用阿贝折射仪测液体的折射率

用阿贝折射仪测液体的折射率

折射率是透明材料的一个重要光学常数。测定透明材料折射率的方法很多，全反射法是其中之一。全反射法具有测量方便快捷，对环境要求不高，不需要单色光源等特点。然而，因全反射法属于比较测量，故其测量准确度不高（大约Δn=3×104），被测材料的折射率的大小受到限制（约为1.3～1.7），且对固体材料还需制成试件。尽管如此，在一些精度要求不高的测量中，全反射法仍被广泛使用。

阿贝折射仪就是根据全反射原理制成的一种专门用于测量透明或半透明液体和固体折射率及色散率的仪器，它还可用来测量液体的折射率。它是石油化工、光学仪器、食品工业等有关工厂、科研机构及学校的常用仪器。

一、实验目的

1．加深对全反射原理的理解，掌握应用方法。

2．通过对水、和酒精折射率的测量，学会使用阿贝折射仪。 三、实验原理

由全反射定律可知，当光线从光密媒质进入光疏媒质时，若入射角为某个特定角，其折射角可达90o，此入射角称为全反射临界角。反之，当光线以90o入射角自光疏媒质进入光密媒质时，其折射角即为全反射临界角。

1. 测量望远镜 2. 消色散手柄 3. 恒温水出口 4. 温度计 5. 测量棱镜 6. 铰链 7. 辅助棱镜 8. 加热槽 9. 反射镜 10. 读数望远镜 11. 转轴 12. 刻度盘罩 13. 锁钮 14. 底座

提供测定折光率的样品，应以分析样品的标准来要求，被测液体的沸点范围要窄。其具体操作如下所述。

1.将折光仪与恒温水浴连接，调节所需要的温度，同时检查保温套的温度计是否精确。一切就绪后，打开直角棱镜，用丝绢或擦镜纸沾少量乙醇、乙醚或丙酮轻轻擦洗上下镜面，不可来回擦，只可单向擦。待晾干后方可使用。（由于对测量的要求不高此步省略）

2. 阿贝折光仪的量程为1.3000～1.7000，精密度为±0.0001，温度应控制在±0.1℃的范围内。恒温达到所需要的温度后，将待测样品的液体2～3滴均匀地置于磨砂面棱镜上，滴加样品时应注意切勿使滴管尖端直接接触镜面，以防造成刻痕。关紧棱镜，调好反光镜使光线射入。滴加液体过少或分布不均匀，就看不清楚。对于易挥发液体，应以敏捷熟练的动作测其折光率。

3. 先轻轻转动左面刻度盘，并在右面镜筒内找到明暗分界线。若出现彩色带，则调节消色散镜，使明暗界线清晰。再转动左面刻度盘，使分界线对准交叉线中心，记录读数与温度，重复l～2次。

4.测完后，应立即以上法擦洗上下镜面，晾干后再关闭。在测定样品之前，对折光仪应进行校正。通常先测纯水的折光率，将重复两次所得纯水的平均折光率与其标准值比较。校正值—般很小，若数值太大，整个仪器应重新校正。 若需测量在不同温度时的折射率，将温度计旋入温度计座13中，接上恒温器的通水管，把恒温器的温度调节到所需测量温度，接通循环水，待温度稳定10min后即可测量。如果温度不是标准温度，可根据下列公式计算标准温度下的折光率：

式中：t—测定时的温度，α—校正系数，D—钠光灯D线波长（5893A）。

折光仪，又称折射仪，是利用光线测试液体浓度的仪器，用来测定折射率、双折率、光性，折射率是物质的重要物理常数之一。许多纯物质都具有一定的折射率，物质如果其中含有杂质则折射率将发生变化，出现偏差，杂质越多，偏差越大。

折射仪主要由高折射率棱镜(铅玻璃或立方氧化锆)、棱镜反射镜、透镜、标尺(内标尺或外标尺)和目镜等组成。 折射仪有手持式折光仪、糖量折光仪、蜂蜜折光仪 、数显折光仪、全自动折光仪等。

四、实验仪器

阿贝折射仪一台，照明灯，待测液（自来水，酒精）、滴管 、脱脂棉及擦镜纸。 五、实验内容

1．校准阿贝折射仪读数

1）打开照明台灯,调节两个反射镜4、18的方位,使两镜筒内视场明亮。 2）在标准玻璃块的光学面上滴少许水，把它贴在折射棱镜的光学面上，标准块侧边光学面的一端应向上，以便于接受光线。

