实验阿贝折射仪测介质折射率折射率是透明材料的一个重要光学常数。

测定透明材料折射率的方法很多，如全反射法和最小偏向角法，最小偏向角法具有测量精度高、被测折射率的大小不受限制、不需要已知折射率的标准试件而能直接测出被测材料的折射率等优点。

但是，被测材料要制成棱镜，而且对棱镜的技术条件要求高，不便快速测量。

全反射法具有测量方便快捷，对环境要求不高，不需要单色光源等特点。

然而，因全反射法属于比较测量，故其测量准确度不高（大约Δn=3×10-4），被测材料的折射率的大小受到限制（约为1.3～1.7），且对固体材料还需制成试件。

尽管如此，在一些精度要求不高的测量中，全反射法仍被广泛使用。

阿贝折射仪就是根据全反射原理制成的一种专门用于测量透明或半透明液体和固体折射率及色散率的仪器，它还可用来测量糖溶液的含糖浓度。

它是石油化工、光学仪器、食品工业等有关工厂、科研机构及学校的常用仪器。

【实验目的】1.加深对全反射原理的理解，掌握应用方法。

2.了解阿贝折射仪的结构和测量原理，熟悉其使用方法。

3.通过对葡萄糖溶液折射率的测定确定其浓度。

【实验仪器】WAY阿贝折射仪、标准玻璃块一块，折射率液（溴代萘）一瓶，待测液（自来水，酒精，糖溶液）、滴管、脱脂棉及擦镜纸【实验原理】一、仪器描述阿贝折射仪是测量物质折射率的专用仪器，它能快速而准确地测出透明、半透明液体或固体材料的折射率（测量范围一般为1.4-1.7)，它还可以与恒温、测温装置连用，测定折射率与温度的变化关系。

阿贝折射仪的光学系统由望远系统和读数系统组成，如图1所示。

望远系统。

光线进入进光棱镜1与折射棱镜2之间有一微小均匀的间隙，被测液体就放在此空隙内。

当光线（自然光或白炽灯）射入进光棱镜1时便在磨砂面上产生漫反射，使被测液层内有各种不同角度的入射光，经折射棱镜2产生一束折射角均大于出射角度i的光线。

由摆动反射镜3将此束光线射入消色散棱镜组4，此消色散棱镜组是由一对等色散阿米西棱镜组成，其作用是可获得一可变色散来抵消由于折射棱镜对不同被测物体所产生的色散。

再由望远镜5将此明暗分界线成像于分划板 7上，分划板上有十字分划线，通过目镜8能看到如图2上部分所示的象。

读数系统。

光线经聚光镜12照明刻度板11（刻度板与摆动反射镜3连成一体．．．．同时绕刻度中心作回转运动）。

通过反射镜10，读数物镜9，平行棱镜6将刻度板上不同部位折射率示值成象于分划板7上(见图2)图 1 望远系统读数系统光路图1.进光棱镜2.折射棱镜3.摆动反光镜4.消色散棱镜组5.望远物镜组6.平行棱镜7.分划板8.目镜9.读数物镜10反光镜11.刻度盘12.聚光镜图 2读数镜视场中右边为液体折射率刻度，左边为蔗糖溶液质量分数（锤度Brix）（0-95％，刻度）图3仪器结构图1反射镜2棱镜座连接转轴3遮光板5进光棱座6色散调节手轮7色散值刻度圈8目镜9盖板10锁紧手轮11折射标棱镜座12照明刻度聚光镜13温度计座14底座15折射率刻度手轮17壳体18恒温器接头二、实验原理阿贝折射仪是根据全反射原理设计的，有透射光(掠入射)与反射光(全反射)两种使用方法。

