Pelajaran 25/III-1 Penyebaran cahaya dalam pelbagai media. Pembiasan cahaya pada antara muka antara dua media.

Mempelajari bahan baharu.

Sehingga kini, kami telah mempertimbangkan penyebaran cahaya dalam satu medium, seperti biasa - di udara. Cahaya boleh merambat dalam pelbagai media: bergerak dari satu medium ke medium lain; pada titik kejadian, sinaran bukan sahaja dipantulkan dari permukaan, tetapi juga sebahagiannya melaluinya. Peralihan sedemikian menyebabkan banyak fenomena yang indah dan menarik.

Perubahan arah perambatan cahaya yang melalui sempadan dua media dipanggil pembiasan cahaya.

Sebahagian daripada kejadian pancaran cahaya pada antara muka antara dua media lutsinar dipantulkan, dan sebahagian masuk ke medium lain. Dalam kes ini, arah pancaran cahaya, yang telah melalui medium lain, berubah. Oleh itu, fenomena itu dipanggil pembiasan, dan rasuk dipanggil terbias.

1 - sinar kejadian

2 - pancaran pantulan

3 – rasuk terbias α β

OO 1 - sempadan antara dua media

MN - berserenjang O O 1

Sudut yang dibentuk oleh rasuk dan serenjang dengan antara muka antara dua media, diturunkan ke titik kejadian rasuk, dipanggil sudut biasan. γ (gamma).

Cahaya dalam vakum bergerak pada kelajuan 300,000 km/s. Dalam mana-mana medium, kelajuan cahaya sentiasa kurang daripada dalam vakum. Oleh itu, apabila cahaya melalui satu medium ke medium lain, kelajuannya berkurangan dan ini adalah sebab untuk pembiasan cahaya. Semakin rendah kelajuan perambatan cahaya dalam medium tertentu, semakin besar ketumpatan optik medium ini. Sebagai contoh, udara mempunyai ketumpatan optik yang lebih tinggi daripada vakum, kerana kelajuan cahaya dalam udara agak kurang daripada dalam vakum. Ketumpatan optik air adalah lebih besar daripada ketumpatan optik udara, kerana kelajuan cahaya di udara lebih besar daripada di dalam air.

Lebih banyak ketumpatan optik dua media berbeza, lebih banyak cahaya dibiaskan pada antara muka mereka. Lebih banyak kelajuan cahaya berubah pada antara muka antara dua media, lebih banyak ia dibiaskan.

Bagi setiap bahan lutsinar, terdapat ciri fizikal yang penting seperti indeks biasan cahaya n. Ia menunjukkan berapa kali kelajuan cahaya dalam bahan tertentu adalah kurang daripada dalam vakum.

Indeks biasan

Bahan		Bahan		Bahan
		garam batu		Turpentin
		Minyak cedar		Etanol
Gliserol		Plexiglass		Kaca (cahaya)
		karbon disulfida

Nisbah antara sudut tuju dan sudut biasan bergantung kepada ketumpatan optik setiap medium. Jika pancaran cahaya melalui medium dengan ketumpatan optik yang lebih rendah ke medium dengan ketumpatan optik yang lebih tinggi, maka sudut biasan akan lebih kecil daripada sudut tuju. Jika pancaran cahaya melalui medium dengan ketumpatan optik yang lebih tinggi, maka sudut biasan akan lebih kecil daripada sudut tuju. Jika pancaran cahaya melalui medium dengan ketumpatan optik yang lebih tinggi ke medium dengan ketumpatan optik yang lebih rendah, maka sudut biasan adalah lebih besar daripada sudut tuju.

Iaitu, jika n 1 γ; jika n 1 >n 2 , maka α<γ.

Hukum pembiasan cahaya :

Rasuk tuju, rasuk terbias dan serenjang dengan antara muka antara dua media pada titik tuju rasuk terletak pada satah yang sama.

Nisbah sudut tuju dan sudut biasan ditentukan oleh formula.

di mana sinus sudut tuju, ialah sinus sudut biasan.

Nilai sinus dan tangen untuk sudut 0 - 900

darjah			darjah			darjah

Hukum pembiasan cahaya pertama kali dirumuskan oleh ahli astronomi dan ahli matematik Belanda W. Snelius sekitar tahun 1626, seorang profesor di Universiti Leiden (1613).

