Рефрактометрический метод анализа реферат

Обновлено: 03.05.2024

Введение……………………………………………………………………….….3
1.1. Характеристика метода…………….………………………………. 5-7
1.2. Оборудование для данного метода ………………………………. 7-9
1.3. Применение в пищевой промышленности ……………..…. …. 9
Заключение………………………………………………………………….…. 10

Преломление световыхлучей на границе раздела двух различных оптических сред называют рефракцией (refractus—преломленный), она характеризуется показателем преломления. Рефрактометрический метод анализа (рефрактометрия) основан на зависимости показателя преломления света от состава системы. Такую зависимость устанавливают путем определения показателя преломления для ряда стандартных смесей растворов. Предварительно поэкспериментальным данным строят градуировочный график в координатах: состав смеси – показатель преломления; затем по градуировочному графику определяют показатель преломления раствора неизвестного состава. Метод рефрактометрии применяют для количественного анализа бинарных, тройных и разнообразных сложных систем растворов. Примером бинарных систем являются водные растворы спиртов, сахаров,глицерина, кислот, оснований, солей и др. Для водного раствора сахара и метанола градуировочный график имеет вид, показанный на рисунке 1.

Рисунок 1 – Градуировочный график для рефрактометрических определений сахара С 12Н 22О 11, и метанола СН 3ОН.

На оси ординат откладывают показатель преломления, который определяют с помощью рефрактометра, на оси абсцисс – содержание сахара и метанола (в %).Рефрактометрический метод анализа имеет ряд достоинств: простота и быстрота определений, высокая точность анализа (до сотых долей процента). рефрактометрический сахар метанол
Метод применяют для анализа разнообразных сложных систем: горючих и смазочных материалов, биологических и пищевых продуктов, лекарственных препаратов и др. При анализе многокомпонентных систем часть компонентов может находиться в постоянномсоотношении, что упрощает анализ, так как дает возможность рассматривать систему как двойную.
В связи с тем, что показатель преломления является индивидуальной характеристикой вещества, и присутствие в исследуемой системе примесей влияет на его значение, определение его используют для установления степени чистоты вещества. С помощью рефрактометрических измерений проводят идентификацию веществ путем определения величинпреломления и их физических характеристик (плотности, температуры кипения и т. д.). Полученные экспериментальные величины сравнивают с табличными, таким образом, устанавливают природу веществ.
1.1 Характеристика метода
Скорость распространения света в разных средах различна. Этим обстоятельством объясняется явление преломления света, т. е. отклонения световых лучей от первоначального направления награнице раздела двух сред. Преломление света оценивается абсолютным и относительным показателями преломления света.
Абсолютным показателем преломления света (N) для данного вещества называют отношение скоростей света в вакууме (Vв) и в данной среде (Vc):

Так как скорость света в вакууме больше скорости света в любой другой среде, то N всегда больше единицы.

Рисунок 2 – Изменениенаправления светового луча на границе вакуума с оптической средой.

На рисунке 2 изображено преломление светового луча на границе вакуума с более плотной оптической средой. Здесь имеет место равенство

Vв/Vc = sinα/sinβ или N = sinα/sinβ
Учитывая, что всегда N>1, угол α> угла β, так как sinα > sinβ. Таким образом, если луч переходит из среды менее оптически плотной (вакуум) в среду более оптически плотную(I среда), то угол падения (α) всегда больше угла преломления (β).
В практике работы с твердыми жидкими средами показатели преломления устанавливают по отношению к воздуху и называют их показателями преломления n. Показатель преломления зависит от природы вещества, длины световой волны и температуры. Для веществ в газообразном состоянии учитывают еще.

Для подавляющего большинства прозрачных веществ // практически не отличается от единицы, поэтому можно считать, что п = 'Js. В ВЧ электрических полях значение е получается иным, причём оно зависит от частоты колебаний поля. Это явление называется дисперсией света. На рис. 9.7 показан портативный рефрактометр для измерения показателя преломления в диапазоне 1,33 — 1,52 с погрешностью 2−10 4… Читать ещё >

технические измерения и приборы в 2 т. том 2 в 2 кн. книга 1

Рефрактометрический метод анализа ( реферат , курсовая , диплом , контрольная )

Показатель преломления измеряют рефрактометрами, а особо точно — интерферометрами.

