Рефрактометрия

Другие оптические методы анализа

Рефрактометрия основана на измерении относительных пока­зателей преломления веществ. Относительным показателем прелом­ления называют отношение скоростей света в воздухе и в данной среде : . При прохождении через какую-либо среду свет как электромагнитное излучение взаимодействует с молеку­лами и атомами веществ и изменяет свою скорость. Наибольшую скорость световой луч имеет в вакууме (= 3 …10¹⁸ м/с). Воздух обладает большей оптической плотностью по сравнению с ваку­умом, и в нем свет имеет меньшую скорость. Абсолютный (по отно­шению к вакууму) показатель преломления воздуха = 1,00027. Для удобства показатели преломления остальных ве­ществ измеряют относительно воздуха. Абсолютный и относитель­ный показатели преломления связаны зависимостью =1,00027. Обычно величину считают равной и называют показателем преломления. Показатель преломления отличается для лучей света разной длины волны; его изменения, названные дисперсией, связаны со строением вещества среды. Кроме того, показа­тель преломления зависит от природы, плотности и концентрации вещества, типа растворителя, температуры и других факторов.

При переходе луча света из воздуха в какую-либо среду проис­ходит изменение его скорости. Если при этом направление падаю­щего луча не совпадает с нормалью к границе раздела сред (не перпендикулярно к ней), то его направление также изменяется (рисунок 7, а).

Рисунок 7 - Принципы рефрактометрических измерений

При этом показатель преломления связан с углом па­дения и углом преломления луча зависимостью (для границы воздух — среда):

(12)

Каждая среда имеет постоянный показатель преломления и, сле­довательно, отношение синусов углов и также является посто­янной величиной. Угол падения луча можно увеличить до его предельно возможного значения (90°), при этом падающий луч пой­дет вдоль границы раздела сред и, преломившись, образует предель­ный угол преломления (рисунок 7, б). Так как sin 90° = 1, зависи­мость (14) при этом примет вид

Если в качестве сред используется не воздух, а любые другие, то каждая из них описывается своим показателем и предельным углом преломления. В этом случае можно записать равенство

(13)

которое характеризует преломление светового луча на границе любых двух сред.

В рефрактометрах для измерения показателя преломления в ка­честве сред используют раствор вещества и стекло. Для стекла из­вестен показатель преломления . Луч света, проходя границу раздела раствор — стекло, преломляется. Задав угол падения луча в растворе, равным 90° (), получим уравнение, поз­воляющее измерять показатель преломления раствора по значе­нию предельного угла преломления в стекле :

(14)

Показатель преломления при прочих постоянных условиях свя­зан прямой пропорциональной зависимостью с концентрацией веще­ства в растворе и его измерение широко используется в количе­ственном анализе. Для измерения показателей преломления раство­ров чаще всего применяют рефрактометры типа Аббе и типа Пульфриха, которые работают на принципе измерения предельного угла преломления.

По­казатели преломления некоторых растворителей приведены ниже: метанол – 1,3286; этанол – 1,3613; ацетон – 1,3591; хлороформ – 1,4456; вода –1,3330.

При работе на рефрактометрах призменный блок промывают дистиллированной водой, вытирают насухо фланелью, затем нано­сят несколько капель анализируемого раствора, закрывают блок и производят измерение. После этого измеряют показатель прелом­ления растворителя. Определение показателей преломления про­водят при определенной температуре, так как они сильно изме­няются с температурой. Например, для воды в зависимости от тем­пературы: = 1,33369; =1,33339; =1,33299. Показа­тель преломления обозначают с индексом, показывающим темпе­ратуру, при которой был произведен замер, –. Индекс озна­чает длину волны линии спектра излучения, испускаемого натрие­вой лампой (= 589,3 нм).

Расчет концентрации вещества по показателям преломления рас­твора ведут несколькими способами.

Таблица 4 – Показатели преломления растворов некоторых веществ

Вещество	Показатель преломления при концентрации (г/100 см^3)
CaCl2	1,3354	1,3377	1,3400	1,3422	1,3445
KCl	1,3357	1,3383	1,3409	1,3434	1,3460
NaCl	1,3364	1,3397	1,3430	1,3462	1,3495
NaBr	1,3356	1,3383	1,3410	1,3436	1,3462
KI	1,3356	1,3382	1,3408	1,3434	1,3460

Дата добавления: 2014-01-07