Untuk abad ke-16, optik adalah sains ultra-moden. Dari bola kaca yang diisi dengan air, yang digunakan sebagai kanta, kaca pembesar timbul. Dan daripada itu mereka mencipta spyglass dan mikroskop. Pada masa itu, Belanda memerlukan teleskop untuk melihat pantai dan melarikan diri daripada musuh tepat pada masanya. Ia adalah optik yang memastikan kejayaan dan kebolehpercayaan navigasi. Oleh itu, di Belanda, ramai saintis berminat dengan optik. Lelaki Belanda Skel Van Royen (Snelius) memerhati bagaimana pancaran cahaya nipis dipantulkan dalam cermin. Beliau mengukur sudut tuju dan sudut pantulan dan mendapati sudut pantulan adalah sama dengan sudut tuju. Dia juga memiliki undang-undang pantulan cahaya. Dia menyimpulkan hukum pembiasan cahaya.

Pertimbangkan hukum pembiasan cahaya.

Di dalamnya - indeks biasan relatif medium kedua berbanding yang pertama, dalam kes apabila kedua mempunyai ketumpatan optik yang tinggi. Jika cahaya dibiaskan dan melalui medium dengan ketumpatan optik yang lebih rendah, maka α< γ, тогда

Jika medium pertama adalah vakum, maka n 1 =1 maka .

Indeks ini dipanggil indeks biasan mutlak bagi medium kedua:

di manakah kelajuan cahaya dalam vakum, kelajuan cahaya dalam medium tertentu.

Akibat daripada pembiasan cahaya di atmosfera Bumi adalah fakta bahawa kita melihat Matahari dan bintang sedikit di atas kedudukan sebenar mereka. Pembiasan cahaya boleh menjelaskan kejadian fatamorgana, pelangi ... fenomena pembiasan cahaya adalah asas prinsip operasi peranti optik berangka: mikroskop, teleskop, kamera.

Dalam kursus fizik gred 8, anda telah berkenalan dengan fenomena biasan cahaya. Sekarang anda tahu bahawa cahaya adalah gelombang elektromagnet dengan julat frekuensi tertentu. Berdasarkan pengetahuan tentang sifat cahaya, anda akan dapat memahami punca fizikal pembiasan dan menerangkan banyak fenomena cahaya lain yang berkaitan dengannya.

nasi. 141. Berlalu dari satu medium ke medium lain, rasuk dibiaskan, iaitu, menukar arah perambatan

Mengikut undang-undang biasan cahaya (Rajah 141):

• kejadian sinar, dibiaskan dan berserenjang dilukis ke antara muka antara dua media pada titik kejadian rasuk terletak pada satah yang sama; nisbah sinus sudut tuju kepada sinus sudut biasan ialah nilai tetap bagi kedua-dua media ini

di mana n 21 ialah indeks biasan relatif bagi medium kedua berbanding dengan yang pertama.

Jika rasuk melepasi mana-mana medium dari vakum, maka

di mana n ialah indeks biasan mutlak (atau ringkasnya indeks biasan) bagi medium kedua. Dalam kes ini, "persekitaran" pertama adalah vakum, indeks mutlak yang diambil sebagai satu.

Hukum pembiasan cahaya ditemui secara empirik oleh saintis Belanda Willebord Snellius pada tahun 1621. Undang-undang itu dirumuskan dalam risalah mengenai optik, yang ditemui dalam kertas saintis selepas kematiannya.

Selepas penemuan Snell, beberapa saintis mengemukakan hipotesis bahawa pembiasan cahaya adalah disebabkan oleh perubahan kelajuannya apabila ia melalui sempadan dua media. Kesahihan hipotesis ini disahkan oleh bukti teori yang dijalankan secara bebas oleh ahli matematik Perancis Pierre Fermat (pada tahun 1662) dan ahli fizik Belanda Christian Huygens (pada tahun 1690). Dengan jalan yang berbeza mereka sampai pada keputusan yang sama, membuktikannya

• nisbah sinus sudut tuju kepada sinus sudut biasan ialah nilai tetap untuk kedua-dua media ini, sama dengan nisbah kelajuan cahaya dalam media ini:

Daripada persamaan (3) ia mengikuti bahawa jika sudut biasan β kurang daripada sudut tuju a, maka cahaya frekuensi tertentu dalam medium kedua merambat lebih perlahan daripada yang pertama, iaitu V 2

Hubungan kuantiti yang termasuk dalam persamaan (3) berfungsi sebagai sebab yang baik untuk kemunculan rumusan lain bagi definisi indeks biasan relatif:

• indeks biasan relatif bagi medium kedua berbanding dengan yang pertama ialah kuantiti fizik yang sama dengan nisbah kelajuan cahaya dalam media ini:

