Теоретичні відомості. Вивчення фізичних основ рефрактометрії

Вивчення фізичних основ рефрактометрії

Лабораторна робота № 2

Послідовність виконання роботи

1. Встановити в мікроскоп об’єктив і окуляр.

2. Закріпити об’єктний мікрометр у центрі предметного столика мікроскопа. Спостерігаючи в окуляр, освітити поле зору мікроскопа, повертаючи дзеркало освітлювача.

3. Опустити тубус мікроскопа майже до співдотику об’єк­тива з об’єктивним мікрометром. Піднімаючи тубус мікроскопа з допомогою кремальєри, добитися чіткого зображення шкали об’єктного мікрометра.

4. Витягнути окуляр з тубуса мікроскопа і вкласти в нього окулярний мікрометр так, щоб його поділки можна було чітко побачити в полі зору окуляра. Вставити окуляр на місце, встановити поділки шкали окулярного і об’єктивного мікрометрів паралельно одна одній.

5. Зробити відліки а₁ і а₂, тобто підрахувати, скільки цілих поділок (а₂) окулярної шкали в (а₁) цілих проділках об’єктивної шкали (див. рис.4.1.2). За формулами (4.1.8) і (4.1.9) роз­рахувати кратність об’єктива К₁ і збільшення мікроскопа Y.

Таблиця 4.1.1.

№	l1	l1	a1	a2	K1	K2	Y
	мм	мм	поділок	поділок

1. Вимірювання провести з об’єктивами

із різним збільшенням.

2. Результати вимірів і обчислень записати в таблицю 4.1.1.

3. За завданням викладача визначити реальні

розміри мікроскопованого об’єкта.

4. Записати висновки.

Контрольні запитання

1. Нарисувати та пояснити хід променів в мікроскопі.

2. Роздільна здатність мікроскопа та методи її збільшення.

3. Межа розділення мікроскопа.

4. Апретурний кут об’єктива мікроскопа і його

числова апертура.

5. Вивести формулу збільшення мікроскопа.

6. Пояснити сферичну і хроматичну аберації.

Мета роботи: вивчити будову і принцип роботи рефрактометра, явище заломлення світла, навчитися визначати концентрацію прозорих рідин з допомогою рефрактометра.

Обладнання: рефрактометр, пробірки з розчинами сахарози різної концентрації, дистильована вода, піпетки, вата або фільтрувальний папір.

Встановлено, що швидкість поширення світла в різних прозорих середовищах різна і менша, ніж швидкість поширення світла в вакуумі. На межі поділу двох різних оптично однорідних середовищ відбувається відбивання і заломлення світла. Для цих явищ встановлені відомі закони геометричної оптики і такі поняття:

1. Кут падіння, відбивання, заломлення — це кут між відповідним променем і перпендикуляром, опущеним в точку падіння променя.

2. Показник заломлення — n.

а) Абсолютний показник заломлення показує, у скільки разів швидкість світла в певному середовищі (v) менша швидкості світла в вакуумі (с):

. (4.2.1)

Це безрозмірна величина, рівна для вакууму одиниці і різна для різних речовин. Нижче наведені значення абсолютних показників заломлення для деяких речовин при освітленні їх жовтим світлом (довжина хвилі l = 589 нм):

Таблиця 4.2.1.

Речовина	Показник заломлення n
Повітря	1,0003
Вода	1,333
Спирт етиловий	1,362
Гліцерин	1,47
Кедрове масло	1,52
Канадський бальзам	1,53
Скло (легкий крон)	1,57
Алмаз	2,42

б) відносний показник заломлення n_2-1 другого середовища (n₂) відносно першого (n₁) — враховує, що показники заломлення середовищ обернено пропорційні швидкостям поширення світла в цих середовищах:

, (4.2.2)

де a — кут падіння променя, g — кут заломлення.

Рис.4.2.1. Хід променів на межі поділу

двох середовищ (n₁>n₂).

