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.

ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОКОНТРОЛЯ

1. Какой угол называется углом падения?

2. Какой угол называется углом преломления?

3. Сформулируйте закон преломления?

4. Запишите математическую формулу закона преломления.

5. Что называется относительным (абсолютным) показателем преломления?

6. Какая характеристика световой волны не изменяется при переходе волны из одной среды в другую?

7. Что является причиной изменения направления распространения световой волны при переходе из одной среды в другую?

8. Как связаны абсолютный показатель преломления среды и скорость распространения света в ней?

9. В чем заключается явление полного внутреннего отражения? При каких условиях оно наблюдается?

10. Дайте понятие предельного угла полного внутреннего отражения.

11. Напишите условие, из которого можно определить предельный угол полного внутреннего отражения.

12. Из чего состоит оптическая система рефрактометра типа РЛ-2?

13. Объясните принцип действия рефрактометра.

14. Что такое волоконная оптика?

15. С какой целью используется рефрактометр в медицине?

16. Применение волоконной оптики в медицине.

ПЛАН ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

Последовательность действий	Способ выполнения задания
1. Знакомство с устройством рефрактометра.	1. Рассмотрите основные части рефрактометра (рис. 3).       Рис 3.
2. Подготовка прибора к работе.	1. Установите на некотором расстоянии от рефрактометра источник света - лампу (5), чтобы свет падал на входное окно осветительной призмы (4). 2. Поворачивая окуляр (6), добейтесь, чтобы перекрестие в верхней части освещенного поля зрения было видно резко. Одновременно фокусируется на резкость и изображение шкалы в нижней части поля зрения. Поворотом зеркала добейтесь наилучшей освещенности шкалы. 3. Откиньте осветительную призму (7), протрите поверхность измерительной призмы (8).
3. Определение показателя преломления жидкости (дистиллированной воды) с помощью рефрактометра.	Нанесите 1-2 капли дистиллированной воды при помощи пипетки на полированную поверхность измерительной призмы и опустите верхнюю камеру на нижнюю. Вращением маховика (1) границу светотени введите в поле зрения окуляра. Вращайте маховик (3) до исчезновения окраски граничной линии. Наблюдая в окуляр, маховиком (1) наведите границу светотени точно на перекрестие и по шкале показателей преломления снимите отсчет для воды. Индексом для отсчета служит непо- движный вертикальный штрих (черная линия) призмы. Цена деления шкалы 1•10-3. Целые, десятые, сотые и тысячные доли отсчитывайте по шкале, десятитысячные доли оценивайте на глаз. Измерения проведите не менее 3-х раз. Среднее значение результата занесите в таблицу.
№ п/п	Концентрация раствора С%	Показатель преломления	Среднее значение
Вода
4. Исследование зависимости показателя преломления раствора от его концентрации.	1. Определите с помощью рефрактометра показатели преломления приготовленных растворов. Измерения с каждым раствором проведите не менее 3-х раз. Средние значения результатов занесите в таблицу. 2. На основании полученных данных постройте график зависимости показателя преломления от концентрации n=f(c). Проанализируйте результаты. 3. Определите с помощью рефрактометра показатель преломления неизвестного раствора по графику зависимости его концентрации.
5. Сделайте вывод.