折光率測(cè)定法

光線自一種透明介質(zhì)進(jìn)入另一透明介質(zhì)的時(shí)候，由于兩種介質(zhì)的密度不同，光的進(jìn)行速度發(fā)生變化，即發(fā)生折射現(xiàn)象，一般折光率系指光線在空氣中進(jìn)行的速度與供試品中進(jìn)行速度的比值。 根據(jù)折射定律，折光率是光線入射角的正弦與折角的正弦的比值，即:n=sin i/sin r。式中n為折光率，Sin i為光線入射角的正弦，Sin r為折射角的正弦。

折光率定義:n = c1/c2,其中c表示在不同介質(zhì)里的光速。比如光在玻璃里的速度是在真空中的0.5倍，那么玻璃相對(duì)真空的折光率為2。學(xué)了幾何光學(xué)您就知道了。

物質(zhì)的折光率因溫度或光線波長(zhǎng)的不同而改變,透光物質(zhì)的溫度升高,折光率變小; 光線的波長(zhǎng)越短,折光率越大。作為液體物質(zhì)純度的標(biāo)準(zhǔn)，折光率比沸點(diǎn)更為可靠。利用折光率，可以鑒定未知化合物，也用于確定液體混合物的組成。所以濃度也應(yīng)該可以測(cè)出。事實(shí)上有大量經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，對(duì)照相應(yīng)表格可以進(jìn)行該項(xiàng)試驗(yàn)。

折光率是有機(jī)化合物最重要的物理常數(shù)之一，它能精確而方便地測(cè)定出來，作為液體物質(zhì)純度的標(biāo)準(zhǔn)，它比沸點(diǎn)更為可靠。利用折光率，可鑒定未知化合物。如果一個(gè)化合物是純的，那么就可以根據(jù)所測(cè)得的折光率排除考慮中的其它化合物，從而識(shí)別出這個(gè)未知物來。

折光率也用于確定液體混合物的組成。在蒸餾兩種或兩種以上的液體混合物且當(dāng)各組分的沸點(diǎn)彼此接近時(shí)，那么就可利用折光率來確定餾分的組成。因?yàn)楫?dāng)組分的結(jié)構(gòu)相似和極性，混合物的折光率和物質(zhì)的量組成之間常呈線性關(guān)系。例如，由1mol四氯化碳和1mol甲苯組成的混合物， 為1.4822，而純甲苯和純四氯化碳在同一溫度下分別為1.4944和1.4651。所以，要分餾此混合物時(shí)，就可利用這一線性關(guān)系求得餾分的組成。

物質(zhì)的折光率不但與它的結(jié)構(gòu)和光線波長(zhǎng)有關(guān)，而且也受溫度、壓力等因素的影響。所以折光率的表示須注明所用的光線和測(cè)定時(shí)的溫度，常用n 表示。D是以鈉燈的D線(5893A0)作光源，t是與折光率相對(duì)應(yīng)的溫度。例如，表示20℃時(shí)，該介質(zhì)對(duì)鈉燈的D線的折光率。由于通常大氣壓的變化，對(duì)折光率的影響不顯著，所以只在很精密的工作中，才考慮壓力的影響。一般地說，當(dāng)溫度增高一度時(shí)，液體有機(jī)化合物的折光率就減小3.5×10-5.5×10。某些液體，特別是測(cè)求折光率的溫度與其沸點(diǎn)相近時(shí)，其溫度系數(shù)可達(dá)7×10。在實(shí)際工作中，往往把某一溫度下測(cè)定的折光率換算成另一溫度下的折光率。為了便于計(jì)算，一般用4×10為溫度變化常數(shù)。這個(gè)粗略計(jì)算所得的數(shù)值可能略有誤差，但卻有參考價(jià)值。

一般地說，光在兩個(gè)不同介質(zhì)中的傳播速度是不相同的。所以光線從一個(gè)介質(zhì)進(jìn)入另一個(gè)介質(zhì)，當(dāng)它的傳播方向與兩個(gè)介質(zhì)的界面不垂直時(shí)，則在界面處的傳播方向發(fā)生改變。這種現(xiàn)象稱為光的折射現(xiàn)象。根據(jù)折射定律，波長(zhǎng)一定的單色光線，在確定的外界條件(如溫度、壓力等)下，從一個(gè)介質(zhì)A進(jìn)入另一個(gè)介質(zhì)B時(shí)，入射角α和折射角β的正弦之比和這兩個(gè)介質(zhì)的折光率N(介質(zhì)A的)與n(介質(zhì)B的)成反比，即: 若介質(zhì)A是真空，則定其N=1，n為介質(zhì)的絕對(duì)折光率，所以一個(gè)介質(zhì)的折光率，就是光線從真空進(jìn)入這個(gè)介質(zhì)時(shí)的入射角和折射角的正弦之比。這種折光率稱為該介質(zhì)的絕對(duì)折光率。通常測(cè)定的折光率，都是以空氣作為比較的標(biāo)準(zhǔn)。