Абсолютный показатель преломления света п есть отношение скорости света в вакууме с к фазовой скорости света в данной среде V

Абсолютный показатель преломления зависит от химического состава среды, её состояния (температура, давление и т. д. ) и частоты света / Он связан с ДП е и магнитной проницаемостью.

ц среды, измеренными на частоте/, соотношением п = Jqu .

Для подавляющего большинства прозрачных веществ // практически не отличается от единицы, поэтому можно считать, что п = 'Js. В ВЧ электрических полях значение е получается иным, причём оно зависит от частоты колебаний поля. Это явление называется дисперсией света.

Относительный (среды 2 относительно среды /) показатель преломления п₂ — есть отношение фазовых скоростей света в средах 1 (У) и 2 (У₂) (рис. 9.2), т. е.

Преломление света происходит по следующим законам.

1. Луч падающий, луч преломлённый и перпендикуляр в точке преломления лежат в одной плоскости.
2. Относительный показатель преломления равен отношению Снелля (Снеллиус, латинизированное Snellius Shell van Royen — нидерландский астроном и математик, 1580 — 1626), т. е.

Среду с большим «называют оптически более плотной (2), чем среду с меньшим и (1).

Рис. 9.2. Преломление луча у плоской поверхности раздела между средами 1 и 2 с различными показателями преломления: а — угол падения; /? — угол преломления Для видимых лучей света при температуре О °С и давлении 101.325 Па показатель преломления воздуха л₀ = 1,293. Обычно его принимают равным 1. Для получения абсолютного значения показателя преломления, определяемого при обычных условиях (в воздухе), значение «12 необходимо умножить на «₀, т. е.

Государственный первичный эталон показателя преломления (ГОСТ 8.583−2003) обеспечивает воспроизведение и от 1,0 до 3,0:

— для твердых тел с СКО результата измерений S"" нс превышающим Г10 6 при 50 независимых измерениях, и неисключенной систематической погрешностью в"" нс превышающей
2 10 6 ;
— для жидкостей с СКО результата измерений S_M, нс превышающим 5 • 10' при 50 независимых измерениях, и неисключённой систематической погрешностью &_ж, не превышающей 110 6 ;
— для газообразных веществ с СКО результата измерений не превышающим 1 -10 8 при 50 независимых измерениях, и нсисключённой систематической погрешностью &_г, не превышающей 210 s .

В табл. 9.1 приведены значения коэффициентов преломления некоторых веществ.

Коэффициенты преломления различных веществ_.

Воздух Лёд (-5 °С) Вода (20 °С) Плавленый кварц Парафин ("https://referat.bookap.info", 29).

Бензол Стекло, крон Каменная соль Стекло, флинт Алмаз.

Рефрактометрический метод анализа жидких сред основан на использовании зависимости показателя преломления бинарной (псевдобинарной) смеси от соотношения её компонентов, т. е.

где п_р — показатель преломления растворителя; С — концентрация раствора; к — эмпирический коэффициент (инкремент, от лат. incrementum — рост, увеличение).

На рис. 9.3 показаны зависимости показателя преломления некоторых водных растворов от концентрации.

Рефрактометрический метод измерения обычно применяют при содержании в растворе определяемых веществ С > 1%.

Рис. 9.3. Зависимость показателя преломления водных растворов п от содержания растворённых веществ С:

1 — NaCl; 2 — CaCl; 3 — этиленгликоль; 4 — этанол; 5 — метанол Метод прост, однако обладает невысокой чувствительностью и точностью, несмотря на сравнительно большую точность измерения показателя преломления.

Основными методами измерения в рефрактометрии являются:

— измерения углов преломления света при прохождении им границы раздела двух сред.
— основанные на явлении полного внутреннего отражения света.
— интерференционные.

Для измерения коэффициента преломления п по углу преломления образцу из исследуемого твёрдого материала придают форму призмы (рис. 9.4, а) с преломляющим углом а и определяют «, добиваясь поворотом призмы минимального угла отклонения луча 0 и при равнобедренной призме (yi = = у₂) п равен.

Погрешность определения п этим методом составляет 10 а минимально измеряемая разность п двух веществ примерно 10 .

