วิธีวัดดัชนีการหักเหของแสง

วิธีวัดดัชนีการหักเหของแสง

เมื่อแสงเข้าสู่ตัวกลาง B จากตัวกลาง A ถ้าตัวกลาง A เป็นสารที่ไม่ชอบน้ำถึงตัวกลาง B นั่นคือ nA< nP=1/sin is also a constant, and its relationship with the refractive index is: Indicates. Obviously, under a certain wavelength and certain conditions, it can be seen that the refractive index can be obtained by measuring the critical angle, which is the basic optical principle of the commonly used Abbe refractometer.

ในการวัดค่า เครื่องวัดการหักเหของแสง Abbe ใช้วิธี "ครึ่งแสงและครึ่งมืด" ซึ่งก็คือให้แสงสีเดียวเข้าสู่ตัวกลาง B จากตัวกลาง A จากทุกมุมของ 0-90 องศา ที่ คราวนี้ มุมวิกฤตทั้งหมดในตัวกลาง B คือ แสงผ่านทุกพื้นที่ มันจึงสว่าง; ในขณะที่พื้นที่ทั้งหมดที่อยู่นอกมุมวิกฤตแสงไม่ส่องผ่าน ดังนั้นจึงมืด และขอบเขตระหว่างพื้นที่สว่างและมืดนั้นชัดเจนมาก หากคุณสังเกตด้วยเลนส์ใกล้ตาเหนือสื่อ B คุณจะเห็นภาพกึ่งมืดที่มีขอบเขตชัดเจนมาก
สื่อจะต่างกัน มุมวิกฤตก็ต่างกันด้วย และตำแหน่งขอบเขตของพื้นที่สว่างและมืดในช่องมองภาพก็ต่างกันด้วย หากมีการสลักเส้น "กากบาท" ไว้ในช่องมองภาพ ให้เปลี่ยนตำแหน่งสัมพัทธ์ของสื่อ B และช่องมองภาพ เพื่อให้แต่ละครั้งที่ขอบเขตระหว่างพื้นที่สว่างและมืดตรงกับจุดตัดของ "เส้นขวาง" โดยการวัด ตำแหน่งสัมพัทธ์ ( มุม) และหลังจากการแปลงสามารถรับดัชนีการหักเหของแสงได้ การอ่านค่าที่สลักอยู่บนมาตราส่วนของเครื่องวัดการหักเหของแสง Abbe คือดัชนีการหักเหของแสงที่แปลงแล้ว จึงสามารถอ่านได้โดยตรง ในขณะเดียวกัน เครื่องวัดการหักเหของแสง Abbe มีอุปกรณ์กำจัดการกระจายตัว ดังนั้นจึงสามารถใช้แสงแดดได้โดยตรง และตัวเลขที่วัดได้จะเหมือนกับที่วัดด้วยแสงโซเดียม นี่คือข้อดีของเครื่องวัดการหักเหของแสง Abbe

วิธีใช้เครื่องวัดการหักเหของแสง Abbe: ขั้นแรกให้ต่อเครื่องวัดการหักเหของแสงเข้ากับถังเก็บอุณหภูมิคงที่ หลังจากอุณหภูมิคงที่แล้ว ให้แยกปริซึมมุมฉากออก แล้วค่อยๆ เช็ดพื้นผิวกระจกด้านบนและด้านล่างด้วยเอทานอลหรืออะซิโตนเล็กน้อยบนผ้าไหมหรือการทำความสะอาดเลนส์ กระดาษ. หลังจากที่เอธานอลหรืออะซิโตนระเหยไป ให้เติมน้ำกลั่นหนึ่งหยดที่กระจกด้านล่าง ปิดปริซึม และปรับกระจกเพื่อให้มุมมองภายในกระจกสว่าง