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

Biarkan pancaran cahaya melalui vakum ke medium tertentu. Menggantikan v1 dalam persamaan (4) dengan kelajuan cahaya dalam vakum c, dan v 2 dengan kelajuan cahaya dalam medium v, kita memperoleh persamaan (5), iaitu takrifan indeks biasan mutlak:

• indeks biasan mutlak medium ialah kuantiti fizik yang sama dengan nisbah kelajuan cahaya dalam vakum kepada kelajuan cahaya dalam medium tertentu:

Menurut persamaan (4) dan (5), n 21 menunjukkan berapa kali kelajuan cahaya berubah apabila ia melalui satu medium ke medium lain, dan n - apabila ia melalui vakum ke medium. Ini adalah makna fizikal indeks biasan.

Nilai indeks biasan mutlak n mana-mana bahan adalah lebih besar daripada kesatuan (ini disahkan oleh data yang terkandung dalam jadual buku rujukan fizikal). Kemudian, mengikut persamaan (5), c/v > 1 dan c > v, iaitu, kelajuan cahaya dalam sebarang bahan adalah kurang daripada kelajuan cahaya dalam vakum.

Tanpa memberikan justifikasi yang ketat (ia adalah kompleks dan menyusahkan), kita perhatikan bahawa sebab penurunan kelajuan cahaya semasa peralihannya daripada vakum kepada jirim adalah interaksi gelombang cahaya dengan atom dan molekul jirim. Semakin besar ketumpatan optik bahan, semakin kuat interaksi ini, semakin rendah kelajuan cahaya dan semakin besar indeks biasan. Oleh itu, kelajuan cahaya dalam medium dan indeks biasan mutlak ditentukan oleh sifat-sifat medium ini.

Mengikut nilai berangka indeks biasan bahan, seseorang boleh membandingkan ketumpatan optiknya. Sebagai contoh, indeks biasan pelbagai jenis kaca berjulat dari 1.470 hingga 2.040, manakala indeks biasan air ialah 1.333. Ini bermakna kaca adalah medium optik yang lebih tumpat daripada air.

Mari kita beralih kepada Rajah 142, dengan bantuan yang boleh kita jelaskan mengapa, pada sempadan dua media, dengan perubahan kelajuan, arah perambatan gelombang cahaya juga berubah.

nasi. 142. Apabila gelombang cahaya melalui udara ke air, kelajuan cahaya berkurangan, bahagian hadapan gelombang, dan dengan itu kelajuannya, menukar arah

Rajah menunjukkan gelombang cahaya yang melalui udara ke dalam air dan kejadian pada antara muka antara media ini pada sudut a. Di udara, cahaya merambat pada kelajuan v 1 , dan dalam air pada kelajuan lebih perlahan v 2 .

Titik A gelombang mencapai sempadan terlebih dahulu. Dalam tempoh masa Δt, titik B, bergerak di udara pada kelajuan yang sama v 1, akan mencapai titik B. "Dalam masa yang sama, titik A, bergerak dalam air pada kelajuan yang lebih rendah v 2, akan meliputi jarak yang lebih pendek , hanya mencapai titik A". Dalam kes ini, apa yang dipanggil hadapan gelombang A "B" di dalam air akan diputar pada sudut tertentu berkenaan dengan hadapan gelombang AB di udara. Dan vektor halaju (yang sentiasa berserenjang dengan hadapan gelombang dan bertepatan dengan arah perambatannya) berputar, menghampiri garis lurus OO", berserenjang dengan antara muka antara media. Dalam kes ini, sudut biasan β adalah kurang daripada sudut tuju α. Beginilah cara pembiasan cahaya berlaku.

Ia juga boleh dilihat dari rajah bahawa apabila peralihan ke medium lain dan putaran hadapan gelombang, panjang gelombang juga berubah: apabila peralihan kepada medium optik yang lebih tumpat, halaju berkurangan, panjang gelombang juga berkurangan (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.

Soalan

1. Antara kedua-dua bahan yang manakah lebih tumpat secara optikal?
2. Bagaimanakah indeks biasan ditentukan dari segi kelajuan cahaya dalam media?
3. Di manakah cahaya bergerak paling cepat?
4. Apakah sebab fizikal bagi penurunan kelajuan cahaya apabila ia melalui vakum ke medium atau dari medium dengan ketumpatan optik yang lebih rendah kepada medium dengan yang lebih tinggi?
5. Apakah yang menentukan (iaitu, apa yang mereka bergantung kepada) indeks biasan mutlak medium dan kelajuan cahaya di dalamnya?
6. Terangkan apa yang ditunjukkan oleh Rajah 142.