При использовании для измерения п явления полного внутреннего отражения образец измеряемого материал (твёрдое тело, густая, непрозрачная или окрашенная жидкость и т. п. ) приводится в оптический контакт с эталонной призмой из материала с высоким и заранее известным показателем п_м (рис. 9.5). Свет может направляться как со стороны образца, так и со стороны призмы. В обоих случаях в определённом и очень узком интервале падения пучка лучей на границу раздела образца и призмы в поле зрения наблюдательной зрительной трубы появляется граница, разделяющая тёмный и светлый участки поля и соответствующая предельному, или критическому углу падения луча. Тогда п равен.

Рис. 9.5. Измерение п с использованием явления полного вну треннего отражения Погрешность метода составляет около 10.

В интерференционных методах разность Ап сравниваемых сред определяют по числу порядков интерференции лучей, прошедших через эти среды. На рис. 9.6 дана схема, поясняющая принцип действия интерференционного рефрактометра.

Две части светового луча, проходя через кюветы длиной /, заполненные веществом с различным показателем преломления, приобретают разность хода и, сведённые вместе, дают на экране интерференционную картину. Разность Ап равна

Погрешность метода достигает 1(T S — 10. Этот метод применяют, например, при измерении коэффициента преломления газов и разбавленных растворов.

Рис. 9.6. Интерференционный рефрактометр.

На рис. 9.7 показан портативный рефрактометр для измерения показателя преломления в диапазоне 1,33 — 1,52 с погрешностью 2−10 4 в пищевых, химических, нефтехимических продуктах, сырье, плодах, ягодах, биологических пробах, сточных водах, сахарной свёкле и пр.

Рис. 9.7. Портативный рефрактометр.

При построении промышленных рефрактометров наибольшее распространение получил метод призмы, реализуемый путём измерения отклонения луча, проходящего через систему полых призм.

Указанные приборы называют рефрактометрами разностной призмы, разностными или дифференциальными.

При прохождении луча через систему из двух призм (рис. 9.8) с разными показателями преломления п и >ъ луч отклоняется на угол р

Рис. 9.8. Ход лучей через призму из двух смежных призм.

При измерении малой разности показателей преломления, когда Ап = П — п и sin/? = /.

В системе из трёх призм (рис. 9.9) угол выхода /? равен.

Рис. 9.9. Ход лучей через призму из трех смежных призм.

Зная значение показателя преломления одной из призм, например /!|, и измеряя угол отклонения /?, можно определить значение п.

Схема рефрактометра с вращающимся зеркалом показана на рис. 9.10.

Рис. 9.10. Схема рефрактометра с вращающимся зеркалом.

Изменение показателя преломления анализируемой жидкости п приводит к отклонению луча на угол (i. Это отклонение компенсируется поворотом зеркала на угол Показать весь текст Стоимость уникальной работы

Рефрактометрический метод имеет многолетнюю историю применения в химии.

Рефрактометрия (от латинского refraktus – преломлённый и греческого metr éō – мерю, измеряю) – это раздел прикладной оптики, в котором рассматриваются методы измерения показателя преломления света ( n ) при переходе из одной фазы в другую, или, иными словами, показатель преломления n – это отношение скоростей света в граничащих средах.

Применительно к химии рефракция имеет более широкое смысловое значение. Рефракция R (от латинского refractio – преломление) есть мера электронной поляризуемости атомов, молекул, ионов.

Поляризация электронных облаков в молекулах отчётливо проявляется в инфракрасном (ИК) и ультрафиолетовом (УФ) поглощении веществ, но в ещё большей степени она ответственна за явление, которое количественно характеризуется молекулярной рефракцией.

Когда свет как электромагнитное излучение проходит через вещество, то даже в отсутствие прямого поглощения он может взаимодействовать с электронными облаками молекул или ионов, вызывая их поляризацию. Взаимодействие электромагнитных полей светового пучка и электронного поля атома приводит к изменению поляризации молекулы и скорости светового потока. По мере возрастания поляризуемости среды возрастает и n – показатель, величина которого связана с молекулярной рефракцией. Указанное явление используется наряду с методом дипольных моментов для изучения структуры и свойств неорганических, органических и элементоорганических соединений.