หมุนปริซึมจนกระทั่งเส้นแบ่งเขตหรือแถบแสงสีปรากฏขึ้นในกระจก หากแถบแสงสีปรากฏขึ้น ให้ปรับการกระจายเพื่อทำให้ขอบเขตระหว่างแสงและความมืดชัดเจน จากนั้นหมุนปริซึมมุมฉากเพื่อให้เส้นขอบเขตผ่านจุดตัดของ "กากบาท" บันทึกค่าที่อ่านได้และอุณหภูมิ ทำซ้ำสองครั้งเพื่อวัดดัชนีการหักเหของแสงเฉลี่ยของน้ำบริสุทธิ์ และเปรียบเทียบกับค่ามาตรฐานของน้ำบริสุทธิ์ (=1.33299) สามารถรับโรงงานสอบเทียบของเครื่องวัดการหักเหของแสง จากนั้น ดัชนีการหักเหของแสงของตัวอย่างของเหลวที่จะทดสอบสามารถวัดได้ด้วยวิธีเดียวกัน โดยทั่วไปค่าการแก้ไขจะน้อย และถ้าค่าสูงเกินไป เครื่องมือทั้งหมดจะต้องได้รับการปรับเทียบใหม่ ควรให้ความสนใจกับประเด็นต่อไปนี้เมื่อใช้เครื่องวัดการหักเหของแสง:

(1) ช่วงการวัดของ Abbe อยู่ระหว่าง 1.3000 ถึง 1.7000 และความแม่นยำคือ ±0.0001 เมื่อทำการวัดควรให้ความสนใจว่าอุณหภูมิของแจ็คเก็ตฉนวนนั้นถูกต้องหรือไม่ หากคุณต้องการวัดค่าเป็น ±0.0001 ควรควบคุมอุณหภูมิให้อยู่ในช่วง ±0.1 องศา

(2) เครื่องมือไม่ควรถูกแสงแดดระหว่างการใช้งานหรือการเก็บรักษา และควรคลุมด้วยผ้าสีดำเมื่อไม่ใช้งาน

(3) ปริซึมของเครื่องวัดการหักเหของแสงต้องได้รับการปกป้องเพื่อไม่ให้เกิดรอยขีดข่วนบนพื้นผิวกระจก เมื่อเติมของเหลว ปลายหยดต้องไม่สัมผัสกับปริซึม

(4) ควรทำความสะอาดพื้นผิวกระจกก่อนหยดตัวอย่างแต่ละหยด หลังการใช้งาน ควรทำความสะอาดพื้นผิวกระจกด้วยอะซีโตนหรือเอทานอล 95 เปอร์เซ็นต์ และควรปิดปริซึมหลังจากการอบแห้ง

(5) ควรหลีกเลี่ยงของเหลวที่กัดกร่อนหรือละลายแก้วปริซึม โลหะที่เป็นฉนวน และกาวที่อยู่ระหว่างทั้งสองสิ่งนี้

