Lekcija 25/III-1 Širenje svjetlosti u različitim medijima. Lom 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; na mjestima upada, zrake se ne samo odbijaju od površine, već i djelomično prolaze kroz nju. Takvi prijelazi uzrokuju mnoge lijepe i zanimljive pojave.

Promjena smjera prostiranja svjetlosti koja prolazi kroz granicu dvaju medija naziva se lom svjetlosti.

Dio svjetlosne zrake koja pada na granicu između dva prozirna medija se odbija, a dio odlazi u drugi medij. U tom se slučaju mijenja smjer svjetlosne zrake koja je prešla u drugi medij. Stoga se pojava naziva lom, a zraka lomljena.

1 - upadna zraka

2 - reflektirana zraka

3 – lomljena zraka α β

OO 1 - granica između dva medija

MN - okomica O O 1

Kut koji čine zraka i okomica na granicu između dva medija, spuštena do točke upada zrake, naziva se kutom loma 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, njena brzina se smanjuje i to je razlog loma svjetlosti. Što je manja brzina širenja svjetlosti u određenom mediju, veća je optička gustoća tog medija. Na primjer, zrak ima veću optičku gustoću od vakuuma, jer je brzina svjetlosti u zraku nešto manja nego u vakuumu. Optička gustoća vode veća je od optičke gustoće zraka, jer je brzina svjetlosti u zraku veća nego u vodi.

Što se više razlikuju optičke gustoće dvaju medija, to se više svjetlosti lomi na njihovoj površini. Što se više mijenja brzina svjetlosti na granici između dva medija, to se ona više lomi.

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

Indeks loma

Supstanca		Supstanca		Supstanca
		kamena sol		Terpentin
		Cedrovo ulje		Etanol
Glicerol		Pleksiglas		Staklo (svjetlo)
		ugljikov disulfid

Omjer između upadnog kuta i kuta loma ovisi o optičkoj gustoći pojedinog medija. Ako zraka svjetlosti prelazi iz medija manje optičke gustoće u medij veće optičke gustoće, tada će kut loma biti manji od kuta upada. Ako zraka svjetlosti prolazi iz medija veće optičke gustoće, tada će kut loma biti manji od kuta upada. Ako zraka svjetlosti prelazi iz medija veće optičke gustoće u medij manje optičke gustoće, tada je kut loma veći od kuta upada.

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

Zakon loma svjetlosti :

Upadna zraka, lomljena zraka i okomica na granicu između dva medija u točki upada zrake leže u istoj ravnini.

Omjeri upadnog kuta i kuta loma određuju se formulom.

gdje je sinus upadnog kuta, je sinus kuta loma.

Vrijednost sinusa i tangensa za kutove 0 - 900

stupnjeva			stupnjeva			stupnjeva

Zakon o lomu svjetlosti prvi je formulirao nizozemski astronom i matematičar W. Snelius oko 1626., profesor na Sveučilištu u Leidenu (1613.).

Za 16. stoljeće optika je bila ultramoderna znanost.Od staklene kugle napunjene vodom, koja je služila kao leća, nastalo je povećalo. I iz njega su izumili dalekozor i mikroskop. U to vrijeme Nizozemska je trebala teleskope za pregled obale i pravovremeni bijeg od neprijatelja. Optika je bila ta koja je osigurala uspjeh i pouzdanost navigacije. Stoga se u Nizozemskoj mnogo znanstvenika zanimalo za optiku. Nizozemac Skel Van Royen (Snelius) promatrao je kako se tanka zraka svjetlosti reflektira u ogledalu. Izmjerio je upadni kut i kut refleksije i ustanovio da je kut refleksije jednak upadnom kutu. Također posjeduje zakone refleksije svjetlosti. Izveo je zakon loma svjetlosti.

Razmotrite zakon loma 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 manje optičke gustoće, tada je α< γ, тогда

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

Taj se indeks naziva apsolutni indeks loma drugog medija:

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

Posljedica loma svjetlosti u Zemljinoj atmosferi je činjenica da Sunce i zvijezde vidimo malo iznad njihovog stvarnog položaja. Lomom svjetlosti može se objasniti pojava fatamorgane, duge...pojava loma svjetlosti temelj je principa rada numeričkih optičkih uređaja: mikroskopa, teleskopa, kamere.

U nastavi fizike 8. razreda upoznali ste se s pojavom loma svjetlosti. Sada znate da su svjetlost elektromagnetski valovi određenog frekvencijskog raspona. Na temelju znanja o prirodi svjetlosti moći ćete razumjeti fizički uzrok loma i objasniti mnoge druge svjetlosne pojave povezane s njim.