當(dāng)光由介質(zhì)A進(jìn)入介質(zhì)B，如果介質(zhì)A對(duì)于介質(zhì)B是疏物質(zhì)，即nA< nP="1/sin" 也是一個(gè)常數(shù)，它與折光率的關(guān)系是: 表示。很明顯，在一定波長(zhǎng)與一定條件下，可見通過測(cè)定臨界角 ，就可以得到折光率，這就是通常所用阿貝(Abbe)折光儀的基本光學(xué)原理。

為了測(cè)定值，阿貝折光儀采用了"半明半暗"的方法，就是讓單色光由 0-90°的所有角度從介質(zhì)A射入介質(zhì)B，這時(shí)介質(zhì)B中臨界角以內(nèi)的整個(gè)區(qū)域均有光線通過，因而是明亮的;而臨界角以外的全部區(qū)域沒有光線通過，因而是暗的，明暗兩區(qū)域的界線十分清楚。如果在介質(zhì)B的上方用一目鏡觀測(cè)，就可看見一個(gè)界線十分清晰的半明半暗的象。

介質(zhì)不同，臨界角也就不同，目鏡中明暗兩區(qū)的界線位置也不一樣。如果在目鏡中刻上一"十"字交叉線，改變介質(zhì)B與目鏡的相對(duì)位置，使每次明暗兩區(qū)的界線總是與"十"字交叉線的交點(diǎn)重合，通過測(cè)定其相對(duì)位置(角度)并經(jīng)換算，便可得到折光率。而阿貝折光儀的標(biāo)尺上所刻的讀數(shù)即是換算后的折光率，故可直接讀出。同時(shí)阿貝折光儀有消色散裝置，故可直接使用日光，其測(cè)得的數(shù)字與鈉光線所測(cè)得的一樣。這些都是阿貝折光儀的優(yōu)點(diǎn)所在。

阿貝折光儀的使用方法:先使折光儀與恒溫槽相連接，恒溫后，分開直角棱鏡，用絲絹或擦鏡紙沾少量乙醇或丙酮輕輕擦洗上下鏡面。待乙醇或丙酮揮發(fā)后，加一滴蒸餾水于下面鏡面上，關(guān)閉棱鏡，調(diào)節(jié)反光鏡使鏡內(nèi)視場(chǎng)明亮，

轉(zhuǎn)動(dòng)棱鏡直到鏡內(nèi)觀察到有界線或出現(xiàn)彩色光帶;若出現(xiàn)彩色光帶，則調(diào)節(jié)色散，使明暗界線清晰，再轉(zhuǎn)動(dòng)直角棱鏡使界線恰巧通過"十"字的交點(diǎn)。記錄讀數(shù)與溫度，重復(fù)兩次測(cè)得純水的平均折光率與純水的標(biāo)準(zhǔn)值( =1.33299)比較，可求得折光儀的校正植，然后以同樣方法測(cè)求待測(cè)液體樣品的折光率。校正值一般很小，若數(shù)值太大時(shí)，整個(gè)儀器必須重新校正。

使用折光儀應(yīng)注意下列幾點(diǎn):

(1)阿貝 的量程從1.3000至1.7000，精密度為±0.0001;測(cè)量時(shí)應(yīng)注意保溫套溫度是否正確。如欲測(cè)準(zhǔn)至±0.0001，則溫度應(yīng)控制在±0.1℃的范圍內(nèi)。

