光与物质相互作用可以产生各种光学现象(如光的折射、反射、散射、透射、吸收、旋 光以及物质受激辐射等)，通过分析研究这些光学现象，可以提供原子、分子及晶体结构等方面的大量信息。所以，不论在物质的成分分析、结构测定及光化学反应等方面，都离不开光学测量。下面介绍物理化学实验中常用的几种光学测量仪器。

　　一、阿贝折射仪

　　折射率是物质的重要物理常数之一，许多纯物质都具有一定的折射率，如果其中含有杂质则折射率将发生变化，出现偏差，杂质越多，偏差越大。因此通过折射率的测定，可以测定物质的浓度。

　　1.阿贝折射仪的构造原理

　　阿贝折射仪的外形图如图Ⅱ-5-1所示。

　　当一束单色光从介质Ⅰ进入介质Ⅱ(两种介质的密度不同)时，光线在通过界面时改变了方向，这一现象称为光的折射，如图Ⅱ-5-2所示。

　　图Ⅱ-5-1 阿贝折射仪外形图

　　1.测量望远镜;2.消散手柄;3.恒温水入口;4.温度计;5.测量棱镜;6.铰链;7.辅助棱镜;8.加液槽;9.反射镜;10.读数望远镜;11.转轴;12.刻度盘罩;13.闭合旋钮;14.底座。

　　图Ⅱ-5-2 光的折射

　　光的折射现象遵从折射定律:

　　式中α为入射角，β为折射角，nⅠ、nⅡ为交界面两侧两种介质的折射率;nⅠ,Ⅱ为介质Ⅱ对介质Ⅰ的相对折射率。

　　若介质Ⅰ为真空，因规定n=1.0000，故nⅠⅡ=nⅡ为**折射率。但介质Ⅰ通常为空气，空气的**折射率为1.00029，这样得到的各物质的折射率称为常用折射率，也称作对空气的相对折射率。同一物质两种折射率之间的关系为:

　　**折射率=常用折射率×1.00029

　　根据式(5.1)可知，当光线从一种折射率小的介质Ⅰ射入折射率大的介质Ⅱ时(nⅠβ)。当入射角增大时，折射角也增大，设当入射角α=90°时，折射角为β0，我们将此折射角称为临界角。因此，当在两种介质的界面上以不同角度射入光线时(入射角α从0°～90°)，光线经过折射率大的介质后，其折射角β≤β0。其结果是大于临界角的部分无光线通过，成为暗区;小于临界角的部分有光线通过，成为亮区。临界角成为明暗分界线的位置，如图Ⅱ-5-2所示。

　　图Ⅱ-5-3 阿贝折射仪光学系统示意图

　　1.反射镜;2.辅助棱镜;3.测量棱镜;4.消色散棱镜;5.物镜;6.分划板;7、8.目镜;9.分划板;10.物镜;11.转向棱镜;12.照明度盘;13.毛玻璃;14.小反光镜。

　　根据(5.1)式可得:

　　因此在固定一种介质时，临界折射角β0的大小与被测物质的折射率是简单的函数关系，阿贝折射仪就是根据这个原理而设计的。

　　2.阿贝折射仪的结构

　　阿贝折射仪的光学示意图如图Ⅱ-5-3所示，它的主要部分是由两个折射率为1.75的玻璃直角棱镜所构成，上部为测量棱镜，是光学平面镜，下部为辅助棱镜。其斜面是粗糙的毛玻璃，两者之间约有0.1mm～0.15mm厚度空隙，用于装待测液体，并使液体展开成一薄层。当从反射镜反射来的入射光进入辅助棱镜至粗糙表面时，产生漫散射，以各种角度透过待测液体，而从各个方向进入测量棱镜而发生折射。其折射角都落在临界角β0之内，因为棱镜的折射率大于待测液体的折射率，因此入射角从0°～90°的光线都通过测量棱镜发生折射。具有临界角β0的光线从测量棱镜出来反射到目镜上，此时若将目镜十字线调节到适当位置，则会看到目镜上呈半明半暗状态。折射光都应落在临界角β0内，成为亮区，其它部分为暗区，构成了明暗分界线。

　　根据式(5.2)可知，只要已知棱镜的折光率n棱，通过测定待测液体的临界角β0，就能求得待测液体的折射率n液。实际上测定β0值很不方便，当折射光从棱镜出来进入空气又产生折射，折射角为β0′。n液与β0′之间的关系为:

