Рефрактометрический метод

Рефрактометрический метод основан на изучении явления преломления света.

Преломлением называется изменение угла падения света при прохождении им границы раздела двух оптически прозрачных сред (Рис. 2.4.).

Причиной преломления является то, что электромагнитное поле, носителем которого является свет, вызывает смещение электронных оболочек молекул веществ относительно ядер атомов, что приводит к поляризации молекул.

Поляризацией называется смещение центра отрицательного заряда молекулы, относительно центра её положительного заряда. В результате поляризации неполярные молекулы становятся полярными (превращается в диполь – приобретают дипольный момент), а для полярных – происходит увеличение дипольного момента. На Рис. 2.5. показана схема поляризации неполярной молекулы (пунктиром показано смещение электронной плотности в результате поляризации).

Диполем называется полярная молекула.

Дипольным моментом называется произведение длины диполя l на величину его эффективного заряда ⁺ = ^–.

Количественно степень поляризации характеризуется величиной рефракции.

Рефракцией называется электронная поляризация молекулы.

Показатель преломления называется отношение синуса угла падения  к синусу угла преломления : . Величина показателя преломления зависит от длины волны падающего света и от температуры.

Величина рефракции связана с величиной показателя преломления соотношением: где r – удельная (рассчитанная на единицу массы вещества) рефракция, d – плотность вещества.

Удельная рефракция является величиной аддитивной, т.е. рефракция системы, состоящей из нескольких компонентов равна сумме рефракций всех компонентов.

Если система состоит из компонентов A и B то:

где: (A) – массовая доля компонента A, r(A) – удельная рефракция чистого компонента A, r(B) – удельная рефракция чистого компонента B.

Таким образом, если известны удельные рефракции (показатели преломления), входящих в смесь компонентов и экспериментально определена рефракция смеси, то можно рассчитать массовую долю компонентов в смеси.

Таким образом, метод рефрактометрии может быть использован для определения концентраций компонентов в растворе.

На практике обычно используют не расчётное уравнение, а справочные таблицы зависимости показателя преломления смеси от её состава. Это связано с тем, что взаимодействие молекул компонентов смеси может привести к существенным отклонениям от правила аддитивности и, соответственно, к нарушению линейности зависимости r = f((A)).

Рефрактометр Аббе

Основными рабочими частями рефрактометра Аббе (Рис. 2.6.) являются осветительная (1) и измерительная (3) призмы. Между призмами помещается тонкий слой, анализируемой жидкости (2).

Осветительная призма позволяет выделить из всего спектра желтую линия спектра натрия для которой и проводятся измерения.

После прохождения призм и слоя анализируемой жидкости, луч попадает в анализатор (4) в котором по положению границы света и тени определяется величина показателя преломления.

Для проведения измерений при постоянной температуре, призмы снабжены водяной рубашкой, через которую прокачивается вода из термостата, и термометром.

Рефрактометрический метод является одним из наиболее распространённых физико-химических методов определения концентраций растворов органических веществ. Его основными достоинствами являются невысокая стоимость оборудования, простота и высокая скорость измерений, минимальный расход анализируемого вещества. Недостатком метода является невозможность определения концентраций при содержании в смеси трёх и большего количества компонентов.

На производствах пищевой промышленности рефрактометрический метод применяется для определения концентрации сахарозы и глюкозы в растворе, состава смесей этанол-вода, глицерин-вода и др.