2) Определение показателя преломления среды
Рефрактометрия – это измерение преломления света. Количественно рефракцию оценивают по углу или показателю преломления света. Поэтому рефрактометрический метод анализа – это метод, основанный на зависимости угла или показателя преломления от состава системы.
Чаще всего для количественной оценки преломления света используют показатель преломления. Различают понятия абсолютного и относительного показателя преломления.
Преломление света связано с измерением скорости света при переходе из одной среды в другую.
Абсолютный показатель преломления света N – это отношение скорости света в вакууме Vв к скорости прохождения света в другой среде Vср:
Так как скорость света в вакууме максимальная, то показатель преломления не может быть меньше единицы.
Относительный показатель преломления света n21 – это отношение скорости прохождения света в одной среде к скорости прохождения света в другой. Так как показатель преломления не может быть меньше единицы, под первой средой всегда имеется в виду менее оптически плотная. Если первой средой является воздух, то
.
Если ни одна из сред не является воздушной, то
=
.
Согласно закону преломления света, относительный показатель преломления света равен отношению синуса угла падения к синусу угла преломления:
=
или
.
Скорость света в каждой среде может быть рассчитана исходя из показателя преломления относительно воздуха:
или
Подставив значение скоростей света в каждой среде в предыдущее уравнение, получим
.
При измерении предельного угла преломления (bмакс.) угол падения равен 90°, следовательно, sina = sin90° = 1 и уравнение приобретает вид:
;
,
где n1 – показатель преломления исследуемого образца; n2 – показатель преломления призмы рефрактометра; bмакс. – максимальный угол преломления света. Это уравнение представляет собой основную формулу рефрактометрии.
Показатель преломления зависит от природы вещества, температуры, длины волны падающего света, концентрации (для растворов) и давления (для газов).
Зависимость показателя преломления от концентрации растворов используют для количественных определений.
Приборы, применяемые для измерения угла или показателя преломления, называют рефрактометрами. Рефрактометры типа прибора Аббе находят широкое применение как в исследовательской практике, так и для технических измерений. Для работы с этими приборами требуется малое количество анализируемой жидкости. Приборы дают возможность работать с белым светом, шкала проградуирована в значениях показателя преломления, приборы просты и удобны в обращении. Диапазон измерения показателя преломления 1,3¸1,7 , что позволяет измерять показатель преломления практически любой жидкости.
Показатель преломления чистой воды равен 1,3333. Отклонения от этой величины свидетельствуют о присутствии примесей в воде.
Перед началом работы на рефрактометре следует ознакомиться с правилами работы на нем по прилагаемой к прибору инструкции. Затем открыть осветительную призму и протереть поверхности призм ватой смоченной в дистиллированной воде. После чего осторожно стараясь не поцарапать призмы палочкой нанести каплю исследуемого раствора и закрыть блок. Настроить прибор для работы на шкале А. Через окуляр прибора провести отсчет показаний по шкале А и записать их в лабораторную тетрадь.