[发明专利]测量胶体、固体和液体折射率的简易方法

说明书

本发明是一种测量折射率的简易方法。用激光束掠射平整的、不易变形的、对激光散射好的人造散射面，显示被测材料与空气界面的入射激光束。在胶体中利用它存在的丁达尔效应显示折射激光束；在被测透明固体和透明液体中，利用折射激光束对磨毛观测面的掠射显示折射激光束。界面上的反射激光束也掠过人工散射面和和入射光束同时显示出来。利用入射角与反射角相等的原理，入射光线和反射光线夹角的分角线即为被测材料与空气界面的法线。由此测定胶体、透明固体、透明液体的入射角、折射角，用折射角定律计算出它们的折射率。

技术领域

本发明为材料的物理参数测量技术，具体为一种测量胶体、固体和液体折射率的方法。

背景技术

折射率是描述材料特性的一个重要物理参数。测量折射率有插针法、最小偏向角法、干涉法和阿贝折射仪等，插针法要求测量样品是两面平行的厚平板；最小偏向角法要把被测材料加工成三角棱镜，再用分光计测量最小偏向角，显然它的测量对象只能是透明固体；干涉法中例如迈克尔逊干涉仪，测量对象是薄膜和透明薄片，干涉仪的操作有一定难度，因此对实验者也提出了较高要求；阿贝折射仪是最经典的折射率测量方法，经过多年的改进，越来越完善，它测量精度高，不仅可测液体折射率，还可测固体折射率，但折射率范围有一定限制(约在1.3至1.7之间)，而且在测固体时要把样品加工成一定面积的光学平面，再者它是一台精密仪器，价格也是比较高的。以上所说的测量方法是针对液体和固体的。测量胶体折射率，尤其是凝胶折射率的方法和仪器尚未见报导。而胶体在工业生产中经常遇到，如冶金工业中的选矿、污水处理、石油原油的脱水、纳米材料的制备、部分中西药注射液的制备、塑料和橡胶的制备都会遇到胶体问题。而在食品工业中的阿胶、鹿角胶、果胶、明胶、琼脂和果冻等是常见的凝胶。胶体的折射率是随分散质的浓度而变的，在胶体溶液的胶凝过程中折射率也有变化。因此有一个简易的到处可用的胶体折射率测量方法，不仅有助于胶体研究，也有助于工业生产中胶体成份的监控。本发明除适用于胶体折射率测量外，也适用于透明固体和透明液体的折射率测量。

本发明中使用了激光束来显示光线传播的路径，这是因为激光的发散角小，方向性好，而且此实验中总光程只有几十厘米，因为离激光器出射口近，所以其光束不会发散得很厉害。光束直径和光斑约为毫米量级。用它显示入射光线和折射光线的痕迹是很适宜的。实验室用的激光器配备专用电源，价格较高。我们采用市场上容易购得的激光指示器(Laser Pointer，俗称激光笔)产生的激光束，激光笔能用电池驱动，使用也比较灵活，并且携带方便，价格低廉。还有一个优点，就是对被测样品制作要求很低，被测样品只要有几个平方毫米的平整界面供激光入射即可。因此用它结合散射源来实现入射角和折射角的显示和测量是合适的。

我们都有经验，当PPT报告使用者使用激光笔时，我们只能看到激光束落在屏幕上的光斑，而无法看到它射出的激光束。这是因为它的强度太低，而空气中又没有足够的散射源把激光散射到听众眼中。如果在激光传播的途中扬起一阵灰尘，或者加点烟雾或蒸汽，则激光束隐隐可见。但这种散射源是不稳定的，一阵风吹来，吹跑了灰尘和烟雾，激光束又不见了。同样的道理，激光笔射出的光束经过纯净液体(如纯净水)和透明固体(如玻璃、水晶等) 时，是看不见光束的。所以我们必须加进人为的稳定的散射源，使激光束的路径清晰可见。散射源如何制作将在发明内容中介绍。

发明内容