Определение показателя преломления и молекулярной рефракции

Показателем преломления (nD) называют отношение скорости распространения света в воздухе к скорости распространения света в испытуемом веществе. Показатель преломления зависит от природы вещества, температуры, длины волны падающего света, а в растворах еще и от концентрации вещества.

Определение показателя преломления производят при помощи рефрактометров. Рефрактометры должны обеспечивать точность определения показателя преломления не менее чем до 0,0005 при температуре 20 С и длине волны линии D спектра натрия (589,3 нм). Современные приборы позволяют определять показатель преломления при длине волны линии D спектра натрия при проведении измерений при дневном свете, так как они откалиброваны для выражения показателя преломления в безразмерных единицах при длине волны 589,4 нм и 20 С. Точность показаний рефрактометров проверяют по дистиллированной воде (п2?= 1,3330) или эталонным жидкостям.

Технические продукты могут содержать примеси, которые влияют на величину показателя преломления. Поэтому показатель преломления может в ряде случаев служить характеристикой чистоты продукта. Например, сорта очищенного скипидара различают по показателям преломления: пD I сорта - 1,469-1,472; II сорта - 1,472-1,476; III сорта - 1,476-1,480.

Рефрактометрический метод анализа можно применять для двойных систем, например для определения концентрации вещества в водном или органических растворах. В этом случае концентрацию вычисляют по графику зависимости показателя преломления от концентрации раствора или по формуле:

где X - концентрация раствора; n - показатель преломления раствора; п0 - показатель преломления чистого растворителя; F - фактор, равный величине прироста показателя преломления при увеличении концентрации на 1% (вычисляется на основании экспериментальных данных).

Как уже указывалось, значение показателя преломления зависит от температуры. У органических жидкостей он падает с ростом температуры на градус на 4*10-4 - 5*10-4. Чтобы исключить влияние внешних факторов (длина волны падающего света, температура и давление) на показатель преломления, вводят понятие молекулярной и удельной рефракции. Их вычисляют по формулам:

где R - молекулярная рефракция; r - удельная рефракция; п - показатель преломления; d - относительная плотность вещества; М - молекулярная масса.

Рефракция не зависит от температуры, поскольку уменьшение показателя преломления при повышении температуры компенсируется одновременным уменьшением плотности. Рефракция не зависит также от агрегатного состояния вещества.

Промышленностью выпускаются рефрактометры различных марок. Каждый прибор снабжен подробной инструкцией с правилами пользования. Общим в конструкции почти всех рефрактометров является наличие двух призм, между которыми помещают слой исследуемой жидкости, окуляра и шкалы с делениями для отсчета коэффициента преломления. Призменный блок состоит из двух термостатированных призм из оптического стекла с большим коэффициентом преломления. Осветительная призма имеет матовую гипотенузную грань, а измерительная - отшлифованную. Между плотно прижатыми друг к другу гипотенузными гранями помещается тонкий слой исследуемой жидкости. Пучок света проходит через призму и, преломившись в слое исследуемой жидкости, попадает в измерительную призму. Поскольку при переходе света через плоскую границу из оптически менее плотной среды в среду оптически более плотную, телесные углы, в пределах которых распространяются световые пучки, уменьшаются, в окуляр рефрактометра можно наблюдать границу света и тени. Совмещая перекрестие окуляра с границей света и тени и снимая по шкале прибора отсчет, измеряют показатель преломления жидкости, помещенной между призмами.