rifrattòmetro

Definizione

sm. [rifratto+-metro]. Strumento di misura per la determinazione dell'indice di rifrazione di sostanze solide, liquide o aeriformi. Tra i rifrattometri più usati per la determinazione dell'indice di rifrazione di sostanze liquide o solide vi sono il rifrattometro di Pullfrich, il rifrattometro a prismi di Abbe, il rifrattometro a mezza sfera di Abbe, che possono essere utilizzati con i due metodi della rifrazione limite e della riflessione limite. Per le misurazioni di estrema precisione (sino alla sesta cifra decimale dell'indice di rifrazione), necessarie per i vetri d'ottica, si foggia il provino a forma di prisma e si misura prima l'angolo rifrangente del prisma e poi l'angolo di deviazione minima per la lunghezza d'onda alla quale si vuole riferire l'indice di rifrazione. Analogamente si procede per la misurazione dell'indice di rifrazione di aeriformi che vengono racchiusi entro prismi di vetro cavi. Per queste misurazioni si fa uso di goniometri ottici.

Tecnica: il rifrattometro di Pullfrich

È costituito essenzialmente da una sorgente estesa di luce monocromatica S, generalmente una lampada a vapori di sodio, da un parallelepipedo di vetro ottico ad alto indice di rifrazione e da un cannocchiale C munito di reticolo e scorrevole su un cerchio graduato solidale con il prisma. Lo strumento consente la misurazione dell'indice di rifrazione di liquidi e di solidi. Con il metodo di misurazione detto della riflessione limite alcune gocce della sostanza da esaminare vengono depositate all'interno di una vaschetta trasparente cilindrica posta sulla base superiore del parallelepipedo. L'indice di rifrazione di quest'ultimo è tanto alto da essere sicuramente maggiore di quello della sostanza di indice incognito. I raggi diffusi dalla sorgente S sul campione passano in P da un mezzo più rifrangente a un mezzo meno rifrangente. I raggi del tipo 1 che arrivano in P con un angolo minore dell'angolo limite l verranno allora rifratti attraverso le gocce del campione mentre quelli del tipo 3 e 2, che vi arrivano con un angolo rispettivamente maggiore e uguale, verranno riflessi totalmente e saranno raccolti dal cannocchiale C. Il campo del cannocchiale risulterà allora diviso in due parti, una illuminata dai raggi riflessi sulla superficie di separazione prisma-goccia e una scura a causa della mancanza di quei raggi che sono rifratti dalla goccia stessa. Muovendo il cannocchiale sino a collimare il reticolo con la linea di separazione delle due zone si potrà leggere sulla scala graduata solidale con il parallelepipedo il valore dell'angolo secondo il quale il raggio corrispondente all'angolo limite esce dal parallelepipedo: si ricava allora facilmente:

, in cui α è l'angolo di emergenza. In pratica, il valore dell'indice di rifrazione n si legge direttamente sulla scala del cannocchiale graduata dal costruttore in valori dell'indice di rifrazione per mezzo della formula data. Con il metodo detto della rifrazione limite si usa il medesimo apparato nel quale, però, l'illuminazione, S, della goccia della sostanza incognita avviene dall'alto in luce radente. Il raggio con incidenza radente (2) viene rifratto dalla superficie di separazione goccia-parallelepipedo secondo l'angolo limite l. Il campo del cannocchiale risulterà ancora diviso in due zone, una illuminata e l'altra oscura, ma invertite rispetto al caso precedente.

Tecnica: il rifrattometro a prismi di Abbe

Come il rifrattometro di Pullfrich, è basato sul fenomeno della riflessione totale. La parte fondamentale dello strumento è costituita da due prismi retti di vetro di alto indice di rifrazione aventi sezioni con angoli acuti di 30º e di 60º. I due prismi possono venire accostati mediante una cerniera lungo le ipotenuse in modo da lasciare uno spessore di qualche decimo di millimetro nel quale viene posto il liquido da esaminare. Le misure possono essere effettuate sia con il metodo della riflessione limite sia con il metodo della rifrazione limite. Anche con il rifrattometro di Abbe si possono misurare indici di rifrazione di sostanze solide. Con il metodo della riflessione limite,i raggi monocromatici provenienti da una lampada a vapori di sodio vengono inviati sulla faccia AB del prisma ABC e su questa subiscono una prima rifrazione. I raggi rifratti del tipo 1 e 2 che giungono sulla superficie di separazione vetro-liquido con un angolo superiore o uguale all'angolo limite l vengono riflessi totalmente, subiscono una seconda rifrazione sulla superficie BC del prisma e vengono infine raccolti dal cannocchiale D. I raggi del tipo 3, invece, che giungono sulla superficie di separazione con un angolo minore dell'angolo limite, vi si rifrangono e quindi non raggiungono il cannocchiale. Il campo dell'oculare di questo risulterà pertanto diviso in due zone, una illuminata e l'altra oscura. Collimando la superficie di separazione con il reticolo del cannocchiale si determina l'angolo α con cui il raggio limite 2 emerge dalla faccia BC. Come si trova con semplici considerazioni geometriche, la relazione tra angolo limite l, angolo α e indice di rifrazione n del prisma rispetto all'aria è data da: e quindi . Da questa relazione, essendo n una costante strumentale nota e potendosi misurare α si risale al valore dell'angolo limite l e di qui all'indice di rifrazione n=n sin l del liquido. Per poter applicare il metodo della rifrazione limite si fa ruotare il complesso in modo che la luce penetri nel prisma A´B´C´ dalla faccia A´B´. Il valore dell'angolo limite l si ottiene con la stessa formula del caso precedente. I rifrattometri usati nella pratica industriale, generalmente del tipo a prismi di Abbe, possono essere forniti di un dispositivo compensatore che permette di effettuare le misure in luce bianca e di riferirle automaticamente alla luce del sodio.

Tecnica: il rifrattometro a mezza sfera di Abbe

Un altro tipo di rifrattometro per solidi e liquidi è il rifrattometro a mezza sfera di Abbe in cui il cannocchiale C ha sempre l'asse ottico diretto secondo il raggio della mezza sfera di vetro ottico di indice di rifrazione n assai elevato. Anche con questo rifrattometro si possono applicare i due metodi descritti precedentemente. Con il metodo della riflessione limite, per esempio, un fascio luminoso monocromatico F piuttosto esteso incide sulla mezza sfera sulla quale è poggiato il campione di cui si vuole determinare l'indice di rifrazione n<n. Con il cannocchiale C si esplora il campo luminoso, cercando la posizione angolare, determinata con il cerchio graduato G per cui i raggi luminosi riflessi variano bruscamente di intensità, da debole a forte; tale angolo è l'angolo limite, quindi l'indice di rifrazione n è calcolabile con la formula n=n sin l.