光的波长而异，波长较长折射率较小，波长较短折射率较大。测定时光源通常为白光。当白光经过棱镜和样液发生折射时，因各色光的波长不同，折射程度也不同，折射后分解成为多种色光，这种现象称为色散。光的色散会使视野明暗分界线不清，产生测定误差。为了消除色散，在阿贝折光仪观测镜筒的下端安装了色散补偿器。（2）温度的影响溶液的折射率随温度而改变，温度升高折射率减小；温度降低折射率增大．折光仪上的刻度是在标准温度20℃下刻制的．所以最好在20℃下测定折射率。否则，应对测定结果进行温度校正。超过20℃时，加上校正数；低于20℃时，减去校正数。2.3.1.3阿贝折光仪的使用方法（1）折光仪的校正通常用测定蒸馏水折射率的方法进行校准，在20℃下折光仪应表示出折射率为1.33299或可溶性固形物为0％。苦校正时温度不是20℃应查出该温度下蒸馏水的折射率再进行核准。对于高刻度值部分．用具有一定折射率的标准玻璃块（仪器附件）校准。校正方法是打开进光棱镜，在校准玻璃块的抛光面上滴一滴溴化萘．将其粘在折射棱镜表面上，使标准玻璃块抛光的一端向下，以接受光线。测得的折射率应与标准玻璃块的折射率一致。校准时若有偏差，可先使读数指示于蒸馏水或标准玻璃块的折射率值，再调节分界线调节螺丝．使明暗分界线恰好通过十字线交叉点。（2）使用方法①以脱脂棉球蘸取酒精擦净棱镜表面，挥干乙醇。滴加l～2滴样液于进光棱镜磨砂面上，迅速闭合两块棱镜，调节反光镜．使镜筒内视野最亮。②由目镜观察，转动棱镜旋钮，使视野出现明暗两部分。③旋转色散补偿器旋钮，使视野中只有黑白两色。④旋转棱镜旋钮．使明暗分界线在十字线交叉点。⑤从读数镜筒中读取折射率或重量百分浓度。⑥测定样液温度。⑦打开棱镜，用水、乙醇或乙醚擦净棱镜表面及其他各机件。在测定水溶性样品后，用脱脂棉吸水洗净，若为油类样品，须用乙醇或乙醚、二甲苯等擦拭。常用标准液标准液T（K）T(0C)NDt(-dn/dtx105)水丙酮氯仿苯氯苯醋酸二硫化碳二碘甲烷288293298293288288293288293288293288288152025201515201520152515151.333391.332991.332501.35911.44861.50441.50121.52751.54271.37391.36981.63191.7443070911505963543878642.3.2手提式折光仪简介手提式折光仪由一个棱镜、一个盖板及一个观测镜筒组成，利用反射光测定。其光学原理与阿贝折光仪相同。该仪器操作简单，便于携带，常用于生产现场检验。