Рефрактометрия широко применяется также для определения строения координационных соединений (комплексов молекулярного и хелатного типа), изучения водородной связи, идентификации химических соединений, количественного и структурного анализа, определения физико–химических параметров веществ.

В производственной практике показатель преломления света n используется для контроля степени чистоты и качества веществ; в аналитических целях – для идентификации химических соединений и их количественного определения. Таким образом, рефрактометрия – это метод исследования веществ, основанный на определении показателя преломления (коэффициента рефракции) и некоторых его функций. Из функций n , используемых в химии, наибольшее значение имеют: функция Лоренца – Ленца, производная n по концентрации растворённых веществ (инкремент n ) и дисперсионные формулы, включающие разности показателей преломления для двух длин волн. Инкременты n используют в жидкостной хроматографии и при определении молекулярной массы полимеров методом рассеяния света. Для рефрактометрического анализа растворов в широких диапазонах концентраций пользуются таблицами или эмпирическими формулами, важнейшие из которых (для растворов сахарозы, этилового спирта и др.) утверждаются международными соглашениями и лежат в основе построения шкал специализированных рефрактометров для анализа промышленной и сельскохозяйственной продукции. Разработаны способы анализа трехкомпонентных растворов, основанных на одновременном определении n и плотности или вязкости, либо на осуществлении химических превращений с измерением n исходных и конечных растворов; эти способы применяют при контроле нефтепродуктов, фармацевтических препаратов и др. Идентификация органических соединений, минералов, лекарственных веществ осуществляется по таблицам n , приводимым в справочных изданиях. Преимуществами рефрактометрического метода являются его простота и относительно невысокая стоимость приборов для определения коэффициента преломления света.

1. Некоторые понятия физической оптики

1.1 Распространение света

рефракция поляризуемость преломление химический

Первая гипотеза – эмиссионная или корпускулярная, утверждала, что свет представляет собой поток мельчайших частиц – корпускул, испускаемых нагретым светящимся телом. Достигая глаза, эти частицы отражают зрительные ощущения. Ударяясь о преграду, частицы отражаются от её поверхности или проникают внутрь в зависимости от свойств материала тела.

Легко объясняя законы отражения света, эта гипотеза не могла объяснить некоторые особенности преломления света и вовсе не объясняла интерференцию света.

Вторая гипотеза – волновая, утверждала, что частицы, испускаемые светящимся телом, находятся в состоянии чрезвычайно быстрых колебаний, генерирующих волны, которые распространяются во все стороны и, достигая глаза, вызывают зрительные ощущения. Волновая теория хорошо объясняла интерференцию света и другие явления, недоступные корпускулярной гипотезе, но была не в состоянии объяснить, каким образом распространяются волны в вакууме. Впоследствии эта неясность была устранена признанием за световыми волнами электромагнитного характера. Таким образом, свет по этой гипотезе представляет собой быстро меняющееся электромагнитное поле.

В дальнейшем с накоплением экспериментальных данных и их теоретической интерпретации, удалось установить особый, двойственный, характер световых явлений и свести обе, казалось, взаимоисключающие гипотезы в одну стройную, свободную от внутренних противоречий теорию. В соответствии с этой теорией свет равноправно может рассматриваться и как волновое движение электромагнитной природы, и как поток частиц, излучаемых источником света в виде отдельных порций света – квантов или фотонов.

Вместе с тем световые явления могут рассматриваться также и с позиции геометрической или лучевой оптики, представляющей собой применение геометрических построений и теорем.

Фундаментом для сближения геометрии с учением о свете и развития лучевой оптики явились представления о прямолинейности распространения света. Лучевая оптика и в настоящее время сохраняет ведущую роль во всех оптических и светотехнических расчётах, благодаря их простоте и наглядности, и показывает обычно полное соответствие вычисленных и экспериментальных данных.

Лучевая оптика базируется на трёх основных приложениях:

прямолинейности распространения света в однородной среде;

поведении света на границе раздела двух сред при условии, что такая граница представляет собой идеально гладкую поверхность;

независимости распространения света.

Указанные положения установлены эмпирически, т. е. опытным путём посредством сравнения геометрических соотношений без учёта особенностей, связанных со сложной природой света.

Чтобы оперировать только наглядными геометрическими элементами, в лучевой оптике введены два условных понятия о луче и о светящейся точке.

