折光率的測定

折光率的測定第1頁，共26頁，2023年，2月20日，星期五2.1基本概念2.1.1光的反射現(xiàn)象與反射定律2.1.2光的折射現(xiàn)象與折射定律2.1.3.全反射與臨界角第2頁，共26頁，2023年，2月20日，星期五2.1.1光的反射現(xiàn)象與反射定律一束光線照射在兩種介質的分界面上時，要改變它的傳播方向，但仍在原介質上傳播，這種現(xiàn)象叫光的反射，見下圖。光的反射遵守以下定律:（1）入射線、反射線和法線總是在同一平面內，入射線和反射線分居于法線的兩側。（2）入射角等于反射角。第3頁，共26頁，2023年，2月20日，星期五2.1.2.1光的折射現(xiàn)象當光線從一種介質射到另一種介質時，在分界面上，光線的傳播方向發(fā)生了改變，一部分光線進入第二種介質，這種現(xiàn)象稱為折射現(xiàn)象。2.1.2光的折射現(xiàn)象與折射定律第4頁，共26頁，2023年，2月20日，星期五2.1.2.2光的折射光線從一種介質（如空氣）射到另一種介質（如水）時，除了一部分光線反射回第一種介質外，另一部分進入第二種介質中并改變它的傳播方向，見下圖。2.1.2.3光的折射定律：（1）入射線、法線和折射線在同一平面內，入射線和折射線分居法線的兩側。

第5頁，共26頁，2023年，2月20日，星期五（2）無論入射角怎樣改變，入射角正弦與折射角正弦之比，恒等于光在兩種介質中的傳播速度之比。

式中：v1——光在第一種介質中的傳播速度；v2——光在第二種介質中的傳播速度。

α1——入射角

α2——折射角

第6頁，共26頁，2023年，2月20日，星期五2.1.2.4折射率光在真空中的速度c和在介質中的速度v之比，叫做介質的絕對折射率（簡稱折射率，折光率），以n表示，即：

n＝

顯然n1＝n2＝

式中：n1和n2分別為第一介質和第二介質的絕對折射率。故折射定律可表示為

第7頁，共26頁，2023年，2月20日，星期五2.1.3全反射與臨界角

2.1.3.1光密介質與光疏介質兩種介質相比較，光在其中傳播速度較大的叫光疏介質，其折射率較?。环粗泄饷芙橘|，其折射率較大。

第8頁，共26頁，2023年，2月20日，星期五2.1.3.2全反射與臨界角當光線從光疏介質進入光密介質（如光從空氣進入水中，或從樣液射人棱鏡中）時，因n1＜n2，由折射定律可知折射角α2恒小于入射角α1，即折射線靠近法線；反之當光線從光密介質進入光疏介質（如從棱鏡射入樣液）時，因n1＞n2，折射角α2恒大于入射角α1，即折射線偏離法線。在后一種情況下如逐漸增大入射角，折射線會進一步偏離法線，當入射角增大到某一角度，如圖3－2－3中4的位置時，其折射線4‘恰好與OM重合，此時折射線不再進入光疏介質而是沿兩介質的接觸面OM平行射出，這種現(xiàn)象稱為全反射。第9頁，共26頁，2023年，2月20日，星期五即光從光密介質射入光疏介質。當入射角增大到某一角度，使折射角達90°時，折射光完全消失，只剩下反射光，這種現(xiàn)象稱為全反射。第10頁，共26頁，2023年，2月20日，星期五發(fā)生全反射的入射角稱為臨界角因為發(fā)生全反射時折射角等于90°，所以：即n1＝n2sinα臨式中：n2——棱鏡的折射率，是已知的。因此，只要測得了臨界角α臨就可求出被測樣液的折射率n1。第11頁，共26頁，2023年，2月20日，星期五2.2測定折射率的意義

折射率是物質的一種物理性質。它是食品生產中常用的工藝控制指標，通過測定液態(tài)食品的折射率.可以鑒別食品的組成，確定食品的濃度，判斷食品的純凈程度及品質。蔗糖溶液的折射率隨濃度增大而升高。通過測定折射率可以確定糖液的濃度及飲料、糖水罐頭等食品的糖度，還可以測定以糖為主要成分的果汁、蜂蜜等食品的可溶性固形物的含量。第12頁，共26頁，2023年，2月20日，星期五各種油脂具有其一定的脂肪酸構成，每種脂肪酸均有其特定的折射率。含碳原子數(shù)目相同時不飽和脂肪酸的折射率比飽和脂肪酸的折射率大得多；不飽和脂肪酸分子量越大，折射率也越大；酸度高的油脂折射率低。因此測定折射率可以鑒別油脂的組成和品質。正常情況下，某些液態(tài)食品的折射率有一定的范圍，如正常牛乳乳清的折射率在正1.34199～1.34275之間，當這些液態(tài)食品因摻雜、濃度改變或品種改變等原因而引起食品的品質發(fā)生了變化時，折射率常常會發(fā)生變化。所以測定折射率可以初步判斷某些食品是否正常。如牛乳摻水，其乳清折射率降低，故測定牛乳乳清的折射率即可了解乳糖的含量，判斷牛乳是否摻水。第13頁，共26頁，2023年，2月20日，星期五必須指出的是：折光法測得的只是可溶性固形物含量，但對于番茄醬，果醬等個別食品，已通過實驗編制了總固形物與可溶性固形物關系表．先用折光法測定可溶性固形物含量．即可查出總固形物的含量

