Refraktometrinin uygulama alanları.

IRF-22 refraktometrenin tasarımı ve çalışma prensibi.

Kırılma indisi kavramı.

Planı

Refraktometri. Yöntemin özellikleri ve özü.

Maddeleri tanımlamak ve saflıklarını kontrol etmek için şunları kullanırlar:

kırılma yapıcı.

Bir maddenin kırılma indisi- ışığın (elektromanyetik dalgalar) vakumdaki ve görünür ortamdaki faz hızlarının oranına eşit bir değer.

Kırılma indisi maddenin özelliklerine ve dalga boyuna bağlıdır.

elektromanyetik radyasyon. Geliş açısının sinüsünün göreceli oranı

ışının kırılma düzlemine (α) kırılma açısının sinüsüne çizilen normal

Bir ışının A ortamından B ortamına geçerken kırılmasına (β), bu ortam çiftinin bağıl kırılma indisi denir.

n değeri görecelidir kırılma indisiçevre B

A ortamıyla ilişki ve

A ortamının bağıl kırılma indisi

Havasız bir ortamdan bir ortama gelen ışının kırılma indisi

uzay buna denir mutlak gösterge kırılma veya

basitçe belirli bir ortamın kırılma indisi (Tablo 1).

Tablo 1 - Kırılma indeksleri farklı ortamlar

Sıvıların kırılma indisi 1,2-1,9 aralığındadır. Sağlam

maddeler 1.3-4.0. Bazı minerallerin kesin değeri yoktur

kırılma için. Değeri bir “çatal”dadır ve belirler

Rengi belirleyen kristal yapıdaki yabancı maddelerin varlığı nedeniyle

kristal.

Bir mineralin “renk” ile tanımlanması zordur. Böylece, mineral korindon yakut, safir, lökosafir formunda farklılık gösterir.

kırılma indisi ve rengi. Kırmızı korundumlara yakut denir

(krom safsızlığı), renksiz mavi, açık mavi, pembe, sarı, yeşil,

mor - safirler (kobalt, titanyum vb. katkıları). Açık renkli

beyaz safir veya renksiz korindon, lökosafir olarak adlandırılır (yaygın olarak

optikte filtre olarak kullanılır). Bu kristallerin kırılma indisi

çelikler 1.757-1.778 aralığında yer alır ve tanımlamanın temelini oluşturur

Şekil 3.1 – Yakut Şekil 3.2 – Mavi safir

Organik ve inorganik sıvılar ayrıca onları kimyasal olarak karakterize eden karakteristik kırılma indisi değerlerine sahiptir.

Rus bileşikleri ve sentezlerinin kalitesi (Tablo 2):

Tablo 2 - Bazı sıvıların 20 °C'deki kırılma indisleri

4.2. Refraktometri: kavram, prensip.

Bir göstergenin belirlenmesine dayalı maddeleri incelemek için bir yöntem

Kırılma (kırılma) (indeksi) refraktometri olarak adlandırılır (dan

enlem. refraktus - kırılmış ve Yunanca. metreo - ölçüyorum). Refraktometri

(refraktometrik yöntem) kimyasalların tanımlanmasında kullanılır.

bileşikler, kantitatif ve yapısal analiz, fiziksel tayini

Maddelerin kimyasal parametreleri. Uygulanan refraktometri prensibi

Abbe refraktometrelerinde, Şekil 1'de gösterilmektedir.

Şekil 1 - Refraktometri prensibi

Abbe prizma bloğu iki dikdörtgen prizmadan oluşur: aydınlatma

hipotenüs yüzleriyle katlanmış telial ve ölçüm. Aydınlatıcı-

Bu prizmanın kaba (mat) bir hipotenüs yüzeyi vardır ve

Prizmalar arasına yerleştirilen bir sıvı numunesinin aydınlatılması için Chen.

Dağınık ışık, incelenen sıvının düzlemsel paralel katmanından geçer ve sıvı içinde kırılarak ölçüm prizmasının üzerine düşer. Ölçüm prizması optik olarak yoğun camdan (ağır çakmaktaşı) yapılmıştır ve kırılma indisi 1,7'den yüksektir. Bu nedenle Abbe refraktometresi 1,7'den küçük n değeri ölçer. Kırılma indisi ölçüm aralığının arttırılması ancak ölçüm prizmasının değiştirilmesiyle sağlanabilir.