Под лучом понимают направление, по которому распространяется свет. Экспериментально установлено, что в вакууме и в однородной (газовой, жидкой или твёрдой) прозрачной среде (например, в воздухе при постоянном давлении, в воде или стекле) свет распространяется прямолинейно, и луч представляет собой прямую линию, началом которой является источник света.

Под светящейся точкой понимают источник света, незначительными размерами которого можно пренебречь. Физически любой источник света обладает определёнными размерами, однако, если сравнить эти размеры с теми расстояниями, на которые распространяется действие света, то условно (без существенной погрешности) источник света принимают за точку.

От светящейся точки света расходится во все стороны в виде пучка бесконечное число лучей, заполняющих всё окружающее пространство. Такой пучок называется неограниченным. Однако, если на пути такого пучка поместить диафрагму – непрозрачный экран с отверстием, то за диафрагмой свет будет распространяться уже как ограниченный пучок.

Уменьшая отверстие диафрагмы, можно выделять всё более и более тонкие пучки. Казалось бы, это должно привести к столь тонкому пучку, что его можно считать "отдельным лучом". Однако опыт не подтверждает это предположение. При уменьшении диаметра отверстия лучи теряют прямолинейность и начинают огибать его края, и тем больше, чем меньше становится отверстие.

Явление огибания световыми (звуковыми и т. д.) волнами встречающихся на пути препятствий называется дифракцией света и обусловлено его волновой природой. По этой причине нельзя выделить отдельный луч и в действительности существуют только пучки лучей.

1.2 Показатель преломления света (показатель рефракции)

Если на пути светового пучка, распространяющегося в прозрачной однородной среде (например, в воздухе), встречается другая прозрачная однородная среда (например, стекло), то на границе раздела сред пучок света разделяется на два луча, из которых один луч входит в новую среду, изменяя своё направление (преломляется), а другой, отражаясь от поверхности раздела и изменяя своё направление, продолжает распространяться в первой среде. Луч при распространении в однородных средах, изменяя свою однонаправленность, сохраняет прямолинейность распространения и до, и после границы раздела (рис.1).

Таким образом, преломление и отражение не противоречат прямолинейности распространения света в однородных средах.

Похожие страницы:

Хроматографические методы анализа и их использование в анализе объектов окружающей природной среды

. методы анализа и их использование в анализе . рефрактометрические детекторы, основанные на измерении показателей преломления растворов. Глава 2. Применение хроматографических методов . Введение в газовую хроматографию. М.: Химия, 1990. – 278с. Хмельницкий .

Методы контроля загрязняющих веществ в объектах окружающей среды

. классических химических методов анализа. Особенно велика роль в экологическом мониторинге современных методов аналитической химии, называемых . частиц 0,005-0,05 мм; детекторов: рефрактометрической с чувствительностью 10 г/мл, УФ-детектор .

Химия отрасли

. дистилляционным или рефрактометрическим методами. Дистилляционный метод основан на . физико–химическими методами анализа? Какие методы используются для . В. И., Скурихин И. М. Химия виноделия. –М.: 1967. –442 с. 7. Калунянц К.А. Химия солода и пива. –М: .

Анализ показателей качества водки

Применение сенсоров и мультисенсорных систем в анализе ароматобразующих веществ в процессе переработки подсырной сыворотки

. передовой отечественный опыт. 1.2 Анализ ароматобразующих веществ 1.2.1 Современные методы анализа ароматобразующих веществ Ароматобразующие вещества . молока и молочных продуктов, неорганической химии и химической технологии, испытательной лаборатории .

Цель: Разъяснить прибор ареометра и рефрактометрический метод.

· Конструкция и принцип действия ареометра

· Рефрактометрический метод

· Некоторые понятия физической оптики

· Показатель преломления света (показатель рефракции)

· Полное внутреннее отражение

· Дипольные моменты и рефракция

· Поляризуемость и дипольный момент

· Рефракция и структура молекул

· Дисперсия молекулярной рефракции

· Рефракция и размеры молекул

· Анализ двухкомпонентных растворов

· Анализ трёхкомпонентных растворов

Ареометр — прибор для измерения плотности жидкостей и твёрдых тел, принцип работы которого основан на Законе Архимеда. Считается, что ареометр изобрела Гипатия .

