折光率的測(cè)定

折光率的測(cè)定第1頁(yè)，共26頁(yè)，2023年，2月20日，星期五2.1基本概念2.1.1光的反射現(xiàn)象與反射定律2.1.2光的折射現(xiàn)象與折射定律2.1.3.全反射與臨界角第2頁(yè)，共26頁(yè)，2023年，2月20日，星期五2.1.1光的反射現(xiàn)象與反射定律一束光線照射在兩種介質(zhì)的分界面上時(shí)，要改變它的傳播方向，但仍在原介質(zhì)上傳播，這種現(xiàn)象叫光的反射，見下圖。光的反射遵守以下定律:（1）入射線、反射線和法線總是在同一平面內(nèi)，入射線和反射線分居于法線的兩側(cè)。（2）入射角等于反射角。第3頁(yè)，共26頁(yè)，2023年，2月20日，星期五2.1.2.1光的折射現(xiàn)象當(dāng)光線從一種介質(zhì)射到另一種介質(zhì)時(shí)，在分界面上，光線的傳播方向發(fā)生了改變，一部分光線進(jìn)入第二種介質(zhì)，這種現(xiàn)象稱為折射現(xiàn)象。2.1.2光的折射現(xiàn)象與折射定律第4頁(yè)，共26頁(yè)，2023年，2月20日，星期五2.1.2.2光的折射光線從一種介質(zhì)（如空氣）射到另一種介質(zhì)（如水）時(shí)，除了一部分光線反射回第一種介質(zhì)外，另一部分進(jìn)入第二種介質(zhì)中并改變它的傳播方向，見下圖。2.1.2.3光的折射定律：（1）入射線、法線和折射線在同一平面內(nèi)，入射線和折射線分居法線的兩側(cè)。

第5頁(yè)，共26頁(yè)，2023年，2月20日，星期五（2）無(wú)論入射角怎樣改變，入射角正弦與折射角正弦之比，恒等于光在兩種介質(zhì)中的傳播速度之比。

式中：v1——光在第一種介質(zhì)中的傳播速度；v2——光在第二種介質(zhì)中的傳播速度。

α1——入射角

α2——折射角

第6頁(yè)，共26頁(yè)，2023年，2月20日，星期五2.1.2.4折射率光在真空中的速度c和在介質(zhì)中的速度v之比，叫做介質(zhì)的絕對(duì)折射率（簡(jiǎn)稱折射率，折光率），以n表示，即：

n＝

顯然n1＝n2＝

式中：n1和n2分別為第一介質(zhì)和第二介質(zhì)的絕對(duì)折射率。故折射定律可表示為

第7頁(yè)，共26頁(yè)，2023年，2月20日，星期五2.1.3全反射與臨界角

2.1.3.1光密介質(zhì)與光疏介質(zhì)兩種介質(zhì)相比較，光在其中傳播速度較大的叫光疏介質(zhì)，其折射率較?。环粗泄饷芙橘|(zhì)，其折射率較大。

第8頁(yè)，共26頁(yè)，2023年，2月20日，星期五2.1.3.2全反射與臨界角當(dāng)光線從光疏介質(zhì)進(jìn)入光密介質(zhì)（如光從空氣進(jìn)入水中，或從樣液射人棱鏡中）時(shí)，因n1＜n2，由折射定律可知折射角α2恒小于入射角α1，即折射線靠近法線；反之當(dāng)光線從光密介質(zhì)進(jìn)入光疏介質(zhì)（如從棱鏡射入樣液）時(shí)，因n1＞n2，折射角α2恒大于入射角α1，即折射線偏離法線。在后一種情況下如逐漸增大入射角，折射線會(huì)進(jìn)一步偏離法線，當(dāng)入射角增大到某一角度，如圖3－2－3中4的位置時(shí)，其折射線4‘恰好與OM重合，此時(shí)折射線不再進(jìn)入光疏介質(zhì)而是沿兩介質(zhì)的接觸面OM平行射出，這種現(xiàn)象稱為全反射。第9頁(yè)，共26頁(yè)，2023年，2月20日，星期五即光從光密介質(zhì)射入光疏介質(zhì)。當(dāng)入射角增大到某一角度，使折射角達(dá)90°時(shí)，折射光完全消失，只剩下反射光，這種現(xiàn)象稱為全反射。第10頁(yè)，共26頁(yè)，2023年，2月20日，星期五發(fā)生全反射的入射角稱為臨界角因?yàn)榘l(fā)生全反射時(shí)折射角等于90°，所以：即n1＝n2sinα臨式中：n2——棱鏡的折射率，是已知的。因此，只要測(cè)得了臨界角α臨就可求出被測(cè)樣液的折射率n1。第11頁(yè)，共26頁(yè)，2023年，2月20日，星期五2.2測(cè)定折射率的意義

