Рефрактометрический анализ

Рефрактометрия – исследование преломления света при прохождении луча через границу раздела прозрачных однородных сред и заключается в измерении показателя (или коэффициента) преломления исследуемого раствора, связанного с его концентрацией.

При падении луча света на границу раздела двух прозрачных сред от поверхности раздела и частичное отражение света от поверхности раздела и частичное распространение света в другой среде.

Направление луча во второй среде изменяется в соответствии с законом преломления:

n_2(отн.) (1)

Величину n_2(отн.) называют относительным коэффициентом преломления второй среды по отношению к первой. Показатель преломления по отношению к вакууму называют абсолютным показателем преломления:

n_2(абс.) =

относительный показатель преломления равен отношению абсолютных показателей преломления:

n_(абс) · sinα₁ = n_2(абс) · sinα₂

Относительный показатель преломления по отношению к воздуху называют просто показателем преломления n:

n_абс. = n_{абс.(возд.)} · n, поэтому

при атмосферном давлении и комнатной температуре n_абс. = 1,00027.

При увеличении угла падения наступает момент, когда угол преломления окажется равным 90° - луч света будет скользить по поверхности раздела сред. Такой угол называется углом полного внутреннего отражения, или предельным, критическим углом.

Очевидно, что в этом случае преломления не произойдет, и поскольку sin 90° = 1, формула (1) переходит в n_2(отн.) = sinα₁ (2).

Уравнение (2) показывает, что по условию полного внутреннего отражения можно рассчитать показатель преломления. Это соотношение используют в практике рефрактометрии.

Показатель преломления зависит от длины волны падающего света, температуры. Температуру и длину волны света, при которой производится измерение, обычно указывают у символа “n”.

Например, запись n означает, показатель преломления измерен при

25°C для желтой D – линии натрия с длиной волны 589 нм. Показатель преломления и плотность вещества изменяются симбатно, т.е. с ростом плотности происходит увеличение показателя преломления. Установлено, что функция показателя преломления f(n) прямо пропорциональна плотности вещества d: f(n) = r · d;

r – коэффициент пропорциональности назвали удельной рефракцией. При умножении r на молярную массу M получают молярную рефракцию R

R = Mr

Величина рефракции (R), не зависит от внешних условий (температуры, давления и т.д.). для расчета рефракции используют формулу Лорентца – Лоренца

R =

В органической химии широко используют правило аддитивности молярных рефракций, где молярная рефракция соединения равна сумме атомных рефракций элементов, образующих это соединение, а рефракция смеси равна сумме молярных рефракций ее составных частей, например:

R_CCl = R_C + 4R_Cl или R_AB = R_A + R_B, т.е. R смеси (А + В + С) = R_AC_A + R_BС_В + R_CС_C

При градуировке прибора сразу устанавливают связь между углом наклона зрительной трубы и показателем преломления жидкости по шкале; деление шкалы одновременно наблюдается в поле зрения трубы (в окуляре). Если ось зрительной трубы установлена по направлению лучей, ограничивающих предельный угол преломления (лучи 0 на рисунке), то поле зрения разделится на светлую и темную половину (рис. 15).

Рис. 15. Разделение поля зрения рефрактометра

на светлую и темную зоны

Положение границы раздела светлого и темного полей соответствует углу полного внутреннего отражения и связано с показателем преломления исследуемого вещества. В окуляр рефрактометра виден кружок с перекрещивающимися линиями. Он служит для установления границы раздела. Изменяя положение окуляра передвижением его рукояткой вдоль продолговатой прорези в передней крышке корпуса, надо добиться, чтобы точка перекрестия совпала с границей раздела светлого и темного полей. В прорези укреплена шкала показателей преломления n_D. Цена деления этой шкалы равна 0,001, десятитысячные доли могут быть отсчитаны на глаз. Справа от шкалы n_D расположена дополнительная шкала – “процент сухих веществ” – с делениями от 0 до 95% и ценой наименьшего деления от 0,2 до 50% и 0,1 - свыше 50% “сухих веществ”.

В поле зрения видны одновременно граничная линия, деления шкал и три визирных штриха. При помощи рукоятки визирные штрихи совмещают с граничной линией и производится отсчет делений шкалы n_D (или % “сухих веществ”) (рис. 16).

Рис. 16. зрительное поле рефрактометра РЛ – 2 со шкалой показателей преломления и шкалой сухих веществ

Дата добавления: 2015-08-20