Для измерения методами 1-й группы образцу придают форму призмы (см. Дисперсионные призмы) и определяют ПП, добиваясь поворотом призмы того, чтобы угол отклонения луча 8 (рис. 1, а) был минимален. При другом способе измерения n исследуемый образец помещают в специально изготовленную призму с известным ПП N (рис. 1, б). Для измерения ПП жидкостей призматические образцы выполняются полыми и заливаются исследуемой жидкостью. Точность определения ПП этими методами — 10-5, а разности ПП двух веществ ~ 10-7. Очень часто используются и методы Р., основанные на явлении ПВО. Образец с измеряемым ПП приводится в оптический контакт с эталонной призмой из материала с высоким и заранее точно измеренным ПП N (рис. 2). Свет может направляться как со стороны образца, так и со стороны призмы. В обоих случаях в определённом (очень узком) интервале углов падения пучка лучей на границу раздела образца и призмы в поле зрения наблюдательной зрительной трубы появится чёткая граница, разделяющая тёмный и светлый участки поля. Один из участков (тёмный при освещении со стороны образца, светлый при освещении со стороны призмы) соответствует лучам, претерпевающим ПВО, а граница этого участка — предельному, или критическому, углу падения луча. Точность метода ПВО ~ 10-5.
В интерференционных методах разность ПП сравниваемых сред определяют (рис. 3) по числу порядков интерференции лучей, прошедших через эти среды. Точность этих методов достигает 10-7—10-8. Их применяют, например, при измерениях в газах и разбавленных растворах.
Приборы для определения ПП методами Р. называют рефрактометрами.
Р. нашла широкое применение в физической химии для определения состава и структуры веществ, а также для контроля качества и состава различных продуктов в химической, фармацевтической, пищевой и многих других отраслях промышленности. Достоинства рефрактометрических методов химического количественного анализа — быстрота измерений, малый расход вещества и высокая точность. Знание градиентов ПП позволяет производить расчёт градиентов плотности и концентрации. В некоторых случаях по виду кривых ПП можно делать выводы о характере взаимодействия веществ и образовании соединений. Методы Р. используют при проверке однородности твёрдых образцов и жидкостей, в аэро- и гидродинамических исследованиях. Особую роль играет Р. в оптической промышленности, так как ПП и дисперсия стекла и других оптических материалов являются их важнейшими характеристиками.
Лит.: Шишловский А. А., Прикладная физическая оптика, М., 1961; Иоффе Б. В., Рефрактометрические методы химии, 2 изд., Л., 1974.
М. В. Лейкин.
Рис. 2. Измерение показателя преломления (ПП) п с использованием явления полного внутреннего отражения (ПВО). 1—1'; 2—2' — ход лучей при освещении со стороны исследуемого образца (для упрощения рисунка отражённая часть луча 2 не показана). 1—1' — предельный луч, соответствующий углу j1пво в материале нижней призмы. 3—3'; 4—4'; 5—5' — ход лучей при освещении снизу, со стороны призмы с известным ПП N. 4—4' — предельный луч, при падении которого под углом j2пво на границу раздела призмы и образца происходит ПВО. А и В — схематические изображения поля зрения наблюдательной трубки при прохождении через неё предельных лучей 1' и 4'. n связан с измеряемым углом b между направлением предельного луча и нормалью к грани призмы формулой , где a — преломляющий угол призмы с известным ПП.
Рис. 1. Определение показателя преломления (ПП) n по отклонению луча в призматических образцах. а — ход луча через призму с преломляющим углом a . Угол отклонения d имеет наименьшую величину при равенстве углов входа луча в призму и выхода из неё: i1 = i2 (т. н. симметричный ход луча через призму), n определяют по формуле n. б — ход луча через призму с измеряемым ПП n, помещенную в прямоугольную выемку призмы с известным ПП N; показан наиболее распространённый вариант с преломляющим углом призмы a = 90° и углами g1 = g2= 45°. n связан с измеряемым углом b выхода луча соотношением
Рис. 3. Принцип действия интерференционного рефрактометра. Луч света разделяют так, чтобы две его части прошли через кюветы длиной l, заполненные веществами с различными показателями преломления. На выходе из кювет лучи приобретают определённую разность хода и, будучи сведены вместе, дают на экране картину интерференционных максимумов и минимумов с k порядками (схематически показана справа). Разность показателей преломления Dn = n2 – n1 = kl/2, где l — длина волны света.