折射率是物質(zhì)的一種物理性質(zhì)。它是食品生產(chǎn)中常用的工藝控制指標(biāo)，通過(guò)測(cè)定液態(tài)食品的折射率.可以鑒別食品的組成，確定食品的濃度，判斷食品的純凈程度及品質(zhì)。蔗糖溶液的折射率隨濃度增大而升高。通過(guò)測(cè)定折射率可以確定糖液的濃度及飲料、糖水罐頭等食品的糖度，還可以測(cè)定以糖為主要成分的果汁、蜂蜜等食品的可溶性固形物的含量。第12頁(yè)，共26頁(yè)，2023年，2月20日，星期五各種油脂具有其一定的脂肪酸構(gòu)成，每種脂肪酸均有其特定的折射率。含碳原子數(shù)目相同時(shí)不飽和脂肪酸的折射率比飽和脂肪酸的折射率大得多；不飽和脂肪酸分子量越大，折射率也越大；酸度高的油脂折射率低。因此測(cè)定折射率可以鑒別油脂的組成和品質(zhì)。正常情況下，某些液態(tài)食品的折射率有一定的范圍，如正常牛乳乳清的折射率在正1.34199～1.34275之間，當(dāng)這些液態(tài)食品因摻雜、濃度改變或品種改變等原因而引起食品的品質(zhì)發(fā)生了變化時(shí)，折射率常常會(huì)發(fā)生變化。所以測(cè)定折射率可以初步判斷某些食品是否正常。如牛乳摻水，其乳清折射率降低，故測(cè)定牛乳乳清的折射率即可了解乳糖的含量，判斷牛乳是否摻水。第13頁(yè)，共26頁(yè)，2023年，2月20日，星期五必須指出的是：折光法測(cè)得的只是可溶性固形物含量，但對(duì)于番茄醬，果醬等個(gè)別食品，已通過(guò)實(shí)驗(yàn)編制了總固形物與可溶性固形物關(guān)系表．先用折光法測(cè)定可溶性固形物含量．即可查出總固形物的含量

第14頁(yè)，共26頁(yè)，2023年，2月20日，星期五2.3常用的折光儀折光儀是利用臨界角原理測(cè)定物質(zhì)折射率的儀器食品工業(yè)中最常用的是阿貝折光儀、手提式折光儀、數(shù)字阿貝折光儀。2.3.1阿貝折光儀2.3.1.1結(jié)構(gòu)及原理其光學(xué)系統(tǒng)由觀測(cè)系統(tǒng)和讀數(shù)系統(tǒng)兩部分組成，如圖。第15頁(yè)，共26頁(yè)，2023年，2月20日，星期五1.底座；2.棱鏡調(diào)節(jié)旋鈕；3.圓盤組（內(nèi)有刻度板）；4.小反光鏡；5.支架；6.讀數(shù)鏡筒；7.目鏡；8.觀察鏡筒；

9.分界線調(diào)節(jié)螺絲；10.消色凋節(jié)旋鈕；11.色散刻度尺；12.棱鏡鎖緊扳手；13.棱鏡組；14.溫度計(jì)插座；15.恒溫器接頭；16保護(hù)罩；17主軸；18反光鏡阿貝折光計(jì)

第16頁(yè)，共26頁(yè)，2023年，2月20日，星期五觀測(cè)系統(tǒng)：光線由反光鏡l反射，經(jīng)進(jìn)光棱鏡2、折射棱鏡3及其間的樣液薄層折射后射出。再經(jīng)色散補(bǔ)償器4消除由折射棱鏡及被測(cè)樣品所產(chǎn)生的色散，然后由物鏡5將明暗分界線成像于分劃板6上，經(jīng)目鏡7、8放大后成像于觀測(cè)者眼中。阿貝折光計(jì)的光學(xué)系統(tǒng)第17頁(yè)，共26頁(yè)，2023年，2月20日，星期五讀數(shù)系統(tǒng)：光線由小反光鏡14反射，經(jīng)毛玻璃13射到刻度盤12上，經(jīng)轉(zhuǎn)向棱鏡11及物鏡10將刻度成像于分劃板9上，通過(guò)目鏡7、8放大后成像觀測(cè)者眼中。當(dāng)旋動(dòng)旋鈕2時(shí)，使棱鏡擺動(dòng)，視野內(nèi)明暗分界線通過(guò)十字交叉點(diǎn)，表示光線從棱鏡入射角達(dá)到了臨界角。當(dāng)測(cè)定樣液濃度不同時(shí)，折射率也不同，故臨界角的數(shù)值亦有不同。在讀數(shù)鏡筒中即可讀取折射率n，或糖液濃度，或固形物的含量。在阿貝折光儀的望遠(yuǎn)目鏡的金屬筒上，有一個(gè)供校準(zhǔn)儀器用的示值調(diào)節(jié)螺釘，通常用20℃的水校正儀器（其折光率ND20=1.3330）。也可用已知折光率的標(biāo)準(zhǔn)玻璃校正。第18頁(yè)，共26頁(yè)，2023年，2月20日，星期五2.3.1.2影響折射率測(cè)定的因素（1）光波長(zhǎng)的影響物質(zhì)的折射率因光的波長(zhǎng)而異，波長(zhǎng)較長(zhǎng)折射率較小，波長(zhǎng)較短折射率較大。測(cè)定時(shí)光源通常為白光。當(dāng)白光經(jīng)過(guò)棱鏡和樣液發(fā)生折射時(shí)，因各色光的波長(zhǎng)不同，折射程度也不同，折射后分解成為多種色光，這種現(xiàn)象稱為色散。光的色散會(huì)使視野明暗分界線不清，產(chǎn)生測(cè)定誤差。為了消除色散，在阿貝折光儀觀測(cè)鏡筒的下端安裝了色散補(bǔ)償器。第19頁(yè)，共26頁(yè)，2023年，2月20日，星期五（2）溫度的影響

