(от лат. refractus - ïðåëîìëåííûé è... ìåòðèÿ (Ñì. ...метрия)
раздел оптической техники, посвященный методам и средствам измерения преломления показателей (См.
Преломления показатель) (ПП) твёрдых, жидких и газообразных сред в различных участках спектра оптического излучения (См.
Оптическое излучение) (света). Зная ПП
n и его дисперсию (зависимость от длины волны света)
D, можно определить и др. величины, зависящие от
n и
D. Методы Р. разделяются на: 1) методы прямого измерения углов преломления света (См.
Преломление света) при прохождении им границы раздела двух сред; 2) методы, в которых используется явление полного внутреннего отражения (См.
Полное внутреннее отражение) (ПВО) света; 3) интерференционные методы (см.
Интерференция света)
; 4) фотометрические методы, в которых используется зависимость
Отражения коэффициента (или коэффициента пропускания (См.
Пропускание)) света на границе двух сред от соотношения их ПП (см.
Отражение света, Френеля формулы); 5) прочие методы (измерение фокусного расстояния линзы (См.
Линза) и кривизны её поверхностей для определения ПП её материала, измерение поперечного смещения луча плоскопараллельной пластинкой (См.
Плоскопараллельная пластинка) из исследуемого материала,
Иммерсионный метод и т.д.). Наиболее распространены первые три из этих групп методов Р.
Для измерения методами 1-й группы образцу придают форму призмы (см.
Дисперсионные призмы) и определяют ПП, добиваясь поворотом призмы того, чтобы угол отклонения луча 8
(
рис. 1, а) был минимален. При другом способе измерения
n исследуемый образец помещают в специально изготовленную призму с известным ПП
N (
рис. 1, б). Для измерения ПП жидкостей призматические образцы выполняются полыми и заливаются исследуемой жидкостью. Точность определения ПП этими методами - 10
-5, а разности ПП двух веществ Рефрактом
етрия
10
-7. Очень часто используются и методы Р., основанные на явлении ПВО. Образец с измеряемым ПП приводится в
Оптический контакт с эталонной призмой из материала с высоким и заранее точно измеренным ПП
N (
рис. 2)
. Свет может направляться как со стороны образца, так и со стороны призмы. В обоих случаях в определённом (очень узком) интервале углов падения пучка лучей на границу раздела образца и призмы в поле зрения наблюдательной зрительной трубы появится чёткая граница, разделяющая тёмный и светлый участки поля. Один из участков (тёмный при освещении со стороны образца, светлый при освещении со стороны призмы) соответствует лучам, претерпевающим ПВО, а граница этого участка - предельному, или критическому, углу падения луча. Точность метода ПВО Рефрактом
етрия 10
-5.
В интерференционных методах разность ПП сравниваемых сред определяют (
рис. 3) по числу порядков интерференции (См.
Порядок интерференции) лучей, прошедших через эти среды. Точность этих методов достигает 10
-7-10
-8. Их применяют, например, при измерениях в газах и разбавленных растворах.
Приборы для определения ПП методами Р. называют рефрактометрами (См.
Рефрактометры)
.
Р. нашла широкое применение в физической химии для определения состава и структуры веществ, а также для контроля качества и состава различных продуктов в химической, фармацевтической, пищевой и многих других отраслях промышленности. Достоинства рефрактометрических методов химического количественного анализа (См.
Количественный анализ)
- быстрота измерений, малый расход вещества и высокая точность. Знание
Градиентов
ПП позволяет производить расчёт градиентов плотности и концентрации. В некоторых случаях по виду кривых ПП можно делать выводы о характере взаимодействия веществ и образовании соединений. Методы Р. используют при проверке однородности твёрдых образцов и жидкостей, в аэро- и гидродинамических исследованиях. Особую роль играет Р. в оптической промышленности, так как ПП и дисперсия стекла и других оптических материалов являются их важнейшими характеристиками.
Лит.: Шишловский А. А., Прикладная физическая оптика, М., 1961; Иоффе Б. В., Рефрактометрические методы химии, 2 изд., Л., 1974.
М. В. Лейкин.
Рис. 1. Определение показателя преломления (ПП) n по отклонению луча в призматических образцах. а - ход луча через призму с преломляющим углом α . Угол отклонения δ имеет наименьшую величину при равенстве углов входа луча в призму и выхода из неё: i
1 = i
2 (т. н. симметричный ход луча через призму), n определяют по формуле
n. б - ход луча через призму с измеряемым ПП n, помещенную в прямоугольную выемку призмы с известным ПП N; показан наиболее распространённый вариант с преломляющим углом призмы α = 90° и углами γ
1 = γ
2= 45°. n связан с измеряемым углом β выхода луча соотношением
Рис. 2. Измерение показателя преломления (ПП) п с использованием явления полного внутреннего отражения (ПВО). 1-1'; 2-2' - ход лучей при освещении со стороны исследуемого образца (для упрощения рисунка отражённая часть луча 2 не показана). 1-1' - предельный луч, соответствующий углу φ
1пво в материале нижней призмы. 3-3'; 4-4'; 5-5' - ход лучей при освещении снизу, со стороны призмы с известным ПП N. 4-4' - предельный луч, при падении которого под углом φ
2пво на границу раздела призмы и образца происходит ПВО. А и В - схематические изображения поля зрения наблюдательной трубки при прохождении через неё предельных лучей 1' и 4'. n связан с измеряемым углом β между направлением предельного луча и нормалью к грани призмы формулой
, где
α - преломляющий угол призмы с известным ПП.
Рис. 3. Принцип действия интерференционного рефрактометра. Луч света разделяют так, чтобы две его части прошли через кюветы длиной l, заполненные веществами с различными показателями преломления. На выходе из кювет лучи приобретают определённую разность хода и, будучи сведены вместе, дают на экране картину интерференционных максимумов и минимумов с k порядками (схематически показана справа). Разность показателей преломления Δn = n2 - n1 = kλ/2, где λ - длина волны света.