Senaman

Optik adalah salah satu cabang fizik tertua. Sejak zaman Yunani purba, ramai ahli falsafah berminat dengan undang-undang pergerakan dan perambatan cahaya dalam pelbagai bahan lutsinar seperti air, kaca, berlian dan udara. Dalam artikel ini, fenomena pembiasan cahaya dipertimbangkan, perhatian tertumpu pada indeks biasan udara.

Kesan pembiasan pancaran cahaya

Setiap orang dalam hidupnya telah menemui ratusan kali kesan ini apabila dia melihat bahagian bawah takungan atau segelas air dengan beberapa objek diletakkan di dalamnya. Pada masa yang sama, takungan itu tidak kelihatan sedalam sebenarnya, dan objek dalam segelas air kelihatan cacat atau pecah.

Fenomena pembiasan terdiri daripada pemecahan trajektori rectilinear apabila ia melintasi antara muka antara dua bahan lutsinar. Merumuskan sejumlah besar data eksperimen, pada awal abad ke-17, orang Belanda Willebrord Snell memperoleh ungkapan matematik yang menggambarkan fenomena ini dengan tepat. Ungkapan ini ditulis dalam bentuk berikut:

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

Di sini n 1, n 2 ialah indeks biasan mutlak cahaya dalam bahan yang sepadan, θ 1 dan θ 2 ialah sudut antara kejadian dan rasuk terbias dan berserenjang dengan satah antara muka, yang dilukis melalui titik persilangan rasuk. dan pesawat ini.

Formula ini dipanggil undang-undang Snell atau Snell-Descartes (orang Perancis yang menulisnya dalam bentuk yang dibentangkan, orang Belanda tidak menggunakan sinus, tetapi unit panjang).

Sebagai tambahan kepada formula ini, fenomena pembiasan diterangkan oleh undang-undang lain, yang bersifat geometri. Ia terletak pada hakikat bahawa tanda berserenjang dengan satah dan dua sinar (dibiaskan dan kejadian) terletak pada satah yang sama.

Indeks biasan mutlak

Nilai ini termasuk dalam formula Snell, dan nilainya memainkan peranan penting. Secara matematik, indeks biasan n sepadan dengan formula:

Simbol c ialah kelajuan gelombang elektromagnet dalam vakum. Ia adalah lebih kurang 3*10 8 m/s. Nilai v ialah kelajuan cahaya dalam medium. Oleh itu, indeks biasan mencerminkan jumlah perlambatan cahaya dalam medium berkenaan dengan ruang tanpa udara.

Dua kesimpulan penting berikut dari formula di atas:

• nilai n sentiasa lebih besar daripada 1 (untuk vakum ia sama dengan satu);
• ia adalah kuantiti tanpa dimensi.

Sebagai contoh, indeks biasan udara ialah 1.00029, manakala bagi air ialah 1.33.

Indeks biasan bukan nilai tetap untuk medium tertentu. Ia bergantung kepada suhu. Selain itu, bagi setiap frekuensi gelombang elektromagnet, ia mempunyai makna tersendiri. Jadi, angka di atas sepadan dengan suhu 20 o C dan bahagian kuning spektrum yang kelihatan (panjang gelombang - kira-kira 580-590 nm).

Kebergantungan nilai n pada frekuensi cahaya ditunjukkan dalam penguraian cahaya putih oleh prisma kepada beberapa warna, serta dalam pembentukan pelangi di langit semasa hujan lebat.

Indeks biasan cahaya di udara

Nilainya (1.00029) telah pun diberikan di atas. Oleh kerana indeks biasan udara hanya berbeza di tempat perpuluhan keempat dari sifar, maka untuk menyelesaikan masalah praktikal ia boleh dianggap sama dengan satu. Perbezaan kecil n untuk udara daripada kesatuan menunjukkan bahawa cahaya boleh dikatakan tidak diperlahankan oleh molekul udara, yang dikaitkan dengan ketumpatannya yang agak rendah. Oleh itu, ketumpatan purata udara ialah 1.225 kg/m 3, iaitu lebih daripada 800 kali lebih ringan daripada air tawar.

Udara ialah medium nipis optik. Proses memperlahankan kelajuan cahaya dalam bahan adalah bersifat kuantum dan dikaitkan dengan tindakan penyerapan dan pelepasan foton oleh atom jirim.

