33 Принципы рефрактометрии; молекулярная рефракция, формула Лорентц - Лоренца.

Рефрактометрия – это оптический метод, основанный на определении параметров вещества по показателю преломления.: .

Ввиду того, что показатель преломления воздуха мало отличается от единицы, при исследованиях атмосферных явлений часто используется величина (n – 1), называемая индексом рефракции.

В научных исследованиях распространен параметр, называемый коэффициентом молекулярной рефракции (R). Коэффициент молекулярной рефракции для газов или разбавленных растворов определяется из формулы Лорентц – Лоренца:

,

где R – коэффициент молекулярной рефракции; μ – молекулярная масса вещества; ρ – плотность вещества; n – показатель преломления.

Свойства молекулярной рефракции R:

1. R зависит от природы вещества

2. R величина аддитивная:

,

где R_i – молекулярные рефракции каждого из веществ, входящих в смесь, содержащую n компонент, ω_i – молярные доли веществ в растворе.

Рассмотрим метод анализа структуры вещества по коэффициенту рефракции. В исследовательской практике распространен анализ структуры вещества по алгоритмам, опирающимся на аддитивность коэффициента рефракции.

Ввиду большого числа переменных параметров этот вид анализа проводится на вычислительной технике, входящий в состав измерительного прибора.

34 Систематизация методов и приборов рефрактометрии

Оптическим параметром, определяющим величину рефракции, является показатель преломления. Этот параметр определяет направление оптического луча, которое, в большинстве случаев, определяется одним из двух основных способов.

Способы определения направления луча:

1. прямой – регистрация положения луча в измерительной плоскости

2. компенсационный – вводится специальный элемент, меняющий направление луча

1. Гониометрический метод основан на определении угла преломления путем регистрации направления преломленного луча. Измерение углов осуществляется гониометром, откуда и вытекает название метода.

Пример хода лучей при реализации данного метода представлен схемой

1 – источник света; 2- оптика;

3 – входная диафрагма;

4 – измерительная кювета;

5 – устройство для измерения угла преломления.

Искомый показатель преломления n_X может быть определен исходя из угла преломления α₂, который измеряется гониометром, и угла α_1, определяемого геометрическими параметрами кюветы.

.

2. Метод, основанный на регистрации угла Брюстера. Плоскость поляризации отраженного под углом Брюстера луча перпендикулярна плоскости падения (ТЕ-поляризация). Физически явление связано с особенностями пространственной ориентации диполей сред и рассматривается в курсе общей физики. Данный метод относится к комбинированным: в состав прибора входят поляризационные элементы.

3. Метод, основанный на регистрации угла полного внутреннего отражения. Измерения проводятся по контрасту освещения экрана отраженным лучом. Схема измерения показана на рис.

Контраст обнаруживается при α = α⁽⁰⁾. Это дает возможность определять показатель преломления объекта относительно эталона:

n_Х = n_ЭТ sin α⁽⁰⁾.

4. Интерференционные методы. Основаны на связи оптической разности хода ∆L с показателями преломления веществ n₁ и n₂. По оптической разности хода определяется искомый показатель преломления.

Оптическая разность хода: ∆L= l∙n₁-l∙n₂

Разность фаз: , Откуда следует