Test numunesi ölçüm prizmasının hipotenüs yüzeyine dökülür ve aydınlatıcı bir prizma ile bastırılır. Bu durumda numunenin yerleştirildiği prizmalar arasında 0,1-0,2 mm'lik bir boşluk kalır.

kırılan ışıktan geçer. Kırılma indeksini ölçmek için

Toplam iç yansıma olgusunu kullanın. İçinde yatıyor

Sonraki.

1, 2, 3 numaralı ışınlar iki ortam arasındaki arayüze düşerse, o zaman

kırılma ortamında gözlemlenirken geliş açısına bağlı olarak

Farklı aydınlatmaya sahip alanlar arasında geçiş vardır. Bağlı

ışığın bir kısmı kırılma sınırına yakın bir açıyla düşüyor

normale göre 90°'ye kadar (kiriş 3). (Şekil 2).

Şekil 2 - Kırılan ışınların görüntüsü

Işınların bu kısmı yansımadığından daha hafif bir ortam oluşturur.

kırılma sırasındaki güç. Daha küçük açılı ışınlar da yansımaya maruz kalır

ve kırılma. Dolayısıyla daha az aydınlığın olduğu bir alan oluşur. Hacim olarak

Toplam iç yansımanın sınır çizgisi mercek üzerinde görülebilir, konum

bu, numunenin kırılma özelliklerine bağlıdır.

Dağılma olgusunun ortadan kaldırılması (Abbe refraktometrelerinde karmaşık beyaz ışık kullanılması nedeniyle iki aydınlatma alanı arasındaki arayüzün gökkuşağı renklerinde renklendirilmesi), teleskopa monte edilen kompansatördeki iki Amici prizması kullanılarak elde edilir. . Aynı zamanda merceğe bir ölçek yansıtılır (Şekil 3). Analiz için 0,05 ml sıvı yeterlidir.

Şekil 3 - Refraktometre göz merceğinden görünüm. (Doğru ölçek yansıtır

ölçülen bileşenin ppm cinsinden konsantrasyonu)

Tek bileşenli numunelerin analizine ek olarak,

iki bileşenli sistemler (sulu çözeltiler, maddelerin çözeltileri)

veya solvent). İdeal iki bileşenli sistemlerde (oluşturan

bileşenlerin hacmini ve polarize edilebilirliğini değiştirmeden), bağımlılık şunu gösterir:

Eğer bileşim şu şekilde ifade edilirse, kırılmanın bileşime bağımlılığı doğrusala yakındır.

hacim kesirleri (yüzde)

burada: n, n1, n2 - karışımın ve bileşenlerin kırılma indeksleri,

V1 ve V2, bileşenlerin hacim kesirleridir (V1 + V2 = 1).

Sıcaklığın kırılma indisi üzerindeki etkisi iki faktör tarafından belirlenir.

faktörler: birim hacim başına sıvı parçacıkların sayısındaki değişiklik ve

Moleküllerin polarize edilebilirliğinin sıcaklığa bağımlılığı. İkinci faktör oldu

yalnızca çok büyük sıcaklık değişimlerinde anlamlı hale gelir.

Sıcaklık katsayısı Kırılma indisi yoğunluğun sıcaklık katsayısıyla orantılıdır. Tüm sıvılar ısıtıldığında genleştiği için sıcaklık arttıkça kırılma indisleri azalır. Sıcaklık katsayısı sıvının sıcaklığına bağlıdır ancak küçük sıcaklık aralıklarında sabit kabul edilebilir. Bu nedenle çoğu refraktometrede sıcaklık kontrolü yoktur ancak bazı tasarımlar sıcaklık kontrolü sağlar.

su termostatı.

Kırılma indisinin sıcaklık değişiklikleriyle doğrusal ekstrapolasyonu, küçük sıcaklık farkları için (10 – 20°C) kabul edilebilir.

Geniş sıcaklık aralıklarında kırılma indisinin doğru belirlenmesi, aşağıdaki ampirik formüller kullanılarak gerçekleştirilir:

nt=n0+at+bt2+…

Çözeltilerin refraktometrisi için geniş aralıklar konsantrasyonlar

tablolar veya ampirik formüller kullanın. Görüntü bağımlılığı -

Konsantrasyona bağlı olarak bazı maddelerin sulu çözeltilerinin kırılma indisi

doğrusala yakındır ve bu maddelerin konsantrasyonlarını belirlemeyi mümkün kılar.

kırılmayı kullanarak geniş konsantrasyon aralıklarındaki su (Şekil 4)

tometreler.