Perubahan dalam komposisi udara (contohnya, peningkatan kandungan wap air di dalamnya) dan perubahan suhu membawa kepada perubahan ketara dalam indeks biasan. Contoh yang menarik ialah kesan fatamorgana di padang pasir, yang berlaku disebabkan oleh perbezaan indeks biasan lapisan udara dengan suhu yang berbeza.

antara muka kaca-udara

Kaca adalah medium yang jauh lebih tumpat daripada udara. Indeks biasan mutlaknya berjulat dari 1.5 hingga 1.66, bergantung pada jenis kaca. Jika kita mengambil nilai purata 1.55, maka pembiasan rasuk pada antara muka kaca udara boleh dikira menggunakan formula:

dosa (θ 1) / dosa (θ 2) \u003d n 2 / n 1 \u003d n 21 \u003d 1.55.

Nilai n 21 dipanggil indeks biasan relatif udara - kaca. Jika rasuk keluar dari kaca ke udara, maka formula berikut harus digunakan:

dosa (θ 1) / dosa (θ 2) \u003d n 2 / n 1 \u003d n 21 \u003d 1 / 1.55 \u003d 0.645.

Jika sudut rasuk terbias dalam kes kedua adalah sama dengan 90 o , maka yang sepadan dipanggil kritikal. Untuk sempadan kaca-udara, ia adalah sama dengan:

θ 1 \u003d arcsin (0.645) \u003d 40.17 o.

Jika rasuk jatuh pada sempadan kaca-udara dengan sudut yang lebih besar daripada 40.17 o , maka ia akan dipantulkan sepenuhnya kembali ke dalam kaca. Fenomena ini dipanggil "total internal reflection".

Sudut genting wujud hanya apabila rasuk bergerak dari medium tumpat (dari kaca ke udara, tetapi bukan sebaliknya).

Bidang aplikasi refraktometri.

Peranti dan prinsip operasi refraktometer IRF-22.

Konsep indeks biasan.

Rancang

Refraktometri. Ciri-ciri dan intipati kaedah.

Untuk mengenal pasti bahan dan memeriksa ketulenannya, gunakan

refraktor.

Indeks biasan sesuatu bahan- nilai yang sama dengan nisbah halaju fasa cahaya (gelombang elektromagnet) dalam vakum dan medium yang dilihat.

Indeks biasan bergantung pada sifat bahan dan panjang gelombang

radiasi elektromagnetik. Nisbah sinus sudut tuju relatif kepada

normal yang ditarik ke satah biasan (α) rasuk ke sinus sudut biasan

biasan (β) semasa peralihan rasuk dari sederhana A ke sederhana B dipanggil indeks biasan relatif untuk pasangan media ini.

Nilai n ialah indeks biasan relatif bagi medium B mengikut

berhubung dengan persekitaran A, dan

Indeks biasan relatif bagi medium A berkenaan dengan

Indeks biasan bagi kejadian rasuk pada medium daripada tanpa udara

ruang th dipanggil indeks biasan mutlaknya atau

hanya indeks biasan bagi medium tertentu (Jadual 1).

Jadual 1 - Indeks biasan pelbagai media

Cecair mempunyai indeks biasan dalam julat 1.2-1.9. Padat

bahan 1.3-4.0. Sesetengah mineral tidak mempunyai nilai penunjuk yang tepat

untuk pembiasan. Nilainya berada dalam "garpu" tertentu dan menentukan

disebabkan oleh kehadiran kekotoran dalam struktur kristal, yang menentukan warna

kristal.

Mengenal pasti mineral dengan "warna" adalah sukar. Jadi, korundum mineral wujud dalam bentuk delima, nilam, leucosapphire, berbeza dalam

indeks biasan dan warna. Korundum merah dipanggil delima

(campuran kromium), biru tidak berwarna, biru muda, merah jambu, kuning, hijau,

ungu - nilam (kekotoran kobalt, titanium, dll.). Berwarna terang

nilam nye atau korundum tidak berwarna dipanggil leucosapphire (secara meluas

digunakan dalam optik sebagai penapis cahaya). Indeks biasan kristal ini

gerai terletak dalam julat 1.757-1.778 dan merupakan asas untuk mengenal pasti

Rajah 3.1 - Ruby Rajah 3.2 - Biru nilam

Cecair organik dan bukan organik juga mempunyai nilai indeks biasan ciri yang mencirikannya sebagai bahan kimia

sebatian nye dan kualiti sintesisnya (jadual 2):

Jadual 2 - Indeks biasan bagi sesetengah cecair pada 20 °C

4.2. Refraktometri: konsep, prinsip.

Kaedah untuk kajian bahan berdasarkan penentuan penunjuk

(pekali) pembiasan (refraction) dipanggil refraktometri (daripada

lat. refractus - dibiaskan dan Yunani. metero - saya ukur). Refraktometri

(kaedah refraktometri) digunakan untuk mengenal pasti bahan kimia

sebatian, analisis kuantitatif dan struktur, penentuan fiziko-

parameter kimia bahan. Prinsip refraktometri dilaksanakan

dalam refraktometer Abbe, digambarkan oleh Rajah 1.

