Leksjon 25/III-1 Forplantning av lys i ulike medier. Brytning av lys ved grensesnittet mellom to medier.

Lære nytt stoff.

Til nå har vi vurdert forplantningen av lys i ett medium, som vanlig - i luft. Lys kan forplante seg i ulike medier: flytte fra ett medium til et annet; ved innfallspunktene reflekteres strålene ikke bare fra overflaten, men passerer også delvis gjennom den. Slike overganger forårsaker mange vakre og interessante fenomener.

Endringen i forplantningsretningen til lys som passerer gjennom grensen til to medier kalles lysbrytningen.

En del av lysstrålen som faller inn på grensesnittet mellom to transparente medier reflekteres, og en del går inn i et annet medium. I dette tilfellet endres retningen til lysstrålen, som har gått over i et annet medium. Derfor kalles fenomenet refraksjon, og strålen kalles refraktert.

1 - innfallende stråle

2 - reflektert stråle

3 – brutt stråle α β

OO 1 - grensen mellom to medier

MN - vinkelrett O O 1

Vinkelen som dannes av strålen og vinkelrett på grensesnittet mellom to medier, senket til innfallspunktet for strålen, kalles brytningsvinkelen y (gamma).

Lys i et vakuum beveger seg med en hastighet på 300 000 km/s. I ethvert medium er lyshastigheten alltid mindre enn i vakuum. Derfor, når lys går fra et medium til et annet, reduseres hastigheten, og dette er årsaken til lysets brytning. Jo lavere hastigheten på lysutbredelsen er i et gitt medium, desto større er den optiske tettheten til dette mediet. For eksempel har luft høyere optisk tetthet enn vakuum, fordi lyshastigheten i luft er noe mindre enn i vakuum. Den optiske tettheten til vann er større enn den optiske tettheten til luft, siden lyshastigheten i luft er større enn i vann.

Jo mer de optiske tetthetene til to medier er forskjellige, jo mer lys brytes i grensesnittet deres. Jo mer lyshastigheten endres ved grensesnittet mellom to medier, jo mer brytes det.

For hvert gjennomsiktig stoff er det en så viktig fysisk egenskap som lysets brytningsindeks n. Den viser hvor mange ganger lyshastigheten i et gitt stoff er mindre enn i vakuum.

Brytningsindeks

Substans		Substans		Substans
		havsalt		Terpentin
		Cedar olje		Etanol
Glyserol		Plexiglass		Glass (lys)
		karbondisulfid

Forholdet mellom innfallsvinkelen og brytningsvinkelen avhenger av den optiske tettheten til hvert medium. Hvis en lysstråle går fra et medium med lavere optisk tetthet til et medium med høyere optisk tetthet, vil brytningsvinkelen være mindre enn innfallsvinkelen. Hvis en lysstråle passerer fra et medium med høyere optisk tetthet, vil brytningsvinkelen være mindre enn innfallsvinkelen. Hvis en lysstråle går fra et medium med høyere optisk tetthet til et medium med lavere optisk tetthet, så er brytningsvinkelen større enn innfallsvinkelen.

Det vil si hvis n 1 y; hvis n 1 >n 2, så α<γ.

Loven om lysbrytning :

Den innfallende strålen, den brutte strålen og perpendikulæren til grensesnittet mellom to medier ved innfallspunktet for strålen ligger i samme plan.

Forholdet mellom innfallsvinkelen og brytningsvinkelen bestemmes av formelen.

hvor er sinusen til innfallsvinkelen, er sinusen til brytningsvinkelen.

Verdien av sinus og tangenter for vinkler 0 - 900

grader			grader			grader

Loven om lysbrytning ble først formulert av den nederlandske astronomen og matematikeren W. Snelius rundt 1626, en professor ved Universitetet i Leiden (1613).

