又根据比尔定律可知,当溶液的浓度不是很大时,分子间的相互作用可以忽略不计,溶液的吸收系数 K 与浓度 c 成正比,即 K=αc,其中 α 是一个与浓度无关的常数,只取决于吸收物质的分子特性,因此可以得到溶液浓度与折射率的关系式:

c≈4πγω/αλ(〖ω_0〗^2-ω^2 )  n-4πγω/αλ(〖ω_0〗^2-ω^2 ) +πγω/2αλ(〖ω_0〗^2-ω^2 )   (N^2 e^4)/(〖ε_0〗^2 m^2 )  ((〖ω_0〗^2-ω^2 )^2-γ^2 ω^2)/[(〖ω_0〗^2-ω^2 )+γ^2 ω^2 ]^2 (1-2-13)

从式(1-2-13)可以看出:当作用于溶液的光场频率为一常数时,溶液浓度与其折射率近似成线性关系[5],即可写成的形式 c=bn+a ,式中:a、b为两个常系数;c 为溶液的浓度;n 为溶液的折射率。

1。3液体折射率的测量方法

目前,国内外针对液体折射率的测量方法有很多,根据测量的基本原理,折射率的测量方法分为几何光学测量法和波动光学测量法,其中几何光学测量法是利用光通过液体表面所产生的折射或反射现象,以折射定律或反射定律为依据进行折射率的测量。一般来说,用几何光学法测量液体折射率对仪器的要求较低,操作较为简单,在一般的实验条件下就能实现。现有的折射率测量仪也多是以此为基础设计的,例如阿贝折射仪就是利用全反射原理测量液体折射率的。

波动光学法测量液体折射率则是利用光的波动性质,与所测液体发生干涉或衍射进而测量液体的折射率,由于一般实验室难以达到实验的标准,因此在实际应用中其推广程度较小。例如,用干涉现象测量液体折射率的光纤样式干涉法。

1。3。1 最小偏向角法

最小偏向角法测三棱镜折射率原理[8]:

图1-1  单色光通过三棱镜的光路图

图中AB与AC分别是三棱镜的两个光学面,BC 为粗磨面,两光学面的夹角称为三棱镜的顶角α。入射光线LD经三棱镜两个光学面的两次折射后,沿ER方向射出。入射光线LD和出射光线ER 所成的 δ 角称为偏向角。可以证明,入射光线和出射光线处在三棱镜对称位置,即 i = i^' 时,偏向角δ达到最小值。这时的偏向角 δ 称为最小偏向角,用 δ_min表示。根据折射定律和几何关系可列出下列关系式:

sin⁡i=n sin⁡γ          (1-3-1)

nsin⁡γ'=sin⁡〖i^' 〗         (1-3-2)

α=γ=γ^'                  (1-3-3)

δ=i-γ+i^'-γ^'    (1-3-4)

式中,n为棱镜对该单色光的折射率,因为20℃时,空气绝对折射率仅为1。00028,所以可近似地将空气的相对折射率视为1。00。δ是出射光与入射光之间的夹角,即偏向角。根据以上公式可以求得:

δ=i-α+arc sin⁡〖[〖(n^2-sin²i)〗^□(1/2) sinα-sinicosα]   〗            (1-3-5)

根据式(1-3-5)可知,当三棱镜给定时, δ 仅与 i 有关,且存在一个最小值,即最小偏向角 δ_min  ,它刚好是在入射角 i 与出射角 i^'  相等时出现的这种最小偏向现象。那么 i =  i^',于是整理式(1-3-5)可得:

n=(sin (δ_min+α)/2)/(sin α/2)                  (1-3-6)

实验中三棱镜 α 一般取 60°,因此只需测出 δ_min,即可求出折射率 n 。

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