Что можно определить рефрактометрическим методом

Что можно определить рефрактометрическим методом

Совокупность методов анализа и исследования вещества, основанная на измерениях его показателя преломления называется рефракцией.

Преломление (рефракция) — изменение направления распространения волн электромагнитного излучения, возникающее на границе раздела двух прозрачных для этих волн сред или в толще среды с непрерывно изменяющимися свойствами.

• Для изучения кинетики химических реакций

• Для определения состава многокомпонентных смесей

• Для контроля качества промышленной и пищевой продукции

Рефрактометрия метод исследования веществ, основанный на определении показателя преломления (коэф. рефракции) и некоторых его функций. Применяется для идентификации химических соединений, количественного и структурного анализа, определения физико-химических параметров веществ. Основная задача рефрактометрического анализа состоит в определении показателя преломления света при переходе его из одной среды в другую и последующей вычислением ряда производных величин, одной из них является рефракция.

Применяя метод рефрактометрии, можно установить строение молекулы.

Оптические приборы, предназначенные для измерения показателя

преломления, называются рефрактометрами.

В настоящей работе применяется рефрактометр, принцип действия которого основан на явлениях, происходящих при прохождении света через границу раздела двух сред с разными показателями преломления (рефрактометр Аббе). В рефрактометрах этого типа исследуемая среда (обычно жидкость) помещается в зазоре (около 0,1 мм) между гранями двух стеклянных прямоугольных призм. При измерениях используется два метода: метод скользящего луча и метод полного отражения.

Его действие основано на измерении угла полного внутреннего отражения в случае непрозрачной исследуемой среды или предельного угла преломления на плоской границе раздела прозрачных сред (исследуемой и известной) при распространении света из среды с меньшим показателем преломления n1 в среду с большим показателем – n2.

R= , где

n- показатель преломления вещества;

Цель практической работы: экспериментально изучение аддитивности рефракции.

Аддитивность мольной рефракции объясняется тем, что смещение электронов и электронных группировок атомов в молекуле мало зависит от того, в какие молекулы эти атомы входят. Под аддитивностью понимается вычисление любого свойства системы, состоящей из двух или более, компонентов, по сумме аналогичных свойств каждого из компонентов с учетом доли их участия в системе.

В ходе работе мы определяли показатели преломления ацетона и смеси (вода + ацетон)

Вычисляли мольные рефракции по правилу аддитивности:

м2/кг

Рефрактометрическим методом мы определили концентрацию вещества в смеси, она составила: С1=66,6 и С1=33,4. С помощью рефрактометра Аббе мы измерили показатель преломления ацетона, воды и смеси (ацетон+вода).

Относительная ошибка опыта составила: вода-0,4% и ацетон-0,2%, в среднем относительная ошибка определения состава смеси ацетон – вода составила 8%, что связано с систематической ошибкой прибора и ошибкой оператора.

Источник

Применение рефрактометров в фармацевтике

Процесс измерения концентрации различных веществ методом измерения преломления и определения коэффициента преломления получил своё название — рефрактометрия. Приборы, использующие в своей работе принцип рефрактометрии, называются рефрактометрами. Широкое применение рефрактометры получили в разных промышленностях: для идентификации химических соединений, определения физико-химических параметров, для количественного и структурного анализа. В пищевой промышленности — для измерения содержания спирта в алкогольных продуктах, контроля содержания сахара в сахарном производстве — в общем, для установления качества пищевых продуктов. В фармакологии рефрактометры применяются для определения количества глюкозы в биологических жидкостях и лекарственных средств в растворах. Достоинства рефрактометрических методов химического количественного анализа — быстрота измерений, малый расход вещества и высокая точность.

Задача работы: Рефрактометрический метод как метод анализа лекарственных веществ. Актуальность использования рефрактометров и поляриметров ATAGO в фармацевтике и, как частное, – в аптеках.

Теоретическая часть.

Показателем преломления (индексом рефракции) называют отношение скорости света в вакууме к скорости света в испытуемом веществе (абсолютный показатель преломления). Показатель преломления зависит от температуры и длины волны света, при которой проводят определение. В растворах показатель преломления зависит также от концентрации вещества и природы растворителя. При этом на практике определяют так называемый относительный показатель преломления (n), который рассчитывается как отношение синуса угла падения луча (α) к синусу угла преломления (β) для двух соприкасающихся сред.

