Měření indexu lomu

Měření indexu lomu se provádí na přístrojích zvaných refraktometry a je založeno na měření hodnoty mezního úhlu.

Při zvětšování úhlu dopadu z 0° až na 90° dochází k zvětšování i úhlu lomu od 0° až po určitou hranici. Této hranici odpovídá tzv. mezní úhel, což je hranice dosahu světla pro daná dvě optická prostředí: v zorném poli refraktometru lze pozorovat ostré rozhraní světla a stínu.

Hodnota mezního úhlu je pro tato dvě prostředí konstantní, pokud jedním z prostředí je stále vzduch, pak hodnota mezního úhlu závisí jen na indexu lomu zkoumané látky.

Obr. 1: Poloha mezního úhlu v zorném poli refraktometru při průchodu paprsku z opticky řidšího do opticky hustšího prostředí

Pozn.: Při průchodu z opticky hustšího prostředí do opticky řidšího (tj. paprsek se láme od kolmice) je při určité hodnotě úhlu dopadu úhel lomu roven 90° - paprsek tedy prochází přímo rovinou rozhraní. Takovýto úhel dopadu nazýváme mezní úhel dopadu; paprsky, které dopadají na rozhraní pod větším úhlem než je mezní, se zcela odrážejí a do druhého prostředí vůbec nevnikají. Hovoříme o totálním odrazu.

Pro měření se často používá polychromatické bílé světlo. Díky tomu, že index lomu závisí na vlnové délce záření, lámou se paprsky o různých vlnových délkách různě: čím vyšší je vlnová délka záření, tím méně se paprsek láme. V důsledku toho dochází k disperzi světla – rozkladu na jednotlivé barevné složky.

Obr. 2: Vznik disperze bílého světla při průchodu polychromatického bílého záření skleněným hranolem

V zorném poli refraktometru se tato disperze projeví vznikem barevných pruhů na rozhraní světla a stínu. Odstraňuje se pomocí kompenzačních hranolů, případně použitím monochromatického záření pro měření.

Obr. 3: Dva možné projevy disperze - viditelné v zorném poli refraktometru při měření

Měření indexu lomu na Abbeho refraktometru

Abbeho refraktometr je vyroben tak, že lomný hranol a dalekohled jsou pohyblivé, rozsah měřeného indexu lomu je 1,3000 - 1,7000. Při měření musí být dodržena konstantní teplota vzorku, zdrojem záření je polychromatické bílé světlo. Zkoumaná látka tvoří malou vrstvu mezi dvěma hranoly – měrným (s hladkou ploškou) a pomocným (s matnou ploškou); při správném nastavení mezního úhlu je v zorném poli ostré rozhraní světla a stínu, které je zaměřeno na střed nitkového kříže.

Obr. 4: Abbeho refraktometr a jeho ovládací prvky

Postup měření: na měrný hranol se nanese takové množství kapalného vzorku, aby byla plocha hranolu zcela pokryta vrstvičkou vzorku. Přiklopí se pomocný hranol. Pomocí zrcátka a velkého šroubu se v zorném poli refraktometru nastaví rozhraní světla a stínu, kompenzátorem (je ovládán malým šroubem) se odstraní disperze - duha na rozhraní světla a stínu. Černobílé rozhraní se nastaví velkým šroubem přesně na střed nitkového kříže. Na stupnici se zjistí hodnota indexu lomu, čtvrté desetinné místo (desetitisícina) se odhaduje. Měření se opakuje pro každý vzorek alespoň 3x, za výsledek bereme aritmetický průměr naměřených hodnot.

Obr. 5: Znázornění změn zorného pole Abbeho refraktometru v průběhu měření indexu lomu.

Ošetřování refraktometrů: hranoly se opatrně otírají hadříkem s horkou vodou se saponátem a oplachují destilovanou vodou, případně se otírají benzínem, v závislosti na charakteru zkoumaného vzorku. Je důležité dbát na to, aby se při čištění hranoly nepoškrábaly.