（一）测定液体的折射率若待测物为透明浓体，一般用透射光即掠入射方法来测量其折射率n x。

阿贝折射仪中的阿贝棱镜组由两个直角角棱镜(折射串率为n)组成，一个是进光棱镜，它的弦面是磨砂的，其作用是形成均匀的扩展面光源。

另一个是折射棱镜。

待测液体(n x＜n)夹在两棱镜的弦面之间，形成薄膜。

如图4所示，图 4光先射入进光棱镜，由其磨砂弦面A，B，产生漫射光穿过液层进入折射棱镜(图中ABC)。

因此到达液体和折射棱镜的接触面(AB面)上任意一点E的诸光线(如1，2，3等)具有各种不同的入射角，最大的入射角是90度。

，这种方向的入射称为掠入射。

对不同方向入射光中的某条光线，设它以入射角i 射向AB 面，经棱镜两次折射后，从AC 面以'ϕ角出射，若x n n <，则由折射定律得sin sin x n i n =α 1）sin sin n 'β=ϕ 2）其中α为AB 面上的折射角，β为AC 面上的入射角。

由图4得棱镜顶角A 与α角及β角的关系为A =α+β则 A α=-β代入1）式得sin sin()(sin cos cos sin )x n i n A n A A =-β=β-β 3）由2）式得222sin sin n 'β=ϕ即222(1cos sin n '-β)=ϕ 2222cos sin n n '-β=ϕ则cos β=代入3）式得：sin sin cos sin x n i A '=ϕ从图4可以看出，对于光线“1”，有i →90》，sini →1，sin 'ϕ→sin ϕ，则上式变为sin cos sin x n A =ϕ因此，若折射棱镜的折射率n 、折射顶角95已知，只要测出出射角ϕ即可求出待测液体的折射率x n 。

若A =α-β,这时出射光线与顶角A 在AC 面法线的同侧，上式变为sin cos sin x n A =ϕ阿贝折射仪是如何测量与光线“1”相对应的出射角ϕ呢?由图4可知。

除光线“1”外，其它光线“2”、“3”等在AB 面上的入射角皆小于90度。

因此当扩展光源的光线从各个方向射向AB 面时，凡入射角小于90度的光线，经棱镜折射后的出射角必大于角而偏折于“1’”的左侧形成亮视场。

而“1”的另一测因无光线而形成暗场。

显然，明暗视场的分界线就是掠入射光束“1”的出射方向(“1’”)。

阿贝折射镜标出了与ϕ角对应的折射率值，测量时只要使明暗分界线与望远镜叉丝交点对准，就可从视场中折射率刻度读出n x 值。

（二）、测定固体的折射率若待测固体有两个互成90度角的抛光面，则可用透射光测定其折射率，如图5所示，在待测固体和折射棱镜AB 面上滴一滴接触液（其折射率为n 2，要求n 2）n x ，一般用折射率较高的溴代苯），扩展光源发出的光直接进入待测固体（不用进入光棱镜），经过接触液进入折射棱镜，其中一部分光线在通过待测固体时，传播方向平行于固体与接触液的交界面。

当2x n n n <<x 、n 时，同理，由折射定律和几何关系可得待测固体折射率为sin cos sin x n A =ϕ当出射光线与顶角A 分居于AC 面法线两侧时，公式取“－”号，反之，若在同侧时，公式取“＋”号。

由于折射棱镜的n 和A 均已知，只要测出光线掠入射经过待测固体时，由棱镜AC 面上出射极限角ϕ，由上式即可算出待测固体的折射率。

用阿贝折射仪测量时，只要明暗分界线与望远镜叉丝交点对准，就可直接读出n x 值。

接触液的存在并不影响n x 的测量，但只要求折射率2x n n >。

接触液的作用是使得待测样品面和折射棱镜面形成良好的光学接触，没有空隙且有粘附性。

此外，用反射光测定折射率的原理如图6所示，光由折射棱镜的磨砂面BC 进入，此时BC 面就成为一个扩展面光源，到达AB 面（与待测物质的接触面）上任意一点的诸光线具有不同的入射角，凡入射角大于临界角arcsin )x c n i n=（者，皆全反射，再经AC 面射出，用望远镜对准ϕ角方向，同样观察到明暗视场，但明暗差别不如透射光。

