Концентрации раствора при помощи рефрактометра

Определение показателя преломления жидкостей и неизвестной

Цель работы: освоить метод определения показателя преломления

прозрачных жидкостей с помощью рефрактометра.

Задачи исследования: изучить принцип действия рефрактометра и

определить зависимость показателя преломления водного раствора

глицерина от концентрации. Определить неизвестную концентрацию

раствора.

Рефрактометром называют прибор, служащий для определения

показателя преломления световых лучей в прозрачных жидкостях.

Принцип действия прибора основан на явлении полного внутреннего

отражения, возникающем на границе раздела двух сред, при переходе луча из

оптически более плотной в оптически менее плотную среду.

Главной частью рефрактометра является система двух прямоугольных

призм – осветительной (А1B1C1) и измерительной (АВС), сделанных из

стекла с большим показателем преломления (рис. 1).

У осветительной призмы грань А1B1 матовая, а грань АВ измерительной

призмы полированная. Призмы расположены так, что между гранями

остается узкое плоско-параллельное пространство, которое заполняется

исследуемой жидкостью. При работе в проходящем свете лучи от источника света проходят через

грань В1C1 осветительной призмы и падают на матовую поверхность грани

А1B1. Вследствие рассеяния света матовой поверхностью в исследуемую

жидкость входят лучи под всевозможными углами (см. точки а и b).

Благодаря этому, углы падения лучей, падающих на границу АВ жидкость-

стекло, будут иметь значения от 0° до 90°.

Для луча, скользящего по границе раздела, угол падения i0 = 90° и

согласно закону преломления:

1 2 0

= n n r sin,

где n1 – показатель преломления жидкости, а n2 – показатель преломления

призмы (n1 < n2), r0 – предельный угол полного внутреннего отражения.

Рис.1. Если на пути лучей, выходящих из измерительной призмы, поставить

зрительную трубу, то нижняя половина её поля зрения будет освещена, а

верхняя остается темной. При этом положение границы светотени

определяется лучом, соответствующим предельному углу.

При работе в отраженном свете лучи света направлены на матовую грань

ВС измерительной призмы. Лучи на ней рассеиваются, попадают на грань

АВ под всевозможными углами и преломляются на границе стекло-жидкость.

Те лучи, которые падают на поверхность АВ под углом меньшим

предельного, пройдут в жидкость и далее в призму A1B1C1. Лучи, которые

упадут на границу под углом, большим предельного, претерпят в призме

ABC полное внутреннее отражение и выйдут через границу АС. В поле

зрения зрительной трубы будут наблюдаться две области: верхняя – ярко

освещенная и нижняя – темная.

При наблюдении в белом свете граница света и тени из-за дисперсии

будет размыта и окрашена. Для устранения окраски и получения резкого

изображения границы служит компенсатор, состоящий из двух призм

прямого зрения, которые могут вращаться во взаимно перпендикулярных

направлениях.

Призма прямого зрения (призма Амичи) склеена из трех трехгранных

призм (рис. 2), изготовленных из стекол разного сорта. Две крайних призмы

изготовлены из крона с показателем преломления nк, а средняя - из флинта

(nф, nф>nк). Такая призма, не меняя направления желтых лучей, отклоняет

синие и фиолетовые лучи в сторону основания средней призмы, а оранжевые

и красные – в сторону ее вершины.

Если на пути выходящего из измерительной призмы пучка цветных

лучей установить призму Амичи так, чтобы ее дисперсия оказалась равной

по величине и противоположной по знаку дисперсии измерительной призмы,

то суммарная дисперсия будет равна нулю, а пучок цветных лучей соберется

в белый луч. Практически удобнее использовать две призмы прямого зрения,

общую дисперсию которых легко регулировать, вращая их относительно

друг друга.

Смоделировать работу компенсатора можно следующим образом.

Возьмите у лаборанта две призмы Амичи. Установите их вдоль одной

оптической оси и посмотрите на хорошо освещенный предмет. Вы увидите,

что он имеет размытые, окрашенные границы. Вращайте призмы вдоль

оптической оси и добейтесь исчезновения радужной окраски.

белый

свет

ф

к

крон крон

флинт

ж

Рис. 2. Ход лучей в призме Амичи. Данная лабораторная работа может быть выполнена с использованием рефрактометров двух марок: РДУ и ИРФ-454Б. Ниже приводится их описания и порядок выполнения работы. Выберете нужный вариант.

Описание рефрактометра РДУ и порядка выполнения измерений.

На основании 1 (рис. 3) установлена стойка 2, к которой крепится корпус

3. На корпусе укреплена зрительная труба 4 и микроскоп 5. Микроскоп

позволяет рассмотреть шкалу показателей преломления изучаемого

вещества. Перед зрительной трубой внутри корпуса установлен

дисперсионный компенсатор 6, который поворачивается вращением ручки 7.