Şekil 4 - Bazı sulu çözeltilerin kırılma indisi

Genellikle n sıvı ve katılar Refraktometreler hassas bir şekilde belirler

0,0001'e kadar. En yaygın olanı, nD'nin bir ölçek veya dijital gösterge kullanılarak "beyaz" ışıkta belirlenmesine olanak tanıyan prizma bloklu ve dağılım kompansatörlü Abbe refraktometreleridir (Şekil 5).

Şekil 5 - Abbe refraktometresi (IRF-454; IRF-22)

Işıkla ilişkili süreçler fiziğin önemli bir bileşenidir ve günlük hayatımızın her yerinde bizi kuşatır. Bu durumda en önemlisi, modern optiğin dayandığı ışığın yansıma ve kırılma yasalarıdır. Işığın kırılması modern bilimin önemli bir parçasıdır.

Distorsiyon etkisi

Bu makale size ışığın kırılması olgusunun ne olduğunu, kırılma yasasının neye benzediğini ve bundan ne çıktığını anlatacaktır.

Fiziksel bir olgunun temelleri

Bir ışın, farklı optik yoğunluklara sahip iki şeffaf maddeyle ayrılmış bir yüzeye (örneğin, farklı camlar veya su) düştüğünde, ışınların bir kısmı yansıyacak, bir kısmı da ikinci yapıya nüfuz edecektir (örneğin, suda veya camda çoğalırlar). Bir ortamdan diğerine geçerken ışın genellikle yönünü değiştirir. Bu, ışığın kırılması olgusudur.
Işığın yansıması ve kırılması özellikle suda görülür.

Suda bozulma etkisi

Sudaki şeylere bakıldığında çarpık görünüyorlar. Bu özellikle hava ve su arasındaki sınırda fark edilir. Görsel olarak su altındaki nesneler hafifçe sapmış gibi görünür. Tanımlanan fiziksel olay, suda tüm nesnelerin çarpık görünmesinin nedenidir. Işınlar cama çarptığında bu etki daha az fark edilir.
Işığın kırılması, hareket yönündeki değişiklikle karakterize edilen fiziksel bir olaydır. güneş ışını bir ortamdan (yapıdan) diğerine geçme anında.
Anlayışı geliştirmek için bu süreç Havadan suya çarpan bir ışın örneğini düşünün (cam için benzer şekilde). Ara yüzey boyunca dik bir çizgi çizilerek ışık ışınının kırılma ve geri dönüş açısı ölçülebilir. Bu indeks (kırılma açısı), akış suya (camın içine) nüfuz ettikçe değişecektir.
Dikkat etmek! Bu parametre, bir ışın birinci yapıdan ikinciye girdiğinde iki maddenin ayrılmasına çizilen dikin oluşturduğu açı olarak anlaşılmaktadır.

Kiriş Geçişi

Aynı gösterge diğer ortamlar için de tipiktir. Bu göstergenin maddenin yoğunluğuna bağlı olduğu tespit edilmiştir. Eğer ışın daha az yoğun bir yapıdan daha yoğun bir yapıya düşerse, oluşan distorsiyon açısı daha büyük olacaktır. Ve eğer tam tersi ise, o zaman daha azdır.
Aynı zamanda düşüşün eğimindeki bir değişiklik de bu göstergeyi etkileyecektir. Ancak aralarındaki ilişki sabit kalmıyor. Aynı zamanda sinüslerinin oranı, aşağıdaki formülle yansıtılan sabit bir değer olarak kalacaktır: sinα / sinγ = n, burada:

• n, her bir spesifik madde (hava, cam, su vb.) için tanımlanan sabit bir değerdir. Dolayısıyla bu değerin ne olacağı özel tablolar kullanılarak belirlenebilir;
• α – geliş açısı;
• γ – kırılma açısı.

Bunu belirlemek için fiziksel olay ve kırılma yasası yaratıldı.

