Лабораторная работа № 20 Тема: «определение концентрации вещества с помощью рефрактометра»

МОТИВАЦИЯ ЦЕЛИ. Рефрактометры нашли широкое применение в медико-биологических исследованиях.

Разработаны методики рефрактометрического определения содержания белка в сыворотке крови, основанные на зависимости показателя преломления раствора от концентрации растворенного вещества.

ПРИБОРЫ И ПРИНАДЛЕЖНОСТИ. Рефрактометр, растворы известной концентрации, раствор неизвестной концентрации, дистиллированная вода, пипетка.

План изучения темы

1. Законы преломления света.

2. Физический смысл показателя преломления.

3. Понятие предельного угла полного внутреннего отражения.

4. Явление полного внутреннего отражения и его применение в медицине.

5. Условие определения предельного угла полного внутреннего отражения.

6. Рефрактометр. Устройство и принцип работы.

Краткая теория

При переходе световой волны из одной среды в другую происходит изменение скорости распространения и длины волны (частота колебаний остается без изменений). Если лучи света падают на границу раздела сред под некоторым углом a, то направление их распространения во второй среде изменяется и они распространяются под углом b.

Угол a, образованный лучом падающим и перпендикуляром, восстановленным в точке падения к поверхности раздела сред, называется  УГЛОМ ПАДЕНИЯ ЛУЧА (рис. 1).

Угол b, образованный лучом преломления и перпендикуляром в точке падения, называется  УГЛОМ ПРЕЛОМЛЕНИЯ (рис. 1).

Явление изменения направления хода светового луча на границе раздела двух сред, называется РЕФРАКЦИЕЙ или преломлением.

Рис. 1.

Взаимное геометрическое расположение лучей падающего и преломленного определяется законами преломления (Декарта).

1. Луч падающий и луч преломленный лежат в одной плоскости с перпендикуляром, восстановленным к границе раздела двух сред в точке падения.

2. Отношение синуса угла падения к синусу угла преломления есть величина постоянная для данных 2-х сред, равная отношению показателя преломления второй среды к показателю преломления первой среды.

,

где: n_2,1 - относительный показатель преломления.

Абсолютный показатель преломления показывает, во сколько раз скорость распространения света в вакууме больше скорости распространения света в данной среде.

,

где:

С - скорость света в вакууме;

v - скорость света в среде.

Явление, при котором луч идет из среды более плотной в менее плотную под углом больше предельного, называется ПОЛНЫМ ВНУТРЕННИМ ОТРАЖЕНИЕМ.

ПРЕДЕЛЬНЫМ УГЛОМ полного внутреннего отражения называется такой угол падения, которому соответствует угол преломления, равный 90⁰ (рис. 2).

Рис. 2.

т.к.

Таким образом, предельный угол полного отражения для данных сред зависит от их показателей преломления. Это свойство нашло применение в приборах для измерения показателя преломления веществ: рефрактометрах, используемых для определения чистоты воды, концентрации общего белка сыворотки крови, для идентификации различных веществ.

Основной частью рефрактометра являются две прямоугольные призмы, сделанные из одного и того же сорта стекла. Призмы соприкасаются гипотенузными гранями, одна из которых матовая.

Между призмами помещают каплю жидкости, показатель преломления которой требуется определить.

Луч света от источника направляется на матовую грань призмы, где свет рассеивается и из призмы (оптически более плотной среды) выходит под различными углами в жидкость (оптически менее плотную среду). Лучи, падающие на жидкость под углом больше предельного, испытывают полное отражение и выходят через вторую боковую грань призмы в зрительную трубу. Поле зрения, видимое в зрительную трубу, окажется разделенным на светлую и темную части.

Положение границы раздела определяется предельным углом полного отражения.