光学测量技术及仪器

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1、光学测量技术及仪器　阿贝折射仪旋光仪分光光度计分光光度计的构造原理72型分光光度计752型分光光度计光与物质相互作用可以产生各种光学现象(如光的折射、反射、散射、透射、吸收、旋光以及物质受激辐射等)，通过分析研究这些光学现象，可以提供原子、分子及晶体结构等方面的大量信息。所以，不论在物质的成分分析、结构测定及光化学反应等方面，都离不开光学测量。下面介绍物理化学实验中常用的几种光学测量仪器。一、阿贝折射仪   折射率是物质的重要物理常数之一，许多纯物质都具有一定的折射率，如果其中含有杂质则折射率将发生变化，出现偏差，杂质越多，偏差越大。因此通过折射率的测定，可以

2、测定物质的浓度。1.阿贝折射仪的构造原理阿贝折射仪的外形图如图Ⅱ-5-1所示。当一束单色光从介质Ⅰ进入介质Ⅱ(两种介质的密度不同)时，光线在通过界面时改变了方向，这一现象称为光的折射，如图Ⅱ-5-2所示。图Ⅱ-5-1阿贝折射仪外形图1.测量望远镜;2.消散手柄;3.恒温水入口;4.温度计;5.测量棱镜;6.铰链;7.辅助棱镜;8.加液槽;9.反射镜;10.读数望远镜;11.转轴;12.刻度盘罩;13.闭合旋钮;14.底座。图Ⅱ-5-2 光的折射光的折射现象遵从折射定律:式中α为入射角，β为折射角，nⅠ、nⅡ为交界面两侧两种介质的折射率;nⅠ,Ⅱ为介质Ⅱ对介质Ⅰ

3、的相对折射率。若介质Ⅰ为真空，因规定n=1.0000，故nⅠⅡ=nⅡ为绝对折射率。但介质Ⅰ通常为空气，空气的绝对折射率为1.00029，这样得到的各物质的折射率称为常用折射率，也称作对空气的相对折射率。同一物质两种折射率之间的关系为:                                                        绝对折射率=常用折射率×1.00029根据式(5.1)可知，当光线从一种折射率小的介质Ⅰ射入折射率大的介质Ⅱ时(nⅠβ)。当入射角增大时，折射角也增大，设当入射角α=90°时，折射角为

4、β0，我们将此折射角称为临界角。因此，当在两种介质的界面上以不同角度射入光线时(入射角α从0°～90°)，光线经过折射率大的介质后，其折射角β≤β0。其结果是大于临界角的部分无光线通过，成为暗区；小于临界角的部分有光线通过，成为亮区。临界角成为明暗分界线的位置，如图Ⅱ-5-2所示。图Ⅱ-5-3 阿贝折射仪光学系统示意图1.反射镜;2.辅助棱镜;3.测量棱镜;4.消色散棱镜;5.物镜;6.分划板;7、8.目镜;9.分划板;10.物镜;11.转向棱镜;12.照明度盘;13.毛玻璃;14.小反光镜。根据(5.1)式可得:                       

5、 (5.2)因此在固定一种介质时，临界折射角β0的大小与被测物质的折射率是简单的函数关系，阿贝折射仪就是根据这个原理而设计的。2.阿贝折射仪的结构阿贝折射仪的光学示意图如图Ⅱ-5-3所示，它的主要部分是由两个折射率为1.75的玻璃直角棱镜所构成，上部为测量棱镜，是光学平面镜，下部为辅助棱镜。其斜面是粗糙的毛玻璃，两者之间约有0.1mm～0.15mm厚度空隙，用于装待测液体，并使液体展开成一薄层。当从反射镜反射来的入射光进入辅助棱镜至粗糙表面时，产生漫散射，以各种角度透过待测液体，而从各个方向进入测量棱镜而发生折射。其折射角都落在临界角β0之内，因为棱镜的折射率

6、大于待测液体的折射率，因此入射角从0°～90°的光线都通过测量棱镜发生折射。具有临界角β0的光线从测量棱镜出来反射到目镜上，此时若将目镜十字线调节到适当位置，则会看到目镜上呈半明半暗状态。折射光都应落在临界角β0内，成为亮区，其它部分为暗区，构成了明暗分界线。根据式(5.2)可知，只要已知棱镜的折光率n棱，通过测定待测液体的临界角β0，就能求得待测液体的折射率n液。实际上测定β0值很不方便，当折射光从棱镜出来进入空气又产生折射，折射角为β0′。n液与β0′之间的关系为:(5.3)式中r为常数;n棱=1.75。测出β’0即可求出n液。因为在设计折射仪时已将β’0

7、换算成n液值，故从折射仪的标尺上可直接读出液体的折射率。 在实际测量折射率时，我们使用的入射光不是单色光，而是使用由多种单色光组成的普通白光，因不同波长的光的折射率不同而产生色散，在目镜中看到一条彩色的光带，而没有清晰的明暗分界线，为此，在阿贝折射仪中安置了一套消色散棱镜(又叫补偿棱镜)。通过调节消色散棱镜，使测量棱镜出来的色散光线消失，明暗分界线清晰，此时测得的液体的折射率相当于用单色光钠光D线(5890*!)所测得的折射率nD。3.阿贝折射仪的使用方法(1)仪器安装:将阿贝折射仪安放在光亮处，但应避免阳光的直接照射，以免液体试样受热迅速蒸发。用超级恒温槽将

8、恒温水通入棱镜夹套内，检查棱镜上温度计