Fiziksel kanun

Işık akılarının kırılma yasası, şeffaf maddelerin özelliklerini belirlememizi sağlar. Kanunun kendisi iki hükümden oluşmaktadır:

• ilk bölüm. Kiriş (olay, değiştirilmiş) ve örneğin hava ve su (cam vb.) sınırındaki geliş noktasında restore edilen dikey aynı düzlemde bulunacaktır;
• ikinci kısım. Geliş açısının sinüsünün, sınırı geçerken oluşan aynı açının sinüsüne oranı sabit bir değer olacaktır.

Kanunun açıklaması

Üstelik şu anda kiriş ikinci yapıdan birinciye çıkıyor (örneğin, geçerken) ışık akısı havadan, camdan geçip tekrar havaya), ayrıca bir distorsiyon etkisi de meydana gelecektir.

Farklı nesneler için önemli bir parametre

Bu durumda ana gösterge, geliş açısının sinüsünün benzer bir parametreye oranıdır, ancak distorsiyon için. Yukarıda açıklanan kanundan da anlaşılabileceği gibi bu gösterge sabit bir değerdir.
Üstelik düşüş eğiminin değeri değiştiğinde benzer bir gösterge için de aynı durum tipik olacaktır. Bu parametre büyük değerçünkü şeffaf maddelerin ayrılmaz bir özelliğidir.

Farklı nesneler için göstergeler

Bu parametre sayesinde cam türlerinin yanı sıra çeşitli türleri de oldukça etkili bir şekilde ayırt edebilirsiniz. taşlar. Çeşitli ortamlarda ışığın hızının belirlenmesi açısından da önemlidir.

Dikkat etmek! En yüksek hızışık akısı - vakumda.

Bir maddeden diğerine geçerken hızı azalacaktır. Örneğin en yüksek kırılma indisine sahip olan elmas, havadan 2,42 kat daha yüksek foton yayılma hızına sahip olacaktır. Suda 1,33 kat daha yavaş yayılırlar. İçin farklı türler camda bu parametre 1,4 ile 2,2 arasında değişmektedir.

Dikkat etmek! Bazı camların kırılma indisi 2,2 olup elmasa (2,4) çok yakındır. Bu nedenle bir cam parçasını gerçek bir elmastan ayırmak her zaman mümkün olmuyor.

Maddelerin optik yoğunluğu

Işık, farklı optik yoğunluklarla karakterize edilen farklı maddelerden geçebilir. Daha önce de söylediğimiz gibi bu yasayı kullanarak ortamın (yapının) yoğunluk özelliğini belirleyebilirsiniz. Ne kadar yoğun olursa ışığın onun içinde yayılma hızı da o kadar yavaş olur. Örneğin cam veya su optik olarak havadan daha yoğun olacaktır.
Bu parametre sabit bir değer olmasının yanı sıra ışık hızının iki maddedeki oranını da yansıtır. Fiziksel anlam aşağıdaki formülle görüntülenebilir:

Bu gösterge, bir maddeden diğerine geçerken fotonların yayılma hızının nasıl değiştiğini anlatır.

Bir diğer önemli gösterge

Bir ışık akısı şeffaf nesnelerin içinden geçtiğinde polarizasyonu mümkündür. Dielektrik izotropik ortamdan ışık akısının geçişi sırasında gözlenir. Fotonlar camdan geçtiğinde polarizasyon meydana gelir.

Polarizasyon etkisi

İki dielektrik sınırındaki ışık akısının geliş açısı sıfırdan farklı olduğunda kısmi polarizasyon gözlenir.

Polarizasyon derecesi, geliş açılarının ne olduğuna bağlıdır (Brewster yasası).

Tam iç yansıma Sonuçlandırmamız küçük gezi

, böyle bir etkiyi tam iç yansıma olarak düşünmek hala gereklidir.

Bu etkinin ortaya çıkması için, maddeler arasındaki arayüzde daha yoğun bir ortamdan daha az yoğun bir ortama geçiş anında ışık akısının geliş açısının arttırılması gerekir. Bu parametrenin belirli bir sınır değeri aşması durumunda bu bölümün sınırına gelen fotonlar tamamen yansıtılacaktır. Aslında bu bizim istediğimiz olgu olacaktır. Bu olmadan fiber optik yapmak imkansızdı.