For det 16. århundre var optikk en ultramoderne vitenskap.Fra en glasskule fylt med vann, som ble brukt som linse, oppsto et forstørrelsesglass. Og fra det oppfant de et kikkertglass og et mikroskop. På den tiden trengte Nederland teleskoper for å se kysten og rømme fra fiender i tide. Det var optikk som sørget for suksessen og påliteligheten til navigasjonen. Derfor, i Nederland, var mange forskere interessert i optikk. Nederlenderen Skel Van Royen (Snelius) observerte hvordan en tynn lysstråle ble reflektert i et speil. Han målte innfallsvinkelen og refleksjonsvinkelen og fant at refleksjonsvinkelen er lik innfallsvinkelen. Han eier også lovene for refleksjon av lys. Han utledet loven om lysbrytning.

Tenk på loven om lysbrytning.

I den - den relative brytningsindeksen til det andre mediet i forhold til det første, i tilfellet når det andre har høy optisk tetthet. Hvis lys brytes og passerer gjennom et medium med lavere optisk tetthet, så α< γ, тогда

Hvis det første mediet er vakuum, så er n 1 =1 da .

Denne indeksen kalles den absolutte brytningsindeksen til det andre mediet:

hvor er lysets hastighet i vakuum, lysets hastighet i et gitt medium.

En konsekvens av lysbrytningen i jordens atmosfære er det faktum at vi ser solen og stjernene litt over deres faktiske posisjon. Brytningen av lys kan forklare forekomsten av luftspeilinger, regnbuer ... fenomenet lysbrytning er grunnlaget for prinsippet om drift av numeriske optiske enheter: et mikroskop, et teleskop, et kamera.

På 8. klasse fysikkkurs ble du kjent med fenomenet lysbrytning. Nå vet du at lys er elektromagnetiske bølger med et visst frekvensområde. Basert på kunnskap om lysets natur vil du kunne forstå den fysiske årsaken til brytning og forklare mange andre lysfenomener knyttet til det.

Ris. 141. Ved å gå fra et medium til et annet brytes strålen, dvs. endrer forplantningsretningen

I henhold til loven om lysbrytning (fig. 141):

• stråler som faller inn, brytes og trekkes vinkelrett på grensesnittet mellom to medier ved innfallspunktet for strålen ligger i samme plan; forholdet mellom sinusen til innfallsvinkelen og sinusen til brytningsvinkelen er en konstant verdi for disse to mediene

hvor n 21 er den relative brytningsindeksen til det andre mediet i forhold til det første.

Hvis strålen går inn i et hvilket som helst medium fra et vakuum, da

hvor n er den absolutte brytningsindeksen (eller ganske enkelt brytningsindeksen) til det andre mediet. I dette tilfellet er det første "miljøet" vakuum, den absolutte indeksen tas som en.

Loven om lysbrytning ble oppdaget empirisk av den nederlandske vitenskapsmannen Willebord Snellius i 1621. Loven ble formulert i en avhandling om optikk, som ble funnet i vitenskapsmannens artikler etter hans død.

Etter oppdagelsen av Snell la flere forskere frem en hypotese om at lysbrytningen skyldes en endring i hastigheten når det passerer gjennom grensen til to medier. Gyldigheten av denne hypotesen ble bekreftet av teoretiske bevis utført uavhengig av den franske matematikeren Pierre Fermat (i 1662) og den nederlandske fysikeren Christian Huygens (i 1690). På forskjellige veier kom de frem til det samme resultatet, noe som beviser det

• forholdet mellom sinusen til innfallsvinkelen og sinusen til brytningsvinkelen er en konstant verdi for disse to mediene, lik forholdet mellom lyshastighetene i disse mediene:

Fra ligning (3) følger det at hvis brytningsvinkelen β er mindre enn innfallsvinkelen a, så forplanter lyset med en gitt frekvens i det andre mediet seg langsommere enn i det første, dvs. V 2

Forholdet mellom mengdene inkludert i ligning (3) tjente som en god grunn for utseendet til en annen formulering av definisjonen av den relative brytningsindeksen:

• den relative brytningsindeksen til det andre mediet i forhold til det første er en fysisk mengde lik forholdet mellom lyshastighetene i disse mediene:

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

La en lysstråle passere fra vakuum til et medium. Ved å erstatte v1 i ligning (4) med lysets hastighet i vakuum c, og v 2 med lysets hastighet i et medium v, får vi ligning (5), som er definisjonen av den absolutte brytningsindeksen:

• den absolutte brytningsindeksen til et medium er en fysisk mengde lik forholdet mellom lysets hastighet i vakuum og lysets hastighet i et gitt medium:

I følge ligning (4) og (5) viser n 21 hvor mange ganger lyshastigheten endres når det går fra et medium til et annet, og n - når det går fra vakuum til et medium. Dette er den fysiske betydningen av brytningsindeksene.

Verdien av den absolutte brytningsindeksen n for ethvert stoff er større enn enhet (dette bekreftes av dataene i tabellene til fysiske oppslagsbøker). Så, ifølge ligning (5), c/v > 1 og c > v, dvs. lyshastigheten i ethvert stoff er mindre enn lysets hastighet i vakuum.

Uten å gi strenge begrunnelser (de er komplekse og tungvinte), legger vi merke til at årsaken til reduksjonen i lyshastigheten under overgangen fra vakuum til materie er samspillet mellom en lysbølge med atomer og materiemolekyler. Jo større den optiske tettheten til stoffet, jo sterkere denne interaksjonen, jo lavere lyshastighet og større brytningsindeks. Dermed er lyshastigheten i et medium og den absolutte brytningsindeksen bestemt av egenskapene til dette mediet.

I henhold til de numeriske verdiene til brytningsindeksene til stoffer, kan man sammenligne deres optiske tettheter. For eksempel varierer brytningsindeksene til forskjellige typer glass fra 1.470 til 2.040, mens brytningsindeksen til vann er 1.333. Dette betyr at glass er et optisk tettere medium enn vann.

La oss gå til figur 142, ved hjelp av hvilken vi kan forklare hvorfor, ved grensen til to medier, med en endring i hastighet, også forplantningsretningen til en lysbølge endres.

Ris. 142. Når lysbølger passerer fra luft til vann, synker lysets hastighet, fronten av bølgen, og med dens hastighet, endrer retning

Figuren viser en lysbølge som går fra luft til vann og faller inn på grensesnittet mellom disse mediene i en vinkel a. I luft forplanter lys seg med en hastighet v 1 , og i vann med en lavere hastighet v 2 .

Punkt A på bølgen når grensen først. Over en tidsperiode vil Δt, punkt B, som beveger seg i luften med samme hastighet v 1, nå punkt B. "I løpet av samme tid vil punkt A, som beveger seg i vann med lavere hastighet v 2, dekke en kortere distanse , når bare punkt A". I dette tilfellet vil den såkalte bølgefronten A "B" i vannet roteres i en viss vinkel i forhold til fronten av AB-bølgen i luften. Og hastighetsvektoren (som alltid er vinkelrett på bølgefronten og sammenfaller med retningen for dens utbredelse) roterer, nærmer seg den rette linjen OO", vinkelrett på grensesnittet mellom media. I dette tilfellet er brytningsvinkelen β mindre enn innfallsvinkelen α. Slik oppstår lysbrytningen.

Det kan også sees av figuren at ved overgang til et annet medium og rotasjon av bølgefronten, endres også bølgelengden: ved overgang til et optisk tettere medium synker hastigheten, bølgelengden reduseres også (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.

Spørsmål

1. Hvilket av de to stoffene er optisk tettere?
2. Hvordan bestemmes brytningsindekser når det gjelder lyshastigheten i media?
3. Hvor beveger lyset seg raskest?
4. Hva er den fysiske årsaken til reduksjonen i lyshastigheten når det går fra vakuum til et medium eller fra et medium med lavere optisk tetthet til et medium med høyere?
5. Hva bestemmer (dvs. hva er de avhengige av) den absolutte brytningsindeksen til mediet og lyshastigheten i det?
6. Forklar hva figur 142 illustrerer.

En øvelse

Optikk er en av de eldste grenene innen fysikk. Siden antikkens Hellas har mange filosofer vært interessert i lovene om bevegelse og forplantning av lys i ulike gjennomsiktige materialer som vann, glass, diamant og luft. I denne artikkelen vurderes fenomenet lysbrytning, oppmerksomheten er fokusert på luftbrytningsindeksen.

Lysstrålebrytningseffekt

Alle i livet hans har møtt hundrevis av ganger denne effekten når han så på bunnen av et reservoar eller på et glass vann med en gjenstand plassert i den. Samtidig virket ikke reservoaret så dypt som det faktisk var, og gjenstander i et vannglass så deformerte eller ødelagte ut.

Fenomenet refraksjon består i et brudd i dens rettlinjede bane når den krysser grensesnittet mellom to gjennomsiktige materialer. Ved å oppsummere et stort antall eksperimentelle data, på begynnelsen av 1600-tallet, oppnådde nederlenderen Willebrord Snell et matematisk uttrykk som nøyaktig beskrev dette fenomenet. Dette uttrykket er skrevet i følgende form:

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

Her er n 1, n 2 de absolutte brytningsindeksene for lys i det korresponderende materialet, θ 1 og θ 2 er vinklene mellom innfallende og brutte stråler og vinkelrett på grensesnittplanet, som trekkes gjennom skjæringspunktet til strålen og dette flyet.

Denne formelen kalles Snells lov eller Snell-Descartes (det var franskmannen som skrev den ned i formen som ble presentert, nederlenderen brukte ikke sines, men lengdeenheter).

I tillegg til denne formelen er brytningsfenomenet beskrevet av en annen lov, som er geometrisk i naturen. Det ligger i det faktum at de markerte vinkelrett på planet og to stråler (brutt og innfallende) ligger i samme plan.

Absolutt brytningsindeks

Denne verdien er inkludert i Snell-formelen, og verdien spiller en viktig rolle. Matematisk tilsvarer brytningsindeksen n formelen:

Symbolet c er hastigheten til elektromagnetiske bølger i vakuum. Det er omtrent 3*10 8 m/s. Verdien v er lyshastigheten i mediet. Dermed reflekterer brytningsindeksen mengden av nedbremsing av lys i et medium med hensyn til luftfritt rom.

To viktige konklusjoner følger av formelen ovenfor:

• verdien av n er alltid større enn 1 (for vakuum er det lik en);
• det er en dimensjonsløs mengde.

For eksempel er brytningsindeksen til luft 1,00029, mens den for vann er 1,33.

Brytningsindeksen er ikke en konstant verdi for et bestemt medium. Det avhenger av temperaturen. Dessuten, for hver frekvens av en elektromagnetisk bølge, har den sin egen betydning. Så tallene ovenfor tilsvarer en temperatur på 20 o C og den gule delen av det synlige spekteret (bølgelengde - omtrent 580-590 nm).

Avhengigheten av verdien av n på lysets frekvens manifesteres i dekomponeringen av hvitt lys av et prisme til en rekke farger, så vel som i dannelsen av en regnbue på himmelen under kraftig regn.

Brytningsindeks for lys i luft

Verdien (1,00029) er allerede gitt ovenfor. Siden luftbrytningsindeksen bare skiller seg fra null på fjerde desimal, kan den for å løse praktiske problemer betraktes som lik en. En liten forskjell på n for luft fra enhet indikerer at lys praktisk talt ikke bremses av luftmolekyler, noe som er assosiert med dens relativt lave tetthet. Dermed er den gjennomsnittlige tettheten av luft 1,225 kg/m 3, det vil si at den er mer enn 800 ganger lettere enn ferskvann.

Luft er et optisk tynt medium. Selve prosessen med å bremse lyshastigheten i et materiale er av kvantenatur og er assosiert med absorpsjon og emisjon av fotoner fra materiens atomer.

Endringer i luftens sammensetning (for eksempel en økning i innholdet av vanndamp i den) og endringer i temperaturen fører til betydelige endringer i brytningsindeksen. Et slående eksempel er effekten av en luftspeiling i ørkenen, som oppstår på grunn av forskjellen i brytningsindeksene til luftlag med forskjellige temperaturer.

glass-luft-grensesnitt

Glass er et mye tettere medium enn luft. Dens absolutte brytningsindeks varierer fra 1,5 til 1,66, avhengig av glasstypen. Hvis vi tar gjennomsnittsverdien på 1,55, kan brytningen av strålen ved luft-glass-grensesnittet beregnes ved å bruke formelen:

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

Verdien av n 21 kalles den relative brytningsindeksen til luft - glass. Hvis strålen går ut av glasset i luften, bør følgende formel brukes:

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

Hvis vinkelen til den brutte strålen i sistnevnte tilfelle er lik 90 o, kalles den tilsvarende kritisk. For glass-luft-grensen er den lik:

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

Hvis strålen faller på glass-luft-grensen med større vinkler enn 40,17 o, vil den reflekteres helt tilbake i glasset. Dette fenomenet kalles "total intern refleksjon".

Den kritiske vinkelen eksisterer bare når strålen beveger seg fra et tett medium (fra glass til luft, men ikke omvendt).

Bruksområder for refraktometri.

Enheten og prinsippet for drift av IRF-22 refraktometer.

Konseptet med brytningsindeksen.

Plan

Refraktometri. Egenskaper og essens i metoden.

For å identifisere stoffer og kontrollere deres renhet, bruk

refraktor.

Brytningsindeks for et stoff- en verdi lik forholdet mellom fasehastighetene til lys (elektromagnetiske bølger) i vakuum og det sett mediet.

Brytningsindeksen avhenger av stoffets egenskaper og bølgelengden

elektromagnetisk stråling. Forholdet mellom sinusen til innfallsvinkelen i forhold til

normalen trukket til brytningsplanet (α) til strålen til sinusen til brytningsvinkelen

brytning (β) under overgangen til strålen fra medium A til medium B kalles den relative brytningsindeksen for dette medieparet.

Verdien n er den relative brytningsindeksen til mediet B iht

i forhold til miljø A, og

Den relative brytningsindeksen til mediet A mht

Brytningsindeksen til en stråle som faller inn på et medium fra en airless

rommet kalles dens absolutte brytningsindeks eller

ganske enkelt brytningsindeksen til et gitt medium (tabell 1).

Tabell 1 - Brytningsindekser for ulike medier

Væsker har en brytningsindeks i området 1,2-1,9. Fast

stoffer 1,3-4,0. Noen mineraler har ikke en eksakt verdi av indikatoren

for brytning. Dens verdi er i en viss "gaffel" og bestemmer

på grunn av tilstedeværelsen av urenheter i krystallstrukturen, som bestemmer fargen

krystall.

Identifikasjon av mineralet ved "farge" er vanskelig. Så mineralet korund eksisterer i form av rubin, safir, leukosafir, forskjellig i

brytningsindeks og farge. Røde korund kalles rubiner

(kromblanding), fargeløs blå, lyseblå, rosa, gul, grønn,

fiolett - safirer (urenheter av kobolt, titan, etc.). Lys farget

nye safirer eller fargeløs korund kalles leukosafir (utbredt

brukes i optikk som lysfilter). Brytningsindeksen til disse krystallene

stall ligger i området 1.757-1.778 og er grunnlaget for identifisering

Figur 3.1 - Ruby Figur 3.2 - Safirblå

Organiske og uorganiske væsker har også karakteristiske brytningsindeksverdier som karakteriserer dem som kjemiske

nye forbindelser og kvaliteten på deres syntese (tabell 2):

Tabell 2 - Brytningsindekser for noen væsker ved 20 °C

4.2. Refraktometri: konsept, prinsipp.

Metode for studie av stoffer basert på bestemmelse av indikatoren

(brytningskoeffisient) (brytning) kalles refraktometri (fra

lat. refractus - brutt og gresk. meter - jeg måler). Refraktometri

(refraktometrisk metode) brukes til å identifisere kjemikalier

forbindelser, kvantitativ og strukturell analyse, bestemmelse av fysisk-

kjemiske parametere for stoffer. Refraktometriprinsipp implementert

i Abbe refraktometre, illustrert av figur 1.