Показатель преломления также равен отношению скоростей распространения света в этих средах:

В лабораторных условиях обычно определяют так называемый относительный показатель преломления (ПП) вещества по отношению к воздуху. ПП измеряют на рефрактометрах различных систем. Раньше измерение ПП чаще всего производилось с использованием рефрактометров Аббе, работающего по принципу полного внутреннего отражения при прохождении светом границы раздела двух сред с различными показателями преломления. В настоящее время в лаборатории всё чаще можно встретить автоматические рефрактометры ATAGO серии RX.

Диапазон измеряемых ПП при измерении в проходящем свете с использованием рефрактометров Аббе, – 1.3000 – 1.7000. Если необходимо раздвинуть границы диапазонов, применяют специальные модели с низкики или высокими диапазонами, а также многоволновые рефрактометры Аббе.

Поправка на температуру рассчитывается по формуле: n1=n20+(20-T)*0,0002

Показатель преломления, измеренный при 20°С и длине волны света 589,3 нм, обозначается индексом n20. Показатель преломления может быть использован как константа для установления подлинности и чистоты тех лекарственных препаратов, которые по своей природе являются жидкостями. Рефрактометрический метод широко используется в фармацевтическом анализе для количественного определения концентрации веществ в растворе, которую находят по графику зависимости показателя преломления раствора от концентрации. На графике выбирают интервал концентраций, в котором наблюдается линейная зависимость между показателем преломления и концентрацией. Такой способ может использоваться в практике внутриаптечного контроля.

Зависимость показателя преломления от концентрации вещества в процентах выражается формулой:

Показатель преломления раствора складывается из показателя преломления растворителя и показателей преломления растворенных веществ.
Значения показателей преломления и факторов для различных концентраций растворов лекарственных веществ приведены в рефрактометрических таблицах, которые имеются в руководстве по внутриаптечному контролю. Использование таблиц значительно упрощает расчёты.

Зависимость показателя преломления водных растворов некоторых веществ от концентрации:

Определение концентрации вещества в растворе.

В рефрактометрии используют два способа расчёта концентрации вещества в растворе по измеренному показателю преломления.

Расчет концентрации по формуле:

Значение фактора показателя преломления берется из рефрактометрических таблиц.

Расчет концентрации по рефрактометрическим таблицам.

Отклонения, допускаемые в концентратах:

Формулы расчёта для исправления концентрации растворов, изготовленных массообъёмным способом.

1) Концентрация раствора оказалась выше требуемой.

Объем воды, необходимый для разбавления полученного раствора, вычисляют по формуле:

2) Концентрация раствора оказалась ниже требуемой.

Массу ЛВ для укрепления полученного раствора вычисляют по формуле:

Рефрактометры, лучше всего подходящие для аптек: рефрактометры типа Аббе, серия NAR/DR-A1, ATAGO.

Рефрактометры серии NAR или DR-A1 предназначены для измерения показателя преломления и средней дисперсии неагрессивных жидкостей. Это очень качественный приборы. Простые в обслуживании. Минимальны в содержании. Фактически расходный материал для этих рефрактометров – лампочка (источник света). Рефрактометры ATAGO серии NAR или DR-A1 применяются:

Для определения доли сухих веществ в различных суслах (ГОСТ 5900-73), сахароагаровом сиропе, сиропе для мармелада, зефира, кремов и пряников.

Для определение массовой доли растворимых сухих веществ по сахарозе (% Brix) в продуктах переработки плодов и овощей, для определения процентного содержания жира в твёрдых продуктах питания (пряниках, вафлях или хлебобулочных изделиях) концентрации солей.

4.При обслуживании техники применяются рефрактометры ATAGO для определения с большей точностью объёмной концентрации противокристаллизационной жидкости «ИМ», которая добавляется в авиационное топливо в количестве от 0,1 до 0,3%. Дальнейшая обработка результатов ведется согласно «Методическим рекомендациям по анализу качества ГСМ в гражданской авиации» Ч. II стр.159. Опыт использования рефрактометров показал, что эти приборы значительно сокращают время и повышают достоверность получения анализов по процентному содержанию жидкости «ИМ» в авиационном топливе.