Рефрактометры
Рефракто'метры, приборы для измерения преломления показателей (ПП) веществ (твёрдых, жидких и газообразных). Различают лабораторные и производственные Р. Последние иногда называются рефрактометрическими датчиками. Лабораторные Р. (о принципах их работы см. Рефрактометрия) используют для анализов, при которых ПП вещества и его дисперсия (зависимость ПП от длины волны излучения) измеряются дискретно. Производственные Р. предназначены для автоматической непрерывной регистрации динамики производственных процессов. Р. могут быть встроены в автоматические линии для регулирования технологического процесса.
Лит. см. при ст. Рефрактометрия.
Рефрактор
Рефра'ктор, телескоп, снабженный линзовым объективом. Для астрономических наблюдений впервые применен в 1609 Г. Галилеем. Р. используются для визуальных, фотографических, реже спектральных или фотоэлектрических наблюдений. Визуальный Р. содержит объектив и окуляр. Фотографический Р. (часто называется астрографом, или астрономической камерой) представляет собой большой фотоаппарат: в фокальной плоскости его устанавливается кассета с фотопластинкой.
Объективы Р. содержат не менее двух линз, из которых одна (положительная) изготовлена из лёгкого и оптически менее плотного (с меньшим преломления показателем) стекла, — крона, другая (отрицательная) — из тяжёлого стекла (флинта). Таким путём одновременно исправляют сферическую аберрацию и хроматическую аберрацию Р. В двухлинзовом объективе Р. возможно также исправление комы. Астигматизм и кривизна поля в простом двухлинзовом объективе Р. исправить нельзя, вследствие чего его поле зрения не превышает угла (в градусах) , где D — диаметр объектива (в мм). Зависимость остаточной сферической аберрации от длины волны (сферохроматическая аберрация) вызывает появление вокруг изображений звёзд фиолетового ореола радиусом около 40” (при обычно используемом относительном отверстии Р. 1: 15). Тонкий склеенный объектив Р. практически свободен от хроматизма увеличения, но в несклеенном объективе он заметен и вызывает вытягивание изображений звёзд на краю поля зрения в короткий спектр и появление пурпурного ореола вокруг изображений планет. Двухлинзовый объектив Р. имеет также вторичный спектр, вследствие чего появляются цветные ореолы вокруг изображений звёзд. Линейный диаметр такого ореола в фокальной плоскости обычного двухлинзового объектива Р. составляет около 0,00051), а угловой (в секундах дуги) h = 50D/f, где f — фокусное расстояние (в мм) объектива. Поэтому для обеспечения хорошего качества изображений приходится ограничиваться относительными отверстиями 1: 14 — 1: 18. Уменьшение вторичного спектра возможно только при применении специальных сортов стекол и увеличении числа линз в объективе Р. Склеивание линз в объективах небольших Р. уменьшает блики (см. Побочные изображения) и светопотери. Потери света на отражение от поверхностей линз уменьшают также просветлением оптики. Большие объективы Р. склеить нельзя из-за различия коэффициентов линейного расширения стекол типов крон и флинт. Небольшие любительские Р. устанавливаются на азимутальной. монтировке или экваториальной монтировке. Крупные Р. устанавливаются только на экваториальной, преимущественно немецкой монтировке, реже английской монтировке.
Диаметр объективов Р. ограничен трудностями отливки крупных однородных блоков оптического стекла, прогибами их и светопоглощением в стекле. Крупнейший в мире Р. (D = 1,02 м) установлен на Йерксской астрономической обсерватории (США). В СССР крупнейший Р. (D = 0,65 м) установлен на Пулковской обсерватории. Р. широко применяют в небольших визуальных инструментах различного назначения (в частности, астрометрических).
