2.10. Рефрактометрический анализ

Рефрактометрия – это метод, основанный на определении концентрации веществ, а также их строения или превращений по показателю преломления света.

Когда луч света переходит из одной прозрачной среды в другую, на границе этих сред его направление меняется, то есть луч преломляется (рис. 2.10).

Рис. 2.10. Преломление луча света на границе двух прозрачных сред

Отношение синуса угла падения (α) к синусу угла преломления (β) называется показателем преломления (n):

n =

Показатель преломления – постоянную для каждого вещества величину – находят по отношению к воздуху, т.е. при падении света на преломляющую среду из воздуха (величина n, найденная по отношению к вакууму, называется абсолютным показателем преломления).

Отдельные световые лучи, входящие в состав белого света, преломляются различно, поэтому показатель преломления зависит от длины волны падающего света: с увеличением длины волны величина n уменьшается. Вследствие этого показатель преломления определяют в монохроматическом свете, дающем излучение с определенной длиной волны (при помощи натриевой, ртутной или водородной ламп). В обозначение показателя преломления вводят индекс, показывающий при какой длине волны выполнялось измерение, например n_D соответствует длине волны 589,3нм (желтый цвет). Кроме того, в обозначение величины n вводят температуру: учитывая его зависимость от температуры.

Прибор, используемый для определения показателя преломления, называется рефрактометр. Если источником излучения в рефрактометре является лампа накаливания, то в нем находится особое устройство, компенсирующие разложение (дисперсию) белого света призмой и посылающее световой поток в направление, совпадающем с направлением желтого луча.

Поскольку измерение показателя преломления на границе воздух – жидкость технически неудобно, в рефрактометрах обычно измеряют углы падения и преломления света на границе жидкость – стекло. Влияние температуры исключают, термостатируя призменные блоки.

Показатель преломления при прочих постоянных условиях связан линейной зависимостью с концентрацией вещества в растворе. Расчет концентрации (С) ведут либо по калибровочному графику, либо по таблицам, разработанным для многих веществ, либо по рефрактометрическому фактору (F)

С = (n_p – n₀)/F,

где n_p и n₀ – показатели преломления раствора и растворителя соответственно.

Рефрактометрический фактор показывает увеличение показателя преломления при росте концентрации на 1 %. Его определяют экспериментально или по таблицам.

Метод рефрактометрического анализа простой, быстрый и достаточно дешевый. Недостатком метода является низкая чувствительность и точность, поэтому его применяют для определения веществ в растворах, имеющих сравнительно высокие концентрации (больше 1%).

2.11. Поляриметрический метод анализа

Поляриметрический метод основан на определении оптического вращения, т.е. вращения плоскости поляризации света раствором оптически активного вещества. Оптическому вращению подвергается поляризованный свет. Он отличается тем, что колебания световых волн в нем происходят, только в одной плоскости, тогда как в неполяризованном – во всех плоскостях.

Плоскость, в которой происходят колебания волн поляризованного света, называется плоскостью поляризации. Плоскость поляризации вращается только в растворах оптически активных веществ. Оптически активными являются обычно органические соединения, имеющие асимметрический атом углерода, т.е. атом углерода, связанный с четырьмя различными функциональными группами. Поляризованный свет в таких веществах под действием асимметричности структуры отклоняет плоскость поляризации от первоначального положения.

Отклонение плоскости поляризации выражается в угловых градусах и называется углом вращения плоскости поляризации. Его величина зависит от природы вещества, концентрации, толщины слоя раствора, длины волны света и температуры.

Способность вещества вращать плоскость поляризации характеризуют удельным вращением – вращением плоскости поляризации в правую или левую сторону, происходящем при прохождении поляризованного света через слой раствора толщиной в 1 дм, имеющего концентрацию 1 г/см³. Удельное вращение обозначают: , учитывая температуру (t⁰), при которой происходит измерение и длину волны линии D в спектре натриевой лампы. Правое удельное вращение обозначают знаком «+», левое – знаком «–».

Для чистых жидкостей удельное вращение при температуре 20 ⁰С:

[α]²⁰_Д =α/ l ∙ p, для растворов: [α]²⁰_Д =α∙100/ l ∙ p,

где α – угол вращения в градусах;

– толщина слоя жидкости, дм;

– плотность;

с – концентрация, %.

Измерение угла вращения α производят на специальных приборах – поляриметрах, важной составной частью (анализатором), которых является призма Николя – вращаемая поляроидная пленка, связанная с отчетным устройством.

Поляриметрию применяют в основном для определения углеводов – сахара, глюкозы. Удельное вращение – постоянная для каждого вещества величина – используется для идентификации веществ. Концентрацию растворов рассчитывают по формуле:

С= α∙100/( ∙ )