2 Рефрактометричний аналІз

Рефрактометричний аналіз ґрунтується на різниці в швидкостях розповсюдження світла в речовині та у вакуумі. При попаданні променя світла на межу розподілу речовин відбувається його заломлення, мірою якого є показник заломлення (n_абс – абсолютний показник заломлення).

N_абс = С/С_а,

де С_а – швидкість світла в речовині А;

С – швидкість світла у вакуумі.

Рис. 2.1 Схема проходження світла з середовища 1 в середовище 2:  – кут падіння;

 – кут заломлення

Фізичний зміст показника заломлення – це відношення швидкості розповсюдження світла в середовищі 1 (V₁) до швидкості розповсюдження світла в середовищі 2 (V₂):

, (рис. 2.1)

де V₁ і V₂ – швидкість світла в середовищах 1 і 2.

Показник заломлення відносно повітря називають просто показником заломлення n.

N_абс = n_{абс(повітря)}n.

При атмосферному тиску та кімнатній температурі:

n_{абс(повітря)} = 1,00027, тому N_абс = 1,00027 n. .

Показник заломлення залежить від природи речовини, її питомої ваги, довжини хвилі випромінювання, температури та тиску. Природа речовини визначає ступінь поляризованості. Залежність показника заломлення від довжини хвилі називають дисперсією. Чим менша , тим значніше заломлення. У видимій ділянці спектра найбільший коефіцієнт заломлення має фіолетове випромінювання (=397–424 нм), найменший – червоне [=640–723 нм).

Табличні значення n відповідають жовтій лінії в спектрі натрію (лінія D) та позначаються n_D (=589,3 нм).

На практиці ще використовують такі поняття, як питома рефракція (r, м³/кг) або мольна рефракція (R):

; ,

де n – коефіцієнт заломлення;

 – питома вага;

М – молекулярна маса;

 – поляризованість.

Використання цих величин дозволяє запобігти температурної залежності показника заломлення.

Незважаючи на те, що показник заломлення – це «неспецифічна» величина, його застосовують для досить точної ідентифікації речовини під час випробувань на її чистоту. Кількісні визначення можливі для двокомпонентних систем, якщо відомі n_А та n_B для чистих речовин.

Перевагами рефрактометрїї як методу аналізу – є простота та висока точність вимірювання (n – 10^–3%). Завдяки цьому метод рефрактометрїї застосовують при хімічних дослідженнях та при контролі технологічних процесів, насамперед у цукровій промисловості, для визначення вмісту цукру.

Для кількісного визначення застосовують лінійну залежність (якщо вміст речовини в розчині – 10–20%):

n=n₀ +FC,

де n – показник заломлення розчину;

n₀ – показник заломлення розчинника;

С – концентрація розчиненої речовини;

F – коефіцієнт, який знаходять за допомогою розчинів із відомою концентрацією.

Ця ж формула дозволяє перевіряти рідину на чистоту. Якщо n не відрізняється від n₀, то домішок у рідині немає.

Дня вимірювання n застосовують рефрактометри (рис. 2.2).

Рис. 2.2 Принципова схема рефрактометра: 1 – окуляр; 2 – зорова трубка; 3 – шар рідини; 4 – освітлювальна призма; 5 – вимірювальна призма