Çözüm

Işık akısı davranışının pratik uygulaması çok şey kazandırdı ve çeşitli teknik cihazlar hayatlarımızı iyileştirmek için. Aynı zamanda ışık henüz tüm olanaklarını insanlığa açıklamadı ve pratik potansiyeli henüz tam olarak gerçekleşmedi.

Nasıl yapılır kağıt lamba kendi ellerinle
İşlevsellik nasıl kontrol edilir LED şerit

Işığın kırılma kanunu. Mutlak ve bağıl kırılma indisleri (katsayılar). Toplam iç yansıma

Işığın kırılma kanunu 17. yüzyılda deneysel olarak kuruldu. Işık bir şeffaf ortamdan diğerine geçerken ışığın yönü değişebilir. Farklı ortamların sınırında ışığın yönünün değişmesine ışığın kırılması denir. Kırılma sonucunda cismin şeklinde belirgin bir değişiklik meydana gelir. (örnek: bir bardak suya kaşık). Işık kırılması kanunu: İki ortamın sınırında, kırılan ışın geliş düzleminde bulunur ve geliş noktasında ara yüzeyin normali düzeltilerek, şöyle bir kırılma açısı oluşur: =n 1-geliş, 2-yansıma, n-kırılma indisi (f. Snelius) - bağıl gösterge Havasız uzaydan bir ortama gelen ışının kırılma indisine denir. mutlak kırılma indisi. Kırılan ışının optik olarak daha yoğun bir ortama geçmeden iki ortam arasındaki arayüz boyunca kaymaya başladığı geliş açısı - toplam iç yansımanın sınır açısı. Toplam iç yansıma- geliş açısının belirli bir kritik açıyı aşması koşuluyla iç yansıma. Bu durumda gelen dalga tamamen yansıtılır ve yansıma katsayısının değeri maksimum değerini aşar. büyük değerler cilalı yüzeyler için. Toplam iç yansımanın yansıması dalga boyundan bağımsızdır. Optikte bu fenomen, X-ışını aralığı da dahil olmak üzere geniş bir elektromanyetik radyasyon aralığı için gözlemlenir. Geometrik optikte olay Snell yasası çerçevesinde açıklanır. Kırılma açısının 90°'yi geçemeyeceği göz önüne alındığında, sinüsü küçük kırılma indisinin büyük indise oranından daha büyük olan bir gelme açısında, elektromanyetik dalganın birinci ortama tamamen yansıması gerektiğini bulduk. Örnek: Pek çok doğal kristalin parlak parlaklığı ve özellikle kesilmiş değerli ve yarı değerli taşlar toplam iç yansıma ile açıklanır, bunun sonucunda kristale giren her ışın oluşur büyük sayı Oldukça parlak ışınlar yayılıyor, dağılma sonucu renkleniyor.

Kırılma yasasını formüle ederken §81'de tanıttığımız kırılma indisinin daha ayrıntılı bir incelemesine geçelim.

Kırılma indisi hem ışının düştüğü ortamın hem de nüfuz ettiği ortamın optik özelliklerine bağlıdır. Boşluktan gelen ışık herhangi bir ortama düştüğünde elde edilen kırılma indisine o ortamın mutlak kırılma indisi denir.

Pirinç. 184. İki ortamın bağıl kırılma indisi:

Birinci ortamın mutlak kırılma indisi ve ikinci ortamın mutlak kırılma indisi - olsun. Birinci ve ikinci ortamın sınırındaki kırılma dikkate alındığında, birinci ortamdan ikinciye geçiş sırasındaki kırılma indisinin, yani göreceli kırılma indisinin, ortamın mutlak kırılma indislerinin oranına eşit olmasını sağlıyoruz. ikinci ve birinci medya:

(Şek. 184). Aksine, ikinci ortamdan birinciye geçerken göreceli bir kırılma indisi elde ederiz.

Arasında bağlantı kuruldu bağıl gösterge iki ortamın kırılması ve bunların mutlak kırılma indisleri, tıpkı tersinirlik yasası için yapılabileceği gibi, yeni deneyler olmadan teorik olarak türetilebilir (§82),

Daha yüksek kırılma indisine sahip bir ortama optik olarak daha yoğun denir. Çeşitli ortamların havaya göre kırılma indisi genellikle ölçülür. Havanın mutlak kırılma indisi. Bu nedenle, herhangi bir ortamın mutlak kırılma indisi, aşağıdaki formülle havaya göre kırılma indisi ile ilişkilidir.

