Lekcija 25/III-1 Širenje svjetlosti u različitim medijima. Refrakcija svjetlosti na granici između dva medija.

Učenje novog gradiva.

Do sada smo razmatrali širenje svjetlosti u jednom mediju, kao i obično - u zraku. Svjetlost se može širiti u različitim medijima: prelaziti iz jednog medija u drugi; u tačkama upada, zraci se ne samo odbijaju od površine, već i delimično prolaze kroz nju. Takvi prijelazi uzrokuju mnoge lijepe i zanimljive pojave.

Promjena smjera širenja svjetlosti koja prolazi kroz granicu dva medija naziva se lom svjetlosti.

Deo svetlosnog snopa koji pada na interfejs između dva prozirna medija se reflektuje, a deo odlazi u drugi medij. U tom slučaju se mijenja smjer svjetlosnog snopa, koji je prošao u drugi medij. Stoga se fenomen naziva prelamanjem, a snop prelomljenim.

1 - upadni snop

2 - reflektovani snop

3 – prelomljeni snop α β

OO 1 - granica između dva medija

MN - okomito O O 1

Ugao koji formira snop i okomita na granicu između dva medija, spušten do tačke upada zraka, naziva se ugao prelamanja γ (gama).

Svjetlost u vakuumu putuje brzinom od 300.000 km/s. U svakom mediju, brzina svjetlosti je uvijek manja nego u vakuumu. Dakle, kada svjetlost prelazi iz jednog medija u drugi, njegova brzina se smanjuje i to je razlog prelamanja svjetlosti. Što je manja brzina širenja svjetlosti u datom mediju, to je veća optička gustoća ovog medija. Na primjer, zrak ima veću optičku gustoću od vakuuma, jer je brzina svjetlosti u zraku nešto manja nego u vakuumu. Optička gustina vode je veća od optičke gustine vazduha, jer je brzina svetlosti u vazduhu veća nego u vodi.

Što se više razlikuju optičke gustoće dva medija, to se više svjetlosti prelama na njihovom međuprostoru. Što se brzina svjetlosti više mijenja na granici između dva medija, to se ona više prelama.

Za svaku prozirnu tvar postoji tako važna fizička karakteristika kao što je indeks loma svjetlosti n. Pokazuje koliko je puta brzina svjetlosti u datoj tvari manja nego u vakuumu.

Indeks prelamanja

Supstanca		Supstanca		Supstanca
		kamena sol		Terpentin
		Cedrovo ulje		Etanol
Glicerol		Pleksiglas		staklo (svjetlo)
		ugljični disulfid

Odnos između upadnog ugla i ugla prelamanja zavisi od optičke gustoće svakog medija. Ako snop svjetlosti prijeđe iz medija sa nižom optičkom gustoćom u medij veće optičke gustoće, tada će ugao prelamanja biti manji od upadnog ugla. Ako snop svjetlosti prođe iz medija veće optičke gustoće, tada će ugao prelamanja biti manji od upadnog ugla. Ako snop svjetlosti prelazi iz medija veće optičke gustoće u medij sa nižom optičkom gustoćom, tada je ugao prelamanja veći od upadnog ugla.

Odnosno, ako je n 1 γ; ako je n 1 >n 2 , onda α<γ.

Zakon prelamanja svetlosti :

Upadni snop, prelomljeni snop i okomita na granicu između dva medija u tački upada zraka leže u istoj ravni.

Omjeri upadnog ugla i ugla prelamanja određuju se formulom.

gdje je sinus upadnog ugla, sinus ugla prelamanja.

Vrijednost sinusa i tangenta za uglove 0 - 900

stepeni			stepeni			stepeni

Zakon prelamanja svjetlosti prvi je formulisao holandski astronom i matematičar W. Snelius oko 1626. godine, profesor na Univerzitetu u Leidenu (1613.).