Riža. 141. Prelazeći iz jednog medija u drugi, zraka se lomi, tj. mijenja smjer širenja

Prema zakonu loma svjetlosti (sl. 141):

• zrake koje upadaju, lome se i okomito povlače na granicu između dva medija u točki upadanja zrake leže u istoj ravnini; omjer sinusa upadnog kuta i sinusa kuta loma konstantna je vrijednost za ova dva medija

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

Ako zraka prijeđe u bilo koji medij iz vakuuma, tada

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 loma svjetlosti empirijski je otkrio nizozemski znanstvenik Willebord Snellius 1621. godine. Zakon je formuliran u raspravi o optici, koja je pronađena u znanstvenikovim radovima nakon njegove smrti.

Nakon otkrića Snella, nekoliko znanstvenika iznijelo je hipotezu da je lom svjetlosti posljedica promjene njezine brzine kada prolazi kroz granicu dva medija. Valjanost ove hipoteze potvrdili su teorijski dokazi koje su neovisno izveli francuski matematičar Pierre Fermat (1662.) i nizozemski fizičar Christian Huygens (1690.). Različitim putovima došli su do istog rezultata, što i dokazuje

• omjer sinusa upadnog kuta i sinusa kuta loma konstantna je vrijednost za ova dva medija, jednaka omjeru brzina svjetlosti u ovim medijima:

Iz jednadžbe (3) slijedi da ako je kut loma β manji od kuta upada a, tada se svjetlost dane frekvencije u drugom mediju širi sporije nego u prvom, tj. V 2

Odnos veličina uključenih u jednadžbu (3) poslužio je kao dobar razlog za pojavu druge formulacije definicije relativnog indeksa loma:

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

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

Neka snop svjetlosti prijeđe iz vakuuma u neki medij. Zamjenom v1 u jednadžbi (4) brzinom svjetlosti u vakuumu c, a v 2 brzinom svjetlosti u mediju v, dobivamo jednadžbu (5), koja je definicija apsolutnog indeksa loma:

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

Prema jednadžbama (4) i (5), n 21 pokazuje koliko se puta promijeni 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 loma n bilo koje tvari veća je od jedinice (to potvrđuju podaci sadržani u tablicama fizičkih referentnih knjiga). Tada je prema jednadžbi (5) c/v > 1 i c > v, tj. brzina svjetlosti u bilo kojoj tvari manja je od brzine svjetlosti u vakuumu.

Bez davanja rigoroznih obrazloženja (složena su i glomazna), napominjemo da je razlog smanjenja brzine svjetlosti pri njenom prijelazu iz vakuuma u materiju interakcija svjetlosnog vala s atomima i molekulama materije. Što je veća optička gustoća tvari, to je međudjelovanje jače, brzina svjetlosti manja i indeks loma veći. Dakle, brzina svjetlosti u nekom mediju i apsolutni indeks loma određeni su svojstvima tog medija.

Prema brojčanim vrijednostima indeksa loma tvari, može se usporediti njihova optička gustoća. Primjerice, indeksi loma raznih vrsta stakla kreću se od 1,470 do 2,040, dok je indeks loma vode 1,333. To znači da je staklo optički gušći medij od vode.

Pogledajmo sliku 142. uz pomoć koje možemo objasniti zašto se na granici dvaju medija s promjenom brzine mijenja i smjer širenja svjetlosnog vala.

Riža. 142. Kada svjetlosni valovi prelaze iz zraka u vodu, brzina svjetlosti se smanjuje, prednji dio vala, a s njim i njegova brzina, mijenja smjer

Slika prikazuje svjetlosni val koji prelazi iz zraka u vodu i pada na granicu između tih medija pod kutom a. U zraku se svjetlost širi brzinom v 1 , a u vodi manjom brzinom v 2 .

Točka A vala prva stiže do granice. Tijekom vremenskog perioda Δt, točka B, koja se kreće u zraku istom brzinom v 1, doći će do točke B. "Za isto vrijeme, točka A, koja se kreće u vodi manjom brzinom v 2, preći će kraću udaljenost , dosežući samo točku A". U tom slučaju, takozvana fronta vala A "B" u vodi bit će zakrenuta pod određenim kutom u odnosu na frontu vala AB u zraku. I vektor brzine (koji je uvijek okomit na frontu vala i podudara se sa smjerom njegovog širenja) rotira, približavajući se ravnoj liniji OO", okomito na sučelje između medija. U ovom slučaju, kut loma β je manji nego upadni kut α.Tako dolazi do loma svjetlosti.

