Рефрактометрический метод анализа

Луч света, который переходит из одной среды в другую, частично отражается от поверхности раздела, а частично переходит в другую среду, изменяя при этом своё начальное направление. Изменение направления прямолинейного распространения света при переходе из одной среды в другую ‑ преломление или рефракция.

Преломление светового луча на границе двух прозрачных однородных сред (А); полное внутреннее отражение (В). Преломление света (оценивается по величине показателя преломления, обозначается n, равно отношению синуса угла падения α к синусу угла преломления β луча, входящего из пустоты в данную прозрачную среду: Показатель преломления (n) зависит от: · длины волны падающего света (λ­, n¯); Для видимого света наибольший показатель преломления соответствует фиолетовому излучению (λ = 390 – 420 нм). · температуры (Т­, n¯); · давления (для газов).

Обозначая показатель преломления, указывают длину волны падающего света и температуру при которой проводится измерение.

Запись n_D²⁰ обозначает, что показатель преломления был измеренный при 20⁰С, длина волны падающего света 589 ммк.

Абсолютный показатель преломления равен произведению измеренного значения показателя преломления на абсолютный показатель преломления воздуха: n = 1,00027 при Р=101325 Па и t = 20 С.

N = 1,00027∙n

Показатель преломления зависит от степени поляризации молекулы, её дипольного момента (абсолютный показатель преломления отображает особенности строения молекулы исследуемого вещества), связанный с диэлектрической проницаемостью среды ε уравнением: ε = n².

Для исключения влияния внешних факторов на значение показателя преломления, вводят понятия мольной и удельной рефракции. Мольная рефракция вычисляется для 1 моль, а удельная рефракция – для 1 грамма вещества.

Мольную рефракцию используют для: 8 физико-химических расчётов; 8 установления строения вещества и их химического состава; 8 установления кратных связей и их сопряжения; 8 идентификации органических веществ (геометрических изомеров). , R – мольная рефракция, см3/моль; Мr – относительная молекулярная масса.

Удельную рефракцию используют для: 8 определения концентрации раствора (рефракция смеси равна смеси удельных рефракций веществ, образующих данную смесь, взятых в весовых соотношениях). r – удельная рефракция, см3/г; r ‑ плотность вещества; n – показатель преломления.

Метод анализа, который основывается на определении показателя преломления исследуемого раствора, называется рефрактометрическим.

В анализе чаще всего используют показатель преломления, который можно измерить с помощью рефрактометра.

Показатель преломления является физической константой вещества, поэтому по его значению можно судить о чистоте вещества.

Для приведения показателей рефрактометра к температуре 20⁰С пользуются таблицей температурных поправок, которая прилагается к прибору.

Оптическая схема рефрактометра УРЛ:

8 Рефрактометр используется для определения показателя преломления и концентрации растворов, а также средней дисперсии.

8 В основе конструкции прибора лежит метод определения показателя по углу полного внутреннего отражения.

8 Прибором измеряют показатель преломления жидкости и содержание сухих веществ, основой которых является сахароза. Граница измерения прибора – от 1,33298 до 1,38110 по показателю преломления от 0 до 30% по содержанию сухих веществ.

8 Исследуемый раствор помещают между плоскостями двух призм – осветительной и измерительной.

От источника света конденсором луч света направляется на входную плоскость осветительной призмы, потом он проходит через тонкий слой исследуемого вещества и преломляется на границе исследуемого вещества и плоскости измерительной призмы.

Лучи, вышедшие из измерительной призмы, фокусируются объективом зрительной трубы в её поле зрения, образуя светлую и темную части поля, разделённые прямой линией. Границей светотени являются граничные лучи. Для фиксации положения границы светотени относительно неподвижной шкалы зрительная труба вращается относительно оси. Через окуляр зрительной трубы наблюдают: линию светотени, пересечение сетки и шкалу. Для компенсации дисперсии лучей, вышедших из измерительной призмы, в зрительной трубке установлены две призмы, которые поворачиваются относительно оси зрительной трубки.

Вращением призмы устанавливают в такое положение, при котором граница светотени не имеет спектральной окраски. Отсчёт по шкале осуществляется после устранения спектральной окраски границы светотени в положении пересечения границы светотени и сетки.

Определение показателя преломления: 1.Перед определением проверяют правильность установления нулевой точки. 2.2 – 3 кап. дистил. воды пипеткой, не касаясь измерительной призмы, внести между плоскостями двух призм – осветительной и измерительной. Закрыть верхней частью. Устранить спектральное окрашивание. Провести отсчёт по шкале после устранения спектрального окрашивания. 3.Лимб устанавливают на нулевое значение. Граница светотени должна проходить через нулевое деление шкалы. При наличии отклонений, необходимо поворотом регулировочного винта, переместить границу светотени к совмещению её с нулевым делением шкалы. 4.2 – 3 кап. исследуемого раствора вносят между плоскостями двух призм – осветительной и измерительной. Закрыть верхней частью. 5.Провести измерение показателей преломления приготовленных растворов, рассчитать среднее арифметическое значение п. Результат записать в таблицу.

Рефрактометр УРЛ:а – строение прибора (1 – корпус; 2 – камера, состоящая из двух половин: нижней неподвижной, верхней подвижной; 3 – осветитель; 4 – окуляр; 5 – шкала; 6 – дисперсный компенсатор; 7 – ручка; 8 – штуцер для термометра); б – показатели внутренней шкалы (при наблюдении в окуляр).

Применение метода рефракции для:

1. Определения концентрации спирта в растворе.

2. Определения содержания сахара в растворе.

3. Определения связанной воды в продуктах.

4. Определения сухих веществ в томатных продуктах.

5. Определения автолитической активности муки, водорастворимых сухих веществ;

6. Определение сухих веществ молока (СОМО);

7. Идентификации вещества по величине молекулярной рефракции (определяют показатель преломления вещества, его плотность, по таблице свойств органических соединений устанавливают вещество).