Рефрактометрия основывается на измерении показателя преломления (n) вещества, который определяется как отношение скорости света в вакууме к скорости света в рассматриваемой среде. Показатель преломления является функцией химического состава, температуры и длины волны излучения. Для аналитической химии этот метод ценен тем, что позволяет получать количественную информацию о концентрации растворённых веществ в растворах без разрушения образца.
Закон Снелля определяет поведение светового луча при прохождении границы двух сред с различными показателями преломления:
n1sin θ1 = n2sin θ2
где n1 и n2 — показатели преломления первой и второй среды, θ1 и θ2 — углы падения и преломления соответственно.
Измерение угла преломления позволяет определить показатель преломления исследуемого вещества, что в аналитической химии используется для установления концентрации растворов и идентификации веществ.
Абсолютная рефрактометрия предполагает прямое измерение показателя преломления исследуемого вещества относительно вакуума или воздуха. Используются прецизионные рефрактометры с точностью до 10−4–10−5.
Относительная рефрактометрия заключается в сравнении показателя преломления исследуемого раствора с известным эталонным веществом, чаще всего с дистиллированной водой. Этот метод удобен для определения концентраций растворённых веществ по заранее построенным градуировочным кривым.
Дисперсионная рефрактометрия учитывает зависимость показателя преломления от длины волны света. Она применяется для точного анализа сложных смесей и определения состава многокомпонентных растворов.
Абсолютные рефрактометры работают по принципу минимального отклонения светового луча на призме. Основные элементы: призмовая система, коллиматор, окуляр, компенсатор угла преломления. Приборы обеспечивают высокую точность и стабильность измерений, но требуют тщательной калибровки.
Рефрактометры Бенсона и Аббе предназначены для лабораторных измерений показателя преломления жидких и твёрдых веществ. Аббе-рефрактометр позволяет измерять n с точностью до ±0,0002 и часто используется для контроля чистоты химических веществ и концентрации растворов.
Автоматические цифровые рефрактометры оснащены фотодетекторами и электронными системами обработки сигнала, что обеспечивает высокую точность и удобство измерений, особенно при серийном анализе.
Определение концентрации растворов. Показатель преломления раствора изменяется с концентрацией растворённого вещества. Для многих сахаров, солей и кислот установлены градуировочные зависимости n = f(C), позволяющие проводить быстрый и точный количественный анализ.
Контроль чистоты веществ. Любое постороннее примесь изменяет показатель преломления, что позволяет оценить чистоту образцов. Особенно важно при производстве фармацевтических и пищевых продуктов.
Идентификация веществ. Сравнение измеренного показателя преломления с известными эталонными значениями используется для подтверждения химической природы вещества, особенно для жидких и прозрачных твёрдых соединений.
Микроскопическая рефрактометрия применяется для анализа микрообъектов и клеточных структур, позволяя определять их состав без разрушения.
Рефрактометрические методы обеспечивают высокую чувствительность и оперативность анализа, позволяя получать количественные и качественные данные о химическом составе веществ. Их универсальность и неразрушающий характер делают рефрактометрию незаменимой в лабораторной практике аналитической химии.