液体化合物折射率的测定

折射率和沸点、密度一样，是有机化合物的重要物理参数。它可以作为液体化合物纯度的标准，并且比沸点更为可靠。也可以作为鉴定和区别有机化合物的依据，多数异构体的沸点极为相近，而折射率却完全不同。根据测出的折射率，可以确定是哪种异构体。根据折射率和混合物摩尔组成间的线性关系，还可以用来测定含有已知成分混合物的质量分数。

1.折射率

光的传播速度和方向并不是在所有的介质中都一样。光经过两个不同的介质时，光速和方向会发生变化。例如，将一根玻璃棒斜插入水中，本来很直的玻璃棒看上去弯了，因为光在空气和水里的传播速度和方向不一致，这种现象称为光的折射。根据折射定律，波长一定的单色光线，在确定的外界条件（如温度、压力等）之下，从一个介质A进入另一个介质B，入射角α和折射角β的正弦之比和这两个介质的折射率N（介质A的）与n（介质B的）成反比，即

若介质A是真空，则定其N＝1，于是

所以一个介质的折射率，就是光线从真空进入这个介质时入射角和折射角的正弦之比。

图2-19　折射的基本原理

2.折射率的测定——阿贝折光仪

（1）基本原理。测定折射率的仪器构成原理如图2-19所示。根据折射定律

n1sinα1＝n2sinα2

式中，n1，n2为交界面两侧的两种介质的折射率。若光线从光密介质进入光疏介质，入射角小于折射角，改变入射角可以使折射角达到90°，此时的入射角称为临界角，用β0表示。显然，在一定条件下，β0也是一个常数，它与折射率的关系如下

可见，通过测定β0就可以得到折射率。阿贝折光仪测定折射率就是基于测定临界角的原理。

为了测定β0值，阿贝折光仪采用了“半明半暗”的方法，就是让单色光由0°～90°的所有角度从介质A射入介质B，这时介质B中，临界角以内的整个区域均有光线通过，因而是明亮的；而临界角以外的全部区域没有光线通过，因而是暗的。明暗两区域的界限十分清楚。如果在介质B的上方用一目镜观测，就可以看见一个界限十分清晰的半明半暗的像。介质不同，临界角也就不同，目镜中明暗两区的界线位置也不一样。如果在目镜中刻上一个“十”字交叉线，改变介质B与目镜的位置，使每次明暗两区的界线总是与“十”字交叉线的交点重合，通过测定其相对位置（角度），并经过换算，便可得到折射率。阿贝折光仪上的标尺所刻的读数即是换算后的折射率，可以直接读出。同时，阿贝折光仪有消色散装置，自然光通过这一装置，可以得到单色光，因而测得的数字与用钠光线所测得的一样。

（2）使用方法：

①将折光仪置于靠窗的桌上或普通的白炽灯前，与恒温槽相连，调节至测定温度。

②待温度稳定后，分开直角棱镜，小心滴入少量丙酮或乙醇湿润镜面，用擦镜纸擦拭上下镜面，待丙酮或乙醇挥发后，用滴管向镜面滴一小滴样品，小心地关闭棱镜。注意：不能用滤纸代替擦镜纸，玻璃滴管绝对不能接触棱镜，以免损伤棱镜表面。

③先转动下面的反光镜，使目镜内明亮，明暗界限清晰。

④转动消色散转盘，使明暗界限清晰。

⑤转动棱镜调节盘，使明暗界限恰好通过“十”字交叉点，此时从刻度尺上读出测试样品的折射率。

⑥先测定水的折射率和测定时的温度，与纯水的标准值进行比较，求得折射仪的校正值。

⑦以同样的方法测定待测有机物的折射率，并用折射仪的校正值加以校正。

⑧测好样品后，用擦镜纸轻轻揩去上下镜面上的液体，再用乙醇或丙酮润湿的擦镜纸擦拭上下镜面，待棱镜干燥后，再旋紧锁钮。

阿贝折光仪不能在较高的温度下使用；对于易挥发和易吸水样品的测量也有些困难；对样品的纯度要求比较高。不同温度下纯水与乙醇的折射率见表2-3。

表2-3　不同温度下纯水与乙醇的折射率