Figur 1 - Prinsippet for refraktometri

Abbe-prismeblokken består av to rektangulære prismer: lysende

kropp og måling, foldet av hypotenusansikter. Illuminator-

prisme har en grov (matt) hypotenusflate og er beregnet

chena for å belyse en væskeprøve plassert mellom prismene.

Spredt lys passerer gjennom et plan-parallelt lag av den undersøkte væsken og, blir brutt i væsken, faller på måleprismet. Måleprismet er laget av optisk tett glass (tung flint) og har en brytningsindeks større enn 1,7. Av denne grunn måler Abbe refraktometer n verdier mindre enn 1,7. En økning i måleområdet til brytningsindeksen kan bare oppnås ved å endre måleprismet.

Testprøven helles på hypotenusflaten til måleprismet og presses mot det lysende prismet. I dette tilfellet gjenstår et gap på 0,1-0,2 mm mellom prismene der prøven er plassert, og gjennom

som går forbi lysbrytende lys. For å måle brytningsindeksen

bruke fenomenet total intern refleksjon. Den består i

neste.

Hvis strålene 1, 2, 3 faller på grensesnittet mellom to medier, så avhengig av

innfallsvinkelen når man observerer dem i et brytningsmedium vil være

tilstedeværelsen av en overgang av områder med forskjellig belysning observeres. Det er koblet sammen

med innfall av en del av lyset på brytningsgrensen i en vinkel på ca.

kim til 90° i forhold til normalen (bjelke 3). (Figur 2).

Figur 2 - Bilde av refrakterte stråler

Denne delen av strålene reflekteres ikke og danner derfor et lettere objekt.

brytning. Stråler med mindre vinkler opplever og reflekterer

og brytning. Derfor dannes et område med mindre belysning. I volum

grenselinjen for total intern refleksjon er synlig på linsen, posisjonen

som avhenger av prøvens brytningsegenskaper.

Eliminering av spredningsfenomenet (farging av grensesnittet mellom to belysningsområder i regnbuens farger på grunn av bruken av komplekst hvitt lys i Abbe refraktometre) oppnås ved å bruke to Amici-prismer i kompensatoren, som er montert i teleskop. Samtidig projiseres en skala inn i linsen (Figur 3). 0,05 ml væske er tilstrekkelig for analyse.

Figur 3 - Se gjennom okularet til refraktometeret. (Riktig skala gjenspeiler

konsentrasjon av den målte komponenten i ppm)

I tillegg til analyse av enkeltkomponentprøver, er det mye analysert

to-komponent systemer (vandige løsninger, løsninger av stoffer der

eller løsemiddel). I ideelle to-komponent systemer (forming-

uten å endre volumet og polariserbarheten til komponentene), vises avhengigheten

brytningsindeks på sammensetningen er nær lineær hvis sammensetningen er uttrykt i form av

volumbrøker (prosent)

hvor: n, n1, n2 - brytningsindekser for blandingen og komponentene,

V1 og V2 er volumfraksjonene av komponentene (V1 + V2 = 1).

Effekten av temperatur på brytningsindeksen bestemmes av to

faktorer: en endring i antall væskepartikler per volumenhet og

avhengighet av polariserbarheten til molekyler på temperatur. Den andre faktoren ble

blir signifikant bare ved svært store temperaturendringer.

Temperaturkoeffisienten til brytningsindeksen er proporsjonal med temperaturkoeffisienten til tettheten. Siden alle væsker utvider seg når de varmes opp, reduseres brytningsindeksene når temperaturen stiger. Temperaturkoeffisienten avhenger av væskens temperatur, men i små temperaturintervaller kan den betraktes som konstant. Av denne grunn har de fleste refraktometre ikke temperaturkontroll, men noen design gir

vanntemperaturkontroll.