溶液的折射率隨溫度而改變，溫度升高折射率減??；溫度降低折射率增大．折光儀上的刻度是在標(biāo)準(zhǔn)溫度20℃下刻制的．所以最好在20℃下測(cè)定折射率。否則，應(yīng)對(duì)測(cè)定結(jié)果進(jìn)行溫度校正。超過(guò)20℃時(shí)，加上校正數(shù)；低于20℃時(shí)，減去校正數(shù)。

第20頁(yè)，共26頁(yè)，2023年，2月20日，星期五2.3.1.3阿貝折光儀的使用方法（1）折光儀的校正

通常用測(cè)定蒸餾水折射率的方法進(jìn)行校準(zhǔn)，在20℃下折光儀應(yīng)表示出折射率為1.33299或可溶性固形物為0％?？嘈Ｕ龝r(shí)溫度不是20℃應(yīng)查出該溫度下蒸餾水的折射率再進(jìn)行核準(zhǔn)。對(duì)于高刻度值部分．用具有一定折射率的標(biāo)準(zhǔn)玻璃塊（儀器附件）校準(zhǔn)。

第21頁(yè)，共26頁(yè)，2023年，2月20日，星期五校正方法是打開進(jìn)光棱鏡，在校準(zhǔn)玻璃塊的拋光面上滴一滴溴化萘．將其粘在折射棱鏡表面上，使標(biāo)準(zhǔn)玻璃塊拋光的一端向下，以接受光線。測(cè)得的折射率應(yīng)與標(biāo)準(zhǔn)玻璃塊的折射率一致。校準(zhǔn)時(shí)若有偏差，可先使讀數(shù)指示于蒸餾水或標(biāo)準(zhǔn)玻璃塊的折射率值，再調(diào)節(jié)分界線調(diào)節(jié)螺絲．使明暗分界線恰好通過(guò)十字線交叉點(diǎn)。第22頁(yè)，共26頁(yè)，2023年，2月20日，星期五（2）使用方法①以脫脂棉球蘸取酒精擦凈棱鏡表面，揮干乙醇。滴加l～2滴樣液于進(jìn)光棱鏡磨砂面上，迅速閉合兩塊棱鏡，調(diào)節(jié)反光鏡．使鏡筒內(nèi)視野最亮。

②由目鏡觀察，轉(zhuǎn)動(dòng)棱鏡旋鈕，使視野出現(xiàn)明暗兩部分。第23頁(yè)，共26頁(yè)，2023年，2月20日，星期五③旋轉(zhuǎn)色散補(bǔ)償器旋鈕，使視野中只有黑白兩色。④旋轉(zhuǎn)棱鏡旋鈕．使明暗分界線在十字線交叉點(diǎn)。⑤從讀數(shù)鏡筒中讀取折射率或重量百分濃度。⑥測(cè)定樣液溫度。⑦打開棱鏡，用水、乙醇或乙醚擦凈棱鏡表面及其他各機(jī)件。在測(cè)定水溶性樣品后，用脫脂棉吸水洗凈，若為油類樣品，須用乙醇或乙醚、二甲苯等擦拭。第24頁(yè)，共26頁(yè)，2023年，2月20日，星期五常用標(biāo)準(zhǔn)液

標(biāo)準(zhǔn)液

T（K）

T(0C)NDt

(-dn/dtx105)水

丙酮氯仿苯

氯苯

醋酸

二硫化碳二碘甲烷

288293298293288288293288293288293288288152025201515201520152515151.333391.332991.332501.35911.44861