На одной оси с корпусом находится камера измерительной призмы 8,

связанная шарниром с камерой осветительной призмы 9. Для удобства

нанесения раствора на измерительную призму, корпус совместно с камерами

можно повернуть вращением ручки 10. Для направления светового потока на

входную грань осветительной призмы служит зеркало 11

39..Микроскопия (МКС) (лат. μΙκροσ — мелкий, маленький и σκοποσ — вижу) — изучение объектов с использованием микроскопа. Подразделяется на несколько видов: оптическая микроскопия, электронная микроскопия, многофотонная микроскопия, рентгеновская микроскопия или рентгеновская лазерная микроскопия, отличающиеся использованием электромагнитных лучей с возможностью рассмотрения и получения изображений микроэлементов вещества в зависимости от разрешающей способности приборов (микроскопов). Оптическая микроскопия

Оптический микроскоп

Человеческий глаз представляет собой естественную оптическую систему, характеризующуюся определённым разрешением, т. е. наименьшим расстоянием между элементами наблюдаемого объекта (воспринимаемыми как точки или линии), при котором они ещё могут быть отличены один от другого. Для нормального глаза при удалении от объекта на т. н. расстояние наилучшего видения (D = 250 мм), среднестатистическое нормальное разрешения составляет 0,176 мм. Размеры микроорганизмов, большинства растительных и животных клеток, мелких кристаллов, деталей микроструктуры металлов и сплавов и т. п. значительно меньше этой величины. Для наблюдения и изучения подобных объектов и предназначены оптические микроскопы различных типов.

Немецкие ученые ШтефанХелль (англ. StefanHell) и МарианоБосси (англ. MarianoBossi) из Института биофизической химии в 2006 году разработали наноскоп, позволяющий наблюдать объекты размером около 15 нм.

Для получения больших увеличений применяется микроскоп. Оптическая система микроскопа состоит из двух частей более или менее сложной конструкции: объектива (обращенного к объекту) и окуляра (обращенного к глазу). Ход лучей в микроскопе показан на рис. 251, причем объектив и окуляр заменены на рисунке простыми линзами.

Как и лупа, микроскоп дает возможность рассматривать изображение предмета под большим углом, чем это возможно

Рис. 251. Ход лучей в микроскопе
для невооруженного глаза. Небольшой предмет S1S2 помещается перед объективом 1 микроскопа на расстоянии, немного большем фокусного расстояния объектива; его действительное изображение S'1S'2 находится вблизи переднего фокуса F2 окуляра 2 — между окуляром и его передним фокусом. Это изображение рассматривается глазом через окуляр, как через лупу; на сетчатке глаза образуется изображение S'''1S'''2, которое воспринимается глазом как исходящее от мнимого увеличенного изображения S"1S"2. D — расстояние между задним фокусом объектива и передним фокусом окуляра — называется оптической длиной тубуса микроскопа; от нее зависит увеличение микроскопа. S'1S'2 находится в передней фокальной плоскости окуляра, т. е. изображение S"1S"2 лежит в бесконечности; при этом глаз находится в ненапряженном состоянии.

Увеличением микроскопа, как и в случае лупы, называется отношение длины изображения какого-либо отрезка, получаемого на сетчатой оболочке глаза при помощи микроскопа, к длине изображения того же отрезка на сетчатке при рассматривании его невооруженным глазом.

Действие микроскопа эквивалентно действию лупы с фокусным расстоянием f, равным фокусному расстоянию всего микроскопа. Пользуясь формулой (114.1), для увеличения микроскопа находим

Фокусное расстояние микроскопа как системы из двух линз может быть сделано значительно меньше, чем фокусное расстояние объектива или окуляра в отдельности. В соответствии с этим увеличение микроскопа значительно больше увеличения, даваемого объективом или окуляром. Как показывает расчет, увеличение микроскопа равно произведению увеличения объектива и увеличения окуляра. Поэтому нередко применяют микроскопы с увеличением около 1000 и даже больше.
Основные части оптической системы микроскопа — объектив 1 и окуляр 2 — размещаются на концах цилиндрической трубки, укрепленной в штативе (рис. 252). Объект 3 помещается на предметном столике 4 и освещается снизу с помощью зеркала 5 и конденсора 6. Оправы объектива и окуляра устанавливаются в металлической трубке — тубусе 7. Наводка на резкое изображение осуществляется с помощью винта кремальеры 8 (грубая наводка) или микрометрического винта 9 (точная наводка). Окуляры и объективы микроскопа делаются сменными, благодаря чему можно быстро менять увеличение системы. Быстрая смена объективов с разным увеличением производится с помощью револьвера 10. Тубус и столик укреплены на массивном штативе 11.