Za 16. vek optika je bila ultramoderna nauka.Iz staklene kugle napunjene vodom, koja je korišćena kao sočivo, nastalo je povećalo. I od njega su izmislili špijun i mikroskop. U to vrijeme, Holandiji su bili potrebni teleskopi da vidi obalu i na vrijeme pobjegne od neprijatelja. Optika je bila ta koja je osiguravala uspjeh i pouzdanost navigacije. Stoga se u Holandiji mnogo naučnika zanimalo za optiku. Holanđanin Skel Van Royen (Snelius) je posmatrao kako se tanak snop svetlosti reflektuje u ogledalu. Izmjerio je upadni ugao i ugao refleksije i ustanovio da je ugao refleksije jednak upadnom kutu. On takođe poseduje zakone refleksije svetlosti. Izveo je zakon prelamanja svjetlosti.

Razmotrimo zakon prelamanja svjetlosti.

U njemu - relativni indeks loma drugog medija u odnosu na prvi, u slučaju kada drugi ima visoku optičku gustoću. Ako se svjetlost lomi i prolazi kroz medij sa nižom optičkom gustoćom, tada je α< γ, тогда

Ako je prvi medij vakuum, tada je n 1 =1 onda .

Ovaj indeks se naziva apsolutni indeks loma drugog medija:

gdje je brzina svjetlosti u vakuumu, brzina svjetlosti u datom mediju.

Posljedica prelamanja svjetlosti u Zemljinoj atmosferi je činjenica da vidimo Sunce i zvijezde malo iznad njihovog stvarnog položaja. Refrakcija svjetlosti može objasniti pojavu fatamorgana, duga... Fenomen prelamanja svjetlosti je osnova principa rada numeričkih optičkih uređaja: mikroskopa, teleskopa, kamere.

U predmetu fizike 8. razreda upoznali ste se sa fenomenom prelamanja svjetlosti. Sada znate da su svjetlost elektromagnetski valovi određenog frekvencijskog opsega. Na osnovu znanja o prirodi svjetlosti, moći ćete razumjeti fizički uzrok prelamanja i objasniti mnoge druge svjetlosne pojave povezane s njim.

Rice. 141. Prelaskom iz jednog medija u drugi, snop se lomi, tj. mijenja smjer širenja

Prema zakonu prelamanja svjetlosti (Sl. 141):

• upadne zrake, prelomljene i okomito povučene na granicu između dva medija u tački upada zraka leže u istoj ravni; omjer sinusa upadnog ugla i sinusa ugla prelamanja je konstantna vrijednost za ova dva medija

gdje je n 21 relativni indeks prelamanja drugog medija u odnosu na prvi.

Ako snop prođe u bilo koji medij iz vakuuma, onda

gdje je n apsolutni indeks loma (ili jednostavno indeks loma) drugog medija. U ovom slučaju, prvo "okruženje" je vakuum, čiji se apsolutni indeks uzima kao jedan.

Zakon prelamanja svjetlosti empirijski je otkrio holandski naučnik Willebord Snellius 1621. godine. Zakon je formulisan u raspravi o optici, koja je pronađena u naučnim radovima nakon njegove smrti.

Nakon otkrića Snella, nekoliko naučnika iznijelo je hipotezu da je prelamanje svjetlosti posljedica promjene njegove brzine kada prođe kroz granicu dva medija. Valjanost ove hipoteze potvrđena je teorijskim dokazima koje su nezavisno izveli francuski matematičar Pierre Fermat (1662.) i holandski fizičar Christian Huygens (1690. godine). Različitim putevima došli su do istog rezultata, dokazujući to

• omjer sinusa upadnog ugla i sinusa ugla prelamanja je konstantna vrijednost za ova dva medija, jednaka omjeru brzina svjetlosti u tim medijima:

Iz jednačine (3) slijedi da ako je ugao prelamanja β manji od upadnog ugla a, tada se svjetlost date frekvencije u drugom mediju širi sporije nego u prvom, tj. V 2

Odnos veličina uključenih u jednačinu (3) poslužio je kao dobar razlog za pojavu još jedne formulacije definicije relativnog indeksa prelamanja:

• relativni indeks loma drugog medija u odnosu na prvi je fizička veličina jednaka omjeru brzina svjetlosti u ovim medijima:

n 21 \u003d v 1 / v 2 (4)

Neka snop svjetlosti prođe iz vakuuma u neki medij. Zamjenom v1 u jednačini (4) brzinom svjetlosti u vakuumu c, a v 2 brzinom svjetlosti u mediju v, dobijamo jednačinu (5), koja je definicija apsolutnog indeksa prelamanja:

• apsolutni indeks loma medija je fizička veličina jednaka omjeru brzine svjetlosti u vakuumu i brzine svjetlosti u datom mediju:

Prema jednadžbi (4) i (5), n 21 pokazuje koliko se puta mijenja brzina svjetlosti kada prelazi iz jednog medija u drugi, a n - kada prelazi iz vakuuma u medij. Ovo je fizičko značenje indeksa loma.

