F Měřeí idexu lomu pevých látek a kapali refraktometrem Úkoly : 1. Proveďte kalibraci refraktometru 2. Změřte idex lomu kapali 1-3 3. Změřte idex lomu ezámých vzorků optických skel Postup : 1. Pricip měřeí pomocí refraktometru Absolutí idex lomu ejakého prostredí je defiová vztahem c = (1) v kde c je rychlost světla ve vakuu, v rychlost světla v daém prostredí. Pro průchod paprsku rozhraím platí záko lomu siε1 2 1 siε1 = 2 siε 2, = = 21 siε kde 1, 2 jsou absolutí idexy lomu daých prostředí, 21 je relativí idex lomu obou prostředí (Obr. 1). 2 1 (2) Obr. 1 Záko lomu a rozhraí dvou prostředí
Látky rozlišuje podle absolutí velikosti idexu lomu a opticky hustší (větší idex lomu) a opticky řidší (meší idex lomu). Pokud se světlo pohybuje z opticky hustšího prostředí do opticky řidšího prostředí, láme se paprsek od kolmice, v opačém případě se láme ke kolmici. Při lomu od kolmice tj. přechod z opticky hustšího do opticky řidšího prostředí ( 1 > 2 ) dochází pro určité úhly vstupujících paprsků k totálmuí odrazu světla. Teto jev astává v případě, že úhel dopadajícího paprsku je větší ež tzv. mezí úhel ( ε 1 = ε m, ε = 90 ) daý vztahem si 2 ε = 2 m (3) 1 Při totálím odrazu potom eprochází žádé světlo do opticky řidšího prostředí. Právě a pricipu měřeí mezího úhlu se kostruují refraktometry, kterými lze idex lomu merit jedoduše, rychle a s malým možstvím látky. Abbého refraktometr Vlastí měřeí budete provádět pomocí Abbého refraktometru, který je zobraze a Obr. 2. Okulár Šroub pro korekci disperze Štít Vstup teploměru Osvětlovací hraol Zámek Pouzdro Refrakčí hraol Zrcadlo Kodezor Měřicí šroub Základa Obr. 2 Abbého refraktometr
Refraktometr se skládá z teleskopické a čtecí části (obr. 3). Všechy optické součásti jsou uložey v pouzdře přístroje. 1. Osvětlovací hraol 2. Měřicí hraol 3. Zrcadlo 4. Soustava hraolů pro kompezaci disperze 5. Objektiv 6. Stíítko 7. Okulár 8. Paralelí hraol 9. Čtecí objektiv 10. Zrcadlo 11. Stupice 12. Kodezor Obr. 3 Vitří uspořádáí refraktometru Mezi hraoly (1 a 2) je prostor pro vložeí vzorku zkoumaé látky. Světelý paprsek se po průchodu přes hraoly (1 a 2) a zkoumaý vzorek odráží od zrcadla (3) do soustavy hraolů korigujících disperzi světla (4). Pomocí objektivu (5) je hraičí čára mezi tmavou a světlou částí zorého pole zobrazea a stíítko se záměrým křížem (6). Stíítko pozorujeme přes okulár a pomocí stupice (11) osvětleé kodezorem (12) odečteme velikost idexu lomu. Při měřeí idexu lomu pozorujeme v okuláru rozraí mezi tmou a světlem (obr. 4), které vziká v okamžiku, kdy astae totálí odraz. Rozhraí astavíme a střed záměrého kříže a ze stupice odečteme hodotu idexu lomu. Obr. 4 Nastaveí středu itkového kříže a rozhraí při odečtu
Vzhledem k tomu, že pro měřeí pomocí Abbého refraktometru využíváame polychromatického zdroje světla, je celý proces kompliková jevem disperze. V jeho důsledku je pozorovaé rozhraí rozmazaé v duhových barvách. Pro lepší odečet je proto Abbého refraktometr vybave dvouhraolovým systémem 4 a obr. 3 pro korekci disperze, který umožuje odstrait teto efekt rozmazáí a zpřesit odečet výsledku. Při měřeí astavíme pomocí šroubu pro korekci disperze zoré pole tak aby byla barevá vada co ejlépe kompezováa tj. abychom dostali ostré rozhraí. 2. Kalibrace refraktometru Před samotým měřeím je třeba provést kalibraci refraktometru pomocí skleěého bloku o zámém idexu lomu přiložeého k přístroji. Pro měřeí idexu lomu pevých látek se používá imerzí kapalia moo-bromaftale s vysokým idexem lomu (1,658). Aby edošlo k ovlivěí měřeí imerzí vrstvou musí platit, že idex imerzí kapaliy se musí být větší ež idex lomu měřeého vzorku a meší ež idex lomu měřicího hraolu. Obr. 5 Použití imerzí vrstvy pro měřeí idexu lomu pevých látek Při použití imerzí vrstvy pro měřeí opevých vzorků dochází k totálímu odrazu a obou rozhraích, prví odpovídá idexu lomu vzorku druhé idexu lomu imerzí kapaliy. Pokud je idex lomu imerzí kapaliy dostatečě vysoký je rozhraí odpovídající totálímu odrazu a imerzi mimo meřicí rozsah přístroje a emůže tak dojít kzáměě obou rozhraí.