Рис. 252. Микроскоп
Наличие действительного промежуточного изображения, даваемого объективом, расширяет область применения микроскопа. Оно делает возможным точные измерения размеров предмета, для чего в фокальную плоскость окуляра помещают шкалу, нанесенную на прозрачную пластинку. Можно получить проекцию этого изображения на экран, сфотографировать его и т. д. (см. упражнение 53 в конце этой главы).

40.Дифpакцией называется огибание светом пpепятствий. Дифракция тесно связана с явлением интерференции. Если на пути параллельного светового пучка расположено круглое препятствие (круглый диск, шарик или круглое отверстие в непрозрачном экране), то на экране, расположенном на достаточно большом расстоянии от препятствия, появляется дифракционная картина – система чередующихся светлых и темных колец. Если препятствие имеет линейный характер (щель, нить, край экрана), то на экране возникает система параллельных дифракционных полос.
Явление дифракции света объясняется идеей Френеля: каждая точка волнового фронта является источником вторичных волн, причем все вторичные источники когерентны (принцип Гюйгенса - Френеля).

На рис. изображена плоская световая волна, падающая на непрозрачный экран с отверстием. За экраном фронт результирующей волны (огибающая всех вторичных волн) искривляется, в результате чего свет отклоняется от первоначального направления и попадает в область геометрической тени.

Законы геометрической оптики выполняются достаточно точно лишь в том случае, если размеры препятствий на пути распространения света много больше длины световой волны:

Дифракция происходит в том случае, когда размеры препятствий соизмеримы с длиной волны: L ~ Л.

Дифракционная картина, полученная на экране, расположенном за различными преградами, представляет собой результат интерференции: чередование светлых и темных полос (для монохроматического света) и разноцветных полос (для белого света). Дифракционная решетка - оптический прибор, представляющий собой совокупность большого числа очень узких щелей, разделенных непрозрачными промежутками. Число штрихов у хороших дифракционных решеток доходит до нескольких тысяч на 1 мм.

Если ширина прозрачной щели (или отражающих полос) а, а ширина непрозрачных промежутков (или рассеивающих свет полос) b, то величина d = а + b называется периодом решетки.

Измерение размеров эритроцитов методом дифракции.
Для исследования биологических объектов наиболее часто используется дифракционный метод.
Одним из наиболее распространенных объектов дифрактометрического исследования являются красные клетки крови.
ход исследования:

Эридифрактометр предназначен для динамического контроля сдвиговой упругости живых эритроцитов (достаточно стандартной пробы крови из пальца) в гидродинамическом контуре, который моделирует круг кровообращения. Суспензию с концентрацией эритроцитов заливают в широкую буферную часть с открытой поверхностью. Через нее же можно вводить свет, добавлять и откачивать кислород, а также применять иные воздействия, например, тестировать реакцию на лекарственный препарат. Измерения проводятся в другой части контура, где луч зондирующего и весьма маломощного (менее 1 мВт) лазера пересекает тонкую оптическую кювету - плоский капилляр. Используется основное свойство дифракции Фраунгофера (в параллельных лучах). Световой пучок, пересекающий плоскость с N случайно расположенными малыми дисками одинакового диаметра, дает такую же систему концентрических колец, как и одиночный диск, только яркость изображения в N раз больше. По нему сразу можно определить диаметр диска. Если диаметры дисков немного различаются (что характерно для эритроцитов!), то кольца немного размываются, и с помощью фотометрирования можно определить распределение по размерам. Когда диски овальные, но в плоскости ориентированы одинаково, дифракционная картина состоит из системы овальных колец, развернутых на 90 градусов.

41. Разрешающая способность оптических приборов, характеризует способность этих приборов давать раздельные изображения двух близких друг к другу точек объекта. Наименьшее линейное или угловое расстояние между двумя точками, начиная с которого их изображения сливаются, называется линейным или угловым пределом разрешения. Обратная ему величина обычно служит количественной мерой Р. с.

Разрешающая способность микроскопа: z = A/0.5 λ=n*sin(u/2)/ 0.5 λ

A-числовая апертура, A= n*sin(u/2); u/2- апертурный угол объектива,u- угол раскрытия объектива; λ – длина волны света

Предел разрешения микроскопа: D=1/z

Разрешающаяспособностьглаза это минимальный диаметр пятна: которое рассматривается с расстояния наилучшего зрения (25-30 см) и. который человеческий глаз может отличить от остальных предметов.

Под полезным понимают такое увеличение наблюдаемого объекта, при котором можно выявить новые детали его строения, олезное увеличение обычно равно числовой апертуре объектива, увеличенной в 500-1000 раз.

Дата добавления: 2014-12-27