Refraktometr Abbego

Z Wikipedii, wolnej encyklopedii
Skocz do: nawigacja, szukaj
Refraktometr firmy Zeiss. Pryzmat oświetleniowy jest odchylony i instrument jest gotowy do nałożenia nań badanej substancji
Refraktometr Abbego z 1897 r.

Refraktometr Abbegoprzyrząd optyczny służący do pomiarów współczynnika załamania światła z wykorzystaniem zjawiska całkowitego wewnętrznego odbicia, zaprojektowany przez Ernsta Abbego (1840–1905); umożliwia badania współczynnika załamania cieczy i ciał stałych o gęstości optycznej mniejszej od gęstości optycznej materiału pryzmatów (flint, szkło kwarcowe, kwarc)[1].

Zasada działania[edytuj]

Współczynnik załamania światła (n) jest wyznaczany na podstawie wartości kąta granicznego (Θgr) na podstawie prawa Snelliusa:

gdzie dolne indeksy A i B odnoszą się do sąsiadujących ośrodków o różnej gęstości optycznej. Kąt graniczny jest zdefiniowany jako wartość kąta padania światła (Θp), biegnącego z ośrodka o większej wartości n, w sytuacji, gdy kąt załamania (Θz) osiąga wartość 90° (promień „ślizga się” po powierzchni granicznej)[2][3]:

=

W refraktometrze wiązka promieniowania (np. monochromatyczna żółta linia D sodu z lampy sodowej) przechodzi przez dwa pryzmaty (A), między którymi znajduje się badana warstwa o mniejszej gęstości optycznej (B, np. woda lub roztwór wodny).

Wiązka ulega załamaniu lub odbiciu, zależnie od kąta padania i stosunku współczynników załamania w obu ośrodkach, równego stosunkowi sinusów kątów padania (1) i załamania (2). Konstrukcja przyrządu umożliwia stopniową zmianę kąta padania.

Precyzyjne wyznaczenie wartości kąta granicznego uzyskuje się dzięki zastosowaniu pryzmatu o szorstkiej powierzchni. Rozproszenie światła na tej powierzchni powoduje, że część wiązki o średnim kącie padania równym kątowi granicznemu (w odniesieniu do powierzchni gładkiej) ulega załamaniu, a część – odbiciu (granica pól wskazuje kąt graniczny). W okularze jest obserwowane pole częściowo oświetlone. Ostra granica między polem ciemnym i jasnym wskazuje wartość kąta granicznego[2][3].

1
2
Zasada działania refraktometru Abbego
Po lewej:
Obserwowane pole jest jasne, gdy kąt 1 jest mniejszy od Θz. Kąt 3 jest równy Θgr, ponieważ Θz = 90°.
Kąt 4 jest większy od Θgr – zachodzi odbicie fali pod kątem 4
Po prawej:
Wskutek zmatowienia powierzchni zachodzi równocześnie załamanie i odbicie.
Granica między polem jasnym i ciemnym odpowiada kątowi granicznemu Θgr.

Konstrukcja i obsługa[edytuj]

Główną częścią refraktometru są połączone zawiasowo dwa pryzmaty – oświetleniowy i pomiarowy, pomiędzy które wprowadza się kroplę badanej cieczy. Pryzmaty znajdują się w obudowie utrzymywanej w stałej, kontrolowanej temperaturze (w popularnej wersji urządzenia stosuje się obieg wody z termostatu). Na pryzmat oświetleniowy, z matową powierzchnią, jest kierowane światło odbite od zwierciadła (np. promieniowanie słoneczne lub z lampy sodowej)[4].

1
2

Wiązka wychodząca z bloku pryzmatów jest kierowana do kompensatora – zestawu pryzmatów Amiciego sprzężonych z pokrętłem, którego obrót umożliwia zmniejszenie aberracji chromatycznej (tęczowego rozmycia granicy pól), co jest szczególnie ważne w przypadku stosowania światła białego. Obracając drugie pokrętło stopniowo zmienia się ustawienie pryzmatów i lusterka względem lunetki poszukując położenia, w którym obserwowana w okularze granica między polem jasnym i ciemnym znajduje się na przecięciu nici pajęczych. W tym położeniu odczytuje się ze skali przyrządu – w okularze drugiej lunetki – wartość współczynnika załamania. W przypadku badań stężenia cukru w roztworach wodnych wynik może być bezpośrednio odczytany z dodatkowej skali[4][5][6][7].

Refraktometrami Abbego są nazywane również różnorodne nowoczesne urządzenia, wzorowane na konstrukcji klasycznej, np. automatyczne refraktometry cyfrowe o wysokiej dokładności i precyzji, z automatyczną kompensacją temperatury, wbudowanym źródłem światła i cyfrowymi wyświetlaczami wyniku pomiaru[8][9].

1
2
3

Przypisy

  1. Praca zbiorowa, red. Jerzy Kuryłowicz i wsp.: Słownik fizyczny. Warszawa: Wiedza powszechna, 1984, s. 344–345. ISBN 83-214-0053-1.
  2. a b Wyznaczanie współczynnika załamania cieczy za pomocą refraktometru Abbego (pol.). W: Materiały dydaktyczne (fizyka) [on-line]. www.free.of.pl. [dostęp 2012-08-28].
  3. a b Krzysztof Rebilas: Refraktometr Abbego. Pomiar współczynnika załamania światła i wyznaczanie stężenia roztworów (pol.). W: Materiały dydaktyczne (ćwiczenia laboratoryjne) [on-line]. krzysztofrebilas.republika.pl. [dostęp 2012-08-28].
  4. a b Jerzy Wiśniewski: Wyznaczanie współczynnika załamania światła dla cieczy przy użyciu refraktometru Abbego (pol.). W: Materiały dydaktyczne UŁ (Pracownia fizyczna) [on-line]. uni.lodz.pl. [dostęp 2012-08-29].
  5. T. Neumann: Pomiar współczynnika załamania światła oraz wyznaczaniestężeń roztworów za pomocą refraktometru Abbego (pol.). W: Materiały dydaktyczne. Biofizyka [on-line]. www.mif.pg.gda.pl. [dostęp 2012-08-29].
  6. M.L. Paradowski: Refraktometr Abbego (ćwiczenie 22) (pol.). W: Materiały dydaktyczne [on-line]. umcs.lublin.pl. [dostęp 2012-08-29].
  7. Katedra Fizyki UP: Wyznaczanie stężenia białka przy pomocy refraktometru Abbego (pol.). W: Materiały dydaktyczne do ćwiczeń laboratoryjnych z fizyki i biofizyki (ćwiczenie F17) [on-line]. www.up.poznan.pl. [dostęp 2012-08-29].
  8. Przykłady urządzeń dostępnych na rynku; Refraktometry Abbego (pol.). W: Strona internetowa firmy Labindex S.C. [on-line]. labindex.pl. [dostęp 2012-08-29].
  9. Przykłady urządzeń dostępnych na rynku; Refraktometry Abbe 60 i Abbe 5 (pol.). W: Strona internetowa firmy Labo Plus Sp. z o.o. [on-line]. www.laboplus.pl. [dostęp 2012-08-29].

Linki zewnętrzne[edytuj]