折光率的測定
化學(xué)試劑,九料化工商城 / 2020-12-02
(一)折光率的意義:折光率是用折射計來測定的，常用的為阿培折射計，由于它的操作方法簡便又容易掌握，故為有機化學(xué)實驗室的常備儀器.折射計的應(yīng)用，具體有以下幾點：
1.測定所合成的已知化合物的折光率與文獻(xiàn)值對照(若有文獻(xiàn)記載).
2.所合成的未知化合物經(jīng)化學(xué)分析確證后，測其折光率作為一項物理常數(shù)，后人重復(fù)試驗時，以此作對照.
3.將折光率作為檢驗原料、溶劑、中間體及最終產(chǎn)品純度的依據(jù)(假定它們在常溫下都是液體).
4.分餾時，配合沸點，作為劃分餾分的依據(jù)
5.根據(jù)反應(yīng)物和生成物(指液體)的折光率改變情況，推測反應(yīng)進(jìn)行的程度.
折光率是物質(zhì)的特性常數(shù)，固體，液體和氣體都有折光率，尤其對于液體，記載更為普遍.液體的折光率隨一些因素而變化，首先隨入射光線波長不同而變，例如，乙酰乙酸乙酯在鈉的黃光(波長為5893À)下，于20.5℃時所測得的折光率為1.4180.用下列方式表示∩D²05-.4180
式中代表折光率，20.5℃代表測定時的溫度，D代表波長為5893À的鈉光.如用波長為4861À的氫的藍(lán)光(即F線)測定(溫度相同)，則為∩D²05-1.4242.一般說來，折光率隨光線波長的降低而增加.用來測定折光率的單色光，一般用鈉的黃光(即D線).
其次，折光率隨測定時溫度不同而變，例如，蒸餾水在不同溫度時的折光率各為:
nD¹º1.3337
nD³º1.3320
nD²°1.3330
nD40-1.3307
可見，折光率也隨溫度的增加而減小，在許多有機物中，當(dāng)溫度升高1度，折光率就下降0.0004，但當(dāng)溫度相差太懸殊時，往往不完全準(zhǔn)確（九料化工http://f670.cn/）.
嚴(yán)格說來，同一物質(zhì)的折光率應(yīng)該完全一樣，但由于種種因素，兩批來源不同的同種物質(zhì)的折光率，不免有些上下具體地說，我們所合成的產(chǎn)品的折光率與文獻(xiàn)記載的不完全相同，按我們的經(jīng)驗，在一般情況下允許的誤差范為士0.0010(正好是刻度盤上的一個小格)，當(dāng)然在特殊情況下，這個范圍還應(yīng)該縮小.
這里應(yīng)該強調(diào)一下，提供測定折光率的樣品要以分析樣品的標(biāo)準(zhǔn)來要求被測液的沸點范圍要狹窄，若是沸點范圍太寬的液體，測定折光率意義不大.例如，折光率較小的液體甲混有折光率較大的液體乙，那么測得的折光率就會偏高還有，溫度的恒定性也非常重要.
(二)阿培折射計及其操作方法:阿培折射計的主要組成部分是二塊折光率較大的直角棱鏡.上面一塊是光滑的，在整架儀器中起著主要的作用;下面一塊是磨砂面的，起散射光線的作用左面有一個鏡筒及刻度盤，上面刻有1.3000-1.7000的格子，為已經(jīng)計算好的折光率右面也有一個鏡筒，用來觀察折光情況，并連有消色散鏡，也稱補償器，通過它的作用，可以直接利用日光測定折光率，所得數(shù)值和用鈉光時所測得數(shù)值完全一樣，這是阿培折射計的優(yōu)點.
1.折射計操作程序:
(1)將折射計置干凈桌面上，和電動恒溫水浴相連，調(diào)節(jié)所需溫度，通常為20或25℃.
(2)恒溫后，將被測液體2-3滴，均勻地置于磨砂面棱鏡上，關(guān)緊棱鏡，轉(zhuǎn)動反光鏡使光線射入.
(3)先輕輕轉(zhuǎn)動左面刻度盤，并在右鏡簡內(nèi)找到明暗分界線或彩色光帶，再轉(zhuǎn)動消色散鏡，使看到一明晰分界線.
(4)再轉(zhuǎn)動左面刻度盤，使分界線對準(zhǔn)又線中心，并讀折光率，重復(fù)1-2次.
(5)迅速擦洗棱和擦浄整槊折射計(擦洗手續(xù)見保養(yǎng)方法).
2.操作時應(yīng)注意下列事項:
(1)液體放得過少或分布不勻，就看不清楚，應(yīng)多加一些液體，對于易揮發(fā)液體應(yīng)以敏捷熟練的動作測其折光率.
(2)若棱鏡背部有濕氣，使分界線模糊不清，應(yīng)用擦鏡紙擦干.