Tablo 6. Kırılma indeksi çeşitli maddeler havaya göre

Sıvılar		Katılar
Madde		Madde
Etil alkol
Karbon disülfür
Gliserol		Cam (hafif taç)
Sıvı hidrojen		Cam (ağır çakmaktaşı)
Sıvı helyum

Kırılma indisi ışığın dalga boyuna, yani rengine bağlıdır. Farklı renkler farklı kırılma indekslerine karşılık gelir. Dağılım adı verilen bu olay, önemli rol optikte. Bu olguyu sonraki bölümlerde tekrar tekrar ele alacağız. Tabloda verilen veriler. 6, sarı ışığa bakın.

Yansıma yasasının resmi olarak kırılma yasasıyla aynı biçimde yazılabildiğini belirtmek ilginçtir. Her zaman dik açıdan karşılık gelen ışına kadar olan açıları ölçme konusunda anlaştığımızı hatırlayalım. Bu nedenle, geliş açısı ile yansıma açısının zıt işaretlere sahip olduğunu düşünmeliyiz; yansıma yasası şu şekilde yazılabilir:

(83.4)'ü kırılma kanunu ile karşılaştırdığımızda, yansıma kanununun, kırılma kanununun özel bir durumu olarak değerlendirilebileceğini görüyoruz. Yansıma ve kırılma yasalarının bu biçimsel benzerliği, pratik sorunların çözümünde büyük fayda sağlar.

Önceki sunumda kırılma indisi, içinden geçen ışığın yoğunluğundan bağımsız olarak ortamın sabiti anlamına geliyordu. Kırılma indisinin bu şekilde yorumlanması oldukça doğaldır, ancak modern lazerler kullanılarak elde edilebilen yüksek radyasyon yoğunlukları durumunda bu haklı değildir. Güçlü ışık ışınımının geçtiği ortamın özellikleri bu durumda yoğunluğuna bağlıdır. Dedikleri gibi, ortam doğrusal olmayan hale geliyor. Ortamın doğrusal olmaması, özellikle yüksek yoğunluklu bir ışık dalgasının kırılma indisini değiştirmesiyle kendini gösterir. Kırılma indisinin radyasyon yoğunluğuna bağımlılığı şu şekildedir:

Burada olağan kırılma indisi, doğrusal olmayan kırılma indisidir ve orantı faktörüdür. Bu formüldeki ek terim pozitif ya da negatif olabilir.

Kırılma indeksindeki göreceli değişiklikler nispeten küçüktür. Şu tarihte: doğrusal olmayan kırılma indisi. Bununla birlikte, kırılma indeksindeki bu kadar küçük değişiklikler bile dikkat çekicidir: kendilerini ışığın kendi kendine odaklanması gibi tuhaf bir fenomenle gösterirler.

Pozitif doğrusal olmayan kırılma indisine sahip bir ortam düşünelim. Bu durumda, ışık yoğunluğunun arttığı alanlar aynı zamanda kırılma indisinin de arttığı alanlardır. Genellikle gerçek lazer radyasyonu Işın demetinin enine kesiti üzerindeki yoğunluk dağılımı düzgün değildir: yoğunluk eksen boyunca maksimumdur ve Şekil 2'de gösterildiği gibi ışının kenarlarına doğru düzgün bir şekilde azalır. 185 katı eğri. Benzer bir dağılım aynı zamanda ekseni boyunca yayılan doğrusal olmayan bir ortama sahip bir hücrenin kesiti boyunca kırılma indisindeki değişimi de tanımlar. lazer ışını. Küvetin ekseni boyunca en büyük olan kırılma indisi, duvarlarına doğru düzgün bir şekilde azalır (Şekil 185'teki kesikli eğriler).

Lazeri eksene paralel olarak bırakan ve değişken kırılma indisine sahip bir ortama giren ışın demeti, daha büyük olduğu yönde saptırılır. Bu nedenle, küvetin yakınında artan yoğunluk, kesitlerde ve Şekil 2'de şematik olarak gösterilen bu alanda ışık ışınlarının yoğunlaşmasına neden olur. 185 ve bu daha da fazla bir artışa yol açıyor. Sonuçta doğrusal olmayan bir ortamdan geçen ışık ışınının etkin kesiti önemli ölçüde azalır. Işık, yüksek kırılma indisine sahip dar bir kanaldan geçer. Böylece lazer ışın demeti daralır ve yoğun radyasyonun etkisi altındaki doğrusal olmayan ortam toplayıcı mercek görevi görür. Bu olguya kendine odaklanma denir. Örneğin sıvı nitrobenzen içinde gözlemlenebilir.

