4.2. Вимірювання показника заломлення методом граничного кута заломлення

Практично показник заломлення визначають у видимій частині спектру за допомогою приладу рефрактометра. Визначити показник заломлення на приладі можна як у прохідному (для прозорих речовин), так і у відбитому (для прозорих і непрозорих речовин) світлі. Відповідно, при вимірах використовуються два методи: метод граничного променя заломлення і метод повного внутрішнього відображення.

В

Рис. 3.

рефрактометрі рпл−4 показники заломлення прозорих розчинів визначаються методом граничного кута заломлення. Основною частиною рефрактометра є дві призми А і В (рис. 3), які виготовлені із скла, що має назву флінт. Призма В з добре відполірованою гранню називається вимірювальною, а призма А – освітлювальною. Грань А₁–А₂, що повернута до призми В, є матовою. Вузький проміжок (~0,1 мм) між призмами заповнюється досліджуваним розчином.

Промені світла, що падають на призму А, переходять у шар розчину під різними можливими кутами (від 0⁰ до 90⁰), попадаючи на межу розділу між розчином та призмою В також під кутами від 0⁰ до 90⁰. Показник заломлення скла призми В більший від показника заломлення досліджуваного розчину, а тому в призмі В заломлені промені будуть розповсюджуватись під кутами від 0⁰ аж до граничного кута . Далі промені виходять з призми у повітря, зазнавши ще одного заломлення. На рис. 1 показано крайній промінь К–О–М–Е, що відповідає граничному куту . Якщо на шляху цього променя поставити зорову трубу, то в її окулярі побачимо поле зору, яке поділено променем на світлу і темну зони. Кут виходу променя К–О–М–Е з призми залежить від показників заломлення розчину і скла – , а також і від заломлюючого кута (близько 60º) призми. Із співвідношень, які випливають із законів заломлення променів, можна отримати формулу:

(4)

З формули видно, що за відомими значеннями кута і показника заломлення скла можна визначити показник заломлення розчину. Також за цією формулою градуюють шкалу відліків та рефрактометра.

Користуючись рефрактометром обчислень робити не потрібно, а лише необхідно тільки навести зорову трубу рефрактометра так, щоб три риски (- - -), які видно в її окулярі, збігались з межею між темною та світлою зонами поля зору. Після цього роблять відлік показника заломлення розчину за шкалою, яку видно через окуляр зорової труби.

4.3. Розрахунок концентрацій речовини за показником заломлення.

Розрахунок концентрацій речовини за показником заломлення проводять наступними методами: за рефрактометричним фактором, методом добавок.

За рефрактометричним фактором: якщо відомий рефрактометричний фактор, для розрахунку концентрацій використовують формулу:

, (5)

де n₁ – показник заломлення розчину,

n₀ – показник заломлення чистого розчинника,

F – рефрактометричний фактор, який показує зміну показника заломлення при збільшенні концентрації на 1 %.

Фактор визначають експериментально або за таблицями показників заломлення. Наприклад, для NaCl фактор F дорівнює різниці показників заломлення 4%-вого розчину з n₁=1,3397 і 2%-вого розчину з n₂=1,3364, поділеній на різницю концентрацій (2 %):

(6)

Метод добавок: спочатку визначають показник заломлення досліджуваного розчину, далі до досліджуваного розчину додать певні об’єми стандартного розчину з відомою концентрацією, кожний раз вимірюючи показник заломлення в трикратному повторенні.

, (7)

де n_х – показник заломлення досліджуваного розчину,

n_д.–показник заломлення досліджуваного розчину з добавкою стандартного розчину,

С_д. – концентрація добавки з врахуванням загального об’єму, %.