Принцип действия рефрактометра основан на явлении полного внутреннего отражения при прохождении светом границы раздела двух сред с разными показателями преломления.
Все измерения следует проводить в «белом» свете (дневном или электрическом).
Показатель преломления прозрачных сред следует измерять в проходящем свете, а полупрозрачных и мутных – в отраженном. Для этого несколько капель исследуемой жидкости поместить между двумя гипотенузными гранями АВ призмы 1 и A1B1 призмы 3 (рис. 2).
Рис. 2. Схема призм рефрактометра: 1 – призма измерительная;
2 – жидкость исследуемая; 3 – призма осветительная
Лучи света проходят осветительную призму 3, рассеиваясь на выходе матовой гранью A1B1 входят в исследуемую жидкость и падают на полированную грань АВ измерительной призмы 1.
Поскольку на рефрактометре исследуются вещества, показатель преломления которых меньше показателя преломления измерительной призмы, то лучи всех направлений, преломившись на границе жидкости и стекла, войдут в измерительную призму 1.
По закону преломления имеем:
Sin φ = n / N (1)
Sin β = N ·Sin β' (2)
причем β' = φ – α. (3)
Исключая промежуточные углы β' и φ из уравнений (1), (2), (3), получим формулу для определения показателя преломления исследуемого вещества:
n = Sin α (N 2 – Sin2 β)1/2 + Cos α · Cos β, (4)
где N – показатель преломления измерительной призмы; β – угол выхода луча из измерительной призмы; α – преломляющий угол измерительной призмы.
При рассмотрении пучка лучей, выходящих из призмы 2 (рис. 3) в зрительную трубу (7 – линза склеенная, 8 – сетка, 9 – окуляр), верхняя часть поля зрения будет освещена, а нижняя останется темной.
Рис. 3. Схема оптического рефрактометра ИРФ – 454 Б2М: 1 – зеркало;
2 – призма измерительная; 3 – стекло защитное; 4 – зеркало; 5 – призма
осветительная; 6 – компенсатор; 7 – линза склеенная; 8 – сетка; 9 – окуляр;
10 – призма АР-90º; 11 – зеркало; 12 – объектив; 13 – зеркало;
14 – светофильтр; 15 – призма; 16 – шкала
Получаемая граница светотени определяется пучком, выходящим из призмы 2 под предельным углом β. Граница светотени с перекрестием, штрихи шкалы 16 и отсчетный штрих призмы 10 оптической системой (16 – шкала, 12 – объектив, 11 – зеркало) проецируются в фокальную плоскость окуляра 9.
Наблюдая в окуляр 9, следует совместить границу светотени с перекрестием сетки 8, разворачивая зеркало 4 и жестко связанную с ним шкалу 16, и снять с этой шкалы отсчет величины показателя преломления, а при необходимости – процентное содержание растворимых сухих веществ.
Для ахроматизации границы светотени и измерения средней дисперсии исследуемого вещества до 0,07 (угол 4°51') служит компенсатор 6, состоящий их двух призм прямого зрения (призм Амичи). Призмы Амичи вращаются вокруг оптической оси в противоположные стороны.
Для выставления начала отсчета необходимо перемещать объектив 12 в плоскости, перпендикулярной поверхности штрихов шкалы 16.
Для подсветки шкалы 16 и окраски поля зрения служат зеркало 13 и светофильтр14.
При работе в отраженном свете измерительную призму 2 необходимо подсвечивать зеркалом 1.
