Краткие теоретические сведения. Рефрактометрия - метод исследования и анализа веществ, основанный на измерении показателя преломления или разницы показателей преломления веществ

Рефрактометрия - метод исследования и анализа веществ, основанный на измерении показателя преломления или разницы показателей преломления веществ. Показатель преломления - постоянная величина для каждого вещества (подобно температуре плавления, удельному весу, молярному коэффициенту поглощения и др.) и таким образом характеризует данное вещество. Различают абсолютный N и относительный n показатели преломления. Свет, как электромагнитное излучение при прохождении через какую-либо среду, взаимодействует с частицами вещества (молекулами, атомами, ионами, радикалами и др.), изменяя свою скорость. Наибольшая скорость световых волн в вакууме (С_о = см/с), в воздухе скорость света уменьшается, и значение абсолютного показателя преломления воздуха составляет:

Относительный показатель преломления n - это отношение скорости света в воздухе к скорости света в данной среде:

Показатель преломления измеряют на рефрактометрах. Наиболее распространёнными являются рефрактометры типа Аббе и типа Пульфриха, работающие на принципе измерения предельного угла преломления.

Рефрактометрический анализ применяют для определении концентрации спирта, содержания многих лекарственных препаратов и других веществ. Недостатком метода является высокий предел обнаружения и недостаточная точность, несмотря на сравнительно большую точность измерения показателя преломления.

Рефрактометр ИРФ-22 (рис. 9.1) предназначен для не­посредственного измерения показателя преломления жид­ких и твердых тел, а также для быстрого качественного опре­деления концентраций вод­ных, спиртовых, эфирных и других растворов по показа­телю преломления. Наиболее часто ИРФ-22 используется для оценки качества питьевой воды.

Рисунок 9.1. Общий вид рефрактометра ИРФ-22: 1 — осветительная призма; 2 — зеркало; 3 — штуцер; 4 — винтовой зажим; 5 — ма­ховичок компенсатора дисперсии; 6, 11 — шланги; 7 — отверстие для юстировочного ключа; 8 — котировочный ключ; 9 — маховичок для поворота призменного бло­ка;

10 — зрительная труба

Прибор применяется в хи­мических и технологических лабораториях, а также при эко­логическом обследовании объ­ектов, в том числе учебных уч­реждений.

Рефрактометр ИРФ-22 удо­бен в работе, так как специ­альная оптическая система по­зволяет с помощью зритель­ной трубы видеть шкалу показателей преломления и визирную линию одновременно с полем, в котором располагается перекрестие и выводится граница света и

темноты.

Точность измерений показателя преломления составляет ± 1...2×10^-4, предел измерения показателя преломления — 1,3... 1,7. Перед началом измерения прибор термостатируют и юстируют (т.е. устанавливают оптическую ось).

С целью термостатирования в бутыль с тубусом и термометром заливают воду, температура которой 20 °С. Шланг от бутыли при­соединяют к штуцеру кожуха измерительной призмы.

Методика работы с прибором

I. Измерение показателя преломления жидкостей.

1. Открыть измерительную головку, выполненную в форме усе­ченного шара. Внутри измерительной головки визируется блок тре­угольных призм, в том числе измерительной и осветительной.

2. Нанести на поверхность измерительной призмы стеклянной палочкой или пипеткой несколько капель исследуемой жидкости и осторожно закрыть головку.

3. Убедиться, что исследуемая жидкость заполнила зазор между обеими призмами (с помощью окна, расположенного с другой стороны измерительной головки).

4. Настроить осветительное зеркало таким образом, чтобы свет от него падал на окно измерительной головки.

5. Настроить окуляр на резкость, вращая его вправо или влево.

6. Найти границу раздела света и тени, вращая большой маховик.

7. Устранить окрашенность раствора, вращая маленький махо­вик.

8. Совместить точно границу раздела с перекрестием сетки с помощью большого маховика.

9. Снять показания по шкале преломления.

II. Измерение показателя преломления (nD) твердых тел.

1. Промыть спиртом или эфиром поверхности обеих призм, после чего произвести операции 1—3, указанные в ч. I, нанося на изме­рительную призму капли промежуточной жидкости (монобром-нафталина или раствора ртутно-йодисто-калиевой соли).

2. Наложить твердый образец на слой промежуточной жидкости так, чтобы полированная поверхность образца находилась на из­мерительной призме, а матовая — на осветительной.

3. Закрыть измерительную головку и наблюдать в окуляр появ­ление нескольких интерференционных полос.

III. Измерение показателя преломления окрашенных или мутных проб проводится аналогично измерениям, описанным в ч. I и II, но с использованием диафрагмы, которая вставляется между изме­рительной головкой и металлическим фиксатором диафрагмы.

IV. Измерение средней дисперсии проводится аналогично из­мерениям, описанным в ч. I—Ш, но осуществляется путем вра­щения маленького маховика вправо и влево. Отсчет ведется от точ­ки «О» по барабану. Необходимо произвести несколько измерений.

После работы необходимо протереть эфиром поверхности призм.

Оценка результатов измерений

Шкала рефрактометра указана для температуры окружающей среды 20 °С; для различных жидкостей характерны определенные температуры, концентрация и химический состав.

Вначале определяется температурный коэффициент показателя преломления стекла измерительной призмы.

Среднеарифметическое показание барабана вычисляется по формуле

Z=åZ_i /n,

где åZ_i — сумма всех показаний барабана с одной стороны; п — количество отсчетов с каждой стороны барабана в отдельности.

Примечание. Общее значение изменения дисперсии Z_общ опреде­ляется по этой же формуле, но с суммой значений показаний барабана справа åZ_пр и слева åZ_лев.

Далее определяются средняя дисперсия и угол преломления среды.

Технические характеристики прибора:

Диапазон измерений показателя преломления.............. 1,3.. 1,7 Увеличение зрительной трубы.......................................... 25х Диапазон зрения зрительной трубы................................. 7025¢ Увеличение отсчетной системы...................................... 5,2х Поле зрения........................................................................ 4,7х5,9 мм

Контрольные вопросы и задания

1. Что такое рефрактометрия?

2. На каких показателях основан данный метод?

3. Назовите приборы, используемые для данного метода анализа.

4. Назовите область применения, достоинства и недостатки рефрактометрического метода анализа.

5. Где нашел применение рефрактометр ИРФ-22?

6. Как измерить показатель преломления жидкостей?

7. Как измерить показатель твердых тел?

8. Как измерить показатель окрашенных или мутных проб?

Лабораторная работа 10