Rajah 1 - Prinsip refraktometri

Blok prisma Abbe terdiri daripada dua prisma segi empat tepat: penerang

badan dan ukuran, dilipat oleh muka hipotenus. penerang-

prisma mempunyai muka hipotenus kasar (matte) dan dimaksudkan

chena untuk menerangi sampel cecair yang diletakkan di antara prisma.

Cahaya bertaburan melalui lapisan selari satah bagi cecair yang disiasat dan, apabila dibiaskan dalam cecair, jatuh pada prisma penyukat. Prisma pengukur diperbuat daripada kaca padat optik (batu berat) dan mempunyai indeks biasan lebih daripada 1.7. Atas sebab ini, refractometer Abbe mengukur n nilai kurang daripada 1.7. Peningkatan dalam julat pengukuran indeks biasan hanya boleh dicapai dengan menukar prisma pengukur.

Sampel ujian dituangkan ke muka hipotenus prisma penyukat dan ditekan pada prisma yang menyala. Dalam kes ini, jurang 0.1-0.2 mm kekal di antara prisma di mana sampel berada, dan melalui

yang melalui pembiasan cahaya. Untuk mengukur indeks biasan

menggunakan fenomena pantulan dalaman total. Ia terdiri daripada

seterusnya.

Jika sinar 1, 2, 3 jatuh pada antara muka antara dua media, maka bergantung pada

sudut tuju apabila memerhatikannya dalam medium biasan ialah

kehadiran peralihan kawasan pencahayaan yang berbeza diperhatikan. Ia bersambung

dengan kejadian beberapa bahagian cahaya pada sempadan pembiasan pada sudut lebih kurang.

kim hingga 90° berkenaan dengan normal (rasuk 3). (Rajah 2).

Rajah 2 - Imej sinar terbias

Bahagian sinar ini tidak dipantulkan dan oleh itu membentuk objek yang lebih ringan.

pembiasan. Sinar dengan sudut yang lebih kecil mengalami dan memantul

dan pembiasan. Oleh itu, kawasan yang kurang pencahayaan terbentuk. Dalam kelantangan

garis sempadan jumlah pantulan dalaman boleh dilihat pada kanta, kedudukan

yang bergantung kepada sifat biasan sampel.

Penghapusan fenomena penyebaran (mewarnai antara muka antara dua kawasan pencahayaan dalam warna pelangi akibat penggunaan cahaya putih kompleks dalam refractometers Abbe) dicapai dengan menggunakan dua prisma Amici dalam pemampas, yang dipasang di teleskop. Pada masa yang sama, skala ditayangkan ke dalam kanta (Rajah 3). 0.05 ml cecair adalah mencukupi untuk analisis.

Rajah 3 - Lihat melalui kanta mata refraktometer. (Skala yang betul mencerminkan

kepekatan komponen yang diukur dalam ppm)

Sebagai tambahan kepada analisis sampel komponen tunggal, terdapat dianalisis secara meluas

sistem dua komponen (larutan akueus, larutan bahan di mana

atau pelarut). Dalam sistem dua komponen yang ideal (membentuk-

tanpa mengubah isipadu dan kebolehpolaran komponen), pergantungan ditunjukkan

indeks biasan pada gubahan adalah hampir kepada linear jika gubahan dinyatakan dalam sebutan

pecahan isipadu (peratusan)

di mana: n, n1, n2 - indeks biasan campuran dan komponen,

V1 dan V2 ialah pecahan isipadu komponen (V1 + V2 = 1).

Kesan suhu pada indeks biasan ditentukan oleh dua

faktor: perubahan dalam bilangan zarah cecair per unit isipadu dan

pergantungan kebolehpolaran molekul pada suhu. Faktor kedua menjadi

menjadi ketara hanya pada perubahan suhu yang sangat besar.