Автоматические рефрактометры серии RX, ATAGO.

Определение концентрации спирта в лекарственных формах рефрактометрическим методом.

Практическая часть.

Рассмотрим применение рефрактометров при изготовлении и анализе раствора глицерина 10% для инъекций: Раствор глицерина 10% Глицерина (в пересчете на безводный) 100 г
1. Натрия хлорид 9,0 г. Воды до 1л.

Изготовление. От поставщиков покупается глицерин (высший сорт, динамитный) с количественным содержанием 86-90%, 94-98% и более. Поэтому, чтобы рассчитать количество исходного глицерина, необходимо точно знать, какова в нем массовая доля безводного вещества. Для точного измерения концентрации глицерина применяют рефрактометр. Показатель преломления исходного глицерина n=1,4569 соответствует массовой доле безводного вещества 89%. Исходное количество глицерина, которое требуется для изготовления раствора, по прописи 68:

2. Масса глицерина = 100 г./ 0,89 = 112,36 г.

В фармацевтической промышленности рефрактометры ATAGO могут применяться для исследования водных растворов различных лекарственных препаратов: кальция хлорида (0% и 20%); новокаина (0,5%, 1%, 2%, 10%, 20%, 40%); эфедрина (5%); глюкозы (5%, 25%, 40%); магния сульфата (25%); натрия хлорида (10%); кордиамина и т.д.

Примечание:

Если для одного из веществ, входящих в раствор, фактор показателя преломления неизвестен или незначительная его концентрация не позволяет получить точных данных, то готовят контрольный раствор, содержащий это вещество в той концентрации, которая была определена титрометрическим методом.

Источник

РЕФРАКТОМЕТРИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ ПИЩЕВЫХ ПРОДУКТОВ

Коэффициент преломления определяется природой вещества, его химическим строением и зависит от длины волны света, температуры, плотности, концентрации, а для газов и от давления. С увеличением температуры увеличивается объем газообразных и жидких веществ, уменьшается плотность, уменьшается и показатель преломления. Измерение показателя преломления проводится при длине волны света 589,3 нм (линия D спектра натрия). Обязательным условием определения показателя преломления является соблюдение температурного режима. Обычно определение выполняется при 20±0,30 о С [1].

Рефрактометрия – это старейший оптический метод анализа, однако этот метод и в настоящее время достаточно широко используется в качестве метода идентификации индивидуальных веществ, их строения, а также в качестве метода контроля качества разнообразной, в том числе пищевой и фармацевтической, продукции. Рефрактометрию широко используют для анализа содержания углеводов в пищевых продуктах; для определения массовой доли сухих веществ в продуктах; сахарозы в сладкой консервной продукции, соках, патоке; жира в сливочном масле и продуктах кондитерского производства; лактозы в молоке; для измерения содержания спирта в алкогольных продуктах и др. Например, показатель преломления жиров характеризует их чистоту, насыщенность и степень окисленности, т.е. по его величине можно судить о природе и качестве масла [2].

Между показателем преломления двухкомпонентной гомогенной системы и ее составом в определенной области значений концентраций наблюдается прямолинейная зависимость. В рефрактометрии это используют для количественного анализа по методу градуировочного графика: измеряют показатели преломления ряда стандартных растворов с известной концентрацией с анализируемого компонента и строят график в координатах n = f(c). Затем измеряют показатели преломления исследуемого раствора и по графику определяют его концентрацию. Линейный характер зависимости n = f(c) наблюдается для большинства бинарных растворов сахара, спиртов, глицерина, кислот, оснований и солей [2].

Достоинствами метода рефрактометрии являются простота и доступность используемого оборудования, простота выполнения измерений, поэтому отсутствие необходимости в высококвалифицированном персонале; минимальное количество пробы, используемой при измерениях; экспрессность; экономичность. Недостатки метода – это его невысокая чувствительность и низкая селективность.