Sa slike je također vidljivo da se pri prijelazu u drugi medij i rotaciji valne fronte mijenja i valna duljina: pri prijelazu u optički gušći medij brzina se smanjuje, valna duljina također (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 dvije tvari optički gušća?
2. Kako se određuju indeksi loma u odnosu na brzinu svjetlosti u mediju?
3. Gdje svjetlost putuje najbrže?
4. Koji je fizikalni razlog smanjenja brzine svjetlosti pri prelasku iz vakuuma u medij ili iz medija manje optičke gustoće u medij veće?
5. Što određuje (tj. o čemu ovise) apsolutni indeks loma medija i brzinu svjetlosti u njemu?
6. Objasnite što ilustrira slika 142.

Vježba

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

Efekt loma svjetlosnog snopa

Svatko se u životu stotinama puta susreo s ovim efektom kada je gledao u dno rezervoara ili u čašu vode u koju je stavljen neki predmet. U isto vrijeme, rezervoar se nije činio tako dubok kao što je zapravo bio, a predmeti u čaši vode izgledali su deformirano ili slomljeno.

Fenomen refrakcije sastoji se u prekidu njegove pravocrtne putanje kada prijeđe granicu između dva prozirna materijala. Sažimajući veliki broj eksperimentalnih podataka, Nizozemac Willebrord Snell je početkom 17. stoljeća dobio matematički izraz koji je precizno opisao 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 loma svjetlosti u odgovarajućem materijalu, θ 1 i θ 2 su kutovi između upadne i lomljene zrake i okomice na ravninu sučelja, koja je povučena kroz sjecište zrake. i ovaj avion.

Ova se formula naziva Snellov ili Snell-Descartesov zakon (Francuz ju je zapisao u prikazanom obliku, Nizozemac nije koristio sinuse, već jedinice duljine).

Osim ove formule, fenomen refrakcije opisuje još jedan zakon, koji je geometrijske prirode. Ona leži u tome što označena okomica na ravninu i dvije zrake (lomljena i upadna) leže u istoj ravnini.

Apsolutni indeks loma

Ta je vrijednost uključena u Snellovu formulu i njezina vrijednost igra važnu ulogu. Matematički, indeks loma n odgovara formuli:

Simbol c je brzina elektromagnetskih valova 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 bezzračni prostor.

Iz gornje formule slijede dva važna zaključka:

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

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

Indeks loma nije stalna vrijednost za određeni medij. Ovisi o temperaturi. Štoviše, svaka frekvencija elektromagnetskog vala ima svoje značenje. Dakle, gornje brojke odgovaraju temperaturi od 20 o C i žutom dijelu vidljivog spektra (valna duljina - oko 580-590 nm).

Ovisnost vrijednosti n o frekvenciji svjetlosti očituje se u razlaganju bijele svjetlosti prizmom na niz boja, kao i u stvaranju duge na nebu za vrijeme jake kiše.

Indeks loma svjetlosti u zraku

Njegova vrijednost (1,00029) već je navedena gore. Budući da se indeks loma zraka razlikuje samo u četvrtom decimalnom mjestu od nule, tada se za rješavanje praktičnih problema može smatrati jednakim jedan. Mala razlika n za zrak od jedinice ukazuje na to da svjetlost praktički ne usporavaju molekule zraka, što je povezano s njegovom relativno niskom gustoćom. Tako je prosječna gustoća zraka 1,225 kg/m 3 , odnosno više od 800 puta je lakši od slatke vode.

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

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

sučelje staklo-zrak

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

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

Vrijednost n 21 naziva se relativni indeks loma zrak - staklo. Ako zraka izlazi iz stakla u zrak, tada treba koristiti sljedeću formulu:

sin (θ 1) / sin (θ 2) \u003d n 2 / n 1 \u003d n 21 \u003d 1 / 1,55 \u003d 0,645.

Ako je kut lomljene zrake u potonjem slučaju jednak 90 o, tada se odgovarajući naziva kritičnim. Za granicu staklo-zrak, to je jednako:

θ 1 \u003d arcsin (0,645) \u003d 40,17 o.

Ako zraka padne na granicu staklo-zrak pod kutom većim od 40,17o, tada će se potpuno reflektirati natrag u staklo. Taj se fenomen naziva "potpuni unutarnji odraz".