用反射光测量固体的折射率时，只需一个抛光面图 5图 6任何物质的折射率都与测量时使用的光波的波长有关。

阿贝折射仪因此有光补偿装置（阿米西棱镜组），所以测量时可用白光光源，且测量结果相当于对钠黄光（λ＝589.3nm）的折射率（即n D）。

另外，液体的折射率还与温度有关，因此若仪器接上恒温器，则可测定温度为0℃-50℃内的折射率即n D。

【实验内容与步骤】仪器使用与操作方法（一）准备工作（1）在开始测定前，必须先用蒸馏水（按附表）或用标准式样校对读数。

如用标准试样则对折射棱镜的抛光面加1-2滴溴代苯，再贴上标准试样的抛光面，当读数视场指示与标准试样上之值时，观察望远镜内明暗分界线是否在十字线中间，若有偏差则用螺丝刀微量旋转小孔内的螺钉，带动武警偏摆，使分界线象位移至十字线中心。

通过反复的观察与校正。

使示值的起始误差降至最小（包括操作者的瞄准误差）。

校正完毕后，在以后的测定过程中不允许随意再动此部位。

在日常的测量工作中一般不需校正仪器，如对所测的折射率示值有怀疑时可按上述方法进行检验，是否有起始误差，如有误差应进行校正。

（2）每次测定工作之前进行示值校正时必须将进光棱镜的毛面，折射棱镜的抛光面及标准试样的抛光面，用无水酒精与乙醚（1：1）的混合液和脱脂棉轻擦干净，以免留有其他物质，影响成像清晰度和测量准确度。

（二）测定工作（1）测定透明、半透明液体：将被测液体用干净滴管加在折射棱镜表面，并将进光棱镜盖上，用手轮10锁紧，要求液层均匀，充满视场，无气泡。

打开遮光板3，合上反射镜1，调节目镜视度，使十字线成像清晰，此时旋转手轮15并在目镜视场中找到明暗分界线的位置，再旋转手轮6使分界线不带任何彩色，微调手轮15，使分界线位于十字线中心，再适当旋转聚光镜12，此时目镜视场下方显示的示值即为被测液体的折射率。

（2）测定透明固体被测物体上需有一个平整的抛光面。

把进光棱镜打开，在折射棱镜的抛光面加1-2滴比被测物体折射率高的透明液体（如溴代苯），并将被测物体的抛光面擦干净放上去，使其接触良好，此时便可在目镜视场中寻找分界线，瞄准和读数的操作方法如前所述。

（3）测定半透明固体用上述方法将被测定半透明固体上抛光面粘在折射棱镜上，打开反射镜1并调整角度利用反射光束测量，具体操作方法同上。

（4）测量蔗糖溶液质量分数（锤度Brix）操作与测量液体折射率相同，此时读数可直接从视场中示值上半部分读出，即为蔗糖溶液质量分数。

（5）测定平均色散值：基本操作方法与测量折射率相同，只是以两个不同方向转动色散调节手轮6时，使视场中明暗分界线无彩色为止，此时需记下每次在色散值刻度圈7所示的刻度值Z，取其平均值，在记下每次在色散刻度圈7指示的刻度值Z，取其平均值，再记下其折射率n D 。

根据折射率n D 值，在阿贝折射仪色散表的同一横行中找出A 和B 值（若在n D 表中二数值中间时用内插法求得）。

再根据Z 值在表中查处相应的α值，当Z>30时α值取负值。

当Z<30时α取正值，按照所求出的A 、B 、α值代入色散值公式f c n n A B -=+α就可求出平均色散值（6）若需测量在不同温度时的折射率，将数显温度计旋入温度计座13中，接上恒温器的通水管，把恒温器的温度调节到所需测量温度，接通循环水，待温度稳定十分钟后，即可测量。

实验内容1．测定液体的折射率1）用脱脂棉沾酒精或乙醚将进光棱镜和折射棱镜擦试干净，干燥后使用。