液体折射率的测量

测定液体折射率的意义

折射率是物质的一种物理性质。液体折射率的测量适用于石油工业、油脂工业、制药工业、制漆工业、食品工业、日用化学工业、制糖工业、和地质勘察，等领域。食品生产中常用的工艺控制指标，通过测定液态食品的折射率，可以鉴别食品的组成，确定食品的浓度，判断食品的纯净程度及品质。蔗糖溶液的折射率随浓度增大而升高。通过测定折射率可以确定糖液的浓度及饮料、糖水罐头等食品的糖度，还可以测定以糖为主要成分的果汁、蜂蜜等食品的可溶性固形物的含量。第1页/共27页第一页，共28页。

各种油脂具有其一定的脂肪酸构成，每种脂肪酸均有其特定的折射率。含碳原子数目相同时不饱和脂肪酸的折射率比饱和脂肪酸的折射率大得多；不饱和脂肪酸分子量越大，折射率也越大；酸度高的油脂折射率低。因此测定折射率可以鉴别油脂的组成和品质。

测定液体折射率的意义第2页/共27页第二页，共28页。测定液体折射率的意义

正常情况下，某些液态食品的折射率有一定的范围，如正常牛乳乳清的折射率在正1.34199～1.34275之间，当这些液态食品因掺杂、浓度改变或品种改变等原因而引起食品的品质发生了变化时，折射率常常会发生变化。所以测定折射率可以初步判断某些食品是否正常。如牛乳掺水，其乳清折射率降低，故测定牛乳乳清的折射率即可了解乳糖的含量，判断牛乳是否掺水。第3页/共27页第三页，共28页。1.实验目的

掌握阿贝折射仪的工作原理学会阿贝折射仪的调整和使用方法掌握液体折射率的测定方法通过对酒精折射率的测定，确定酒精的浓度第4页/共27页第四页，共28页。2.实验原理基本概念光的反射现象与反射定律光的折射现象与折射定律全反射与临界角测量原理折射仪的工作原理第5页/共27页第五页，共28页。基本概念光的反射：一束光线照射在两种介质的分界面上时，要改变它的传播方向，但仍在原介质上传播，这种现象叫光的反射，见下图。反射定律:(1)入射线、反射线和法线总是在同一平面内，入射线和反射线分居于法线的两侧。(2)入射角等于反射角。第6页/共27页第六页，共28页。光的折射：光线从一种介质（如空气）射到另一种介质（如水）时，除了一部分光线反射回第一种介质外，另一部分进入第二种介质中并改变它的传播方向，见下图。折射定律：(1)入射线、法线和折射线在同一平面内，入射线和折射线分居法线的两侧。第7页/共27页第七页，共28页。(2)无论入射角怎样改变，入射角正弦与折射角正弦之比，恒等于光在两种介质中的传播速度之比。

式中：v1——光在第一种介质中的传播速度；

v2——光在第二种介质中的传播速度。

α1——入射角

α2——折射角第8页/共27页第八页，共28页。

折射率：光在真空中的速度c和在介质中的速度v之比，叫做介质的绝对折射率（简称折射率，折光率），以n表示，即：

n＝

显然n1＝n2＝

式中：n1和n2分别为第一介质和第二介质的绝对折射率。故折射定律可表示为

第9页/共27页第九页，共28页。全反射：即光从光密介质射入光疏介质。当入射角增大到某一角度，使折射角达90°时，折射光完全消失，只剩下反射光，这种现象称为全反射。第10页/共27页第十页，共28页。测量原理n1n2注：n2和已知1)掠入射法第11页/共27页第十一页，共28页。

2)反射法第12页/共27页第十二页，共28页。3.仪器介绍折射仪是利用临界角原理测定物质折射率的仪器，食品工业中最常用的是阿贝折射仪、手提式折射仪、数字阿贝折射仪。阿贝折射仪，其光学系统由观测系统和读数系统两部分组成。第13页/共27页第十三页，共28页。1.进光棱镜

2.折射棱镜

3.摆动反光镜4.消色散棱镜组

5.望远物镜组6.平行棱镜7.分划板

8.目镜

9.读数物镜10.反光镜11.刻度板

12.聚光镜13.温度计座14.底座15.旋钮16.校准螺丝17.盖板18.恒温接头结构图第14页/共27页第十四页，共28页。第15页/共27页第十五页，共28页。影响折射率测定的因素(1)光波长的影响

物质的折射率因光的波长而异，波长较长折射率较小，波长较短折射率较大。测定时光源通常为白光。当白光经过棱镜和样液发生折射时，因各色光的波长不同，折射程度也不同，折射后分解成为多种色光，这种现象称为色散。光的色散会使视野明暗分界线不清，产生测定误差。为了消除色散，在阿贝折射仪观测镜筒的下端安装了色散补偿器。第16页/共27页第十六页，共28页。(2)温度的影响溶液的折射率随温度而改变，温度升高折射率减小；温度降低折射率增大．折射仪上的刻度是在标准温度20℃下刻制的．所以最好在20℃下测定折射率。否则，应对测定结果进行温度校正。超过20℃时，加上校正数；低于20℃时，减去校正数。