Kritični kut postoji samo kada se zraka kreće iz gustog medija (iz stakla u zrak, ali ne obrnuto).

Područja primjene refraktometrije.

Uređaj i princip rada refraktometra IRF-22.

Pojam indeksa loma.

Plan

Refraktometrija. Obilježja i suština metode.

Za prepoznavanje tvari i provjeru njihove čistoće koristite

refraktor.

Indeks loma tvari- vrijednost koja je jednaka omjeru faznih brzina svjetlosti (elektromagnetskih valova) u vakuumu i vidljivom mediju.

Indeks loma ovisi o svojstvima tvari i valnoj duljini

elektromagnetska radijacija. Omjer sinusa upadnog kuta u odnosu na

normala povučena na ravninu loma (α) zrake na sinus kuta loma

lom (β) pri prijelazu zrake iz medija A u medij B naziva se relativni indeks loma za ovaj par medija.

Vrijednost n je relativni indeks loma medija B prema

u odnosu na okolinu A, i

Relativni indeks loma sredstva A u odnosu na

Indeks loma zrake koja pada na medij iz bezzračnog

th prostora naziva se njegov apsolutni indeks loma ili

jednostavno indeks loma određenog medija (tablica 1).

Tablica 1 - Indeksi loma različitih medija

Tekućine imaju indeks loma u rasponu od 1,2-1,9. Čvrsto

tvari 1.3-4.0. Neki minerali nemaju točnu vrijednost indikatora

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

zbog prisutnosti nečistoća u kristalnoj strukturi, što određuje boju

kristal.

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

indeks loma i boja. Crveni korundi nazivaju se rubini

(primjesa kroma), bezbojno plava, svijetlo plava, ružičasta, žuta, zelena,

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

nye safiri ili bezbojni korund nazivaju se leukosafir (široko

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

stall leži u rasponu od 1,757-1,778 i osnova je za identifikaciju

Slika 3.1 - Rubin Slika 3.2 - Safirno plava

Organske i anorganske tekućine također imaju karakteristične vrijednosti indeksa loma koje ih karakteriziraju kao kemijske

nih spojeva i kvaliteta njihove sinteze (tablica 2):

Tablica 2 - Indeksi loma nekih tekućina pri 20 °C

4.2. Refraktometrija: pojam, princip.

Metoda proučavanja tvari koja se temelji na određivanju indikatora

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

lat. refractus - prelomljen i grč. metreo - mjerim). Refraktometrija

(refraktometrijska metoda) koristi se za identifikaciju kemikalije

spojevi, kvantitativna i strukturna analiza, određivanje fizikalno-

kemijski parametri tvari. Implementiran princip refraktometrije

u Abbeovim refraktometrima, što je prikazano na slici 1.

Slika 1 - Princip refraktometrije

Abbeov blok prizme sastoji se od dvije pravokutne prizme: iluminirajuće

tijelo i mjerna, presavijena plohama hipotenuze. iluminator-

prizma ima hrapavu (mat) lice hipotenuze i namijenjena je

chena za osvjetljavanje uzorka tekućine smještenog između prizmi.

Raspršena svjetlost prolazi kroz planparalelni sloj ispitivane tekućine i, lomeći se u tekućini, pada na mjernu prizmu. Mjerna prizma izrađena je od optički gustog stakla (teški kremen) i ima indeks loma veći od 1,7. Iz tog razloga, Abbeov refraktometar mjeri n vrijednosti manje od 1,7. Povećanje mjernog područja indeksa loma može se postići samo promjenom mjerne prizme.

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

koja prolazi lomeći svjetlost. Za mjerenje indeksa loma

koristiti fenomen totalne unutarnje refleksije. Sastoji se u

Sljedeći.

Ako zrake 1, 2, 3 padaju na sučelje između dva medija, tada ovisno o

upadni kut pri njihovom promatranju u lomnoj sredini bit će

uočava se prisutnost prijelaza područja različitog osvjetljenja. Povezano je

s upadom nekog dijela svjetlosti na granicu loma pod kutom od cca.

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

Slika 2 - Slika lomljenih zraka

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

refrakcija. Zrake s manjim kutovima doživljavaju i reflektiraju

i refrakcija. Stoga se formira područje manje osvjetljenja. U volumenu

na leći je vidljiva granična crta potpunog unutarnjeg odraza, položaj

što ovisi o svojstvima loma uzorka.

