Определение содержания этилового спирта в этиловых растворах

 

Рис 4. Рефрактометр ИРФ-22 (вод.с двух сторон): / — корпус; 2 — призменный блок; 3 — зрительная труба с отсчетным устройством; 4 —« шланг; 5, 6, 7, 8 — штуцера; 9 — термометр; 10 — маховичок наклона измерительной призмы; 11 — маховичок компенсатора; 12 — барабан со шкалой; 13 — зеркало осветительной призмы; 14 — зеркало шкалы показателей преломления; 15 — окно измерительной камеры; 16 — винт осветительного зеркала; 17—крышка; 18 — диафрагма для измерения в отраженном свете; 19 — крышка гнезда для хранения термометра; 20 — котировочная пластинка;   21 — котировочный   ключ;   22 — котировочный   винт   с  четырехгранной   головкой.

 

 

 

Рефрактометр Аббе.

Особенность рефрактометров этого типа —не только в применении «белого» света (дневного или электрического), но ив устройстве измерительной призмы и в наличии дополнительной, так называемой осветительной призмы, а также в конструкции отсчет-ной шкалы.

Исследуемую жидкость помещают на гипотенузную (входную) грань измерительной  призмы, сделанную из тяжелого флинта с преломляющим углом до 60°, и  прижимают осветительной-призмой. Таким образом, исследуемая жидкость располагается между гипотенузными гранями обеих призм тонким слоем 0,1—0,2 мм (рис.5).

Через осветительную призму свет попадает в исследуемую жидкость. При выходе из измерительной призмы на границе с анализируемой жидкостью лучи света преломляются.

Гипотенузная грань осветительной  призмы должна быть матовой, для рассеивания проходящих лучей света.

Измерительная и осветительная  призмы вмонтированы в полые металлические  камеры, по которым циркулирует термостатирую-щая  вода. Камеры, соединенные шарниром, образуют важнейшую деталь рефрактометров — призменный блок.                                                   Использование «белого» света в рефрактометрах Аббе вызывает вследствие дисперсии появление размытой радужной спектральной полосы вместо резкой границы светотени. Для устранения этого явления служит компенсатор дисперсии, устанавливаемый перед объективом зрительной трубы. Компенсатор состоит из двух призм Амичи (рис. 6), каждая из которых представляет собой систему призм: двух крайних из крона и средней из флинта Шкалу рефрактометров Аббе градуируют в значениях показателя преломления п это облегчает работу на приборах подобного типа. Отсчет показателя преломления ведут в пределах 1,3—1,7 (в некоторых моделях до 1,85) с точностью ±1—2-10⁴.

Малый расход анализируемого вещества, высокая точность, быстрота измерений и большой диапазон измеряемых показателей преломления  обеспечили широкое применение рефрактометров Аббе в химических лабораториях.

В контрольно-аналитической  практике чаще применяются рефрактометры типа прибора Аббе отечественного производства.

.

 

Рис. 5. Схема призм рефрактометра               Рис. 6. Призма Амичи

Аббе: 1-измерительная призма

2- осветительная призма

3- исследуемое вещество

 

Рис. 7. Рефрактометр Аббе

 

Рис.8. Буттеррефрактометр Волни с открытой двойной призмой.

Рис. 9. Рефрактометр Пульфриха (старая модель).

Для исследовательских работ  в химических лабораториях чаще применяют рефрактометр ИРФ-23. Это наиболее совершенная модель рефрактометра Пульфриха отечественного производства. Характерной особенностью прибора ИРФ-23 является использование измерительных призм с преломляющим углом 90° и источников монохроматического света.

Применение монохроматических  источников света в рефрактометрах Пульфриха дает возможность проводить измерения с высокой точностью (±Ы0~⁵), но весьма усложняет работу на приборе

 

 

Рис.9. Рефрактометр РДУ.

Визирная система. Лучи света от зеркала 1 направляются в осветительную призму 3, проходят слой исследуемой жидкости, измерительную призму 4, защитное стекло 5    компенсатор 6, попадают в объектив 7 и фокусируются последним в его фокальной плоскости, совмещенной с сеткой 15, на которой нанесено перекрестие. Через окуляр зрительной трубы 8, 9 наблюдают перекрестие, совмещая его с границей светотени. Отсчетная система. На    одной оси с измерительной лриз-мой находится шкала 12, которая вращается вместе с измерительной призмой. Шкала с помощью осветительного зеркала 10 подсвечивается через защитное стекло 11. Призмой 13 и объективом 14 шкала рефрактометра проектируется на фокальную плоскость окуляра, где находится сетка 16 с визирным штрихом.