Vrijednost apsolutnog indeksa prelamanja n bilo koje tvari veća je od jedinice (to potvrđuju podaci sadržani u tablicama fizičkih referentnih knjiga). Tada, prema jednačini (5), c/v > 1 i c > v, tj. brzina svjetlosti u bilo kojoj tvari je manja od brzine svjetlosti u vakuumu.

Bez davanja rigoroznih opravdanja (složena su i glomazna), napominjemo da je razlog za smanjenje brzine svjetlosti tokom njenog prijelaza iz vakuuma u materiju interakcija svjetlosnog vala s atomima i molekulima materije. Što je veća optička gustina supstance, to je jača ova interakcija, manja je brzina svetlosti i veći je indeks prelamanja. Dakle, brzina svjetlosti u mediju i apsolutni indeks prelamanja su određeni svojstvima ovog medija.

Prema numeričkim vrijednostima indeksa loma tvari, mogu se uporediti njihove optičke gustoće. Na primjer, indeksi prelamanja različitih vrsta stakla kreću se od 1,470 do 2,040, dok je indeks prelamanja vode 1,333. To znači da je staklo optički gušći medij od vode.

Okrenimo se slici 142, uz pomoć koje možemo objasniti zašto se na granici dva medija, sa promjenom brzine, mijenja i smjer širenja svjetlosnog vala.

Rice. 142. Kada svetlosni talasi prelaze iz vazduha u vodu, brzina svetlosti se smanjuje, prednji deo talasa, a sa njim i njegova brzina, menjaju smer

Na slici je prikazan svjetlosni val koji prelazi iz zraka u vodu i pada na granicu između ovih medija pod uglom a. U vazduhu se svetlost širi brzinom v 1 , a u vodi sporijom brzinom v 2 .

Tačka A vala prva stiže do granice. Tokom vremenskog perioda Δt, tačka B, koja se kreće u vazduhu istom brzinom v 1, dostići će tačku B. "Za isto vreme, tačka A, koja se kreće u vodi manjom brzinom v 2, preći će kraću udaljenost , dostižući samo tačku A". U ovom slučaju, takozvani talasni front A "B" u vodi će biti rotiran pod određenim uglom u odnosu na front AB talasa u vazduhu. A vektor brzine (koji je uvijek okomit na front valova i poklapa se sa smjerom njegovog širenja) rotira, približavajući se pravoj liniji OO", okomito na međuprostor između medija. U ovom slučaju ispada ugao prelamanja β biti manji od upadnog ugla α. Ovako dolazi do prelamanja svjetlosti.

Sa slike se takođe vidi da se pri prelasku u drugi medij i okretanju fronta talasa menja i talasna dužina: pri prelasku u optički gušći medij brzina se smanjuje, smanjuje se i talasna dužina (λ 2< λ 1). Это согласуется и с известной вам формулой λ = V/v, из которой следует, что при неизменной частоте v (которая не зависит от плотности среды и поэтому не меняется при переходе луча из одной среды в другую) уменьшение скорости распространения волны сопровождается пропорциональным уменьшением длины волны.

Pitanja

1. Koja je od ove dvije tvari optički gušća?
2. Kako se određuju indeksi prelamanja u smislu brzine svjetlosti u medijima?
3. Gdje svjetlost putuje najbrže?
4. Koji je fizički razlog smanjenja brzine svjetlosti pri njenom prelasku iz vakuuma u medij ili iz medija s nižom optičkom gustoćom u medij s većom?
5. Šta određuje (tj. od čega zavise) apsolutni indeks prelamanja medija i brzinu svjetlosti u njemu?
6. Objasnite šta slika 142 ilustruje.

