Рефрактометрія
 
а б в г д е ж з и й к л м н о п р с т у ф х ц ч ш щ ъ ы ь э ю я
 

Рефрактометрія

Рефрактометрія (від латів.(латинський) refractus — заломлений і ... метрія ) , розділ оптичної техніки, присвячений методам і засобам виміру заломлення показників (ПП) твердих, рідких і газоподібних середовищ в різних ділянках спектру оптичного випромінювання (світла). Знаючи ПП n і його дисперсію (залежність від довжини хвилі світла) D, можна визначити і ін. величини, залежні від n і D. Методи Р. розділяються на: 1) методи прямого виміру кутів заломлення світла при проходженні ним кордони розділу двох середовищ; 2) методи, в яких використовується явище повного внутрішнього віддзеркалення (ППО) світла; 3) інтерференційні методи (див. Інтерференція світла ) ; 4) фотометричні методи, в яких використовується залежність віддзеркалення коефіцієнта (або коефіцієнта пропускання ) світла на кордону двох середовищ від співвідношення їх ПП (див. Віддзеркалення світла, Френеля формули ); 5) інші методи (вимір фокусної відстані лінзи і кривизни її поверхонь для визначення ПП її матеріалу, вимір поперечного зсуву світивши плоскопаралельною пластинкою з досліджуваного матеріалу, іммерсійний метод і т.д.). Найбільш поширені перші три з цих груп методів Р.

  Для виміру методами 1-ої групи зразку надають форму призми (див. Дисперсійні призми ) і визначають ПП, добиваючись поворотом призми того, щоб кут відхилення світивши 8 ( мал. 1 , а) був мінімальний. При іншому способі виміру n досліджуваний зразок поміщають в спеціально виготовлену призму з відомим ПП N ( мал. 1 , би). Для виміру ПП рідин призматичні зразки виконуються порожнистими і заливаються досліджуваною рідиною. Точність визначення ПП цими методами — 10 -5 , а різниці ПП двох речовин ~ 10 -7 . Дуже часто використовуються і методи Р., засновані на явищі ППО(протиповітряна оборона). Зразок з вимірюваним ПП приводиться в оптичний контакт з еталонною призмою з матеріалу з високим і заздалегідь точно виміряним ПП N ( мал. 2 ) . Світло може прямувати як з боку зразка, так і з боку призми. У обох випадках у визначеному (дуже вузькому) інтервалі кутів падіння пучка променів на кордон розділу зразка і призми у полі зору наглядової зорової труби з'явиться чіткий кордон, що розділяє темну і світлу ділянки поля. Одна з ділянок (темний при освітленні з боку зразка, світлий при освітленні з боку призми) відповідає променям, що зазнають ППО(протиповітряна оборона), а кордон цієї ділянки — граничному, або критичному, куту падіння світивши. Точність методу ППО(протиповітряна оборона)~ 10 -5 .

  В інтерференційних методах різницю ПП порівнюваних середовищ визначають ( мал. 3 ) по числу порядків інтерференції променів, що пройшли через ці середовища. Точність цих методів досягає 10 -7 10 -8 . Їх застосовують, наприклад, при вимірах в газах і розбавлених розчинах.

  Прилади для визначення ПП методами Р. називають рефрактометрами .

  Р. знайшов широке вживання у фізичній хімії для визначення складу і структури речовин, а також для контролю якості і складу різних продуктів в хімічній, фармацевтичній, харчовій і багатьох інших галузях промисловості. Достоїнства рефрактометричних методів хімічного кількісного аналізу прудкість вимірів, мала витрата речовини і висока точність. Знання градієнтів ПП дозволяє виробляти розрахунок градієнтів щільності і концентрації. В деяких випадках по вигляду кривих ПП можна робити виводи про характер взаємодії речовин і утворення з'єднань. Методи Р. використовують при перевірці однорідності твердих зразків і рідин, в аеро- і гідродинамічних дослідженнях. Особливу роль грає Р. в оптичній промисловості, так как ПП і дисперсія скла і інших оптичних матеріалів є їх найважливішими характеристиками.

  Літ.: Шишловський А. А., Прикладна фізична оптика, М., 1961; Іоффе Б. Ст, Рефрактометричні методи хімії, 2 видавництва, Л., 1974.

  М. Ст Лейкин.

Мал. 2. Вимір показника заломлення (ПП) п з використанням явища повного внутрішнього віддзеркалення (ППО). 1—1''; 2—2'' — хід променів при освітленні з боку досліджуваного зразка (для спрощення малюнка відбита частина світивши 2 не показана). 1—1'' — граничний промінь, відповідний куту j 1пво в матеріалі нижньої призми. 3—3''; 4—4''; 5—5'' — хід променів при освітленні знизу, з боку призми з відомим ПП N. 4—4'' — граничний промінь, при падінні якого під кутом j 2пво на кордон розділу призми і зразка відбувається ППО(протиповітряна оборона). А і В — схематичні зображення поля зору наглядової трубки при проходженні через неї граничних променів 1'' і 4''. n пов'язаний з вимірюваним кутом b між напрямом граничного променя і нормаллю до грані призми формулою, де а — заломлюючий кут призми з відомим Пп.

Мал. 1. Визначення показника заломлення (ПП) n по відхиленню світивши в призматичних зразках. а — хід світивши через призму із заломлюючим кутом а . Кут відхилення d має найменшу величину при рівності кутів входу світивши в призму і виходу з неї: i 1 = i 2 (т.з. симетричний хід світивши через призму), n визначають по формулі n. би — хід світивши через призму з вимірюваним ПП n, поміщену в прямокутну виїмку призми з відомим ПП N; показаний найбільш поширений варіант із заломлюючим кутом призми а = 90° і кутами g 1 = g 2 = 45°. n пов'язаний з вимірюваним кутом b виходу світивши співвідношенням  

Мал. 3. Принцип дії інтерференційного рефрактометра. Промінь світла розділяють так, щоб дві його частини пройшли через кювети довжиною l, заповнені речовинами з різними показниками заломлення. На виході з кювет промені набувають певної різниці ходу і, будучи зведені разом, дають на екрані картину інтерференційних максимумів і мінімумів з до порядками (схематично показана справа). Різниця показників заломлення Dn = n 2 – n 1 = kl/2, де l — довжина хвилі світла.