Лабораторный практикум

Лабораторная работа № 17.
Определение концентрации
раствора глюкозы рефрактометром

Цель работы: определить концентрацию глюкозы раствора с неизвестной концентрацией с помощью рефрактометра.

Литература: §§ 165.

Приборы и материалы: рефрактометр, набор растворов с известной концентрацией глюкозы, раствор с неизвестной концентрацией, дистиллированная вода, фильтровальная бумага, пипетки.

При переходе света через границу раздела двух сред, скорость распространения света в которых различна, происходит изменение его направления. Это явление называется преломлением или рефракцией света.

Вспомним законы отражения и преломления света:

1. Падающий, отраженный лучи, а также перпендикуляр к границе раздела сред, восстановленный в точке падения луча, лежат в одной плоскости. Угол падения равен углу отражения.
2. Падающий, преломленный лучи, а также перпендикуляр к границе раздела сред, восстановленный в точке падения луча, лежат в одной плоскости. Отношение синуса угла падения (α) к синусу угла преломления (β) - величина постоянная для данных двух сред, равна отношению скоростей света в первой и второй средах:

(1.1)

Отношение скорости с распространения света в вакууме к скорости u его распространения в данной среде называется абсолютным показателем преломления n среды:

(1.2)

Из формул (1.1) и (1.2) получаем Т.е. относительный показатель преломления сред равен отношению абсолютных показателей преломления этих сред.

Если свет падает из оптически более плотной среды в менее плотную (n₁ > n₂), то угол преломления β будет больше угла падения α. При увеличении угла падения угол преломления достигает величины β = π/2 быстрее, чем угол α, и свет во вторую среду уже не проходит. Соответствующий этому моменту угол α_пред. называют предельным, а само явление - полным внутренним отражением. На нем основана работа рефрактометра - прибора, предназначенного для определения показателей преломления жидких и твердых тел.

Основной частью рефрактометра являются две прямоугольные призмы 1 и 2, сделанные из одного и того же сорта стекла. Призмы соприкасаются гипотенузными гранями, зазор между которыми 0,1мм. Между призмами помещают каплю исследуемой жидкости. Луч света от источника 3 направляется на боковую грань верхней призмы и, преломившись, попадает на гипотенузную грань АВ. Поверхность АВ матовая, поэтому свет рассеивается и, пройдя через исследуемую жидкость, попадает на грань СD нижней призмы под различными углами от 0 до 90°. Если показатель преломления жидкости меньше показателя преломления стекла, то лучи света входят в призму 2 в пределах от 0 до α_пред. Пространство внутри этого угла будет освещенным, а вне его - темным. Таким образом, поле зрения, видимое в зрительную трубу, разделено на две части: темную и светлую. Положение границы раздела света и тени определяется предельным углом преломления, зависящим от показателя преломления исследуемой жидкости.

Рефрактометр ИФФ-22 состоит из: корпуса (2); измерительной головки (6), наклон которой относительно падающего света изменяется рукояткой (11); окуляра (10), через который наблюдают границу раздела между освещенной и неосвещенной областями, на которую, в момент отсчета показаний прибора, необходимо установить центр перекрестья окуляра; шкалы (9), по которой и отсчитывают показатель преломления исследуемого раствора. Для устранения окрашенности границы раздела на головке имеется небольшой маховичок (7), вращение которого меняет дисперсию специального компенсатора в оптической системе измерительной головки. Лампа (4) служит для подсветки измерительной системы прибора.

Порядок проведения измерений

1. Откиньте вправо верхнюю часть измерительной головки, нанесите несколько капель дистиллированной воды на призму В и прикройте ее призмой А, которая находится в верхней части измерительной головки, осторожно установив ее в первоначальное положение.
2. С помощью зеркала добейтесь наилучшей и равномерной освещенности шкалы и окна наблюдения слева в поле зрения трубы.
3. Маховичком слева корпуса прибора установите показания на шкале 1,33 (это приблизительное значение показателя преломления воды). При этом граница раздела "свет-тень" будет находиться в поле зрения наблюдателя.
4. Вращением маленького маховичка на измерительной головке прибора справа устраните окраску границы раздела.
5. Маховичком слева установите границу раздела на перекрестье и отсчитайте показания прибора по шкале.
6. Сместите границу «свет-тень» произвольным образом и вновь тщательно установите ее на перекрестье, произведите отсчет показателя преломления.
7. Эту операцию повторите не менее пяти раз и рассчитайте среднее значение показателя преломления.
8. Откройте измерительную головку, тщательно протрите призмы, нанесите на призму В несколько капель раствора с известной концентрацией и произведите все измерения, как это было проделано с дистиллированной водой.
9. Аналогичным образом измерьте показатели преломления всех растворов, включая и раствор с неизвестной концентрацией.
10. По полученным данным для растворов с известной концентрацией постройте график зависимости показателя преломления от концентрации раствора.
11. Пользуясь графиком, по показателю преломления неизвестного раствора найдите его концентрацию. Найдите погрешность определения концентрации, используя цену деления на графике.

Таблица 1

Контрольные вопросы

1. Сформулируйте законы отражения и преломления света.
2. Что такое абсолютный показатель преломления среды? Может ли его значение быть меньше 1?
3. Что такое относительный показатель преломления двух сред? Какие значения может принимать относительный показатель преломления?
4. В чем заключается явление полного внутреннего отражения? При каких условиях оно наблюдается?
5. Объясните работу рефрактометра.
6. Что такое дисперсия света?