Конструкция и принцип действия ареометра

Обычно представляет собой поплавок из стекла, утяжеляемый дробью или ртутью для достижения необходимой массы. В верхней, узкой части находится шкала, которая проградуирована в значениях плотности раствора или концентрации растворенного вещества. Плотность раствора равняется отношению массы ареометра к объёму, на который он погружается в жидкость. Соответственно, различают ареометры постоянного объёма и ареометры постоянной массы [1] .

· Для измерения плотности жидкости ареометром постоянной массы сухой и чистый ареометр помещают в сосуд с этой жидкостью так, чтобы он свободно плавал в нём. Значения плотности считывают по шкале ареометра, по нижнему краю мениска. У ареометров постоянной массы пределы измерений обычно довольно узкие, и на практике пользуются наборами поплавков.

· Для измерения ареометром постоянного объёма изменяют его массу, достигая его погружения до определённой метки. Плотность определяется по массе груза (например, гирек) и объёму вытесненной жидкости.

Для практического применения ареометр градуируют в концентрации растворенного вещества, например:

· Спиртомер — в процентах алкоголя для измерения крепости напитка;

· Лактометр — в процентах жира для определения качества молока;

· Солемер — для измерения солености раствора;

· Сахаромер — при определении концентрации растворенного сахара;

Так как плотность жидкостей сильно зависит от температуры, измерения концентрации должны проводиться при строго определенной температуре, для чего ареометр иногда снабжают термометром .

Различают следующие виды ареометров:

· ареометр общего назначения АОН-1, АОН-2, АОН-3, АОН-4, АОН-5;

· ареометр для молока АМ, АМТ;

· ареометр для нефтепродуктов АН, АНТ-1, АНТ-2;

· ареометр для урины АУ;

· ареометр для спирта АСП-1, АСП-2, АСП-3, АСП-Т;

· ареометр для электролита АЭ-1, АЭ-2, АЭ-3;

· ареометр для грунта АГ;

· ареометр для сахара АС-2, АС-3, АСТ-1, АСТ-2;

· ареометр для кислот АК-1, АК-2;

· ареометр-гидрометр с термометром АЭГ.

Шкала Боме

Французский химик Антуа́н Боме́ в 1768 году разработал современную конструкцию ареометра и шкалу плотности жидкостей в градусах Боме, обозначаемых как degrees Baumé, B°, Bé° и просто Baumé, Бомэ, Боме, которые изначально были численно равны концентрации раствора поваренной соли (хлорида натрия) в процентах по массе при 16 °C . Позднее шкала уточнялась и исправлялась. Шкала Боме используется на практике по сей день, но в России отменена в 1930-е гг.Между плотностью и количеством градусов Боме существует несложная математическая зависимость, но в разных источниках приводятся разные численные коэффициенты .

Рефрактометрический метод имеет многолетнюю историю применения в химии.

Рефрактометрия (от латинского refraktus – преломлённый и греческого metréō – мерю, измеряю) – это раздел прикладной оптики, в котором рассматриваются методы измерения показателя преломления света (n) при переходе из одной фазы в другую, или, иными словами, показатель преломления n – это отношение скоростей света в граничащих средах.

Применительно к химии рефракция имеет более широкое смысловое значение. Рефракция R (от латинского refractio – преломление) есть мера электронной поляризуемости атомов, молекул, ионов.

Поляризация электронных облаков в молекулах отчётливо проявляется в инфракрасном (ИК) и ультрафиолетовом (УФ) поглощении веществ, но в ещё большей степени она ответственна за явление, которое количественно характеризуется молекулярной рефракцией.

Когда свет как электромагнитное излучение проходит через вещество, то даже в отсутствие прямого поглощения он может взаимодействовать с электронными облаками молекул или ионов, вызывая их поляризацию. Взаимодействие электромагнитных полей светового пучка и электронного поля атома приводит к изменению поляризации молекулы и скорости светового потока. По мере возрастания поляризуемости среды возрастает и n – показатель, величина которого связана с молекулярной рефракцией. Указанное явление используется наряду с методом дипольных моментов для изучения структуры и свойств неорганических, органических и элементоорганических соединений.

