РЕФРАКТОМЕТРИЯ

РЕФРАКТОМЕТРИЯ (от лат. refractus
- преломлённый и ...метрия), раздел оптич. техники, посвящённый
методам и средствам измерения преломления показателей (ПП) твёрдых,
жидких и газообразных сред в различных участках спектра оптического
излучения (света). Зная ПП п и его дисперсию (зависимость от
длины волны света) D, можно определить и др. величины, зависящие
от п и D. Методы Р. разделяются на: 1) методы прямого измерения
углов преломления света при прохождении им границы раздела двух
сред; 2) методы, в к-рых используется явление полного внутреннего отражения
(ПВО)
света; 3) интерференционные методы (см. Интерференция света);
4)
фотометрич. методы, в к-рых используется зависимость отражения коэффициента
(или
коэфф. пропускания) света на границе двух сред от соотношения их
ПП (см. Отражение света, Френеля формулы); 5) прочие методы (измерение
фокусного расстояния линзы и кривизны её поверхностей для определения
ПП её материала, измерение поперечного смещения луча плоскопараллелъной
пластинкой из исследуемого материала, иммерсионный метод и т.
д.). Наиболее распространены первые три из этих групп методов Р. Для измерения
методами 1-й группы образцу придают форму призмы (см.
Дисперсионные
призмы) и определяют ПП, добиваясь поворотом призмы того, чтобы угол
отклонения луча 6 (рис. l,a) был минимален. При др. спо-

Рис. 1. Определен ние показателя преломления
(ПП) п по отклонению луча в призматических образцах, а - ход луча через
призму с преломляющим углом а.

Угол отклонения 6 имеет наименьшую величину
при равенстве углов входа луча в призму и выхода из неё: i= i(т. н. симметричный ход луча через призму), п определяют
по формуле

б - ход луча через призму с измеряемым
ПП п, помещённую в прямоугольную выемку призмы с известным ПП N;
показан
наиболее распространённый вариант с преломляющим углом призмы a = 90° и
углами y= уп связан с измеряемым
углом и выхода луча соотношением

собе измерения га исследуемый образец помещают
в специально изготовленную призму с известным ПП N (рис. 1,б),
Для
измерения ПП жидкостей призматич. образцы выполняются полыми и заливаются
исследуемой жидкостью. Точность определения ПП этими методами 10^-5,
а разности ПП двух веществ 10^-7. Очень часто используются
и методы Р., основанные на явлении ПВО. Образец с измеряемым ПП приводится
в оптический контакт с эталонной призмой из материала с высоким
и заранее точно измеренным ПП N (рис. 2). Свет может направляться
как со стороны образца, так и со стороны призмы. В обоих случаях в определённом
(очень узком) интервале углов падения пучка лучей на границу раздела образца
и призмы в поле зрения наблюдат. зрительной трубы появится чёткая граница,
разделяющая тёмный и светлый участки поля. Один из участков (тёмный при
освещении со стороны образца, светлый при освещении со стороны призмы)
соответствует лучам, претерпевающим ПВО, а граница этого участка - предельному,
или критическому, углу падения луча. Точность метода ПВО 10^-5.

Рис. 2. Измерение теля преломления
(ПП) п с использованием явления полного внутреннего отражения (ПВО). 1
- 1', 2 - 2' - ход лучей при освещении со стороны исследуемого образца
(для упрощения рисунка отражённая часть луча 2 не показана). 1 - 1' - предельный
ЛУЧ, Соответствующий УГЛУ ф

в материале нижней призмы. 3 - 3', 4 -
4', 5 - 5' - ход лучей при освещении снизу, со стороны призмы с известным
ПП N. 4 - 4' - предельный луч, при падении которого под углом фна границу раздела призмы и образца происходит ПВО. А и В - схематические
изображения поля зрения наблюдательной трубки при прохождении через неё
предельных лучей 1' и 4'. п связан с измеряемым углом (3 между направлением
предельного луча и нормалью к грани призмы формулой

± cos a sin b, где а - преломляющий угол
призмы с известным ПП.

В интерференционных методах разность ПП
сравниваемых сред определяют (рис. 3) по числу порядков интерференции
лучей,
прошедших через эти среды. Точность этих методов достигает 10^-7-
10^-8. Их применяют, например, при измерениях в газах и разбавленных
растворах.

Приборы для определения ПП методами Р.
наз. рефрактометрами. Р. нашла широкое применение в физич. химии
для определения состава и структуры веществ, а также для контроля качества
и состава различных продуктов в химич., фармацевтич., пищевой и мн. др.
отраслях пром-сти. Достоинства рефрактометрич. методов химич. количественного
анализа - быстрота измерений, малый расход вещества и высокая точность.
Знание градиентов ПП позволяет производить расчёт градиентов плотности
и концентрации. В нек-рых случаях по виду кривых ПП можно делать выводы
о характере взаимодействия веществ и образовании соединений. Методы Р.
используют при проверке однородности твёрдых образцов и жидкостей, в аэро-
и гидродинамич. исследованиях. Особую роль играет Р. в оптич. пром-сти,
т. к. ПП и дисперсия стекла и др. оптич. материалов являются их важнейшими
характеристиками.

Рис. 3. Принцип действия интерференционного
рефрактометра. Луч света разделяют так, чтобы две его части прошли через
кюветы длиной l, заполненные веществами с различными показателями преломления.
На выходе из кювет лучи приобретают определённую разность хода и, будучи
сведены вместе, дают на экране картину интерференционных максимумов и минимумов
с k порядками (схематически показана справа). Разность показателей преломления
дельта n=n

Лит.: Ш и ш л о в с к и и А. А.,
Прикладная физическая оптика, М., 1961; Иоффе Б. В., Рефрактометрические
методы химии, 2 изд., Л., 1974. М. В. Лейкин.