(2)儀器在使用或貯藏時(shí)，均不應(yīng)曝于日光中，不用時(shí)應(yīng)用黑布罩住。

(3)折光儀的棱鏡必須注意保護(hù)，不能在鏡面上造成刻痕。滴加液體時(shí)，滴管的末端切不可觸及棱鏡。

(4)在每次滴加樣品前應(yīng)洗凈鏡面;在使用完畢后，也應(yīng)用丙酮或95%乙醇洗凈鏡面，待晾干后再閉上棱鏡。

(5)對(duì)棱鏡玻璃、保溫套金屬及其間的膠合劑有腐蝕或溶解作用的液體，均應(yīng)避免使用。

最后還應(yīng)當(dāng)指出，阿貝折光儀不能在較高溫度下使用;對(duì)于易揮發(fā)或易吸水樣品測(cè)量有些困難;另外對(duì)樣品的純度要求也較高。

一般地說，當(dāng)溫度增高一度時(shí)，液體有機(jī)化合物的折光率就減小3.5×10-5.5×10。某些液體，特別是待求折光率的溫度與其沸點(diǎn)相近時(shí)，其溫度系數(shù)可達(dá)7×10。在實(shí)際工作中，往往把某一溫度下測(cè)定的折光率換算成另一溫度下的折光率。為了便于計(jì)算，一般把4.5×10作為溫度變化常數(shù)。這個(gè)粗略計(jì)算所得的數(shù)值可能略有誤差，但卻有參考價(jià)值。換言之，折光率隨溫度的升高而降低，攝氏溫度每變化1度，折光率大約改變0.00045。我們能夠通過下面的公式計(jì)算得到校正到20℃的折光率:nD(t) = nD(20) - 0.00045(t-20℃)

其中 nD(t) 是在溫度 t 時(shí)實(shí)驗(yàn)測(cè)得的折光率。這表明在實(shí)驗(yàn)溫度高于20℃時(shí)，nD(20) 比 nD(t) 大;而實(shí)驗(yàn)溫度低于20℃時(shí)，nD(20) 則比 nD(t) 小。

例:已知 nD(t) =1.3667， t=25.2℃，計(jì)算nD(20)。

nD(t)=nD(20) - 0.00045(t-20℃)

nD(20)=1.3667+0.00045(25.2℃-20℃)

=1.3667+0.00045 × 5.2

=1.36904

光波長(zhǎng)的影響

物質(zhì)的折射率因光的波長(zhǎng)而異，波長(zhǎng)較長(zhǎng)折射率較小，波長(zhǎng)較短折射率較大。測(cè)定時(shí)光源通常為白光。當(dāng)白光經(jīng)過棱鏡和樣液發(fā)生折射時(shí)，因各色光的波長(zhǎng)不同，折射程度也不同，折射后分解成為多種色光，這種現(xiàn)象稱為色散。光的色散會(huì)使視野明暗分界線不清，產(chǎn)生測(cè)定誤差。為了消除色散，在阿貝折光儀觀測(cè)鏡筒的下端安裝了色散補(bǔ)償器。

溫度的影響

溶液的折射率隨溫度而改變，溫度升高折射率減小;溫度降低折射率增大.折光儀上的刻度是在標(biāo)準(zhǔn)溫度20℃下刻制的.所以最好在20℃下測(cè)定折射率。否則，應(yīng)對(duì)測(cè)定結(jié)果進(jìn)行溫度校正。超過20℃時(shí)，加上校正數(shù);低于20 ℃時(shí)，減去校正數(shù)。

測(cè)量范圍: 折光率: 1.32000~1.58000nD, 白利糖度: 0~100[%]。

準(zhǔn)確度: 折光率: ±0.00005nD, 白利糖度(Brix): ±0.03[%]。

重復(fù)性: 折光率: ±0.00002nD, 白利糖度(Brix): ±0.01[%]。

分辨率: 折光率: 0.00001nD, 白利糖度(Brix): 0.01 [%]。

溫度范圍: 15~50℃(內(nèi)置溫度控制)。

溫度精密度: ±0.05℃。

溫度分辨率: 0.01℃。

1. 大型液晶顯示屏幕，可顯示折光率、白利糖度、濃度。

2. 內(nèi)置恒溫控制，全反射測(cè)量，操作容易，測(cè)量時(shí)間快。

3. 使用LED光源不需更換燈泡，藍(lán)寶石測(cè)量棱鏡耐磨損。

4. 符合GLP規(guī)范，存儲(chǔ)結(jié)果、檢查和校正紀(jì)錄。

5. 可選購(gòu)多試樣自動(dòng)進(jìn)樣裝置，及外接密度計(jì)/比重計(jì)。

6. 輸入折光率和濃度的對(duì)照表，換算試樣的濃度。