Vježba

Optika je jedna od najstarijih grana fizike. Još od antičke Grčke, mnogi filozofi su se zanimali za zakone kretanja i širenja svjetlosti u različitim prozirnim materijalima kao što su voda, staklo, dijamant i zrak. U ovom članku se razmatra fenomen prelamanja svjetlosti, pažnja je usmjerena na indeks loma zraka.

Efekat prelamanja svetlosnog snopa

Svako se u svom životu stotine puta susreo sa ovim efektom kada je gledao na dno rezervoara ili u čašu vode sa nekim predmetom u njoj. Istovremeno, rezervoar nije izgledao tako dubok kao što je zapravo bio, a predmeti u čaši vode izgledali su deformisani ili slomljeni.

Fenomen refrakcije se sastoji u prekidu njegove pravolinijske putanje kada pređe granicu između dva prozirna materijala. Sumirajući veliki broj eksperimentalnih podataka, početkom 17. veka, Holanđanin Willebrord Snell je dobio matematički izraz koji tačno opisuje ovu pojavu. Ovaj izraz je napisan u sljedećem obliku:

n 1 *sin(θ 1) = n 2 *sin(θ 2) = konst.

Ovdje su n 1 , n 2 apsolutni indeksi prelamanja svjetlosti u odgovarajućem materijalu, θ 1 i θ 2 su uglovi između upadnih i prelomljenih zraka i okomite na ravninu sučelja, koja je povučena kroz točku presjeka zraka i ovaj avion.

Ova formula se zove Snellov zakon ili Snell-Descartes (Francuz ju je zapisao u predstavljenom obliku, Holanđanin nije koristio sinuse, već jedinice dužine).

Pored ove formule, fenomen prelamanja opisan je još jednim zakonom, koji je geometrijske prirode. Ona leži u činjenici da označena okomita na ravan i dvije zrake (prelomljene i upadne) leže u istoj ravni.

Apsolutni indeks loma

Ova vrijednost je uključena u Snell formulu, a njena vrijednost igra važnu ulogu. Matematički, indeks loma n odgovara formuli:

Simbol c je brzina elektromagnetnih talasa u vakuumu. To je otprilike 3*10 8 m/s. Vrijednost v je brzina svjetlosti u mediju. Dakle, indeks loma odražava količinu usporavanja svjetlosti u mediju u odnosu na prostor bez zraka.

Iz gornje formule slijede dva važna zaključka:

• vrijednost n je uvijek veća od 1 (za vakuum je jednaka jedan);
• to je bezdimenzionalna veličina.

Na primjer, indeks prelamanja zraka je 1,00029, dok je za vodu 1,33.

Indeks loma nije konstantna vrijednost za određeni medij. Zavisi od temperature. Štaviše, za svaku frekvenciju elektromagnetnog talasa ona ima svoje značenje. Dakle, gornje brojke odgovaraju temperaturi od 20 o C i žutom dijelu vidljivog spektra (valna dužina - oko 580-590 nm).

Zavisnost vrijednosti n od frekvencije svjetlosti očituje se u razlaganju bijele svjetlosti prizmom na više boja, kao i u formiranju duge na nebu tokom jake kiše.

Indeks loma svjetlosti u zraku

Njegova vrijednost (1,00029) je već navedena gore. Budući da se indeks loma zraka razlikuje samo za četvrtu decimalu od nule, onda se za rješavanje praktičnih zadataka može smatrati jednakim jedan. Mala razlika n za zrak od jedinice pokazuje da svjetlost praktički ne usporavaju molekuli zraka, što je povezano s njenom relativno malom gustoćom. Dakle, prosječna gustina zraka iznosi 1,225 kg/m 3 , odnosno više od 800 puta je lakša od slatke vode.

Vazduh je optički tanak medij. Sam proces usporavanja brzine svjetlosti u materijalu je kvantne prirode i povezan je sa činovima apsorpcije i emisije fotona od strane atoma materije.