Lineær ekstrapolering av brytningsindeksen med temperaturendringer er akseptabel for små temperaturforskjeller (10 - 20°C).

Den nøyaktige bestemmelsen av brytningsindeksen i brede temperaturområder utføres i henhold til empiriske formler:

nt=n0+ved+bt2+…

For løsningsrefraktometri over brede konsentrasjonsområder

bruke tabeller eller empiriske formler. Skjermavhengighet-

brytningsindeks for vandige løsninger av visse stoffer ved konsentrasjon

er nær lineær og gjør det mulig å bestemme konsentrasjonene av disse stoffene i

vann i et bredt spekter av konsentrasjoner (Figur 4) ved bruk av refraksjon

tometer.

Figur 4 - Brytningsindeks for noen vandige løsninger

Vanligvis bestemmes n flytende og faste legemer av refraktometre med presisjon

opptil 0,0001. De vanligste er Abbe refraktometre (Figur 5) med prismeblokker og spredningskompensatorer, som gjør det mulig å bestemme nD i "hvitt" lys på en skala eller digital indikator.

Figur 5 - Abbe refraktometer (IRF-454; IRF-22)

Refraksjon eller refraksjon er et fenomen der en endring i retningen til en lysstråle, eller andre bølger, oppstår når de krysser grensen som skiller to medier, både transparente (som overfører disse bølgene) og inne i et medium der egenskapene endres kontinuerlig. .

Vi møter brytningsfenomenet ganske ofte og oppfatter det som et vanlig fenomen: vi kan se at en pinne som ligger i et gjennomsiktig glass med en farget væske er "knust" der luft og vann skilles (fig. 1). Når lys brytes og reflekteres under regn, gleder vi oss når vi ser en regnbue (fig. 2).

Brytningsindeksen er en viktig egenskap ved et stoff relatert til dets fysisk-kjemiske egenskaper. Det avhenger av temperaturverdiene, så vel som av bølgelengden til lysbølgene som bestemmelsen utføres ved. I henhold til kvalitetskontrolldata i en løsning, påvirkes brytningsindeksen av konsentrasjonen av stoffet oppløst i den, så vel som løsningsmidlets natur. Spesielt er brytningsindeksen til blodserum påvirket av mengden protein som finnes i. Dette skyldes det faktum at ved forskjellige hastigheter for forplantning av lysstråler i medier med forskjellige tettheter, endres retningen deres i grensesnittet mellom to medier . Hvis vi deler lyshastigheten i vakuum med lyshastigheten i stoffet som studeres, får vi den absolutte brytningsindeksen (brytningsindeksen). I praksis bestemmes den relative brytningsindeksen (n), som er forholdet mellom lyshastigheten i luft og lyshastigheten i stoffet som studeres.

Brytningsindeksen kvantifiseres ved hjelp av en spesiell enhet - et refraktometer.

Refraktometri er en av de enkleste metodene for fysisk analyse og kan brukes i kvalitetskontrolllaboratorier i produksjon av kjemikalier, mat, biologisk aktive kosttilskudd, kosmetikk og andre typer produkter med minimal tid og antall prøver som skal testes.

Utformingen av refraktometeret er basert på det faktum at lysstråler reflekteres fullstendig når de passerer gjennom grensen til to medier (ett av dem er et glassprisme, det andre er testløsningen) (fig. 3).

Ris. 3. Oppsett av refraktometeret

Fra kilden (1) faller lysstrålen på speiloverflaten (2), og når den reflekteres, går den inn i det øvre lysende prismet (3), deretter inn i det nedre måleprismet (4), som er laget av glass med høy brytningsindeks. Mellom prismene (3) og (4) påføres 1–2 dråper av prøven ved hjelp av en kapillær. For ikke å forårsake mekanisk skade på prismet, er det nødvendig å ikke berøre overflaten med en kapillær.