Рефрактометрия широко применяется также для определения строения координационных соединений (комплексов молекулярного и хелатного типа), изучения водородной связи, идентификации химических соединений, количественного и структурного анализа, определения физико–химических параметров веществ.

В производственной практике показатель преломления света n используется для контроля степени чистоты и качества веществ; в аналитических целях – для идентификации химических соединений и их количественного определения. Таким образом, рефрактометрия – это метод исследования веществ, основанный на определении показателя преломления (коэффициента рефракции) и некоторых его функций. Из функций n, используемых в химии, наибольшее значение имеют: функция Лоренца – Ленца, производная n по концентрации растворённых веществ (инкремент n) и дисперсионные формулы, включающие разности показателей преломления для двух длин волн. Инкременты n используют в жидкостной хроматографии и при определении молекулярной массы полимеров методом рассеяния света. Для рефрактометрического анализа растворов в широких диапазонах концентраций пользуются таблицами или эмпирическими формулами, важнейшие из которых (для растворов сахарозы, этилового спирта и др.) утверждаются международными соглашениями и лежат в основе построения шкал специализированных рефрактометров для анализа промышленной и сельскохозяйственной продукции. Разработаны способы анализа трехкомпонентных растворов, основанных на одновременном определении n и плотности или вязкости, либо на осуществлении химических превращений с измерением n исходных и конечных растворов; эти способы применяют при контроле нефтепродуктов, фармацевтических препаратов и др. Идентификация органических соединений, минералов, лекарственных веществ осуществляется по таблицам n, приводимым в справочных изданиях. Преимуществами рефрактометрического метода являются его простота и относительно невысокая стоимость приборов для определения коэффициента преломления света.

Некоторые понятия физической оптики . Распространение света рефракция поляризуемость преломление химический

Первая гипотеза – эмиссионная или корпускулярная, утверждала, что свет представляет собой поток мельчайших частиц – корпускул, испускаемых нагретым светящимся телом. Достигая глаза, эти частицы отражают зрительные ощущения. Ударяясь о преграду, частицы отражаются от её поверхности или проникают внутрь в зависимости от свойств материала тела.

Легко объясняя законы отражения света, эта гипотеза не могла объяснить некоторые особенности преломления света и вовсе не объясняла интерференцию света.

Вторая гипотеза – волновая, утверждала, что частицы, испускаемые светящимся телом, находятся в состоянии чрезвычайно быстрых колебаний, генерирующих волны, которые распространяются во все стороны и, достигая глаза, вызывают зрительные ощущения. Волновая теория хорошо объясняла интерференцию света и другие явления, недоступные корпускулярной гипотезе, но была не в состоянии объяснить, каким образом распространяются волны в вакууме. Впоследствии эта неясность была устранена признанием за световыми волнами электромагнитного характера. Таким образом, свет по этой гипотезе представляет собой быстро меняющееся электромагнитное поле.

В дальнейшем с накоплением экспериментальных данных и их теоретической интерпретации, удалось установить особый, двойственный, характер световых явлений и свести обе, казалось, взаимоисключающие гипотезы в одну стройную, свободную от внутренних противоречий теорию. В соответствии с этой теорией свет равноправно может рассматриваться и как волновое движение электромагнитной природы, и как поток частиц, излучаемых источником света в виде отдельных порций света – квантов или фотонов.

Вместе с тем световые явления могут рассматриваться также и с позиции геометрической или лучевой оптики, представляющей собой применение геометрических построений и теорем.

Фундаментом для сближения геометрии с учением о свете и развития лучевой оптики явились представления о прямолинейности распространения света. Лучевая оптика и в настоящее время сохраняет ведущую роль во всех оптических и светотехнических расчётах, благодаря их простоте и наглядности, и показывает обычно полное соответствие вычисленных и экспериментальных данных.

Лучевая оптика базируется на трёх основных приложениях:

- прямолинейности распространения света в однородной среде;

- поведении света на границе раздела двух сред при условии, что такая граница представляет собой идеально гладкую поверхность;

- независимости распространения света.

Указанные положения установлены эмпирически, т. е. опытным путём посредством сравнения геометрических соотношений без учёта особенностей, связанных со сложной природой света.

Чтобы оперировать только наглядными геометрическими элементами, в лучевой оптике введены два условных понятия о луче и о светящейся точке.

