Описание прибора

Оптическая схема рефрактометра Аббе представлена на рисунке 3. Основными оптическими частями прибора являются две прямоугольные призмы (см. рис. 3). Призмы изготовлены из специального стекла (флинт), показатель преломления n_c которого больше 1,700. В разрезе призмы имеют вид прямоугольных треугольников, обращённых друг к другу гипотенузами; зазор между призмами имеет ширину около 0,1мм и служит для помещения исследуемой жидкости.

Рис. 3

Грань AB верхней осветительной призмы (см. рис. 4) матовая и служит для освещения рассеянным светом исследуемой жидкости, нанесённой тонким слоем в узкий зазор между призмами. Свет, рассеянный матовой гранью АВ верхней призмы, проходит тонкий (0,1мм) плоскопараллельный слой исследуемой жидкости и падает на гипотенузную грань нижней измерительной призмы под различными углами, лежащими в пределах от 0 до радиан.

Пучок света, угол падения которого равен радиан, называется скользящим пучком, а так как показатель преломления призмы больше, чем показатель преломления жидкости, то скользящий световой пучок RS, преломляясь на границе жидкость – стекло, пойдёт в нижней измерительной призме Р₂ под предельным углом MST. Преломление светового пучка RS в точке S подчинено формуле (5). Преломлённые лучи с углами, превышающими r₀, не образуются. Следовательно, угол выхода лучей из гипотенузной грани измерительной призмы Р₂ изменяется в пределах от 0 до r₀.

Рис. 4

Лучи, предельные и преломлённые под меньшими углами и вышедшие затем из измерительной призмы через вторую грань, фокусируются собирающей линзой Л1 (рис. 3), и в её фокальной плоскости наблюдается резкая граница света и тени. Граница рассматривается с помощью линзы Л2.

Линзы Л1 и Л2 образуют зрительную трубу, установленную на бесконечность. В их общей фокальной плоскости расположен крест, образованный тонкими линиями. Положение границы в фокальной плоскости линз зависит от величины показателя преломления жидкости n₁. Вращая трубу относительно призмы, можно совместить границу света и тени с перекрестием и, таким образом, измерение показателя преломления сведётся к измерению угла между оптической осью трубы и нормалью к короткой грани измерительной призмы Р₂.

При измерении в белом свете на границе раздела наблюдается дисперсия вышедших из измерительной призмы лучей. Для устранения этого эффекта в зрительной трубе имеется компенсатор, состоящий из двух призм прямого зрения (дисперсионные призмы Амичи). Каждая из таких призм состоит из трёх склеенных стеклянных призм с различными показателями преломления и различной дисперсией.

При вращении лимба относительно его шкалы призмы устанавливаются в таком положении, чтобы граница светотени не имела спектральной окраски.

Таким образом, рефрактометр позволяет по положению границы светотени определять абсолютный показатель преломления исследуемой жидкости. Градуировка шкалы прибора проведена в монохроматическом свете (λ=589,3нм – жёлтая или Д – линия натрия) с использованием формулы (5) для растворов сахара и содержит значения показателей преломления п_Д от минимального 1,2 до максимального 1,7 и соответствующие им значения концентрации сахара от 0 до 95%. Нулевая процентная концентрация раствора сахара соответствует коэффициенту преломления дистиллированной воды при 20⁰С п_Д=1,3330.

Рис. 5

В данной работе используется рефрактометр Аббе типа УРЛ. Он состоит из основания 1 и корпуса 2 (см. рис. 5). К корпусу крепятся камеры 3 и 6. Нижняя камера 3 с измерительной призмой жёстко закреплена на корпусе, верхняя камера 6 с осветительной призмой соединена шарниром с нижней и может поворачиваться относительно неё. Осветитель 4 подвижно укреплён на штуцере нижней камеры. На передней крышке прибора помещены рукоятка 11 с окуляром 10 и настроечным механизмом 14, облегчающим совмещение границы светотени с перекрестием при определении показателей преломления различных веществ и концентраций растворов сахара по шкале 9. Внутри основания 1 прибора расположены понижающий трансформатор, предохранитель и вся электрическая схема. На передней стенке основания находится тумблер включения осветителя 13, на боковой стенке – шнур с вилкой 12 для подключения к сети.

Правила пользования прибором УРЛ следующие. Перед началом работы необходимо проверить установку нуль – пункта рефрактометра. Проверка нуль – пункта производится по дистиллированной воде следующим образом.

1. При помощи фильтровальной бумаги, смоченной в дистиллированной воде, приподняв верхнюю осветительную призму, тщательно очистить поверхность нижней измерительной призмы.

2. Нанести три – пять капель дистиллированной воды на поверхность нижней измерительной призмы, и опустить верхнюю призму.

3. Включить рефрактометр в сеть, включить переключатель 13.

4. Смещая осветитель, направить свет в окно верхней камеры.

5. Перемещением рукоятки с окуляром вдоль шкалы вверх и вниз ввести в поле зрения границу светотени (для воды ).

6. Резкость границы светотени, делений шкалы и перекрестия по глазу наблюдателя установить вращением гайки окуляра.

7. Вращением рукоятки 7 дисперсионного компенсатора устранить окрашенность границы светотени.

8. Поворотом рычага осветителя и вращением осветителя на оси добиться максимально контрастной границы светотени.

9. Границу светотени, перемещая рукоятку 11, подвести к центру перекрестия.

10. Если при этом граница светотени проходит через деление шкалы и 0% сухих веществ, нуль – пункт установлен правильно.

11. При большом отклонении от данного значения и 0% необходимо подсчитать поправки и Δ0% и учитывать их при дальнейших измерениях.