Шкалу наблюдают через  окуляр микроскопа и по визирной линии сетки отсчитывают величины показателей преломления исследуемого образца.

                                           

   Рис. 10. Рефрактометр РЛУ

 

  Описание прибора и принцип действия. Рефрактометр РЛУ (рис. 15) состоит из следующих частей: основания 7, стойки.2, на которой укреплен кронштейн 10 с окуляром отсчета показателей преломления и сектор шкалы 8. Зрительная труба рефрактометра 7 установлена на кронштейне и жестко соединена с рычагом сектора шкалы, обеспечивая взаимосвязь зрительной трубы со шкалой, что необходимо для отсчета показателя преломления в момент визирования^ сеткой границ светотени. В верхней < части зрительной трубы помещается окуляр визирования границы светотени, состоящий из двух линз. Окрашенность (дисперсия) границы светотени устраняется с помощью маховичка компенсатора 6. На одной оси с корпусом рефрактометра находится призменный блок4. Световой поток направляется на входную грань осветительной призмы зеркалом 3, укрепленным на кронштейне.

 
                                                           

      Прибор Рефрактометр РПЛ-3 (рис. 11) состоит из следующих основных частей:  корпуса 2, установленного

 

на колонке1 и закреплённого посредством гайки, призменного блока, укрепленного на корпусе и состоящего из двух половинок 6 и 8, соединенных шарниром. Камера измерительной призмы 6 имеет штуцера 7, соединенные между собой во время работы резиновой трубкой 5, по которой циркулирует вода, поддерживающая температуру 20 °С.

Свет в окно камеры направляется зеркалом 4. При помощи рукоятки 12 передвигают окуляр 13 по шкале 11. Окно верхней половины камеры 8, куда направляется свет при исследовании прозрачных жидкостей, закрыто заслонкой.

Имеется также заслонка в  нижней половине камеры, где находится  измерительная призма, на которую направляется свет при' исследовании окрашенных жидкостей. Отверстие 10, предназначен для ключа при юстировке рефрактометра, закрыто пробкой. К прибору даётся ключ. Характерная особенность этого рефрактометра состоит в том, что измерительная призма неподвижна и сделана из тяжелого крона марки ТК-2 с показателем преломления 1,5724.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5. Порядок работы

1. Перед началом работы  необходимо проверить установку  нуль-пункта

рефрактометра. Установку  нуль-пункта и измерения на рефрактометре

необходимо проводить  при одной и той же температуре.

Проверка и установка  нуль-пункта проводится по дистиллированной

воде. При исследовании дистиллированной воды граница светотени

должна находиться наделении 1,33299 шкалы ηд и 0% шкалы сухих

веществ. Проверка и установка  нуль-пункта по дистиллированной воде

проводится следующим  образом:

· открыть верхнюю камеру и промыть дистиллированной водой  или

спиртом поверхности измерительной  и осветительной призм и насухо

вытереть чистой льняной  салфеткой;

· оплавленным концом палочки  нанести на плоскость измерительной

призмы одну-две капли  дистиллированной воды и закрыть  верхнюю

камеру;

· смещая осветитель, луч  света направить в окно верхней  камеры;

· перемещением рукоятки с  окуляром вдоль шкалы вверх и  вниз найти

в поле зрения границу свето-тени;

· границу светотени, перемещая  рукоятку, совмещают с визирной

линией (если при совмещении с центром перекрестия сетки  она прошла

через деление шкалы ηд = 1,33299 и 0% шкалы сухих веществ, нуль-

пункт установлен правильно).

В случае отклонения от этих значений прибор необходимо

установить на нуль через отверстие

2. Измерение показателя  преломления прозрачных жидкостей  и процента

сухих веществ по сахарозе производится аналогично измерению

дистиллированной воды при  установке нуль-пункта

совмещения границы светотени  с перекрестием сетки произвести отсчет по

шкале показателей преломления  и процента сухих веществ по сахарозе.

