Теоретическое обоснование. Метод рефрактометрии основан на измерении относительного показателя преломления

Метод рефрактометрии основан на измерении относительного показателя преломления света при прохождении луча через границу раздела прозрачных однородных сред, который является индивидуальной характеристикой вещества. Достоинство рефрактометрии в высокой точности метода и быстроте измерений при малом расходе растворов.

Различают абсолютный и относительный показатели преломления света. Под абсолютным показателем преломления понимают отношение скорости света в вакууме к скорости света в данной среде : . Относительным показателем преломления называют отношение скорости света в воздухе к скорости света в данной среде, то есть . Он зависит от природы вещества и растворителя, температуры среды, длины волны света.

Значение показателя преломления всегда больше , так как скорость света в вакууме ( ) значительно выше, чем в плотной среде. Для решения большинства практических задач аналитической химии достаточно точности измерения относительного показателя преломления и в расчеты не требуется вводить поправку на воздух: (абсолютный показатель преломления воздуха). В этом случае считают, что справедливо приближение: ,гдепоказатель преломления среды.

На рисунке 1 показано изменение хода луча света на границе раздела «воздух – среда», где a – угол падения луча света, b – угол преломления.

Рисунок 1 – Соотношение углов падения ( ) и преломления ( ) света для системы «воздух – среда»

Угол падения и преломления света связаны между собой соотношением: (закон Снеллиуса). Если вместо воздуха взять вторую среду с показателем преломления , то закон Снеллиуса можно преобразовать к виду: , где показатель преломления первой среды. Формулу Снеллиуса можно упростить, создавая такие условия, при которых угол , тогда основная формула рефрактометрии.

В аналитических целях определяют зависимость показателя преломления от концентрации раствора при естественном освещении. При решении более сложных задач может использоваться монохроматическое излучение. Для рефрактометрии пригодны растворы, которые слабо окрашены, устойчивы на воздухе, имеют относительно высокую концентрацию ( ). Потерями излучения на отражение и поглощение света пренебрегают. Чтобы построить градуировочный график, необходимо подобрать концентрации стандартных растворов таким образом, чтобы область значений охватывала все возможные диапазоны концентраций исследуемых растворов, а зависимость в координатах была линейна. При построении графика вместо концентрации по оси абсцисс можно откладывать также значения объемов аликвот стандартного раствора или же массу вещества. Вид графика при этом должен сохраняться.

Один из способов обработки данных при линейной зависимости параметров – метод наименьших квадратов (МНК), который позволяет рассчитать начальную координату параметра и тангенс угла наклона графика к оси абсцисс .

Для определения состава трех компонентных взаимосвязанных систем используют специальные графики – номограммы, которые получены экспериментально путем многократного измерения показателя преломления стандартных растворов различной концентрации. Вид номограммы зависит от особенностей изучаемого объекта и может быть представлен как линейными графиками, так и в виде области на координатной плоскости (рис.2).

Рисунок 2 – Вид номограммы для расчета состава тройной системы: вода – этанол – сахароза

При определении состава предварительно измеряют заданные параметры испытуемого раствора, по которым рассчитывают координаты точки на номограмме.

Приборы и реактивы

Рефрактометр марки или аналогичный; мерные колбы на – шт.; градуированная пипетка на ; капельница с дистиллированной водой; мягкая ткань и фильтровальная бумага.

Жидкие реактивы: стандартный раствор лактозы с концентрацией .

4 Указания по технике безопасности (см. стр. 4)