　　式中r为常数;n棱=1.75。测出β’0即可求出n液。因为在设计折射仪时已将β’0换算成n液值，故从折射仪的标尺上可直接读出液体的折射率。

　　在实际测量折射率时，我们使用的入射光不是单色光，而是使用由多种单色光组成的普通白光，因不同波长的光的折射率不同而产生色散，在目镜中看到一条彩色的光带，而没有清晰的明暗分界线，为此，在阿贝折射仪中安置了一套消色散棱镜(又叫补偿棱镜)。通过调节消色散棱镜，使测量棱镜出来的色散光线消失，明暗分界线清晰，此时测得的液体的折射率相当于用单色光钠光D线(5890*!)所测得的折射率nD。

　　3.阿贝折射仪的使用方法

　　(1)仪器安装:将阿贝折射仪安放在光亮处，但应避免阳光的直接照射，以免液体试样受热迅速蒸发。用超级恒温槽将恒温水通入棱镜夹套内，检查棱镜上温度计的读数是否符合要求(一般选用(20.0±0.1)℃或(25.0±0.1)℃)

　　(2)加样:旋开测量棱镜和辅助棱镜的闭合旋钮，使辅助棱镜的磨砂斜面处于水平位置，若棱镜表面不清洁，可滴加少量丙酮，用擦镜纸顺单一方向轻擦镜面(不可来回擦)。待镜面洗净干燥后，用滴管滴加数滴试样于辅助棱镜的毛镜面上，迅速合上辅助棱镜，旋紧闭合旋钮。若液体易挥发，动作要迅速，或先将两棱镜闭合，然后用滴管从加液孔中注入试样(注意切勿将滴管折断在孔内)。

　　(3)调光:转动镜筒使之垂直，调节反射镜使入射光进入棱镜，同时调节目镜的焦距，使目镜中十字线清晰明亮。调节消色散补偿器使目镜中彩色光带消失。再调节读数螺旋，使明暗的界面恰好同十字线交叉处重合。

　　(4)读数:从读数望远镜中读出刻度盘上的折射率数值。常用的阿贝折射仪可读至小数点后的第四位，为了使读数准确，一般应将试样重复测量三次，每次相差不能超过0.0002，然后取平均值。

　　4.阿贝折射仪的使用注意事项

　　阿贝折射仪是一种精密的光学仪器，使用时应注意以下几点:

　　(1)使用时要注意保护棱镜，清洗时只能用擦镜纸而不能用滤纸等。加试样时不能将滴管口触及镜面。对于酸碱等腐蚀性液体不得使用阿贝折射仪。

　　(2)每次测定时，试样不可加得太多，一般只需加2～3滴即可。

　　(3)要注意保持仪器清洁，保护刻度盘。每次实验完毕，要在镜面上加几滴丙酮，并用擦镜纸擦干。*后用两层擦镜纸夹在两棱镜镜面之间，以免镜面损坏。

　　(4)读数时，有时在目镜中观察不到清晰的明暗分界线，而是畸形的，这是由于棱镜间未充满液体;若出现弧形光环，则可能是由于光线未经过棱镜而直接照射到聚光透镜上。

　　(5)若待测试样折射率不在1.3～1.7范围内，则阿贝折射仪不能测定，也看不到明暗分界线。

　　5.阿贝折射仪的校正和保养

　　阿贝折射仪的刻度盘的标尺零点有时会发生移动，须加以校正。校正的方法一般是用已知折射率的标准液体，常用纯水。通过仪器测定纯水的折光率，读取数值，如同该条件下纯水的标准折光率不符，调整刻度盘上的数值，直至相符为止。也可用仪器出厂时配备的折光玻璃来校正，具体方法一般在仪器说明书中有详细介绍。

　　阿贝折射仪使用完毕后，要注意保养。应清洁仪器，如果光学零件表面有灰尘，可用**鹿皮或脱脂棉轻擦后，再用洗耳球吹去。如有油污，可用脱脂棉蘸少许汽油轻擦后再用乙醚擦干净。用毕后将仪器放入有干燥剂的箱内，放置于干燥、空气流通的室内，防止仪器受潮。搬动仪器时应避免强烈振动和撞击，防止光学零件损伤而影响精度。