第14頁，共26頁，2023年，2月20日，星期五2.3常用的折光儀折光儀是利用臨界角原理測定物質折射率的儀器食品工業(yè)中最常用的是阿貝折光儀、手提式折光儀、數(shù)字阿貝折光儀。2.3.1阿貝折光儀2.3.1.1結構及原理其光學系統(tǒng)由觀測系統(tǒng)和讀數(shù)系統(tǒng)兩部分組成，如圖。第15頁，共26頁，2023年，2月20日，星期五1.底座；2.棱鏡調節(jié)旋鈕；3.圓盤組（內有刻度板）；4.小反光鏡；5.支架；6.讀數(shù)鏡筒；7.目鏡；8.觀察鏡筒；

9.分界線調節(jié)螺絲；10.消色凋節(jié)旋鈕；11.色散刻度尺；12.棱鏡鎖緊扳手；13.棱鏡組；14.溫度計插座；15.恒溫器接頭；16保護罩；17主軸；18反光鏡阿貝折光計

第16頁，共26頁，2023年，2月20日，星期五觀測系統(tǒng)：光線由反光鏡l反射，經進光棱鏡2、折射棱鏡3及其間的樣液薄層折射后射出。再經色散補償器4消除由折射棱鏡及被測樣品所產生的色散，然后由物鏡5將明暗分界線成像于分劃板6上，經目鏡7、8放大后成像于觀測者眼中。阿貝折光計的光學系統(tǒng)第17頁，共26頁，2023年，2月20日，星期五讀數(shù)系統(tǒng)：光線由小反光鏡14反射，經毛玻璃13射到刻度盤12上，經轉向棱鏡11及物鏡10將刻度成像于分劃板9上，通過目鏡7、8放大后成像觀測者眼中。當旋動旋鈕2時，使棱鏡擺動，視野內明暗分界線通過十字交叉點，表示光線從棱鏡入射角達到了臨界角。當測定樣液濃度不同時，折射率也不同，故臨界角的數(shù)值亦有不同。在讀數(shù)鏡筒中即可讀取折射率n，或糖液濃度，或固形物的含量。在阿貝折光儀的望遠目鏡的金屬筒上，有一個供校準儀器用的示值調節(jié)螺釘，通常用20℃的水校正儀器（其折光率ND20=1.3330）。也可用已知折光率的標準玻璃校正。第18頁，共26頁，2023年，2月20日，星期五2.3.1.2影響折射率測定的因素（1）光波長的影響物質的折射率因光的波長而異，波長較長折射率較小，波長較短折射率較大。測定時光源通常為白光。當白光經過棱鏡和樣液發(fā)生折射時，因各色光的波長不同，折射程度也不同，折射后分解成為多種色光，這種現(xiàn)象稱為色散。光的色散會使視野明暗分界線不清，產生測定誤差。為了消除色散，在阿貝折光儀觀測鏡筒的下端安裝了色散補償器。第19頁，共26頁，2023年，2月20日，星期五（2）溫度的影響

溶液的折射率隨溫度而改變，溫度升高折射率減?。粶囟冉档驼凵渎试龃螅酃鈨x上的刻度是在標準溫度20℃下刻制的．所以最好在20℃下測定折射率。否則，應對測定結果進行溫度校正。超過20℃時，加上校正數(shù)；低于20℃時，減去校正數(shù)。

第20頁，共26頁，2023年，2月20日，星期五2.3.1.3阿貝折光儀的使用方法（1）折光儀的校正

通常用測定蒸餾水折射率的方法進行校準，在20℃下折光儀應表示出折射率為1.33299或可溶性固形物為0％。苦校正時溫度不是20℃應查出該溫度下蒸餾水的折射率再進行核準。對于高刻度值部分．用具有一定折射率的標準玻璃塊（儀器附件）校準。

第21頁，共26頁，2023年，2月20日，星期五校正方法是打開進光棱鏡，在校準玻璃塊的拋光面上滴一滴溴化萘．將其粘在折射棱鏡表面上，使標準玻璃塊拋光的一端向下，以接受光線。測得的折射率應與標準玻璃塊的折射率一致。校準時若有偏差，可先使讀數(shù)指示于蒸餾水或標準玻璃塊的折射率值，再調節(jié)分界線調節(jié)螺絲．使明暗分界線恰好通過十字線交叉點。第22頁，共26頁，2023年，2月20日，星期五（2）使用方法①以脫脂棉球蘸取酒精擦凈棱鏡表面，揮干乙醇。滴加l～2滴樣液于進光棱鏡磨砂面上，迅速閉合兩塊棱鏡，調節(jié)反光鏡．使鏡筒內視野最亮。

②由目鏡觀察，轉動棱鏡旋鈕，使視野出現(xiàn)明暗兩部分。第23頁，共26頁，2023年，2月20日，星期五③旋轉色散補償器旋鈕，使視野中只有黑白兩色。④旋轉棱鏡旋鈕．使明暗分界線在十字線交叉點。⑤從讀數(shù)鏡筒中讀取折射率或重量百分濃度。⑥測定樣液溫度。⑦打開棱鏡，用水、乙醇或乙醚擦凈棱鏡表面及其他各機件。在測定水溶性樣品后，用脫脂棉吸水洗凈，若為油類樣品，須用乙醇或乙醚、二甲苯等擦拭。第24頁，共26頁，2023年，2月20日，星期五常用標準液

標準液

T（K）

T(0C)NDt

(-dn/dtx105)水

丙酮氯仿苯

氯苯

醋酸

二硫化碳二碘甲烷

288293298293288288293288293288293288288152025201515201520152515151.333391.332991.332501.35911.44861