Рефрактометрия

В геометрической оптике принимается, что свет распространяется в одной среде прямолинейно. Свет, попавший на границу раздела двух сред, частично отражается от границы раздела, а частично проходит через вторую среду, и направление луча при этом изменяется (рис. 4). Явление изменения направления распространения света при прохождении через границу раздела двух прозрачных сред называется преломлением света.

Угол между направлением падающего луча и перпендикуляром к границе раздела сред, восстановленном в точке падения луча, называется углом падения (φ₁). Угол между этим перпендикуляром и направлением преломленного луча называется углом преломления (φ₂).

 

Рис. 4. Направления светового луча на границе раздела двух сред:

φ₁ – угол падения; φ₂ – угол преломления; φ₃ – угол отражения

 

Отношение синуса угла падения к синусу угла преломления есть величина постоянная для данной длины волны света:

sin φ₁ / sin φ₂ = n.

Величина n называется относительным показателем преломления второй среды по отношению к первой и равна также отношению скоростей света (С) в этих средах:

n = C ₁ / C ₂.

Показатель преломления среды относительно вакуума (среда 1 – вакуум) называется абсолютным показателем среды.

Взаимосвязь между относительным (n) и абсолютным показателем преломления двух сред (n ₁ и n ₂) выражается уравнением:

n = n ₂ / n ₁.

Значения показателя преломления зависят от природы веществ, температуры, длины волны света, концентрации раствора. С ростом температуры значение показателя преломления уменьшается, так как уменьшается плотность раствора. В зависимости от длины волны света значение показателя преломления меняется. Поэтому, как правило, измерения проводят для спектральной линии желтого натриевого пламени (D) при температуре 20 ^oС. При обозначении показателя преломления индексами указывают температуру и длину волны, например, . Зависимость показателя преломления от концентрации выражается степенным рядом:

n _р = n _о + а ∙ w + b ∙ w + …,

где n _р – показатель преломления раствора;

n _о – показатель преломления растворителя;

w – массовая доля растворенного вещества;

а, b – эмпирические коэффициенты.

Показатель преломления определяется при помощи приборов, называемых рефрактометрами, которые могут иметь различную конструкцию, но, как правило, основаны на измерении угла полного внутреннего отражения на границе вещество (жидкость) – стекло. Углом полного внутреннего отражения называется предельный угол падения, отвечающий углу преломления 90^о.

Показатель преломления является одним из важнейших свойств вещества и может быть использован для идентификации веществ, для определения чистоты вещества и состава раствора.