Pirinç. 185. Küvetin girişindeki (a), giriş ucunun yakınında (), ortada (), küvetin çıkış ucunun yakınında () bir lazer ışın ışınının kesiti üzerinde radyasyon yoğunluğunun ve kırılma indeksinin dağılımı ( )

Kırılma veya kırılma, bir ışık ışınının veya diğer dalgaların, hem şeffaf (bu dalgaları ileten) hem de özelliklerin sürekli değiştiği ortamın içindeki iki ortamı ayıran sınırı geçtiklerinde yönünün değiştiği bir olgudur.

Kırılma olgusuyla oldukça sık karşılaşıyoruz ve bunu gündelik bir olgu olarak algılıyoruz: İçinde renkli bir sıvı bulunan şeffaf bir camın içine yerleştirilen çubuğun, hava ile suyun ayrıldığı noktada “kırıldığını” görebiliriz (Şekil 1). Yağmur sırasında ışık kırılıp yansıdığında gökkuşağını gördüğümüzde seviniriz (Şekil 2).

Kırılma indeksi - önemli karakteristik onunla ilişkili maddeler fiziksel ve kimyasal özellikler. Sıcaklık değerlerinin yanı sıra belirlemenin yapıldığı ışığın dalga boyuna da bağlıdır. Bir çözeltideki kalite kontrol verilerine göre kırılma indisi, içinde çözünen maddenin konsantrasyonunun yanı sıra çözücünün doğasından da etkilenir. Özellikle kan serumunun kırılma indeksi içerdiği protein miktarından etkilenir. farklı hızlar ortamlarda ışık ışınlarının yayılması farklı yoğunluklarİki ortamın ayrıldığı noktada yönleri değişir. Işığın boşluktaki hızını, incelenen maddedeki ışığın hızına bölersek, mutlak kırılma indisini (kırılma indisi) elde ederiz. Pratikte, ışığın havadaki hızının, incelenen maddedeki ışık hızına oranı olan bağıl kırılma indeksi (n) belirlenir.

Kırılma indisi kullanılarak ölçülür özel cihaz- refraktometre.

Refraktometri, fiziksel analizin en kolay yöntemlerinden biridir ve minimum zaman ve test edilen numune sayısı ile kimyasal, gıda, biyolojik olarak aktif gıda katkı maddeleri, kozmetik ve diğer ürün türlerinin üretiminde kalite kontrol laboratuvarlarında kullanılabilir.

Refraktometrenin tasarımı, ışık ışınlarının iki ortamın (biri cam prizma, diğeri test çözeltisi) sınırından geçerken tamamen yansıması gerçeğine dayanmaktadır (Şekil 3).

Pirinç. 3. Refraktometre diyagramı

Kaynaktan (1) bir ışık huzmesi düşüyor ayna yüzeyi(2) daha sonra yansıtılarak üst aydınlatma prizmasına (3), ardından yüksek kırılma indeksine sahip camdan yapılmış alt ölçüm prizmasına (4) geçer. Prizmalar (3) ve (4) arasına kılcal damar kullanılarak 1-2 damla numune uygulanır. Prizmaya zarar vermemek için mekanik hasar, kılcal yüzeye dokunmamak gerekir.

Göz merceği (9) aracılığıyla arayüzü oluşturan çapraz çizgili bir alan görülmektedir. Merceği hareket ettirirken alanların kesişme noktası arayüz ile aynı hizada olmalıdır (Şekil 4). Prizmanın düzlemi (4), yüzeyinde ışık ışınının kırıldığı arayüz rolünü oynar. Işınlar dağıldığı için ışık ve gölge arasındaki sınır bulanık, yanardöner bir hal alıyor. Bu olay dispersiyon kompansatörü (5) tarafından ortadan kaldırılır. Daha sonra ışın mercek (6) ve prizmadan (7) geçirilir. Plaka (8) görüş çizgilerine (çapraz çapraz iki düz çizgi) ve ayrıca göz merceği (9) aracılığıyla gözlemlenen kırılma indisli bir ölçeğe sahiptir. Kırılma indisi bundan hesaplanır.