Измерение произвести три  раза.

Среднее арифметическое трех измерений является конечным

результатом измерений.

Измерение продуктов сахарного  производства можно производить

при температуре 10...30 °С с  учетом поправки на температуру по таблице.

Например, если измерения производить при температуре 17°С,

Отсчет по шкале равен 37,8% сухих веществ. По таблице находим

поправку, равную 0,22. Показание рефрактометра будет равно: 37,80 - 0,22= 37,58 % сухих веществ.

После проведения измерений необходимо открыть верхнюю камеру,

промыть, досуха вытереть плоскости верхней и нижней камер и плавно

опустить верхнюю камеру прибора.

Расчет концентраций вещества по показателям преломления

Раствора ведут следующими методами: по калибровочному графику, по

таблицам, по рефрактометрическому фактору, методом добавок.

По калибровочному графику: калибровочный график строят по

Растворам вещества известной концентрации (концентрация — показатель

преломления), измеряют показатель преломления анализируемого

раствора, и на графике по показателю преломления определяют

концентрацию.

По таблицам: для многих веществ составлены таблицы, в которых

приведены показатели преломления растворов с известной концентрацией.

По рефрактометрическому фактору: если известен

рефрактометрический фактор, для расчета концентраций используют

формулу: 

                            

где η1 – показатель преломления раствора;

η0 – показатель преломления растворителя;

F – рефрактометрический  фактор, показывающий увеличение показателя

преломления при  росте концентрации вещества на 1% .

Рефрактометрический фактор определяют экспериментально или по

таблицам  показателей преломления.

Например, для NаСl фактор F равен разности между показателями

преломления 4%-ного раствора η1 = 1,3397 и 2%-ного раствора η2= 1,3364,

деленной на разность концентраций (равную 2%):  

 

                             .

 

Метод добавок: сначала  определяют показатель преломления

исследуемого  раствора в трехкратном повторе, затем к исследуемому

раствору  добавляют определенные объемы стандартного раствора с

известной концентрацией, каждый раз снимая показатель преломления в

трехкратной повторности.

                                   

 

где ηx — показатель преломления анализируемого раствора;

ηдоб — показатель преломления анализируемого раствора с добавкой

стандартного раствора;

Сдоб - концентрация добавок с учетом общего объема, %

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6. Определение чистоты вещества и идентификация его с помощью показателя преломления

Показатель преломления  наряду с плотностью, температурами  плавления и кипения является важной константой, характеризующей  химическое соединение. В настоящее  время показатель преломления используется для определения подлинности, а  также для оценки их степени чистоты.

Если рассматривать загрязненный препарат как раздавленный раствор  примеси в чистом веществе, то содержание примеси (х):

                          

                            Х=

 

        Где n  и n – показатели преломления исследуемого препарата чистого вещества; К - эмпирический коэффициент.

        Очень часто, исходя из правила аддитивности, для определения количества примесей, содержащихся в веществе, пользуясь приближенными соотношениями:

 

                             V

 

                                  P 

        Где V  и P – содержание примесей соответственно в объемных и весовых процентах;

        d и d - плотности примеси и исследуемого вещества;

n и n – показатели преломления примеси и исследуемого вещества.

       Совпадение  показателя преломления определяемого  вещества и показателя преломления  чистого вещества или при очень  близких значениях показателях  ещё не свидетельствует о чистоте  препарата. Для случаев, когда  примесь с показателем преломления  меньшим, чем у чистого вещества, вступает в химические взаимодействия  с основным веществом, приведенные  выше формулы неприемлемы. Примеры:  вода в спиртах, аминах и  гидразинах, с которыми она образует  непрочные гидраты. Удаление остатков воды сопровождается уменьшением показателя преломления.

        Для  новых и  малоизученных соединений  показатели преломления могут  быть не известны и тогда  рефрактометрический анализ используется  лишь для качественного заключения  о ходе очистки.  Если вещество было ранее изучено, критерием чистоты является совпадение  величины показателя преломления для вновь полученного препарата с надежно установленным значением её для чистого вещества. Совпадение показателей преломления при не очень высокой степени чистоты должно быть ± 0,0001-0,0002.