В работе методом рефрактометрии проведено экспериментальное определение содержания поваренной соли NaCl в образцах рассолов и сахарозы C₁₂H₂₂O₁₁ в образцах компотов с использованием рефрактометра ИРФ-22. Для количественного рефрактометрического определения массовой доли NaCl и сахарозы в исследуемых образцах готовят серию стандартных водных растворов с массовой долей веществ от 1 до 10 % для построения градуировочного графика. Измеряют показатель преломления каждого раствора и строят градуировочный график на миллиметровой бумаге, откладывая на оси абсцисс массовую долю вещества в %, а на оси ординат – показатель преломления раствора. Измерив показатель преломления исследуемых образцов рассолов и компотов, по графику находят концентрацию NaCl и C₁₂H₂₂O₁₁.

Барковский В.Ф., Горелик С.М., Городенцева В.А. Физико-химические методы анализа. – М.: Высшая школа, 1972. – 344 с.

Источник

Методическая разработка урока по теме «Рефрактометрия»

«Управление общеобразовательной организацией:
новые тенденции и современные технологии»

Свидетельство и скидка на обучение каждому участнику

Государственное автономное профессиональное

образовательное учреждение Самарской области

«Новокуйбышевский нефтехимический техникум»

Методическая разработка урока

Дисциплина: Основы аналитической химии

Тема раздела «Физико-химические методы анализа»

Тема урока «Рефрактометрия»

профессия СПО 18.01.02 «Лаборант-эколог»

Цель работы: приобретение навыков работы на рефрактометре, овладение навыками измерения показателя.

Выполнение данной лабораторной работы способствует развитию у студентов общекультурных и профессиональных компетенций.

— научить работать на приборе рефрактометре;

— научить пользоваться справочными таблицами для установления концентрации

— научить калибровать прибор.

— научить применять теоретические знания на практике;

— развить умения рассчитывать концентрацию с применением метода

— развить умения рационально организовать и планировать свой труд;

— научить умениям зрительно контролировать правильность и точность своих

— воспитать бережное отношение к оборудованию лаборатории,

— воспитать чувство ответственности за результаты собственной работы, самодисциплины;

— воспитать любовь к выбранной профессии.

1 ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

1.1 Теоретические основы метода рефрактометрии

Рефрактометрия – это старейший оптический метод анализа, основы которого заложены И. Ньютоном, Л. Эйлером, М. Ломоносовым, который, однако, до настоящего времени достаточно широко используется и в качестве метода изучения строения вещества, и в качестве метода контроля качества разнообразной продукции.

Рефрактометрия означает измерение преломления света. Более широкое содержание этого термина включает все методы количественной оценки этого явления и все возможные практические приложения этих измерений, включая рефрактометрический анализ.

Рефрактометрические методы обладают целым рядом преимуществ, которые обеспечили им широкое применение в химических исследованиях и при контроле технологических процессов. Проведение анализа является весьма простой операцией, которая может быть осуществлена с высокой точностью, затратами очень малого количества вещества и минимального количества времени. Обычные рефрактометры (приборы для измерения показателя преломления) надежно обеспечивают точность до 10-3 %. При применении некоторых специальных методов рефрактометрии точность может быть увеличена на несколько порядков.

Рефрактометрия находит применение как для определения состава двухкомпонентных растворов, так и тройных систем. Методы рефрактометрии применяют для контроля чистоты и для идентификации индивидуальных веществ, для определения строения органических и неорганических соединений, при изучении растворов и в других исследованиях.

1.2 Показатель преломления

Преломление света оценивается по величине показателя преломления. Отклонение светового луча от первоначального направления при переходе его из одной среды в другую тем больше, чем больше разница между скоростями распространения света в двух данных средах. Вакуум является наименее оптически плотной средой, и луч света распространяется в нем с наибольшей скоростью. Абсолютным показателем преломления света N для каждой прозрачной среды (вещества) является отношение скорости распространения света в вакууме Ʋ _В к скорости света в этой среде (веществе) Ʋ _С :

Так как скорость света в вакууме является предельной, то показатели преломления для всех веществ и любых сред больше единицы.

Когда говорят о показателях преломления твердых и жидких тел, то обычно имеют в виду их относительные показатели преломления по отношению к воздуху. Эти величины обозначаются буквой n и называются просто показателями преломления:

Относительный показатель преломления среды (2) по отношению к среде (1) выражается уравнением:

где Ʋ ₁ и Ʋ ₂ – скорости распространения света соответственно в среде 1 и 2 (рисунок 1).

