Меню
Главная
Авторизация/Регистрация
 
Главная arrow Техника arrow Аналитическая химия

Рефрактометрические методы

В основе метода лежит явление преломления, которое состоит в изменении направления распространения электромагнитной волны при переходе из одной среды в другую (рис. 5.70).

Явление преломления

Рис. 5.70. Явление преломления

Угол падения А) и угол преломления в) связаны законом преломления Снеллиуса, который выражается соотношением

где пАипв показатели преломления двух сред: А и В; vA и vB — скорости распространения волн в средах А и В.

Показатель преломления вещества — величина, равная отношению фазовых скоростей света (электромагнитных волн) в вакууме

С

(С) и в данной среде (v): п = —.

v

Если показатель преломления среды А меньше показателя среды В (пА < пв), то угол преломления будет меньше угла падения в < аА), а угол отражения всегда равен углу падения (а'А = аА).

Из уравнения (5.55) следует:

Приведенное выражение и составляет основу рефрактометрического метода. Под рефрактометрией понимают метод, основанный на измерении показателей преломления для определения природы и количества составных частей пробы.

Показатель преломления среды (п) зависит от длины волны, температуры, химического состава вещества и для газов — давления.

Изменение показателя преломления вещества при изменении длины волны (к) называется дисперсией. Дисперсия связана со степенью поглощения электромагнитного излучения. В областях с высоким пропусканием с увеличением длины волны показатель преломления уменьшается нелинейно (рис. 5.71). Этот интервал X называется областью нормальной дисперсии.

Общий вид зависимости показателя преломления от длины волны электромагнитного излучения

Рис. 5.71. Общий вид зависимости показателя преломления от длины волны электромагнитного излучения

Источник: Данцер К., ТанЭ., МольхД. Аналитика. Систематический обзор: Пер. с нем.; Под ред. Ю.А. Клячко. М.: Химия, 1981. С. 149

В областях с высоким поглощением (низким пропусканием) показатель преломления резко возрастает с увеличением длины волны, т.е. наблюдается аномальная дисперсия. В области аномальной дисперсии трудно добиться высокой точности измерений, поэтому, прежде чем приступить к исследованию, необходимо выбрать оптимальную область длин волн, а именно — область нормальной дисперсии.

Существуют несколько видов показателей преломления для одних и тех же веществ:

nD показатель преломления желтой линии натрия (линия D); пс показатель преломления красной линии водорода (линия Q; пр показатель преломления синей линии водорода (линия F); nG показатель преломления фиолетовой линии водорода (линия G).

Так как показатель преломления зависит от температуры, для стандартизации результатов используют показатель преломления, измеренный при температуре 20,0 ± 0,3 °С для желтой линии натрия (598,3 нм). Полученный в данных условиях показатель преломления (Яд°) приведен в справочниках.

В случае измерений, выполненных при другой температуре, используют поправку

где п' — показатель преломления при температуре измерения (t).

Температурную зависимость преломления можно исключить с помощью удельной (г) или мольной рефракции (R):

где р — плотность раствора; М — молекулярная масса вещества; п — измеренный показатель преломления.

Зависимость показателя преломления от химического состава анализируемых сред используется для аналитических целей. Хотя показатель преломления и плотность относятся к так называемым неспецифическим величинам, благодаря возможности сравнительно точного их определения эти величины применяют для идентификации веществ и испытания их на чистоту.

Количественные определения возможны как для двухкомпонентных, так и для многокомпонентных систем. В случае двухкомпонентных систем справедливо равенство

где п — показатель преломления анализируемого раствора; п0 — показатель преломления чистого растворителя; С — концентрация растворенного вещества, %; к — эмпирический коэффициент.

Рефрактометрический метод находит применение в контроле производственных процессов. Принципиальная блок-схема проточного дифференциального рефрактометра приведена на рис. 5.72.

Блок-схема дифференциального рефрактометра

Рис. 5.72. Блок-схема дифференциального рефрактометра:

7 — источник электромагнитного излучения; 2 — сравнительная кювета; 3 — рабочая кювета (проточная); 4 — оптическая призма с регулируемыми поворотными устройствами для уравнивания освещенности двух фотоэлементов; 5 — фотоэлементы; 6 — усилитель; 7 — регистрирующее устройство

При выполнении рефрактометрических измерений кюветы 2 и 3 предварительно заполняют эталонным раствором, концентрация которого соответствует требованиям технических условий. Это обеспечивает равенство показателей преломления в обеих кюветах, что фиксируется с помощью элемента 5. При изменении концентрации компонента в рабочей кювете 3 поток света, выходящий из нее, отклонится от первоначального направления. При этом освещенность 5 изменится. С помощью регулирующих поворотных устройств призму 4 поворачивают до тех пор, пока освещенность двух элементов 5 не станет одинаковой. Угол поворота призмы является мерой разности показателей преломления, которую можно определить с точностью ±2 • 10“5.

Метод применяют в химической промышленности для идентификации и контроля концентрации различных продуктов химии и нефтехимии; в пищевой промышленности — для контроля содержания сахара в напитках, алкоголя в ликеро-водочной продукции, белка в молоке и молочных продуктах и т.д.; в медицине — для контроля концентрации лекарственных веществ, белка в биологических жидкостях и др.

Вопросы для самоконтроля к подразделу 5.2.8

  • 1. В чем заключается сущность рефрактрометрического метода?
  • 2. Что такое показатель преломления и от каких параметров он зависит?
  • 3. Какие аналитические задачи можно решать рефрактометрическим методом?
  • 4. Опишите блок-схему дифференциального рефрактометра.
 
Посмотреть оригинал
Если Вы заметили ошибку в тексте выделите слово и нажмите Shift + Enter
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ ОРИГИНАЛ   След >
 

Популярные страницы