Uklanjanje fenomena disperzije (bojenje sučelja između dva područja osvjetljenja u duginim bojama zbog upotrebe složene bijele svjetlosti u Abbeovim refraktometrima) postiže se korištenjem dviju Amici prizmi u kompenzatoru, koje su ugrađene u teleskop. Istovremeno se u leću projicira skala (slika 3). Za analizu je dovoljno 0,05 ml tekućine.

Slika 3 - Pogled kroz okular refraktometra. (Pravo mjerilo odražava

koncentracija mjerene komponente u ppm)

Osim analize jednokomponentnih uzoraka, postoje široke analize

dvokomponentni sustavi (vodene otopine, otopine tvari u kojima se

ili otapalo). U idealnim dvokomponentnim sustavima (tvoreći-

bez promjene volumena i polarizabilnosti komponenti), prikazana je ovisnost

Indeks loma na sastavu je blizu linearnom ako se sastav izražava u smislu

volumni udjeli (postotak)

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 određuju dva

čimbenici: promjena broja čestica tekućine po jedinici volumena i

ovisnost polarizabilnosti molekula o temperaturi. Drugi faktor je postao

postaje značajan samo pri vrlo velikim promjenama temperature.

Temperaturni koeficijent indeksa loma proporcionalan je temperaturnom koeficijentu gustoće. Budući da se sve tekućine šire kada se zagrijavaju, njihovi indeksi loma se smanjuju s porastom temperature. 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 to omogućuju

kontrola temperature vode.

Linearna ekstrapolacija indeksa loma s promjenama temperature prihvatljiva je za male temperaturne razlike (10 - 20°C).

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

nt=n0+at+bt2+…

Za refraktometriju otopine u širokim rasponima koncentracija

koristiti tablice ili empirijske formule. Ovisnost prikaza-

indeks loma vodenih otopina pojedinih tvari na koncentraciju

je blizu linearne i omogućuje određivanje koncentracija tih tvari u

vode u širokom rasponu koncentracija (slika 4) pomoću refrakcije

mjerači toma.

Slika 4 - Indeks loma nekih vodenih otopina

Obično se n tekućih i čvrstih tijela precizno određuje refraktometrima

do 0,0001. Najčešći su Abbeovi refraktometri (slika 5) s blokovima prizme i kompenzatorima disperzije, koji omogućuju 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 dolazi do promjene smjera snopa svjetlosti, ili drugih valova, kada oni prijeđu granicu koja razdvaja dva medija, oba prozirna (propuštaju te valove) i unutar medija u kojem se svojstva neprestano mijenjaju .

Pojavu refrakcije susrećemo dosta često i doživljavamo je kao običnu pojavu: možemo vidjeti da se štapić koji se nalazi u prozirnoj čaši s obojenom tekućinom “slomi” na mjestu razdvajanja zraka i vode (slika 1). Kad se svjetlost tijekom kiše lomi i odbija, radujemo se kad vidimo dugu (slika 2).

Indeks loma je važna karakteristika tvari povezana s njezinim fizikalno-kemijskim svojstvima. Ovisi o vrijednostima temperature, kao i o valnoj duljini svjetlosnih valova na kojima se provodi određivanje. Prema podacima kontrole kvalitete u otopini, na indeks loma utječe koncentracija tvari otopljene u njoj, kao i priroda otapala. Konkretno, na indeks loma krvnog seruma utječe količina proteina sadržanih u njemu.To je zbog činjenice da pri različitim brzinama širenja svjetlosnih zraka u medijima različite gustoće, njihov smjer se mijenja na sučelju između dva medija . Podijelimo li brzinu svjetlosti u vakuumu s brzinom svjetlosti u ispitivanoj tvari, dobit ćemo apsolutni indeks loma (indeks loma). U praksi se određuje relativni indeks loma (n), koji je omjer brzine svjetlosti u zraku i brzine svjetlosti u ispitivanoj tvari.

Indeks loma se kvantificira pomoću posebnog uređaja - refraktometra.

Refraktometrija je jedna od najlakših metoda fizikalne analize i može se koristiti u laboratorijima za kontrolu kvalitete u proizvodnji kemijskih, prehrambenih, biološki aktivnih dodataka prehrani, kozmetičkih i drugih vrsta proizvoda uz minimalno vrijeme i broj uzoraka za ispitivanje.

Dizajn refraktometra temelji se na činjenici da se svjetlosne zrake potpuno reflektiraju kada prolaze kroz granicu dva medija (jedan od njih je staklena prizma, drugi je ispitna otopina) (slika 3).