Postup kalibrace: 1. Odstraňte kryt z měřicího hraolu. 2. Kápěte jedu až dvě kapky moo-brom-aftaleu a povrch skleěého bloku o zámem idexu lomu. 3. Umístěte kalibračí vzorek a měřicí hraol. 4. Nastavte okulár tak, aby byl zaměře do zorého pole. 5. Nastavte soustavu kompezující disperzi tak, aby bylo možé rozlišit dvě samostatá pole (jedo tmavší a jedo světlejší) odděleá ostrým rozhraím, 6. Pomocí měřicího šroubu pohybujte s oddělovací čárou mezi dvěma vziklými poli, dokud eí rozhraí a středu itkového kříže (Obr. 4). 7. Odečtěte idex lomu a stupici. 8. Pokud aměřeá hodota eodpovídá hodotě uvedeé a kalibračím bloku, upravte pomocí regulačího šroubu hodotu idexu lomu a správou hodotu. 9. Okamžitě po kalibraci musíte očistit skleěý blok od moo-bromaftaleu, aby edošlo k jeho poškozeí. Čištěí přístroje Před měřeím je třeba provést očištěí icidečího hraolu od ečistot, které by mohly způsobit epřesosti při měřeí. Čištěí se provádí roztokem etaolu a etheru v poměru 1:1 pomocí kousku vaty. 2. Měřeí idexu lomu kapali a pevých látek Testováí průsvité pevé látky: 1. Testovaá průsvitá pevá látka, musí mít roviý hladký povrch. 2. Umístěte jedu ebo dvě kapky moo-brom-aftaleu a měřicí hraol a vyčistěte povrch zkoumaého vzorku. 3. Postup stejý jako v bodech předchozího měřeí.
Testováí průsvité kapaliy: 1. Naeste kapku testovaé kapaliy a povrch měřicího hraolu a blokujte soustavu pomocí uzamykajícího šroubu. Zkotrolujte, jestli je vrstva testovaé kapaliy homogeí bez bubliek a jestli zabírá celé zoré pole. 2. Odtevřete kryt a vyřaďte reflexí zrcadlo. 3. Nastavte okulár tak, aby byl zaměře do zorého pole. 4. Nastavte soustavu kompezující disperzi tak, aby bylo možé rozlišit dvě samostatá pole, jedo tmavší a jedo světlejší. 5. Pomocí refrakčího šroubu pohybujte s oddělovací čárou mezi dvěma vziklými poli, dokud eí a průsečíku dvou diagoál (Obrázek 2). 6. Odečtěte idex lomu a stupici. Určeí středí disperze materiálu: 1. Nastavte soustavu kompezující disperzi tak, aby bylo možé rozlišit dvě samostatá pole (jedo tmavší a jedo světlejší) odděleá ostrým rozhraím. 2. Odečtěte hodotu Z a stupici disperze a hodotu idexu lomu D v zorém poli. 3. Použitím těchto hodot, spomocí tabulky 1 staovte středí disperzi měřeého vzorku. Hodota O v tabulce 1 má kladé zaméko pro Z>30 a záporé zaméko pro Z<30 4. Středí disperze je potom dáa vztahem F C = A + BO Proveďte měřeí 3 vzorků pevých látek a 3 vzorků kapali. Dle přiložeé tabulky staovte středí disperzi měřeé látky. Pomůcky : Abbého refraktometr, kalibračí vzorek, imezí kapalia (moo-brom-aftale), bavlěý hadřík, vata, čisticí roztok (etaol, ether 1:1), měřeé vzorky