Под лучом понимают направление, по которому распространяется свет. Экспериментально установлено, что в вакууме и в однородной (газовой, жидкой или твёрдой) прозрачной среде (например, в воздухе при постоянном давлении, в воде или стекле) свет распространяется прямолинейно, и луч представляет собой прямую линию, началом которой является источник света.

Под светящейся точкой понимают источник света, незначительными размерами которого можно пренебречь. Физически любой источник света обладает определёнными размерами, однако, если сравнить эти размеры с теми расстояниями, на которые распространяется действие света, то условно (без существенной погрешности) источник света принимают за точку.

От светящейся точки света расходится во все стороны в виде пучка бесконечное число лучей, заполняющих всё окружающее пространство. Такой пучок называется неограниченным. Однако, если на пути такого пучка поместить диафрагму – непрозрачный экран с отверстием, то за диафрагмой свет будет распространяться уже как ограниченный пучок.

Уменьшая отверстие диафрагмы, можно выделять всё более и более тонкие пучки. Казалось бы, это должно привести к столь тонкому пучку, что его можно считать "отдельным лучом". Однако опыт не подтверждает это предположение. При уменьшении диаметра отверстия лучи теряют прямолинейность и начинают огибать его края, и тем больше, чем меньше становится отверстие.

Я вление огибания световыми (звуковыми и т. д.) волнами встречающихся на пути препятствий называется дифракцией света и обусловлено его волновой природой. По этой причине нельзя выделить отдельный луч и в действительности существуют только пучки лучей.

Показатель преломления света (показатель рефракции)

Если на пути светового пучка, распространяющегося в прозрачной однородной среде (например, в воздухе), встречается другая прозрачная однородная среда (например, стекло), то на границе раздела сред пучок света разделяется на два луча, из которых один луч входит в новую среду, изменяя своё направление (преломляется), а другой, отражаясь от поверхности раздела и изменяя своё направление, продолжает распространяться в первой среде. Луч при распространении в однородных средах, изменяя свою однонаправленность, сохраняет прямолинейность распространения и до, и после границы раздела (рис.1).

Таким образом, преломление и отражение не противоречат прямолинейности распространения света в однородных средах.

Если луч входит в какую-либо однородную прозрачную среду не из другой прозрачной среды, а из вакуума, то такой показатель преломления называется абсолютным показателем преломления среды (N).

Поскольку значение n зависит от длины волны света (λ) и от температуры, то её измерение проводят при монохроматическом свете и постоянной температуре.

Законы преломления света формулируются следующим образом:

- падающий и преломлённый лучи находятся в одной плоскости с нормалью к поверхности раздела, но расположены на противоположных сторонах от неё;

- отношение синуса угла падения луча к синусу угла преломления для двух соприкасающихся однородных сред постоянно и не зависит от угла падения;

- падающий и преломленный лучи взаимно обратимы, т.е., если луч, входя из одной среды в другую, идет по направлению АВС, то, выходя из второй среды в первую, он пойдет по направлению СВА.

Для жидких и твердых тел n определяют, как правило, относительно воздуха, а для газов – относительно вакуума.

Дисперсия света

В то время как для любого монохроматического луча углы падения равны углам отражения, показатель преломления в одной и той же среде разный для каждой длины волны λ. Поэтому, если на поверхность раздела сред будет падать не монохроматический, а "белый" свет, то после преломления отдельные его составляющие будут отклоняться по-разному и иметь разные углы преломления при одном и том же угле падения. Наибольшее отклонение происходит у самых коротковолновых (фиолетовых) лучей, а наименьшее – у самых длинноволновых (красных) лучей, т. е. "белый" свет, переходя в более плотную прозрачную однородную среду, рассеивается или диспергирует.

Причиной дисперсии света является неодинаковая скорость распространения электромагнитного излучения различных длин волн в прозрачной однородной среде. Мерой дисперсии света служит разность между значениями показателя преломления, измеренным при различных длинах волн (например, Δn_FC; табл.1).

Читайте также:


Реферат устройства автоматического регулятора температуры в электроутюге

Политическая концепция т гоббса реферат

Особенности современного экономико географического положения россии реферат

Определение хлора в воде реферат

Правоохранительные органы в борьбе с коррупцией реферат