§ 10.4. Средства измерений показателя преломления жидкостей

Измерение показателя (или коэффициента) преломления (рефрак­ции) осуществляется интерферометрами и рефрактометрами (от лат. refractus — преломленный и от греч. metreo — измеряю). Для автоматических измерений обычно используются рефрактометры, относящиеся к оптическим средствам измерений (см. табл. 9.І). Принцип действия их основан на законе преломления света, соглас­но которому часть световой энергии луча, падающего на границу раздела прозрачных сред 1 и 2 (рис. 10.8, а), возвращается в среду 1*, а остальная часть проходит в среду 2 и при этом меняет направление. Математический закон преломления выражается зависимостью

sin a₁/sin a₂ = n₂₁, (10.24)

______________________

* Анализаторы, работа которых базируется на использовании отраженного луча для получения измерительной информации, называют рефлектометрами (от лат reflectere — отражатель и от греч. metreo—измеряю).

Р ис. 10.8. Схема рефрактометра

где a₁ и a₂ — углы падения и преломления светового луча; % — константа, называемая относительным показателем преломления вещества 2 по отношению к веществу 1.

В соответствии с волновой теорией света показатель преломле­ния определяет отношение скоростей W₁ и W₂ распространения световых волн в двух средах:

n₂₁ = W₁/W₂. (10.25)

Из двух сред та, в которой свет распространяется с большей скоростью, называется средой, оптически менее плотной, а среда, в которой скорость света меньше, называется оптически более плотной.

Коэффициент преломления жидкостей практически не зависит от давления, а изменение его с изменением температуры для огром­ного большинства жидкостей лежит в пределах 0—0,0006 1/град. Для многих практически важных случаев коэффициент преломле­ния жидкостей можно рассматривать как аддитивное физико-хими­ческое свойство.

На рис. 10.8, б показана схема рефрактометра. Свет от лампы 1 через оптическую систему 2 в виде луча посылается в так назы­ваемую дифференциальную кювету 4. Последняя состоит из двух частей, отделенных друг от друга стеклянной перегородкой. Через измерительную камеру 5 кюветы непрерывно прокачивается анали­зируемая жидкость, а сравнительная камера 3 заполнена образцо­вой жидкостью. При равенстве показателей преломления этих жид­костей луч от лампы проходит через обе камеры без отклонений. Изменение показателя преломления анализируемого вещества вызывает отклонение луча, пропорциональное разности показателей преломления анализируемого и образцового веществ. Луч света из кюветы попадает в неподвижную 6 и подвижную 7 призмы. Когда он не испытывает отклонений, фотоэлементы 9 и 10, включенные встречно и образующие дифференциальный фотоприемник, освеще­ны одинаково. На выходе электронного усилителя 11 сигнал равен нулю. При отклонении луча возникает различие в освещенности этих фотоэлементов. Сигнал на входе электронного усилителя 11 становится отличным от нуля. Этот сигнал усиливается и управ­ляет работой реверсивного двигателя 8, который через механиче­скую передачу поворачивает призму 7 до тех пор, пока освещен­ности фотоэлементов 9 и 10 опять не станут одинаковыми. Положение ротора двигателя 8 и связанное с ним положение стрелки на шкале определяют разность коэффициентов преломления анализируемого и образцового веществ. Рефрактометр обычно снабжен устройством коррекции показаний в зависимости от температуры анализируемой среды.

Диапазон измерений разности показателей преломления между анализируемой или образцовой жидкостью от (0 0,02) 10^-2 до (0 10)10^-2. Классы точности 1,5—4 (в зависимости от диапазона измерений).