光學(xué)測量技術(shù)及儀器

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1、光學(xué)測量技術(shù)及儀器　阿貝折射儀旋光儀分光光度計分光光度計的構(gòu)造原理72型分光光度計752型分光光度計光與物質(zhì)相互作用可以產(chǎn)生各種光學(xué)現(xiàn)象(如光的折射、反射、散射、透射、吸收、旋光以及物質(zhì)受激輻射等)，通過分析研究這些光學(xué)現(xiàn)象，可以提供原子、分子及晶體結(jié)構(gòu)等方面的大量信息。所以，不論在物質(zhì)的成分分析、結(jié)構(gòu)測定及光化學(xué)反應(yīng)等方面，都離不開光學(xué)測量。下面介紹物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)中常用的幾種光學(xué)測量儀器。一、阿貝折射儀???折射率是物質(zhì)的重要物理常數(shù)之一，許多純物質(zhì)都具有一定的折射率，如果其中含有雜質(zhì)則折射率將發(fā)生變化，出現(xiàn)偏差，雜質(zhì)越多，偏差越大。因此通過折射率的測定，可

2、以測定物質(zhì)的濃度。1.阿貝折射儀的構(gòu)造原理阿貝折射儀的外形圖如圖Ⅱ-5-1所示。當(dāng)一束單色光從介質(zhì)Ⅰ進(jìn)入介質(zhì)Ⅱ(兩種介質(zhì)的密度不同)時，光線在通過界面時改變了方向，這一現(xiàn)象稱為光的折射，如圖Ⅱ-5-2所示。圖Ⅱ-5-1阿貝折射儀外形圖1.測量望遠(yuǎn)鏡;2.消散手柄;3.恒溫水入口;4.溫度計;5.測量棱鏡;6.鉸鏈;7.輔助棱鏡;8.加液槽;9.反射鏡;10.讀數(shù)望遠(yuǎn)鏡;11.轉(zhuǎn)軸;12.刻度盤罩;13.閉合旋鈕;14.底座。圖Ⅱ-5-2?光的折射光的折射現(xiàn)象遵從折射定律:式中α為入射角，β為折射角，nⅠ、nⅡ?yàn)榻唤缑鎯蓚?cè)兩種介質(zhì)的折射率;nⅠ,Ⅱ?yàn)榻橘|(zhì)Ⅱ?qū)?/p>

3、質(zhì)Ⅰ的相對折射率。若介質(zhì)Ⅰ為真空，因規(guī)定n=1.0000，故nⅠⅡ=nⅡ?yàn)榻^對折射率。但介質(zhì)Ⅰ通常為空氣，空氣的絕對折射率為1.00029，這樣得到的各物質(zhì)的折射率稱為常用折射率，也稱作對空氣的相對折射率。同一物質(zhì)兩種折射率之間的關(guān)系為:????????????????????????????????????????????????????????絕對折射率=常用折射率×1.00029根據(jù)式(5.1)可知，當(dāng)光線從一種折射率小的介質(zhì)Ⅰ射入折射率大的介質(zhì)Ⅱ時(nⅠβ)。當(dāng)入射角增大時，折射角也增大，設(shè)當(dāng)入射角α=90°時，折

4、射角為β0，我們將此折射角稱為臨界角。因此，當(dāng)在兩種介質(zhì)的界面上以不同角度射入光線時(入射角α從0°～90°)，光線經(jīng)過折射率大的介質(zhì)后，其折射角β≤β0。其結(jié)果是大于臨界角的部分無光線通過，成為暗區(qū)；小于臨界角的部分有光線通過，成為亮區(qū)。臨界角成為明暗分界線的位置，如圖Ⅱ-5-2所示。圖Ⅱ-5-3?阿貝折射儀光學(xué)系統(tǒng)示意圖1.反射鏡;2.輔助棱鏡;3.測量棱鏡;4.消色散棱鏡;5.物鏡;6.分劃板;7、8.目鏡;9.分劃板;10.物鏡;11.轉(zhuǎn)向棱鏡;12.照明度盤;13.毛玻璃;14.小反光鏡。根據(jù)(5.1)式可得:???????????????????

5、?????(5.2)因此在固定一種介質(zhì)時，臨界折射角β0的大小與被測物質(zhì)的折射率是簡單的函數(shù)關(guān)系，阿貝折射儀就是根據(jù)這個原理而設(shè)計的。2.阿貝折射儀的結(jié)構(gòu)阿貝折射儀的光學(xué)示意圖如圖Ⅱ-5-3所示，它的主要部分是由兩個折射率為1.75的玻璃直角棱鏡所構(gòu)成，上部為測量棱鏡，是光學(xué)平面鏡，下部為輔助棱鏡。其斜面是粗糙的毛玻璃，兩者之間約有0.1mm～0.15mm厚度空隙，用于裝待測液體，并使液體展開成一薄層。當(dāng)從反射鏡反射來的入射光進(jìn)入輔助棱鏡至粗糙表面時，產(chǎn)生漫散射，以各種角度透過待測液體，而從各個方向進(jìn)入測量棱鏡而發(fā)生折射。其折射角都落在臨界角β0之內(nèi)，因?yàn)槔?/p>

6、鏡的折射率大于待測液體的折射率，因此入射角從0°～90°的光線都通過測量棱鏡發(fā)生折射。具有臨界角β0的光線從測量棱鏡出來反射到目鏡上，此時若將目鏡十字線調(diào)節(jié)到適當(dāng)位置，則會看到目鏡上呈半明半暗狀態(tài)。折射光都應(yīng)落在臨界角β0內(nèi)，成為亮區(qū)，其它部分為暗區(qū)，構(gòu)成了明暗分界線。根據(jù)式(5.2)可知，只要已知棱鏡的折光率n棱，通過測定待測液體的臨界角β0，就能求得待測液體的折射率n液。實(shí)際上測定β0值很不方便，當(dāng)折射光從棱鏡出來進(jìn)入空氣又產(chǎn)生折射，折射角為β0′。n液與β0′之間的關(guān)系為:(5.3)式中r為常數(shù);n棱=1.75。測出β’0即可求出n液。因?yàn)樵谠O(shè)計折射儀

7、時已將β’0換算成n液值，故從折射儀的標(biāo)尺上可直接讀出液體的折射率。?在實(shí)際測量折射率時，我們使用的入射光不是單色光，而是使用由多種單色光組成的普通白光，因不同波長的光的折射率不同而產(chǎn)生色散，在目鏡中看到一條彩色的光帶，而沒有清晰的明暗分界線，為此，在阿貝折射儀中安置了一套消色散棱鏡(又叫補(bǔ)償棱鏡)。通過調(diào)節(jié)消色散棱鏡，使測量棱鏡出來的色散光線消失，明暗分界線清晰，此時測得的液體的折射率相當(dāng)于用單色光鈉光D線(5890*!)所測得的折射率nD。3.阿貝折射儀的使用方法(1)儀器安裝:將阿貝折射儀安放在光亮處，但應(yīng)避免陽光的直接照射，以免液體試樣受熱迅速蒸發(fā)。

8、用超級恒溫槽將恒溫水通入棱鏡夾套內(nèi)，檢查棱鏡上溫度計