Pekali suhu indeks biasan adalah berkadar dengan pekali suhu ketumpatan. Oleh kerana semua cecair mengembang apabila dipanaskan, indeks biasannya berkurangan apabila suhu meningkat. Pekali suhu bergantung pada suhu cecair, tetapi dalam selang suhu yang kecil ia boleh dianggap malar. Atas sebab ini, kebanyakan refraktometer tidak mempunyai kawalan suhu, bagaimanapun, beberapa reka bentuk menyediakan

kawalan suhu air.

Ekstrapolasi linear indeks biasan dengan perubahan suhu boleh diterima untuk perbezaan suhu yang kecil (10 - 20°C).

Penentuan tepat indeks biasan dalam julat suhu yang luas dijalankan mengikut formula empirik bentuk:

nt=n0+at+bt2+…

Untuk refraktometri larutan pada julat kepekatan yang luas

gunakan jadual atau formula empirikal. Paparan kebergantungan-

indeks biasan larutan akueus bahan tertentu pada kepekatan

adalah hampir dengan linear dan memungkinkan untuk menentukan kepekatan bahan-bahan ini dalam

air dalam julat kepekatan yang luas (Rajah 4) menggunakan pembiasan

tometer.

Rajah 4 - Indeks biasan beberapa larutan akueus

Biasanya, n badan cecair dan pepejal ditentukan oleh refraktometer dengan ketepatan

sehingga 0.0001. Yang paling biasa ialah refraktometer Abbe (Rajah 5) dengan blok prisma dan pemampas serakan, yang memungkinkan untuk menentukan nD dalam cahaya "putih" pada skala atau penunjuk digital.

Rajah 5 - Refractometer Abbe (IRF-454; IRF-22)

Pembiasan atau pembiasan ialah fenomena di mana perubahan arah pancaran cahaya, atau gelombang lain, berlaku apabila ia melintasi sempadan yang memisahkan dua media, kedua-duanya telus (mengirim gelombang ini) dan di dalam medium di mana sifatnya terus berubah. .

Kami menghadapi fenomena pembiasan agak kerap dan menganggapnya sebagai fenomena biasa: kita dapat melihat bahawa sebatang kayu yang terletak di dalam kaca lutsinar dengan cecair berwarna "pecah" pada titik di mana udara dan air berpisah (Rajah 1). Apabila cahaya dibiaskan dan dipantulkan semasa hujan, kita bergembira apabila kita melihat pelangi (Gamb. 2).

Indeks biasan ialah ciri penting bagi sesuatu bahan yang berkaitan dengan sifat fizikokimianya. Ia bergantung pada nilai suhu, serta pada panjang gelombang gelombang cahaya di mana penentuan dijalankan. Menurut data kawalan kualiti dalam larutan, indeks biasan dipengaruhi oleh kepekatan bahan yang terlarut di dalamnya, serta sifat pelarut. Khususnya, indeks biasan serum darah dipengaruhi oleh jumlah protein yang terkandung di dalamnya. Ini disebabkan oleh fakta bahawa pada kelajuan penyebaran sinar cahaya yang berbeza dalam media dengan ketumpatan yang berbeza, arahnya berubah pada antara muka antara dua media. . Jika kita membahagikan kelajuan cahaya dalam vakum dengan kelajuan cahaya dalam bahan yang dikaji, kita mendapat indeks biasan mutlak (indeks biasan). Dalam amalan, indeks biasan relatif (n) ditentukan, iaitu nisbah kelajuan cahaya di udara kepada kelajuan cahaya dalam bahan yang dikaji.

Indeks biasan dikira menggunakan peranti khas - refraktometer.

Refractometri ialah salah satu kaedah analisis fizikal yang paling mudah dan boleh digunakan dalam makmal kawalan kualiti dalam pengeluaran bahan kimia, makanan, makanan tambahan yang aktif secara biologi, kosmetik dan jenis produk lain dengan masa yang minimum dan bilangan sampel yang akan diuji.

Reka bentuk refraktometer adalah berdasarkan fakta bahawa sinar cahaya dipantulkan sepenuhnya apabila ia melalui sempadan dua media (satu daripadanya adalah prisma kaca, yang lain adalah penyelesaian ujian) (Rajah 3).

nasi. 3. Skim refraktometer

Dari sumber (1), pancaran cahaya jatuh pada permukaan cermin (2), kemudian, dipantulkan, ia masuk ke prisma penerang atas (3), kemudian ke prisma pengukur bawah (4), yang diperbuat daripada kaca dengan indeks biasan yang tinggi. Di antara prisma (3) dan (4) 1–2 titik sampel digunakan menggunakan kapilari. Agar tidak menyebabkan kerosakan mekanikal pada prisma, adalah perlu untuk tidak menyentuh permukaannya dengan kapilari.