3）旋转棱镜转动手轮2，使读数镜视场中的刻线对准标准块上所标刻的折射率值，此时望远镜视场中的明暗分界线应正对十字叉丝的交点。若有偏差，则需调节刻度校准螺钉9，使分界线对准叉丝交点。以后不可再调动该螺钉。 2．测定液体的折射率

1）用脱脂棉沾酒精将进光棱镜和折射棱镜擦试干净，干燥后使用。避免因残留有其他物质，而影响测量结果。

2）用滴管将少许酒精滴在进光棱镜的磨砂面上，旋紧棱镜锁紧板手12，使两镜面靠紧，待测液在中间形成一层均匀无气泡的液膜。酒精属极易挥发物质，则在测量中，需通过棱镜组侧边的小孔予以补充。

3）旋转棱镜转动手轮2，在望远镜视场中观察明暗分界线的移动，使之大致对准十字叉丝的交点。然后旋转阿米西棱镜手轮10，消除视场中出现的色彩，使视场中只有黑、白两色。

4）再次微调棱转动手轮2，使明暗分界线正对十字叉丝的交点。此时，读数镜视场中读数刻线所对准的右边的刻度值，就是待测液体的折射率n。 5）测定酒精的折射率各5次。 注意事项

1. 使用仪器前应先检查进光棱镜的磨砂面、折射棱镜及标准玻璃块的光学面是否干净，如有污迹用酒精或乙醚棉擦拭干净。

2．用标准块校准仪器读数时，所用折射率液不宜太多，使折射率液均匀布满接触面即可。过多的折射率液易堆积于标准块的棱尖处，既影响明暗分界线的清晰度，又容易造成标准块从折射棱镜上掉落而损坏。

3．在加入的折射率液或待测液中，应防止留有气泡，以免影响测量结果。

4．读取数据时，首先沿正方向旋转棱镜转动手轮（如向前），调节到位后，记录一个数据。然后继续沿正方向旋转一小段后，再沿反方向（向后）旋转棱镜转动手轮，调节到位后，又记录一个数据。取两个数据的平均值为一次测量值。 5．实验过程中要注意爱护光学器件，不允许用手触摸光学器件的光学面，避免剧烈振动和碰撞。

6．仪器使用完毕后，要将棱镜表面及标准块擦拭干净，装入保护盒。 六、数据处理

用阿贝折射仪测折射率，仪器极限误差Δn=3×104，按均匀分布处理，则： 测量不确定度：

自来水折射率：=1.3346 ±0.0002 酒精折射率： =1.3626 ±0.0002 糖溶液折射率：=1.3406 ±0.0002 本次精度要求不高比并未计算在内

表：数据表 内容 自来水折射率n1 酒精折射率n2 刻度值 平均值 刻度值 平均值 次数 1 2 3 4 5 正 反 正 反 正 反 正 反 正 反 1.3345 1.3346 1.3347 1.3347 1.3346 1.3345 1.3346 1.3346 1.3345 1.3346 1.33455 1.3347 1.33455 1.3346 1.33455 1.3625 1.3625 1.3627 1.3626 1.3627 1.3627 1.3626 1.3626 1.3626 1.3626 1.3625 1.36265 1.3627 1.3626 1.3626

【思考题】

1、阿贝折射仪使用什么光源？所测得的折射率是对哪条谱线的折射率？ 答：阿贝折射仪设计使用的是钠光源(平均波长为5.893×10-7m)，由于阿米西棱镜是按照让D谱线直通（偏向角为零）的条件设计的，故所测得的折射率是对D谱线的折射率。

2、进光棱镜的工作面为什么要磨砂？

答：磨砂的目的是为了产生漫反射的出射光，使待测液中有各种不同角度的入射光。

3、折射率液起何作用？对其折射率有何要求？

答：折射率液在本实验中主要用于对阿贝折射仪进行校准，其折射率必须小于棱镜的折射率。

4、用阿贝折射仪测量酒精的折射率时，若使用钠光照明，在望远镜中可见到 黑白分明的两分视场；若用日光照明，则必须消除色散，这是为了改善 分界线 的清晰度，从而提高测量精度。

5、用阿贝折射仪测物体折射率的方法是建立在全反射基础上的掠入法。

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