折光率的測定

1、2 折光率的測定2.1 基本概念2.2 測定折射率的意義2.3 常用的折光儀12.1 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22.1.1 光的反射現(xiàn)象與反射定律 一束光線照射在兩種介質(zhì)的分界面上時，要改變它的傳播方向，但仍在原介質(zhì)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(nèi)，入射線和反射線分居于法線的兩側(cè)。（2）入射角等于反射角。32.1.2.1 光的折射現(xiàn)象 當(dāng)光線從一種介質(zhì)射到另一種介質(zhì)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(jìn)入第二種介質(zhì)，這種現(xiàn)象稱為折射現(xiàn)

2、象。2.1.2 光的折射現(xiàn)象與折射定律42.1.2.2 光的折射 光線從一種介質(zhì)（如空氣）射到另一種介質(zhì)（如水）時，除了一部分光線反射回第一種介質(zhì)外，另一部分進(jìn)入第二種介質(zhì)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(nèi)，入 射線和折射線分居法線 的兩側(cè)。5 （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(zhì)中的傳播速度之比。 式中：v1光在第一種介質(zhì)中的傳播速度； v2光在第二種介質(zhì)中的傳播速度。 1入射角 2折射角 6 2.1.2.4 折射率 光在真空中的速度c和在介質(zhì)中的速度v之比，叫做介質(zhì)的絕對折射率（簡稱折射率

3、，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(zhì)和第二介質(zhì)的 絕對折射率。故折射定律可表示為 72.1.3全反射與臨界角 2.1.3.1 光密介質(zhì)與光疏介質(zhì) 兩種介質(zhì)相比較，光在其中傳播速度較大的叫光疏介質(zhì)，其折射率較小；反之叫光密介質(zhì)，其折射率較大。 8 2.1.3.2 全反射與臨界角 當(dāng)光線從光疏介質(zhì)進(jìn)入光密介質(zhì)（如光從空氣進(jìn)入水中，或從樣液射人棱鏡中）時，因n1n2，由折射定律可知折射角2 恒小于入射角1，即折射線靠近法線；反之當(dāng)光線從光密介質(zhì)進(jìn)入光疏介質(zhì)（如從棱鏡射入樣液）時，因n1n2，折射角2恒大于入射角1 ，即折射線偏離法線。在后一種情況下如逐漸增

4、大入射角，折射線會進(jìn)一步偏離法線，當(dāng)入射角增大到某一角度，如圖323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(jìn)入光疏介質(zhì)而是沿兩介質(zhì)的接觸面OM平行射出，這種現(xiàn)象稱為全反射。9 即光從光密介質(zhì)射入光疏介質(zhì)。當(dāng)入射角增大到某一角度，使折射角達(dá)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。10 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 n1n2sin臨 式中：n2棱鏡的折射率，是已知的。因此，只要測得了臨界角臨 就可求出被測樣液的折射率n1。112.2測定折射率的意義 折射率是物質(zhì)的一種物理性質(zhì)。它是食品生產(chǎn)中常用的工藝控制指標(biāo)，通過測定液

5、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(zhì)。 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。12 各種油脂具有其一定的脂肪酸構(gòu)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(zhì)。 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1.341991.34275之間，當(dāng)這些液態(tài)食品因摻

6、雜、濃度改變或品種改變等原因而引起食品的品質(zhì)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。13 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(guān)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 142.3 常用的折光儀 折光儀是利用臨界角原理測定物質(zhì)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(jié)構(gòu)及原理 其光學(xué)系統(tǒng)由觀測系統(tǒng)和讀數(shù)

7、系統(tǒng)兩部分組成，如圖。151.底座；2.棱鏡調(diào)節(jié)旋鈕；3.圓盤組（內(nèi)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(diào)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 16 觀測系統(tǒng)：光線由反光鏡l反射，經(jīng)進(jìn)光棱鏡2、折射棱鏡3及其間的樣液薄層折射后射出。再經(jīng)色散補償器4消除由折射棱鏡及被測樣品所產(chǎn)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(jīng)目鏡7、8放大后成像于觀測者眼中。 阿貝折光計的光學(xué)系統(tǒng)17 讀數(shù)系統(tǒng)：光線由小反光鏡14反

8、射，經(jīng)毛玻璃13射到刻度盤12上，經(jīng)轉(zhuǎn)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(dāng)旋動旋鈕2時，使棱鏡擺動，視野內(nèi)明暗分界線通過十字交叉點，表示光線從棱鏡入射角達(dá)到了臨界角。當(dāng)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(yuǎn)目鏡的金屬筒上，有一個供校準(zhǔn)儀器用的示值調(diào)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(biāo)準(zhǔn)玻璃校正。182.3.1.2 影響折射率測定的因素 （1）光波長的影響 物質(zhì)的折射率因光的波長而異，波長較長折射率較小，

9、波長較短折射率較大。測定時光源通常為白光。當(dāng)白光經(jīng)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(chǎn)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。19 （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笳酃鈨x上的刻度是在標(biāo)準(zhǔn)溫度20下刻制的所以最好在20下測定折射率。否則，應(yīng)對測定結(jié)果進(jìn)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)。 202.3.1.3 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(jìn)行校準(zhǔn)，在2

10、0 下折光儀應(yīng)表示出折射率為1.33299或可溶性固形物為0?？嘈Ｕ龝r溫度不是20 應(yīng)查出該溫度下蒸餾水的折射率再進(jìn)行核準(zhǔn)。對于高刻度值部分用具有一定折射率的標(biāo)準(zhǔn)玻璃塊（儀器附件）校準(zhǔn)。 21校正方法是打開進(jìn)光棱鏡，在校準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)玻璃塊拋光的一端向下，以接受光線。測得的折射率應(yīng)與標(biāo)準(zhǔn)玻璃塊的折射率一致。校準(zhǔn)時若有偏差，可先使讀數(shù)指示于蒸餾水或標(biāo)準(zhǔn)玻璃塊的折射率值，再調(diào)節(jié)分界線調(diào)節(jié)螺絲使明暗分界線恰好通過十字線交叉點。22 （2）使用方法 以脫脂棉球蘸取酒精擦凈棱鏡表面，揮干乙醇。滴加l2滴樣液于進(jìn)光棱鏡磨砂面上，迅速閉合兩塊棱鏡，調(diào)節(jié)反光鏡使鏡

11、筒內(nèi)視野最亮。 由目鏡觀察，轉(zhuǎn)動棱鏡旋鈕，使視野出現(xiàn)明暗兩部分。23旋轉(zhuǎn)色散補償器旋鈕，使視野中只有黑白兩色。旋轉(zhuǎn)棱鏡旋鈕使明暗分界線在十字線交叉點。從讀數(shù)鏡筒中讀取折射率或重量百分濃度。測定樣液溫度。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。24常用標(biāo)準(zhǔn)液標(biāo)準(zhǔn)液 T（K） T(0C) NDt (-dn/dt x105) 水丙酮氯仿苯氯苯醋酸二硫化碳二碘甲烷 288293298293288288293288293288293288288 15202520151520152015251515 1.333391.332991.33