Курсовая работа: Рефрактометрический метод анализа в химии

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.

Очевидно, при переходе из более плотной среды (стекло, рис. 1) в менее плотную (воздух) луч удалится от нормали, а показатель преломления примет обратное соотношение:

(2)

Показатель преломления как постоянная величина является характеристикой вещества (подобно температуре плавления).

Свет как электромагнитное излучение при прохождении через однородную прозрачную среду, и взаимодействуя с её частицами (молекулами, атомами, ионами), изменяет свою скорость. Наибольшая скорость распространения света достигается в вакууме ( С₀ = 3·10¹⁰ м/с). В воздухе скорость света (С_в ) уменьшается, и значение абсолютного показателя преломления воздуха (N_в ) составляет:

(3)

Относительный показатель преломления определённой среды n_с – это отношение скорости света в воздухе к скорости света в исследуемой среде (С_с ):

(4)

Таким образом, абсолютный и относительный показатели преломления воздуха связаны между собой соотношением:

(5)

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

1.3 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).

Показатель преломления в зависимости от условий его определения дополняется латинской буковой n с подстрочным и надстрочным индексами (напрмер, ,). Верхний индекс показывает температуру (в ⁰ С), а нижний индекс – линии или длину волны (в нм), при которых производилось измерение. Обычно n определяют при указанных в табл. 1 длинах волн.

Обозначение показателя преломления от условий его определения

Таблица 1

Линия спектра водорода	Индекс линии	λ, нм	Обозначение показателя преломления
жёлтая	D	589,3	nD
красная	C	656,3	nC
синяя	F	486,1	nF
фиолетовая	G	434,0	nG

В рефрактометрии часто используется показатель n_∞ , значение которого определяют экстраполяцией зависимости n = f(λ) до бесконечно больших длин волн. Такая экстраполяция осуществляется обычно по формуле Коши:

n = n_∞ + b/λ. (6)

Константы n_∞ и b определяют, измерив n при разных λ (например λ_F и λ_С – линий спектра водорода). В большинстве случаев определяют не n_∞ , а n_D желтой линии спектра натрия (D-линии).

На практике используются три способа выражения дисперсии света.

1. Средняя дисперсия:

Δn_FC = (n_F − n_C )∙10⁴ .(7)

2. Коэффициент дисперсии или число Аббе:

(8)

3. Удельная дисперсия: