Рефрактометрия

(от лат. refractus — преломленный и... метрия (См. …метрия)

        раздел оптической техники, посвященный методам и средствам измерения преломления показателей (См. Преломления показатель) (ПП) твёрдых, жидких и газообразных сред в различных участках спектра оптического излучения (См. Оптическое излучение) (света). Зная ПП n и его дисперсию (зависимость от длины волны света) D, можно определить и др. величины, зависящие от n и D. Методы Р. разделяются на: 1) методы прямого измерения углов преломления света (См. Преломление света) при прохождении им границы раздела двух сред; 2) методы, в которых используется явление полного внутреннего отражения (См. Полное внутреннее отражение) (ПВО) света; 3) интерференционные методы (см. Интерференция света); 4) фотометрические методы, в которых используется зависимость Отражения коэффициента (или коэффициента пропускания (См. Пропускание)) света на границе двух сред от соотношения их ПП (см. Отражение света, Френеля формулы); 5) прочие методы (измерение фокусного расстояния линзы (См. Линза) и кривизны её поверхностей для определения ПП её материала, измерение поперечного смещения луча плоскопараллельной пластинкой (См. Плоскопараллельная пластинка) из исследуемого материала, Иммерсионный метод и т.д.). Наиболее распространены первые три из этих групп методов Р.

         Для измерения методами 1-й группы образцу придают форму призмы (см. Дисперсионные призмы) и определяют ПП, добиваясь поворотом призмы того, чтобы угол отклонения луча 8 (рис. 1, а) был минимален. При другом способе измерения n исследуемый образец помещают в специально изготовленную призму с известным ПП N (рис. 1, б). Для измерения ПП жидкостей призматические образцы выполняются полыми и заливаются исследуемой жидкостью. Точность определения ПП этими методами — 10^-5, а разности ПП двух веществ Рефрактометрия 10^-7. Очень часто используются и методы Р., основанные на явлении ПВО. Образец с измеряемым ПП приводится в Оптический контакт с эталонной призмой из материала с высоким и заранее точно измеренным ПП N (рис. 2). Свет может направляться как со стороны образца, так и со стороны призмы. В обоих случаях в определённом (очень узком) интервале углов падения пучка лучей на границу раздела образца и призмы в поле зрения наблюдательной зрительной трубы появится чёткая граница, разделяющая тёмный и светлый участки поля. Один из участков (тёмный при освещении со стороны образца, светлый при освещении со стороны призмы) соответствует лучам, претерпевающим ПВО, а граница этого участка — предельному, или критическому, углу падения луча. Точность метода ПВО Рефрактометрия 10^-5.

         В интерференционных методах разность ПП сравниваемых сред определяют (рис. 3) по числу порядков интерференции (См. Порядок интерференции) лучей, прошедших через эти среды. Точность этих методов достигает 10^-7—10^-8. Их применяют, например, при измерениях в газах и разбавленных растворах.

         Приборы для определения ПП методами Р. называют рефрактометрами (См. Рефрактометры).

         Р. нашла широкое применение в физической химии для определения состава и структуры веществ, а также для контроля качества и состава различных продуктов в химической, фармацевтической, пищевой и многих других отраслях промышленности. Достоинства рефрактометрических методов химического количественного анализа (См. Количественный анализ) — быстрота измерений, малый расход вещества и высокая точность. Знание Градиентов ПП позволяет производить расчёт градиентов плотности и концентрации. В некоторых случаях по виду кривых ПП можно делать выводы о характере взаимодействия веществ и образовании соединений. Методы Р. используют при проверке однородности твёрдых образцов и жидкостей, в аэро- и гидродинамических исследованиях. Особую роль играет Р. в оптической промышленности, так как ПП и дисперсия стекла и других оптических материалов являются их важнейшими характеристиками.

         Лит.: Шишловский А. А., Прикладная физическая оптика, М., 1961; Иоффе Б. В., Рефрактометрические методы химии, 2 изд., Л., 1974.

         М. В. Лейкин.

        

        Рис. 1. Определение показателя преломления (ПП) n по отклонению луча в призматических образцах. а — ход луча через призму с преломляющим углом α . Угол отклонения δ имеет наименьшую величину при равенстве углов входа луча в призму и выхода из неё: i₁ = i₂ (т. н. симметричный ход луча через призму), n определяют по формуле 1 = γ₂= 45°. n связан с измеряемым углом β выхода луча соотношением

        

        Рис. 2. Измерение показателя преломления (ПП) п с использованием явления полного внутреннего отражения (ПВО). 1—1'; 2—2' — ход лучей при освещении со стороны исследуемого образца (для упрощения рисунка отражённая часть луча 2 не показана). 1—1' — предельный луч, соответствующий углу φ_1пво в материале нижней призмы. 3—3'; 4—4'; 5—5' — ход лучей при освещении снизу, со стороны призмы с известным ПП N. 4—4' — предельный луч, при падении которого под углом φ_2пво на границу раздела призмы и образца происходит ПВО. А и В — схематические изображения поля зрения наблюдательной трубки при прохождении через неё предельных лучей 1' и 4'. n связан с измеряемым углом β между направлением предельного луча и нормалью к грани призмы формулой α — преломляющий угол призмы с известным ПП.

        

        Рис. 3. Принцип действия интерференционного рефрактометра. Луч света разделяют так, чтобы две его части прошли через кюветы длиной l, заполненные веществами с различными показателями преломления. На выходе из кювет лучи приобретают определённую разность хода и, будучи сведены вместе, дают на экране картину интерференционных максимумов и минимумов с k порядками (схематически показана справа). Разность показателей преломления Δn = n₂ – n₁ = kλ/2, где λ — длина волны света.