Promjene u sastavu zraka (na primjer, povećanje sadržaja vodene pare u njemu) i promjene temperature dovode do značajnih promjena indeksa loma. Upečatljiv primjer je efekat fatamorgane u pustinji, koji nastaje zbog razlike u indeksima loma slojeva zraka s različitim temperaturama.

staklo-vazduh interfejs

Staklo je mnogo gušći medij od zraka. Njegov apsolutni indeks prelamanja kreće se od 1,5 do 1,66, ovisno o vrsti stakla. Ako uzmemo prosječnu vrijednost od 1,55, onda se prelamanje zraka na granici zrak-staklo može izračunati pomoću formule:

sin (θ 1) / sin (θ 2) \u003d n 2 / n 1 \u003d n 21 = 1,55.

Vrijednost n 21 naziva se relativnim indeksom prelamanja zrak - staklo. Ako snop izlazi iz stakla u zrak, tada treba koristiti sljedeću formulu:

sin (θ 1) / sin (θ 2) = n 2 / n 1 = n 21 = 1 / 1,55 = 0,645.

Ako je ugao prelomljenog snopa u potonjem slučaju jednak 90 o , tada se odgovarajući naziva kritičnim. Za granicu staklo-vazduh, ona je jednaka:

θ 1 \u003d arcsin (0,645) = 40,17 o.

Ako snop padne na granicu staklo-vazduh pod uglovima većim od 40,17 o , tada će se potpuno reflektovati nazad u staklo. Ovaj fenomen se naziva "totalna unutrašnja refleksija".

Kritični ugao postoji samo kada se snop kreće iz gustog medija (iz stakla u vazduh, ali ne i obrnuto).

Područja primjene refraktometrije.

Uređaj i princip rada refraktometra IRF-22.

Koncept indeksa prelamanja.

Plan

Refraktometrija. Karakteristike i suština metode.

Za identifikaciju tvari i provjeru njihove čistoće koristite

refraktor.

Indeks loma tvari- vrijednost jednaka omjeru faznih brzina svjetlosti (elektromagnetnih valova) u vakuumu i vidljivog medija.

Indeks loma zavisi od svojstava supstance i talasne dužine

elektromagnetno zračenje. Omjer sinusa upadnog ugla u odnosu na

normala povučena u ravan prelamanja (α) zraka na sinus ugla prelamanja

refrakcija (β) tokom prelaska zraka iz medija A u medij B naziva se relativni indeks prelamanja za ovaj par medija.

Vrijednost n je relativni indeks prelamanja medija B prema

u odnosu na okruženje A, i

Relativni indeks prelamanja medija A u odnosu na

Indeks prelamanja zraka koji pada na medij iz bezzračnog zraka

prostor naziva se njegov apsolutni indeks loma ili

jednostavno indeks prelamanja date sredine (tabela 1).

Tabela 1 - Indeksi loma različitih medija

Tečnosti imaju indeks loma u rasponu od 1,2-1,9. Solid

supstance 1.3-4.0. Neki minerali nemaju tačnu vrijednost indikatora

za refrakciju. Njegova vrijednost je u određenoj "račvi" i određuje

zbog prisustva nečistoća u kristalnoj strukturi, što određuje boju

kristal.

Identifikacija minerala po "boji" je teška. Dakle, mineral korund postoji u obliku rubina, safira, leukozafira, koji se razlikuju u

indeks loma i boja. Crveni korund se naziva rubinima

(dodatak hroma), bezbojna plava, svijetloplava, roza, žuta, zelena,

ljubičasta - safiri (nečistoće kobalta, titana itd.). Svijetle boje

nye safiri ili bezbojni korund se nazivaju leucosapphire (široko

koristi se u optici kao svjetlosni filter). Indeks prelamanja ovih kristala

štand se nalazi u rasponu od 1,757-1,778 i predstavlja osnovu za identifikaciju

Slika 3.1 - Rubin Slika 3.2 - Safirno plava

Organske i neorganske tekućine također imaju karakteristične vrijednosti indeksa prelamanja koje ih karakteriziraju kao kemijske

koja jedinjenja i kvalitet njihove sinteze (tabela 2):

Tabela 2 - Indeksi loma nekih tekućina na 20 °C

4.2. Refraktometrija: koncept, princip.

Metoda za proučavanje supstanci na osnovu određivanja indikatora

(koeficijent) refrakcije (refrakcije) naziva se refraktometrija (od

lat. refractus - lomljeni i grčki. metreo - mjerim). Refraktometrija

(refraktometrijska metoda) se koristi za identifikaciju hemikalije

jedinjenja, kvantitativna i strukturna analiza, određivanje fizičko-

hemijski parametri supstanci. Implementiran princip refraktometrije

u Abbeovim refraktometrima, ilustrovanim slikom 1.