สุดท้าย ควรสังเกตว่าเครื่องวัดการหักเหของแสง Abbe ไม่สามารถใช้งานได้ที่อุณหภูมิสูงกว่านี้ การวัดตัวอย่างที่ระเหยง่ายหรือดูดซับน้ำทำได้ยาก นอกจากนี้ข้อกำหนดสำหรับความบริสุทธิ์ของตัวอย่างก็สูงเช่นกัน โดยทั่วไป เมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้นหนึ่งองศา ดัชนีการหักเหของแสงของสารประกอบอินทรีย์ที่เป็นของเหลวจะลดลง 3.5×10-4—5.5×10-4 ของเหลวบางชนิด โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่ออุณหภูมิที่จะได้รับดัชนีการหักเหของแสงใกล้เคียงกับจุดเดือด จะมีค่าสัมประสิทธิ์ของอุณหภูมิสูงถึง 7×10-4 ในการทำงานจริง ดัชนีการหักเหของแสงที่วัดได้ที่อุณหภูมิหนึ่งมักจะถูกแปลงเป็นดัชนีการหักเหของแสงที่อุณหภูมิอื่น เพื่อความสะดวกในการคำนวณ โดยทั่วไปจะใช้ 4.5×10-4 เป็นค่าคงที่การเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิ ค่าที่ได้จากการคำนวณคร่าวๆ นี้ อาจมีข้อผิดพลาดเล็กน้อย แต่เป็นค่าอ้างอิง กล่าวอีกนัยหนึ่ง ดัชนีการหักเหของแสงจะลดลงเมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้น และดัชนีการหักเหของแสงจะเปลี่ยนไปประมาณ 0.00045 สำหรับการเปลี่ยนแปลงทุกๆ 1 องศาเซลเซียส เราสามารถคำนวณดัชนีการหักเหของแสงที่แก้ไขเป็น 20 องศาได้ด้วยสูตรต่อไปนี้: nD(t)=nD(20) - 0.00045(t-20 degree )
โดยที่ nD(t) คือดัชนีการหักเหของแสงที่วัดได้จากการทดลองที่อุณหภูมิ t นี่แสดงว่าเมื่ออุณหภูมิทดลองสูงกว่า 20 องศา nD(20) จะมีค่ามากกว่า nD(t); ในขณะที่อุณหภูมิการทดลองต่ำกว่า 20 องศา nD(20) จะน้อยกว่า nD(t)
ตัวอย่าง: กำหนด nD(t) =1.3667, t=25.2 องศา คำนวณ nD(20)
nD(t)=nD(20) - 0.00045(t-20 องศา )
nD(20)=1.3667 บวก 0.00045(25.2 องศา -20 องศา )
{{0}}.3667 บวก 0.00045 × 5.2
=1.36904 ผลกระทบของความยาวคลื่นแสง

ดัชนีการหักเหของแสงของสารจะแปรผันตามความยาวคลื่นของแสง โดยความยาวคลื่นที่ยาวกว่าจะมีดัชนีการหักเหของแสงที่น้อยกว่า และความยาวคลื่นที่สั้นกว่าจะมีดัชนีการหักเหของแสงที่มากกว่า แหล่งกำเนิดแสงที่ใช้ในการวัดมักเป็นแสงสีขาว เมื่อแสงสีขาวหักเหโดยปริซึมและของเหลวตัวอย่าง เนื่องจากแสงแต่ละสีมีความยาวคลื่นต่างกัน ระดับการหักเหของแสงจึงแตกต่างกันด้วย หลังจากการหักเหแสงจะแตกตัวเป็นแสงสีต่างๆ ปรากฏการณ์นี้เรียกว่าการกระจาย การกระจายของแสงจะทำให้เส้นแบ่งระหว่างแสงและความมืดในด้านการมองเห็นไม่ชัดเจน ส่งผลให้เกิดความผิดพลาดในการวัด เพื่อกำจัดการกระจายตัว มีการติดตั้งตัวชดเชยการกระจายที่ปลายด้านล่างของท่อสังเกตการณ์ของ Abbe refractometer
ผลกระทบของอุณหภูมิ
ดัชนีการหักเหของแสงของสารละลายจะเปลี่ยนไปตามอุณหภูมิ ดัชนีการหักเหของแสงจะลดลงเมื่ออุณหภูมิสูงขึ้น และเพิ่มขึ้นเมื่ออุณหภูมิลดลง สเกลบนเครื่องวัดการหักเหของแสงถูกสลักไว้ที่อุณหภูมิมาตรฐาน 20 องศา ดังนั้นจึงเป็นการดีที่สุดที่จะวัดดัชนีการหักเหของแสงที่ 20 องศา มิฉะนั้น ควรทำการแก้ไขอุณหภูมิบนผลการวัด เมื่อเกิน 20 องศา ให้เพิ่มหมายเลขแก้ไข เมื่อมีค่าต่ำกว่า 20 องศา ให้ลบเลขแก้ไข