2. Устройство и работа рефрактометра.

Принцип действия рефрактометра основан на явлении полного внутреннего отражения при прохождении светом границы раздела двух сред с разными показателями преломления.

Все измерения проводят в "белом" свете (дневном или электрическом).

Показатель преломления прозрачных сред определяют в проходящем свете, а полупрозрачных и мутных - в отраженном.

Несколько капель исследуемой жидкости помещают между двумя гипотенузными гранями АВ призмы 1 и А₁В₁ призмы 3 (рис.4).

Рис.4. Образование границы света и тени в рефрактометре.

1-призма измерительная, 2- исследуемая жидкость, 3- призма осветительная.

Лучи света проходят осветительную призму 3, рассеиваясь на выходе матовой гранью А₁В_1, входят в исследуемую жидкость и падают на полированную грань АВ измерительной призмы 1.

Поскольку на рефрактометре исследуются вещества, показатель преломления которых меньше показателя преломления измерительной призмы, то лучи всех направлений, преломившись на границе жидкости и призмы, войдут в измерительную призму 1.

По закону преломления имеем: sin  = n / N (6)

sin  = N sin ' (7)

' =  -  (8)

Исключая промежуточные углы ' и  из уравнений (6), (7), (8), получим формулу для определения показателя преломления образца

n = sin  √ (N² - sin ²  + cos   cos ) ,

где N - показатель преломления измерительной призмы;

 - преломляющий угол измерительной призмы;

• - угол выхода луча из измерительной призмы.

Оптическая схема рефрактометра. При рассмотрении пучка лучей, выходящих из призмы 2 в зрительную трубу 7,8,9, верхняя часть поля зрения последней будет освещена, а нижняя останется темной. Получаемая граница светотени определяется лучом, выходящим из призмы 2 под предельным углом. Граница светотени с перекрестием, штрихи шкалы 16 и отсчетный штрих призмы 10 оптической системой 16, 12, 11 проектируются в фокальную плоскость окуляра 9 (рис. 5).

Наблюдая в окуляр 9, совмещают границу светотени с перекрестием сетки 8, разворачивая зеркало 4 и жестко связанную с ним шкалу 16, и определяют по этой шкале величину показателя преломления.

Для ахроматизации границы светотени и измерения средней дисперсии исследуемого вещества до 0,07 (угол 4⁰51') служит компенсатор, состоящий из двух призм прямого зрения 6 (призмы Амичи). Призмы Амичи вращаются вокруг оптической оси в противоположные стороны. При повороте призмы Амичи на угол  90⁰ от положения, дисперсия меняется от максимального значения до нуля (рис.5).

Рис.5. Оптическая схема рефрактометра ИРФ – 454.

1-зеркало, 2- призма измерительная, 3 – стекло защитное, 4- зеркало, 5- призма осветительная, 6- компенсатор, 7- линза склеенная, 8- сетка, 9- окуляр, 10- призма АР-90⁰, 11- зеркало, 12- щбъектив, 13- зеркало, 14- светофильтр, 15 – призма, 16- шкала.

Две измерительные призмы 2 предусмотрены для измерения показателя преломления в диапазоне от 1,2 до 2,0. Одна призма обеспечивает измерения показателя преломления в диапазоне от 1,2 до 1,7; вторая - от 1,6 до 2,0. При переходе от одного диапазона к другому, для выставления начала отсчета используют перемещение объектива 12 в плоскости, перпендикулярной поверхности штрихов шкалы 16.

Для подсветки шкалы 16 и окраски поля зрения служат зеркало 13 и светофильтр 14. При работе в отраженном свете измерительную призму 2 подсвечивают зеркалом 1.

Конструкция. Основные узлы смонтированы в металлическом корпусе.

На корпус выведены маховики 1,3 и заглушка 2, направляющие типа "ласточкин хвост" 1, 13 для установки рефрактометрических блоков 2; в верхней части корпуса размещен окуляр (рис. 6).

Рис.6. Общий вид рефрактометра ИРФ-454.

1, 3 – маховики, 2 – заглушка, 4 – термометр.

Корпус закрыт крышкой, на которой смонтированы светофильтр и зеркало 2. Рефрактометрический блок состоит из двух частей: верхней и нижней. Нижняя неподвижная часть является измерительной, а верхняя - осветительной призмой. Осветительную призму за рукоятку 8 откидывают на угол примерно 100⁰. Так как показатель преломления исследуемой жидкости в значительной мере зависит от температуры, то при измерениях ее необходимо поддерживать постоянной. Для этого в призмах (оправах) предусмотрены камеры, через которые пропускают термостатированную воду. Подают и отводят ее резиновыми шлангами, надеваемыми на штуцера 3, 7, 9, 12. Для контроля температуры в штуцер 3 ввинчивают один из термометров 4 (рис.6). Для установки на корпусе рефрактометрический блок подают по направляющим до упора и фиксируют юстировочным ключом.

Нахождение границы раздела светотени и совмещение ее с перекрестием сетки 8 осуществляют разворотом зеркала и шкалы вращения маховичка 1 (рис.6).

Величина показателя преломления исследуемого вещества со шкалы 16 системой призма 15, объектив 12, зеркало 2, призма 10 проецируется в фокальную плоскость окуляра (рис.5).

Объектив 12 перемещается в плоскости перпендикулярно поверхности штрихов шкалы. Для этого необходимо снять заглушку 2 и юстировочным ключом осторожно повернуть головку винта в требуемую сторону (рис.6).

Внутри рефрактометра смонтирован компенсатор, который служит для устранения окрашенности наблюдаемой границы раздела света и тени и определения средней дисперсии вещества.

Рис.7. Общий вид рефрактометра ИРФ-454.

1, 13 – направляющие, 2 – блок рефрактометрический, 3, 7, 9, 12 – штуцера, 4 – крючок, 5 – шкала, 6 – нониус, 8 – рукоятка, 10 – шарнир, 11 – зеркало, 14 – заслонка, 15 – зеркало.

Компенсатор состоит из двух призм прямого зрения (призм Амичи). Призмы Амичи маховиком 3 поворачиваются одновременно в разные стороны, изменяя при этом угловую дисперсию компенсатора, и устраняют цветную кайму границы раздела света и тени. Вместе с маховиком 3 вращается шкала, с которой снимают отсчет. Шкала разделена на 120 делений. Поворот маховика на одно деление шкалы соответствует повороту призм Амичи на 3⁰ . Десятые доли деления шкалы 5 определяются по нониусу 6. Одно деление нониуса соответствует повороту призм Амичи на 0,3⁰ (рис.7).