(3)鏡筒上的接目鏡可上下伸縮調(diào)節(jié)焦距，但一般毋需轉(zhuǎn)動.刻度盤旁有一小反光鏡，能使刻度盤明亮.
3.折射計的保養(yǎng)：
(1)測定折光率后，仔細(xì)認(rèn)真地擦洗是保養(yǎng)折射計的重要措施，打開棱鏡先將被測液體用濾紙輕輕吸干.千萬不能磨擦棱鏡，用潔凈丙酮或乙醇沖洗多次，沖時下面墊些干布或濾紙.同時用擦鏡紙擦浄棱鐿，不得來回擦，應(yīng)為單向.然后將整架儀器的上下，前后，凸處擦凈，特別要保持二棱鏡金屬匣餃鏈螺絲轉(zhuǎn)動靈活，防止生銹.
(2)不準(zhǔn)測定強酸性、強堿性及有腐蝕性的液體.
(3)折射計不用時應(yīng)放在木箱內(nèi)，木箱置干燥的地方.放進(jìn)木箱前，必需將金屬匣內(nèi)的水倒盡，管口用東西封住.
(4)定期作徹底的擦洗和檢查.
4.折射計的校正:折射計的校正可利用附件內(nèi)的標(biāo)準(zhǔn)玻璃塊，上面刻有固定的折光率.先將棱鏡完全打開使成水平，將溴代萘(∩=1.66)少許置光滑面棱鏡上，玻璃塊就粘附在上面，轉(zhuǎn)動左面刻度盤，使所示刻度和玻璃塊上的數(shù)值完全一樣.然后調(diào)節(jié)到明分界線，分界線的二邊并不象正式測定折光率時所呈現(xiàn)的一明一暗現(xiàn)象，而是呈玻璃狀透明，分界線仍清晰可見.然后用小旋子旋動右面鏡筒下方的方形螺絲，使分界線對準(zhǔn)又線中心即可.另一個簡便的校正方法，是用蒸餾水作標(biāo)準(zhǔn)樣品，分別在10，20，30及40時測其折光率.
.jpg "圖3.2.2")
(三)基本原理:折射計的操作方法比較簡便，一學(xué)就會，但是在理論上不免會產(chǎn)生一些題:為什么有半明半暗現(xiàn)象?為什么分界面對準(zhǔn)了又線中心是折光率?折光率的數(shù)學(xué)意義是什么?又為什么液體的折光率總在1.3－1.7之間，而不會小于1?要回答這一系列問題，有必要把原理簡單地說一下.
光線從一種介質(zhì)進(jìn)入另一種不同的介質(zhì)中時，由于質(zhì)的折光率不同，光的方向就要改變，也就是說光被折射這樣，入射角和折射角不會相等.根據(jù)圖3.2.1所示，由于介質(zhì)A的折光率比介質(zhì)B的大，故入射角(折光率小)必定小于折射角.當(dāng)入射角為ι時，得折射角γ，當(dāng)入射角為時，折射角為γo，且為90°.此時光線沿分界面MON進(jìn)行.若入射角再增大，光線就不能射出介質(zhì)，
而在分界面上完全反射出來，如圖上虛線.
光線沿著分界面進(jìn)行時的入射角ι0稱為臨界角，也稱全反射角.阿培折射計的構(gòu)造就根據(jù)這全反射的原理，根據(jù)圖8.2.2(圖
3.2.2意義和圖3.2，1基本相同，僅入射角和折射角換一下).
由于被測液體的折光率比棱鏡的小，故ι0必定大于γ0當(dāng)入射角ι0=90°，得折射角γ0為臨界角，又稱全反射角，ι0=
90°時的光線行程為KOL，在這條線的下方，光線因反射而通不過，故現(xiàn)暗色.明暗分界線對準(zhǔn)又線中心時表示光線由液體進(jìn)入棱鏡時的入射角正好是90°，
棱鏡的折光率是常數(shù)，因為各種液體的折光率不同要調(diào)節(jié)到入射角始終為90°光線射入(即明暗分界線對準(zhǔn)又線中心)，只要改變臨界角γo即可.在操作時就是旋轉(zhuǎn)刻度盤，棱鏡跟著一起轉(zhuǎn).各個臨界角的大小，由各個液體不同的折光率所決定，這樣也就在刻度盤上直接讀出了折光率.
最后來回答一下，折光率為什么不會小于1?根據(jù)斯內(nèi)爾(Snel)定律，光從空氣射入另一介質(zhì)時的入射角與光在另ー介質(zhì)中的折射角的正弦之比就是折光率，
sin ι
n＝-------.
sin γ
因為光從空氣射入，空氣的折光率為1，一定小于被測液體的折光率，則折射角γ必定小于入射角ι又ι=90°(理由見前述)所以sin ι=1，代入上式:
1
n=-------
sin γ
r不會超過90°，所以折光率不會小于1。
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