Рисунок 1 – Преломление света

На практике показателем (коэффициентом) преломления n _отн или n называют отношение синуса угла падения луча света (α) к синусу угла его преломления.

Основные факторы, влияющие на величину показателя преломления вещества:

а) физико-химические свойства вещества:

− плотность ρ (чем больше плотность вещества, тем больше его показатель преломления). Увеличение плотности, как правило, к увеличению показателя преломления.

б) условия измерения:

− длина волны λ монохроматического светового луча. Зависимость показателя преломления от длины световой волны называют дисперсией (от лат. dispersus – рассеянный). Те вынужденные колебания электронов, которые связаны с воздействием световой волны на вещество и являются причиной поляризации атомов и молекул, приводящей к преломлению света, находятся в определенном соотношении с длиной волны. Соотношение это таково, что чем меньше длина волны, тем значительнее преломление. Поэтому-то лучи разных длин волн преломляются по-разному.

1.3 Аппаратура для рефрактометрического метода анализа

Показатель преломления принадлежит к числу немногих физических констант, которые можно измерить с очень высокой точностью и малой затратой времени, располагая лишь небольшим количеством вещества. Для этого используются приборы – рефрактометры. Они позволяют определять показатель преломления с точностью до 0,01 % и даже до 0,001 % от измеряемой величины. Для этого требуется всего (0,05–0,5) г вещества, а вся процедура измерений сводится к отсчету по шкале прибора. Для точных исследований применяют рефрактометр типа рефрактометров Пульфриха и Аббе. В данной лабораторной работе используется рефрактометр Аббе (ИРФ 454) (рисунок 2). На этом приборе можно измерять показатель преломления жидкостей в интервале от 1,3 до 1,7. Показатель преломления прозрачных сред определяют в проходящем свете, полупрозрачных и мутных – в отражённом.

1 – маховик для измерения показателя преломления; 2 – заглушка, закрывающая регулировочный винт; 3 – окуляр; 4 – маховик с нониусом для измерения средней дисперсии; 5 – штуцеры для подключения преломляющей призмы к водяному термостату; 6 – зеркало для освещения преломляющей призмы; 7 – преломляющая призма; 8 – осветительная призма; 9 – защелка для закрепления осветительной и преломляющей призм; 10 – термометр; 11 – зеркало для освещения шкалы

Рисунок 2 – Внешний вид рефрактометра ИРФ 45

Главной частью прибора являются две прямоугольные призмы, сложенные диагональными плоскостями, между которыми помещается небольшое количество жидкости (1–2 капли) (рисунок 3). Перед началом работы поверхности обеих призм осторожно протирают фланелью или фильтровальной бумагой, не нажимая, чтобы не повредить полированную поверхность измерительной призмы, затем наносят на нее каплю – другую исследуемой жидкости. Плоскости призм прижимаются друг к другу, и жидкость растекается между ними тонким слоем (0,1…0,2 мм).

1 – призма измерительная; 2 – жидкость исследуемая; 3 – призма осветительная

Рисунок 3 – Схема расположения призм рефрактометра

Лучи света проходят осветительную призму 3. Рассеиваясь на выходе матовой гранью А1В1, входят в исследуемую жидкость и падают на полированную грань АВ измерительной призмы 1. Поворотом призмы достигается полное внутреннее отражение света от поверхности анализируемого вещества, наблюдаемого в окуляре рефрактометра. Угол поворота призмы определяют по шкале рефрактометра (рисунок 3). Шкала рефрактометра градуируется непосредственно в значениях показателя преломления n. Необходимость каких-либо вычислений поэтому отпадает, и вся процедура измерений занимает несколько минут. В современных моделях шкала проектируется в поле зрения трубы и видна одновременно с граничной линией полного внутреннего отражения.

1.4 Аналитические характеристики рефрактометрии

− простота и доступность используемого оборудования, простота выполнения измерений, и, как следствие, отсутствие необходимости в высококвалифицированном персонале;

− минимальное количество пробы, используемой при измерениях;

2 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

2.1 Правила работы на рефрактометре ИРФ-454

2.1.1 Установка окуляра.