Slika 1 - Princip refraktometrije

Abbeov blok prizme sastoji se od dvije pravokutne prizme: osvjetljavajuće

tijelo i mjerenje, presavijeno hipotenuzom lica. iluminator-

prizma ima grubo (mat) hipotenuzno lice i namijenjena je

chena za osvjetljavanje tečnog uzorka smještenog između prizmi.

Raspršena svjetlost prolazi kroz ravno-paralelni sloj ispitivane tekućine i, prelamajući se u tekućini, pada na mjernu prizmu. Mjerna prizma je napravljena od optički gustog stakla (teški kremen) i ima indeks prelamanja veći od 1,7. Iz tog razloga, Abbe refraktometar mjeri n vrijednosti manjih od 1,7. Povećanje mjernog opsega indeksa prelamanja može se postići samo promjenom mjerne prizme.

Ispitni uzorak se izlije na hipotenuzu mjerne prizme i pritisne na osvjetljujuću prizmu. U tom slučaju ostaje razmak od 0,1-0,2 mm između prizmi u kojima se uzorak nalazi i kroz

koji prolazi lomom svjetlosti. Za mjerenje indeksa prelamanja

koristiti fenomen totalne unutrašnje refleksije. Sastoji se u

sljedeći.

Ako zraci 1, 2, 3 padaju na interfejs između dva medija, onda u zavisnosti od

upadni ugao kada ih posmatramo u lomnoj sredini biće

primećuje se prisustvo prelaza područja različitog osvetljenja. To je povezano

sa upadom nekog dijela svjetlosti na granicu prelamanja pod uglom od cca.

kim do 90° u odnosu na normalu (snop 3). (Slika 2).

Slika 2 - Slika prelomljenih zraka

Ovaj dio zraka se ne reflektira i stoga formira lakši objekt.

refrakcija. Zrake sa manjim uglovima doživljavaju i reflektuju

i prelamanje. Stoga se formira područje manje osvjetljenja. U obimu

granična linija ukupne unutrašnje refleksije je vidljiva na sočivu, pozicija

što zavisi od refrakcionih svojstava uzorka.

Otklanjanje fenomena disperzije (obojavanje interfejsa između dva područja osvetljenja u duginim bojama usled upotrebe kompleksnog belog svetla u Abbeovim refraktometrima) postiže se korišćenjem dve Amici prizme u kompenzatoru, koje su montirane u teleskop. Istovremeno, skala se projektuje u sočivo (slika 3). Za analizu je dovoljno 0,05 ml tečnosti.

Slika 3 - Pogled kroz okular refraktometra. (Desna skala odražava

koncentracija izmjerene komponente u ppm)

Pored analize jednokomponentnih uzoraka, postoje i široko analizirani

dvokomponentni sistemi (vodeni rastvori, rastvori supstanci u kojima

ili rastvarač). U idealnim dvokomponentnim sistemima (formiranje-

bez promjene volumena i polarizabilnosti komponenti), prikazana je ovisnost

indeks loma na kompoziciji je blizak linearnom ako je sastav izražen u terminima

zapreminski udjeli (postoci)

gdje su: n, n1, n2 - indeksi loma smjese i komponenti,

V1 i V2 su volumni udjeli komponenti (V1 + V2 = 1).

Utjecaj temperature na indeks loma određen je sa dva

faktori: promjena broja tečnih čestica po jedinici zapremine i

ovisnost polarizabilnosti molekula o temperaturi. Drugi faktor je postao

postaje značajan samo pri vrlo velikim temperaturnim promjenama.

Temperaturni koeficijent indeksa prelamanja je proporcionalan temperaturnom koeficijentu gustine. Budući da se sve tekućine pri zagrijavanju šire, njihov indeks loma se smanjuje kako temperatura raste. Temperaturni koeficijent ovisi o temperaturi tekućine, ali se u malim temperaturnim intervalima može smatrati konstantnim. Iz tog razloga, većina refraktometara nema kontrolu temperature, međutim, neki dizajni pružaju

kontrola temperature vode.