Riža. 3. Shema refraktometra

Iz izvora (1) svjetlosni snop pada na površinu zrcala (2), zatim reflektirajući se prelazi u gornju osvjetljavajuću prizmu (3), zatim u donju mjernu prizmu (4) koja je staklena. s visokim indeksom loma. Između prizmi (3) i (4) kapilarom se nakapaju 1-2 kapi uzorka. Kako ne bi došlo do mehaničkog oštećenja prizme, potrebno je ne dodirivati ​​njezinu površinu kapilarom.

Okular (9) vidi polje s prekriženim linijama za postavljanje sučelja. Pomicanjem okulara sjecište polja mora biti poravnato sa sučeljem (sl. 4.) Ulogu sučelja ima ravnina prizme (4) na čijoj se površini lomi snop svjetlosti. Budući da su zrake raspršene, granica svjetla i sjene ispada mutna, preljevna. Ova pojava se otklanja pomoću kompenzatora disperzije (5). Zatim se zraka propušta kroz leću (6) i prizmu (7). Na pločici (8) nalaze se vizirajuće crte (dvije ravne crte križane poprečno), kao i skala s indeksima loma koja se promatra u okularu (9). Koristi se za izračunavanje indeksa loma.

Razdjelna linija granica polja će odgovarati kutu unutarnje totalne refleksije, koji ovisi o indeksu loma uzorka.

Refraktometrija se koristi za određivanje čistoće i autentičnosti tvari. Ovom se metodom također utvrđuje koncentracija tvari u otopinama tijekom kontrole kvalitete, koja se izračunava iz kalibracijskog grafikona (grafa koji prikazuje ovisnost indeksa loma uzorka o njegovoj koncentraciji).

U KorolevPharmu se indeks loma određuje u skladu s odobrenom regulatornom dokumentacijom tijekom ulazne kontrole sirovina, u ekstraktima vlastite proizvodnje, kao iu proizvodnji gotovih proizvoda. Određivanje provode kvalificirani zaposlenici akreditiranog fizičko-kemijskog laboratorija pomoću refraktometra IRF-454 B2M.

Ukoliko na temelju rezultata ulazne kontrole sirovina indeks loma ne zadovoljava potrebne zahtjeve, odjel kontrole kvalitete sastavlja Akt o nesukladnosti, na temelju kojeg se ta serija sirovina vraća u dobavljač.

Metoda određivanja

1. Prije početka mjerenja provjerava se čistoća površina prizmi u međusobnom kontaktu.

2. Provjera nulte točke. Nanesemo 2÷3 kapi destilirane vode na površinu mjerne prizme, pažljivo zatvorimo iluminirajućom prizmom. Otvorite prozor za rasvjetu i pomoću zrcala postavite izvor svjetla u najintenzivnijem smjeru. Okretanjem vijaka okulara dobivamo jasnu, oštru razliku između tamnih i svijetlih polja u njegovom vidnom polju. Zakrenemo vijak i usmjerimo liniju sjene i svjetla tako da se poklopi s točkom u kojoj se linije sijeku 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, namjestimo vijak na indeks loma na 1,333, te uz pomoć ključa (uklonimo vijak za podešavanje) dovedemo granicu sjene i svjetla do točke sjecišta linija.

3. Odredite indeks loma. Podignite komoru osvjetljenja prizme i uklonite vodu filter papirom ili gazom. Zatim nanesite 1-2 kapi ispitne otopine na površinu mjerne prizme i zatvorite komoru. Okrećemo vijke dok se granice sjene i svjetla ne poklope s točkom sjecišta linija. Na okomitoj liniji u donjem prozorčiću okulara vidimo željeni rezultat - indeks loma uzorka za ispitivanje. Indeks loma izračunavamo na skali u donjem prozorčiću okulara.

4. Pomoću kalibracijskog grafa utvrđujemo odnos između koncentracije otopine i indeksa loma. Za izradu grafa potrebno je pripremiti standardne otopine nekoliko koncentracija pomoću pripravaka kemijski čistih tvari, izmjeriti njihove indekse loma i na ordinatnu os nanijeti dobivene vrijednosti, a na apscisnu os nanijeti odgovarajuće koncentracije otopina. Potrebno je odabrati koncentracijske intervale pri kojima se uočava linearni odnos između koncentracije i indeksa loma. Mjerimo indeks loma ispitnog uzorka i pomoću grafa određujemo njegovu koncentraciju.