Kanta mata (9) melihat medan dengan garis bersilang untuk menetapkan antara muka. Dengan menggerakkan kanta mata, titik persilangan medan mesti diselaraskan dengan antara muka (Rajah 4). Satah prisma (4) memainkan peranan antara muka, pada permukaan yang sinar cahaya dibiaskan. Oleh kerana sinaran bertaburan, sempadan cahaya dan bayang-bayang menjadi kabur, berwarna-warni. Fenomena ini dihapuskan oleh pemampas penyebaran (5). Kemudian rasuk dilalui melalui kanta (6) dan prisma (7). Pada plat (8) terdapat pukulan penglihatan (dua garis lurus bersilang), serta skala dengan indeks biasan, yang diperhatikan dalam kanta mata (9). Ia digunakan untuk mengira indeks biasan.

Garis pemisah sempadan medan akan sepadan dengan sudut pantulan total dalaman, yang bergantung pada indeks biasan sampel.

Refraktometri digunakan untuk menentukan ketulenan dan ketulenan sesuatu bahan. Kaedah ini juga digunakan untuk menentukan kepekatan bahan dalam larutan semasa kawalan kualiti, yang dikira daripada graf penentukuran (graf yang menunjukkan pergantungan indeks biasan sampel pada kepekatannya).

Dalam KorolevPharm, indeks biasan ditentukan mengikut dokumentasi kawal selia yang diluluskan semasa kawalan masuk bahan mentah, dalam ekstrak pengeluaran kita sendiri, serta dalam pengeluaran produk siap. Penentuan dibuat oleh pekerja berkelayakan makmal fizikal dan kimia bertauliah menggunakan refraktometer IRF-454 B2M.

Jika, berdasarkan keputusan kawalan input bahan mentah, indeks biasan tidak memenuhi keperluan yang diperlukan, jabatan kawalan kualiti merangka Akta Ketidakpatuhan, berdasarkan kumpulan bahan mentah ini dikembalikan kepada Pembekal.

Kaedah penentuan

1. Sebelum memulakan pengukuran, kebersihan permukaan prisma yang bersentuhan antara satu sama lain diperiksa.

2. Pemeriksaan mata sifar. Kami menyapu 2÷3 titis air suling pada permukaan prisma penyukat, tutup dengan teliti dengan prisma bercahaya. Buka tingkap pencahayaan dan, menggunakan cermin, tetapkan sumber cahaya ke arah yang paling sengit. Dengan memutar skru kanta mata, kami memperoleh perbezaan yang jelas dan tajam antara medan gelap dan terang dalam bidang pandangannya. Kami memutar skru dan mengarahkan garis bayang-bayang dan cahaya supaya ia bertepatan dengan titik di mana garis bersilang di tingkap atas kanta mata. Pada garis menegak di tingkap bawah kanta mata kita melihat hasil yang diingini - indeks biasan air suling pada 20 ° C (1.333). Jika bacaannya berbeza, tetapkan skru ke indeks biasan kepada 1.333, dan dengan bantuan kekunci (keluarkan skru pelaras) kami membawa sempadan bayang-bayang dan cahaya ke titik persilangan garisan.

3. Tentukan indeks biasan. Naikkan ruang lampu prisma dan keluarkan air dengan kertas penapis atau serbet kain kasa. Seterusnya, sapukan 1-2 titis larutan ujian pada permukaan prisma penyukat dan tutup ruang. Kami memutar skru sehingga sempadan bayang-bayang dan cahaya bertepatan dengan titik persilangan garisan. Pada garis menegak di tingkap bawah kanta mata, kita melihat hasil yang diingini - indeks biasan sampel ujian. Kami mengira indeks biasan pada skala di tingkap bawah kanta mata.

4. Menggunakan graf penentukuran, kami mewujudkan hubungan antara kepekatan larutan dan indeks biasan. Untuk membina graf, adalah perlu untuk menyediakan penyelesaian piawai beberapa kepekatan menggunakan persediaan bahan tulen kimia, mengukur indeks biasan mereka dan plot nilai yang diperoleh pada paksi ordinat, dan plot kepekatan penyelesaian yang sepadan pada paksi absis. Ia adalah perlu untuk memilih selang kepekatan di mana hubungan linear diperhatikan antara kepekatan dan indeks biasan. Kami mengukur indeks biasan sampel ujian dan menggunakan graf untuk menentukan kepekatannya.