Linearna ekstrapolacija indeksa prelamanja sa temperaturnim promjenama je prihvatljiva za male temperaturne razlike (10 - 20°C).

Tačno određivanje indeksa loma u širokim temperaturnim rasponima provodi se prema empirijskim formulama oblika:

nt=n0+at+bt2+…

Za refraktometriju otopine u širokom rasponu koncentracija

koristiti tabele ili empirijske formule. Zavisnost prikaza-

indeks loma vodenih otopina određenih tvari na koncentraciju

je blizak linearnom i omogućava određivanje koncentracije ovih supstanci u

vode u širokom rasponu koncentracija (slika 4) koristeći refrakciju

tomemetri.

Slika 4 - Indeks loma nekih vodenih otopina

Obično se n tečnih i čvrstih tijela precizno određuju refraktometrima

do 0,0001. Najčešći su Abbe refraktometri (slika 5) sa blokovima prizme i kompenzatorima disperzije, koji omogućavaju određivanje nD u "bijelom" svjetlu na skali ili digitalnom indikatoru.

Slika 5 - Abbeov refraktometar (IRF-454; IRF-22)

Refrakcija ili refrakcija je pojava u kojoj se promjena smjera snopa svjetlosti ili drugih valova događa kada oni pređu granicu koja razdvaja dva medija, oba prozirna (koje prenose ove valove) i unutar medija u kojem se svojstva kontinuirano mijenjaju. .

Sa fenomenom prelamanja se susrećemo prilično često i doživljavamo ga kao običnu pojavu: vidimo da je štap u prozirnoj čaši sa obojenom tečnošću „slomljen“ na mestu gde se vazduh i voda razdvajaju (slika 1). Kada se svetlost lomi i reflektuje tokom kiše, radujemo se kada vidimo dugu (slika 2).

Indeks prelamanja je važna karakteristika supstance povezana sa njenim fizičko-hemijskim svojstvima. To zavisi od vrednosti temperature, kao i od talasne dužine svetlosnih talasa na kojima se vrši određivanje. Prema podacima kontrole kvaliteta u rastvoru, na indeks prelamanja utiče koncentracija supstance otopljene u njoj, kao i priroda rastvarača. Konkretno, na indeks loma krvnog seruma utiče količina proteina koji se u njemu nalazi.To je zbog činjenice da se pri različitim brzinama prostiranja svjetlosnih zraka u medijima različite gustine, njihov smjer mijenja na granici između dva medija. . Ako brzinu svjetlosti u vakuumu podijelimo sa brzinom svjetlosti u ispitivanoj supstanci, dobićemo apsolutni indeks prelamanja (indeks prelamanja). U praksi se određuje relativni indeks prelamanja (n), koji je omjer brzine svjetlosti u zraku i brzine svjetlosti u ispitivanoj supstanci.

Indeks loma se kvantificira pomoću posebnog uređaja - refraktometra.

Refraktometrija je jedna od najjednostavnijih metoda fizičke analize i može se koristiti u laboratorijama za kontrolu kvaliteta u proizvodnji hemijskih, prehrambenih, biološki aktivnih aditiva za hranu, kozmetičkih i drugih vrsta proizvoda uz minimalno vrijeme i broj uzoraka koji se ispituju.

Dizajn refraktometra zasniva se na činjenici da se svjetlosni zraci potpuno reflektiraju kada prođu kroz granicu dva medija (jedan od njih je staklena prizma, drugi je ispitno rješenje) (slika 3).

Rice. 3. Šema refraktometra

Iz izvora (1) svjetlosni snop pada na površinu zrcala (2), zatim, odbijajući se, prelazi u gornju svjetleću prizmu (3), zatim u donju mjernu prizmu (4) koja je izrađena od stakla. sa visokim indeksom prelamanja. Između prizme (3) i (4) kapilarom se nanosi 1-2 kapi uzorka. Kako ne bi došlo do mehaničkog oštećenja prizme, potrebno je ne dodirivati ​​njenu površinu kapilarom.