Okularet (9) ser et felt med kryssede linjer for å angi grensesnittet. Ved å flytte okularet må skjæringspunktet til feltene justeres med grensesnittet (fig. 4) Prismets plan (4) spiller rollen som grensesnittet, på hvis overflate lysstrålen brytes. Siden strålene er spredt, viser grensen til lys og skygge seg å være uskarp, iriserende. Dette fenomenet elimineres av dispersjonskompensatoren (5). Deretter føres strålen gjennom linsen (6) og prismet (7). På platen (8) er det sikteslag (to rette linjer krysset på tvers), samt en skala med brytningsindekser, som observeres i okularet (9). Den brukes til å beregne brytningsindeksen.

Skillelinjen til feltgrensene vil tilsvare vinkelen for intern total refleksjon, som avhenger av prøvens brytningsindeks.

Refraktometri brukes til å bestemme renheten og ektheten til et stoff. Denne metoden brukes også til å bestemme konsentrasjonen av stoffer i løsninger under kvalitetskontroll, som beregnes fra en kalibreringsgraf (en graf som viser avhengigheten av brytningsindeksen til en prøve av konsentrasjonen).

I KorolevPharm bestemmes brytningsindeksen i henhold til godkjent forskriftsdokumentasjon under inngående kontroll av råvarer, i ekstrakter av egen produksjon, samt i produksjon av ferdige produkter. Bestemmelsen gjøres av kvalifiserte ansatte ved et akkreditert fysisk og kjemisk laboratorium ved bruk av et IRF-454 B2M refraktometer.

Hvis brytningsindeksen, basert på resultatene fra råstoffkontrollen, ikke oppfyller de nødvendige kravene, utarbeider kvalitetskontrollavdelingen en avvikslov, på grunnlag av hvilken dette partiet med råvarer returneres til leverandøren.

Metode for bestemmelse

1. Før målinger startes, kontrolleres renheten til overflatene på prismene i kontakt med hverandre.

2. Nullpunktssjekk. Vi påfører 2÷3 dråper destillert vann på overflaten av måleprismet, lukk det forsiktig med et lysende prisme. Åpne belysningsvinduet og still lyskilden i den mest intense retningen ved hjelp av et speil. Ved å skru på okularets skruer får vi et klart, skarpt skille mellom mørke og lyse felt i synsfeltet. Vi roterer skruen og retter linjen med skygge og lys slik at den faller sammen med punktet der linjene krysser hverandre i det øvre vinduet på okularet. På den vertikale linjen i det nedre vinduet på okularet ser vi ønsket resultat - brytningsindeksen til vann destillert ved 20 ° C (1,333). Hvis avlesningene er forskjellige, sett skruen til brytningsindeksen til 1,333, og ved hjelp av en nøkkel (fjern justeringsskruen) bringer vi grensen til skyggen og lyset til skjæringspunktet mellom linjene.

3. Bestem brytningsindeksen. Hev kammeret til prismebelysningen og fjern vannet med filterpapir eller en gasbind. Påfør deretter 1-2 dråper av testløsningen på overflaten av måleprismet og lukk kammeret. Vi roterer skruene til grensene til skyggen og lyset faller sammen med skjæringspunktet mellom linjene. På den vertikale linjen i det nedre vinduet på okularet ser vi ønsket resultat - brytningsindeksen til testprøven. Vi beregner brytningsindeksen på skalaen i det nedre vinduet på okularet.

4. Ved hjelp av kalibreringsgrafen fastslår vi forholdet mellom konsentrasjonen av løsningen og brytningsindeksen. For å bygge en graf er det nødvendig å tilberede standardløsninger av flere konsentrasjoner ved å bruke preparater av kjemisk rene stoffer, måle brytningsindeksene deres og plotte de oppnådde verdiene på ordinataksen, og plotte de tilsvarende konsentrasjonene av løsninger på abscisseaksen. Det er nødvendig å velge konsentrasjonsintervallene der et lineært forhold observeres mellom konsentrasjonen og brytningsindeksen. Vi måler brytningsindeksen til testprøven og bruker grafen til å bestemme konsentrasjonen.