Alan sınırları arasındaki bölme çizgisi, numunenin kırılma indisine bağlı olan iç toplam yansıma açısına karşılık gelecektir.

Refraktometri, bir maddenin saflığını ve orijinalliğini belirlemek için kullanılır. Bu yöntem aynı zamanda bir kalibrasyon grafiği (bir numunenin kırılma indeksinin konsantrasyonuna bağımlılığını gösteren bir grafik) kullanılarak hesaplanan kalite kontrolü sırasında çözeltilerdeki maddelerin konsantrasyonunu belirlemek için de kullanılır.

KorolevPharm şirketinde kırılma indisi, hammaddelerin giriş kontrolü sırasında, kendi üretimimizin ekstraktlarında ve üretim sırasında onaylanmış düzenleyici belgelere uygun olarak belirlenir. bitmiş ürünler. Belirleme, akredite bir fiziksel ve kimyasal laboratuvarın kalifiye çalışanları tarafından IRF-454 B2M refraktometre kullanılarak yapılır.

Sonuçlara göre ise giriş kontrolü Hammaddelerin kırılma indeksi gerekli gereksinimleri karşılamıyorsa, kalite kontrol departmanı bu hammadde grubunun tedarikçiye iade edildiği bir Uygunsuzluk Raporu düzenler.

Belirleme yöntemi

1. Ölçümlere başlamadan önce prizmaların birbirine temas eden yüzeylerinin temizliği kontrol edilir.

2. Sıfır noktasının kontrol edilmesi. Ölçüm prizmasının yüzeyine 2†3 damla damıtılmış su uygulayın ve aydınlatma prizması ile dikkatlice kapatın. Aydınlatma penceresini açıyoruz ve bir ayna kullanarak ışık kaynağını en yoğun yöne yerleştiriyoruz. Merceğin vidalarını döndürerek görüş alanındaki karanlık ve aydınlık alanlar arasında net ve keskin bir ayrım elde ederiz. Vidayı döndürüp gölge ve ışık çizgisini, göz merceğinin üst penceresindeki çizgilerin kesiştiği noktaya denk gelecek şekilde yönlendiriyoruz. Göz merceğinin alt penceresindeki dikey çizgide istenen sonucu görüyoruz - damıtılmış suyun 20 ° C'deki kırılma indeksi (1.333). Okumalar farklıysa, kırılma indeksini 1,333'e ayarlamak için vidayı kullanın ve bir anahtar kullanarak (ayar vidasını çıkarın) gölge ve ışığın sınırını çizgilerin kesiştiği noktaya getirin.

3. Kırılma indisini belirleyin. Aydınlatma prizmasının haznesini kaldırıyoruz ve filtre kağıdı veya gazlı bezle suyu çıkarıyoruz. Daha sonra ölçüm prizmasının yüzeyine 1-2 damla test solüsyonu uygulayın ve hazneyi kapatın. Gölge ve ışığın sınırları çizgilerin kesişme noktasıyla çakışıncaya kadar vidaları döndürün. Merceğin alt penceresindeki dikey çizgide istenen sonucu görüyoruz - incelenen numunenin kırılma indisi. Kırılma indisini göz merceğinin alt penceresindeki ölçeği kullanarak hesaplıyoruz.

4. Bir kalibrasyon grafiği kullanarak çözeltinin konsantrasyonu ile kırılma indisi arasındaki ilişkiyi kurarız. Bir grafik oluşturmak için, kimyasal olarak saf maddelerin preparatlarını kullanarak çeşitli konsantrasyonların standart çözümlerini hazırlamak, kırılma endekslerini ölçmek ve elde edilen değerleri ordinat eksenine ve karşılık gelen çözüm konsantrasyonlarını apsis eksenine çizmek gerekir. Konsantrasyon ile kırılma indisi arasında doğrusal bir ilişkinin gözlendiği konsantrasyon aralıklarının seçilmesi gerekir. İncelenen numunenin kırılma indisini ölçüyoruz ve konsantrasyonunu belirlemek için bir grafik kullanıyoruz.