Okular (9) vidi polje sa ukrštenim linijama za postavljanje interfejsa. Pomeranjem okulara, tačka preseka polja mora biti poravnata sa interfejsom (slika 4).Ravan prizme (4) igra ulogu interfejsa, na čijoj se površini prelama svetlosni snop. Budući da su zraci raspršeni, granica svjetlosti i sjene ispada mutna, preljevna. Ovu pojavu eliminiše kompenzator disperzije (5). Zatim se snop propušta kroz sočivo (6) i prizmu (7). Na pločici (8) nalaze se nišanski potezi (dvije ravne ukrštene ukrštene), kao i skala s indeksima prelamanja koja se uočava u okularu (9). Koristi se za izračunavanje indeksa prelamanja.

Linija razdvajanja granica polja će odgovarati uglu unutrašnje totalne refleksije, koji zavisi od indeksa prelamanja uzorka.

Refraktometrija se koristi za određivanje čistoće i autentičnosti supstance. Ova metoda se takođe koristi za određivanje koncentracije supstanci u rastvorima tokom kontrole kvaliteta, koja se izračunava na osnovu kalibracionog grafikona (grafikon koji pokazuje zavisnost indeksa prelamanja uzorka od njegove koncentracije).

U KorolevPharmu se indeks prelamanja utvrđuje u skladu sa odobrenom regulatornom dokumentacijom prilikom ulazne kontrole sirovina, u ekstraktima sopstvene proizvodnje, kao iu proizvodnji gotovih proizvoda. Određivanje vrše kvalifikovani radnici akreditovane fizičko-hemijske laboratorije koristeći IRF-454 B2M refraktometar.

Ako na osnovu rezultata ulazne kontrole sirovina indeks loma ne ispunjava potrebne uslove, odjel za kontrolu kvaliteta sastavlja akt o neusklađenosti, na osnovu kojeg se ova serija sirovina vraća u dobavljača.

Metoda određivanja

1. Prije početka mjerenja, provjerava se čistoća površina prizmi koje su u dodiru jedna s drugom.

2. Provjera nulte točke. Na površinu mjerne prizme nanosimo 2÷3 kapi destilovane vode, pažljivo je zatvorimo svjetlećom prizmom. Otvorite prozor za osvjetljenje i pomoću ogledala postavite izvor svjetlosti u najintenzivniji smjer. Okretanjem vijaka okulara dobijamo jasnu, oštru razliku između tamnih i svijetlih polja u njegovom vidnom polju. Rotiramo vijak i usmjeravamo liniju sjene i svjetlosti tako da se poklopi s tačkom u kojoj se linije seku u gornjem prozoru okulara. Na okomitoj liniji u donjem prozoru okulara vidimo željeni rezultat - indeks loma vode destilirane na 20°C (1,333). Ako su očitanja različita, vijkom namjestite indeks loma na 1,333 i uz pomoć ključa (uklonite vijak za podešavanje) dovedemo granicu sjene i svjetla do točke sjecišta linija.

3. Odredite indeks loma. Podignite komoru rasvjete prizme i uklonite vodu filter papirom ili gazom. Zatim nanesite 1-2 kapi ispitne otopine na površinu mjerne prizme i zatvorite komoru. Rotiramo vijke dok se granice sjene i svjetlosti ne poklope s točkom presjeka linija. Na okomitoj liniji u donjem prozoru okulara vidimo željeni rezultat - indeks prelamanja ispitnog uzorka. Indeks loma izračunavamo na skali u donjem prozoru okulara.

4. Pomoću kalibracionog grafikona utvrđujemo odnos između koncentracije otopine i indeksa prelamanja. Za izgradnju grafa potrebno je pripremiti standardne otopine nekoliko koncentracija koristeći preparate kemijski čistih tvari, izmjeriti njihove indekse loma i ucrtati dobivene vrijednosti na os ordinate, a na osu apscise ucrtati odgovarajuće koncentracije otopina. Potrebno je odabrati intervale koncentracije u kojima se uočava linearna veza između koncentracije i indeksa loma. Mjerimo indeks loma uzorka za ispitivanje i koristimo grafikon da odredimo njegovu koncentraciju.