第17页/共27页第十七页，共28页。阿贝折射仪的使用方法1)折射仪的校正

通常用测定蒸馏水折射率的方法进行校准，在20℃下折射仪应表示出折射率为1.33299或可溶性固形物为0％。若校正时温度不是20℃应查出该温度下蒸馏水的折射率再进行核准。对于高刻度值部分．用具有一定折射率的标准玻璃块（仪器附件）校准。

第18页/共27页第十八页，共28页。校正方法打开进光棱镜，在校准玻璃块的抛光面上滴一滴溴代萘．将其粘在折射棱镜表面上，使标准玻璃块抛光的一端向下，以接受光线。测得的折射率应与标准玻璃块的折射率一致。校准时若有偏差，可先使读数指示于蒸馏水或标准玻璃块的折射率值，再调节分界线调节螺丝．使明暗分界线恰好通过十字线交叉点。第19页/共27页第十九页，共28页。nx标准玻璃块折射棱镜溴代萘n2n

当出射光线与顶角A分居于AC面法线的两侧时，公式取“—”号；反之，若在同侧时，公式取“+”号。校正原理第20页/共27页第二十页，共28页。2)使用方法：

①以脱脂棉球蘸取酒精擦净棱镜表面，挥干乙醇。滴加l～2滴样液于进光棱镜磨砂面上，迅速闭合两块棱镜，调节反光镜．使镜筒内视野最亮。

②由目镜观察，转动棱镜旋钮，使视野出现明暗两部分。第21页/共27页第二十一页，共28页。③旋转色散补偿器旋钮，使视野中只有黑白两色。④旋转棱镜旋钮．使明暗分界线在十字线交叉点。⑤从读数镜筒中读取折射率。⑥打开棱镜，用水、乙醇或乙醚擦净棱镜表面及其他各机件。在测定水溶性样品后，用脱脂棉吸水洗净，若为油类样品，须用乙醇或乙醚、二甲苯等擦拭。第22页/共27页第二十二页，共28页。4.实验内容认真阅读仪器说明书，了解阿贝折射仪的结构和使用方法测定酒精的浓度与其折射率的关系曲线分别测量无水酒精、水、乙醚的折射率分析测量不确定度第23页/共27页第二十三页，共28页。5.思考练习阿贝折射仪使用什么光源？所测得的折射率是对哪条谱线的折射率？

如果待测液体的折射率n大于折射棱镜的折射率N，能不能用掠入射法来测定其折射率n？测量无水酒精折射率时，如果酒精蒸发完了，会出现什么现象？第24页/共27页第二十四页，共28页。光补偿器（即色散棱镜组），阿米西（Ａmice）消色差棱镜组由两个完全相同的直视棱镜组成，每一个直视棱镜又由三个分光棱镜复合而成。棱镜Ⅲ和Ⅰ的介质相同，与棱镜Ⅱ（见图）互为倒置，并使钠黄光（Ｄ线）能无偏向地通过，但对波长较长的红光（Ｃ线）、波长较短的紫光（Ｆ线），因复合棱镜的色散，将产生相应的偏折。消色差棱镜组通过一个公用的旋钮调节，使之绕望远镜的光轴沿相反方向同时转动，转动的角度可从读数盘上读出。在平行于阿贝折射棱镜的主截面内，产生一个随转动角度改变的色散，色散的方向和数值的大小均可变化，以抵消由于折射棱镜和待测样品产生的色散。测量时无需用钠光灯，只要用白光（日光或普通灯光）作为光源，旋转补偿器可使色散为零，各种波长的光的极限方向都与钠黄光的极限方向重合，所以视场出现半边黑色，半边白色。黑白的分界线就是钠黄光(589nm)的极限方向。第25页/共27页第二十五页，共28页。

可见光波长从长到短排序为：A/（768.20）、b(706.52)、C(656.28)、D(589.29)、d(587.57)、e(546.07)、F(486.13)、g(435.83)、G/(434.05)、h(404.66)。括弧中数字为波长，单位为纳米。人眼最敏感的波长为555纳米，介于D光与d光之间，属黄绿色光。

一般把波长为589.29nm的D谱线的折射率nD取为基本折射率。一定波长的折射率差称为平均色散，nF－nc是光学玻璃的主要性能参数，此外还有平均色散系数即阿贝常数vD＝（nD－1）／（nF－nc）

第26页/共27页第二十六页，共28页。感谢您的观看！第