Поверните окуляр по часовой стрелке, пока перекрестие в верхней части поля не будет видно резко. Отфокусируйте резкость и изображение шкалы в нижней части поля зрения.

2.1.2 Установка освещения.

Источником света служит электрическая лампа (25-40 Вт) или дневной свет. Рефрактометр устанавливают так, чтобы свет падал на входное окно осветительной призмы или зеркало, которым направляют свет на входное окно измерительной призмы.

2.1.3 Измерение показателя преломления жидкостей.

Откиньте осветительную призму. На чистую поверхность измерительной призмы пипеткой нанесите 2–3 капли исследуемой жидкости. Плавно опустите осветительную призму. Измерение прозрачных жидкостей проводят в проходящем свете, свет проходит через открытое окно осветительной призмы, при этом окно измерительной призмы закрыто. Измерение окрашенных и мутных жидкостей проводят в отражённом свете. Для этого закройте заслонку верхней призмы и откройте зеркальную заслонку нижней измерительной призмы. При этом светлое и тёмное поля поменяются местами. Поворотом зеркала добейтесь наилучшей освещённости шкалы. Вращением маховика границу светотени подведите под перекрестие. Вращением компенсатора дифракции устраните окрашенность наблюдаемой границы светотени (черно-белый круг). Снимите отсчёт по шкале прибора в единицах измерения показателя преломления. 2.1.4 Чистка призм рефрактометра.

Поверхность призм необходимо чистить после каждого измерения следующим образом: – откиньте осветительную призму и мягкой фланелевой салфеткой или ватой удалите жидкость с призмы (полированную грань измерительной призмы вытирайте очень осторожно);

– протрите призму ваткой, смоченной в спирте; поверхность должна быть блестящей и гладкой;

– дайте поверхности подсохнуть, проложите между призмами фланелевую салфетку или фильтровальную бумагу

Внимание! После измерения никогда не оставляйте образец на призме, так как от этого прибор приходит в негодность.

2.2 «Определения содержания растворимых сухих веществ рефрактометрическим методом (2 часа)

2.2.1 Краткая характеристика метода.

Данный метод регламентируется: ГОСТ ISO 2173-2013 Продукты переработки фруктов и овощей. Рефрактометрический метод определения растворимых сухих веществ

Содержание растворимых сухих веществ определяют с помощью рефрактометра;

2.2.2 Методика проведения анализа

Средства измерений, лабораторное оборудование, реактивы и материалы:

— Рефрактометр, шкала которого градуирована в единицах массовой доли сахарозы, с ценой деления не более 0,1%.
— Термометр ртутный стеклянный лабораторный с диапазоном измерений от 0 °С до 100 °С и пределом допускаемой погрешности не более ±0,5 °С.
— Вода для лабораторного анализа

— Стаканы Объёмом 50 см 3

Отбор и подготовка проб

Перед проведением измерений пробу продукта тщательно перемешивают. В концентратах соков измерения проводят непосредственно, без разбавления.

Подготовка к проведению измерений

Перед каждой серией измерений рефрактометр должен быть откалиброван с использованием стандартных растворов в соответствии с инструкцией.

Юстировку можно проводить по дистиллированной воде, следующим образом:

Среднеарифметическое значение показателя преломления сравнивают с табличным значением.

Прозрачные жидкие продукты
Тщательно перемешивают лабораторную пробу и непосредственно используют ее для определения.

Наносят 2-3 капли на неподвижную призму рефрактометра и сразу же накрывают подвижной призмой. Освещают поле зрения надлежащим способом.
Подводят линию, разделяющую темное и светлое поле в окуляре, точно на перекрестье в окошке окуляра и считывают показатель преломления, либо массовую долю сахарозы в зависимости от используемого рефрактометра.

Если определение растворимых сухих веществ выполнено при температуре, отличающейся от (20,0±0,5) °С, то вносят следующие поправки:

,

Полученные данные, с учетом поправки, интерпретируют в массовую долю сухих растворимых веществ по сахарозе по таблице А.3

Массовая доля растворимых сухих веществ (сахароза), %

Источник