При проходженні променя світла з оптично густішого середовища n₁ (рис.4.2.1 зліва) в менш оптично густе середовище n₂, (із скла в воду), згідно закону заломлення, кут падіння a менший від кута заломлення g. При деякому значенні кута падіння a = А (рис.4.2.1 у центрі) кут заломлення g стане рівним 90°, тобто заломлений промінь не входить у друге середовище, а ковзає на межі поділу середовищ. Кут падіння А, якому відповідає кут заломлення g = 90°, називається граничним. При значеннях кута a більших кута А світло буде повністю відбиватися в перше середовище; таке явище називається повним внутрішнім відбиванням (рис.4.2.1 справа).

Згідно закону заломлення:

або .

Це означає, що за виміряним значенням граничного кута А_гр можна визначити відносний показник заломлення, а при відомому показнику заломлення одного з середовищ можна визначити абсолютний показник заломлення другого середовища. Слід відзначити, що показник заломлення є важливою характеристикою рідини, який визначається її хімічною структурою, концентрацією в ній тих чи інших складників і густиною досліджуваного розчину. Значення n шлункового соку, сечі, білка, спинномозкової рідини є діагностичними.

Оптичний прилад, в якому використовується явище повного внутрішнього відбивання і який служить для визначення показників заломлення різних речовин, називається рефрактометром. Рефрактометр широко використовується в медицині для лабораторних досліджень при діагностиці захворювань (визначають склад білків в сироватці крові, гемоглобіну в еритроцитах, склад солей в лікувальних грязях). В фармації рефрактометри використовуються для визначення концентрації речовин у розчинах.

Рис.4.2.2. Оптична схема рефрактометра.

На залежності показника заломлення від концентрації оснований метод кількісного аналізу. Оптична схема рефрактометра складається з двох скляних призм (І,ІІ, рис.4.2.2), встановлених у спеціальній камері (І), яка відкривається. Верхня призма має матову відкриту грань і вико­ристовується як освітлювальна. Крізь неї проходить світло від освітлювача через бічне віконце у стінці камери.

Досліджувану рідину поміщають між гранями призм І і ІІ. Вимірювальна призма ІІ виготовлена із скла з показником заломлення, більшим, ніж показник заломлення досліджуваної рідини. В окуляр можна спостерігати межу поділу середовищ - досліджуваної рідини і вимірювальної призми.

Переміщенням окуляра в вертикаль­ному прорізі рефрактометра знаходять положення, в якому добре видно освітлене відбитим світлом середовище (вимірювальна при­зма ІІ) при повному внутрішньому відбиванні. Відповідне цьому положенню значення граничного кута А однозначно визначає величи­ну показника заломлення (n) досліджуваної рідини, оскільки для вимірювальної призма показник заломлення відомий і постійний. В полі зору окуляра розташована шкала, проградуйована в значен­нях показника заломлення.

На явищі повного внутрішнього відбивання основана волоконна оптика — розділ оптики, в якому розглядають передачу світла і зображення по світлопроводам. Світло, попадаючи всередину прозорого волокна, оточеного речовиною з меншим показником заломлення, багаторазово відбивається і поширюється вздовж цього волокна (рис.4.2.3).

Рис. 4.2.3. Хід променів у волокні.

Для передачі великих світлових потоків і збереження гнучкості світлопровідної системи окремі волокна збираються в пучки (жгути) — світ­ловоди. В медицині світловоди використовують для роз­в’язку двох задач:

1) передачі світлової енергії для освітлення холодним світлом внутрішніх порожнин і 2) передачі зображення.

Це сучасні методи ендоскопічної діагностики внутрішніх порожнин (шлунка, бронхів, сечового міхура, прямої кишки і т. д.) — відповідні прилади: гастроскопи, бронхоскопи, трахоскопи. Сучасні методи оперативного втручання у відповідні органи — прилади лапароскопи.

З метою лікувальної дії на пухлини з допомогою світловодів передається лазерне випромінювання у внутрішні органи. Слід відзначити, що сітківка ока людини є високоорганізованою волоконно-оптичною системою, яка складається з»130∙10⁶ волокон. Це найбільш складна волоконно-оптична система.

Дата добавления: 2014-12-07