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折射仪上的主要部分为一玻璃半球,仪器的其余光学系统含有若干镜片,直角全反射棱镜将所测宝石的临界角边缘对焦于目镜上,由标尺读出读数,该读数即为宝石的折射率值。折射仪工作原理见图7-1-3。
图7-1-3折射仪工作原理
折射仪的玻璃半球有一个固定不变的,高于所测宝石的折射率值(相当于光密介质),将待测宝石(相当于光疏介质)放在玻璃半球上呈光学接触时,不同的折射率宝石有不同的临界角。低折射率的宝石,临界角小,视域内所见的阴影区比明亮区的范围小;高折射率宝石的临界角大,视域中所见的阴影区比明亮区的范围大。由此可见,视域中阴影区和明亮区的分界面完全由所测宝石的临界角大小来决定(图7-1-4)。
宝石直接放在玻璃半球上是得不到读数的,通常要在玻璃半球上点上接触液,再将宝石置于接触液上,才能形成良好的光学接触,得到理想的读数。在折射仪上最常用的接触液是含有四碘乙烯的二碘甲烷饱和溶液。纯二碘甲烷的折射率约为1.74,如果再加入硫提高饱和点,才能使折射率增加到1.79上下,再加入18%黄色结晶四碘乙烯折射率便可达到1.81而成为常用的接触液。这种接触液腐蚀性强,在尽快测得宝石折射率读数后,立即清除玻璃半球上的接触液,以避免玻璃半球腐蚀。留下一层无光泽的薄膜,从而影响仪器的使用寿命。
图7-1-4玻璃半球上不同折射率宝石有不同的临界角
工作原理
折射仪的基本原理即为折射定律:n1,n1n2为交界面的两侧的两种介质的折射率
若光线从光密介质进入光疏介质,入射角小于折射角,改变入射角可以使折射达到90°,此时的入射角称为临界角,本仪器测定折射率是基于测定临界角的原理。
当不同角度光线射入AB面时,其折射都大于Ⅰ,如果用一望远镜对出射光线视察,可以看到望远镜视场被分为明暗两部分,二者之间有明显分界线。明暗分界处即为临界角的位置。[4]
光与物质相互作用可以产生各种光学现象(如光的折射、反射、散射、透射、吸收、旋光以及物质受激辐射等),通过分析研究这些光学现象,可以提供原子、分子及晶体结构等方面的大量信息。所以,不论在物质的成分分析、结构测定及光化学反应等方面,都离不开光学测量。下面介绍物理化学实验中常用的几种光学测量仪器。
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