РЕФРАКТОМЕТРИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ. Рефрактометрический анализ
 Скачать 0.64 Mb.
|
|
Рефрактометр ИРФ-454 может быть использован и для измерения средней дисперсии показателя преломления nF– nС. Мерой дисперсии образца, помещенного на призму, служит поворот призмы компенсатора относительно другой, осуществляемой маховиком 4, до полного устранения окрашенности границы светотени. Отсчет производится по шкале, вращающейся вместе с маховиком. Шкала разделена на 120 частей от 0 до 60 в обе стороны от нулевого положения. Десятые доли следует определять по нониусу маховика. При повороте маховика на 360о окрашенность границы светотени устраняется дважды. При измерении средней дисперсии nF–nCнеобходимо провести не менее пяти отсчетов с двух сторон шкалы и взять среднее арифметическое значение этих отсчетов Z. В зависимости от полученного значения Z и показателя преломления измеряемого вещества можно найти величину средней дисперсии nF– nC. Для измеренного значения показателя преломления nD, используя таблицы для определения средней дисперсии, приведенные в техническом описании и в инструкции по эксплуатации рефрактометра, необходимо найти величины коэффициентов А и В. Так как значения nD в таблицах даны через 0,01, то величины А и В для промежуточных значений следует определять интерполяцией с помощью таблиц пропорциональных величин, приведенных в соответствующих таблицах технического описания и в инструкции по эксплуатации рефрактометра. Затем по соответствующей таблице этого же документа для полученного значения Z следует найти величину σ. Для промежуточных значений Z величину σ следует определить также интерполяцией. При этом необходимо учитывать, что при значениях Z больше 30 величина σ имеет отрицательные значения. По найденным значениям А, В и σ значение средней дисперсии (nFnC) рассчитывают по формуле:  (1.18)Подготовка образцов к измерению рефрактометрических характеристик. При определении рефрактометрических характеристик образцов индивидуальных химических веществ никакие особые приемы пробоподготовки не применяются. В некоторых случаях анализируемые образцы нуждаются в фильтровании для освобождения от взвешенных частиц. При использовании рефрактометрии для определения состава многокомпонентных веществ (например, для контроля качества пищевых продуктов) для выделения идентифицируемого и/или количественно определяемого компонента анализируемого вещества необходимо провести его извлечение отгонкой, экстракционным, адсорбционным или другим методом и подобрать соответствующий растворитель. Рефрактометрическим методом можно проводить: Качественный анализ – идентификацию индивидуальных веществ, поскольку показатель преломления, измеренный при постоянной температуре (для газов – температуре и давлении), является константой, характерной для данного вещества. При идентификации неизвестного вещества может быть использованы такие его рефрактометрические характеристики, как средняя и относительная дисперсии, а также молярная рефракция, рассчитанная по экспериментально измеренному значению показателя преломления (формула Лорентца–Лоренца) и по правилу аддитивности атомных, групповых рефракций и инкрементов связей в молекуле предполагаемого строения. Значения атомных рефракций некоторых химических элементов и инкрементов кратных связей приведены в таблице 1.2. Таблица 1.2 Атомные рефракции некоторых химических элементов и инкременты кратных связей (20 оС, λ = 589,5 нм)
Продолжение таблицы 1.2
Количественный анализ, поскольку показатель преломления раствора зависит не только от природы растворенного вещества и растворителя, но и от концентрации раствора. Рефрактометрическим методом можно определять количественный состав растворов, содержащих 1или 2 растворенное вещество. Однако чаще всего количественно определяют содержание в растворе одного компонента. Если в растворе содержится два растворенных вещества, количественное содержание каждого из них может быть определено, только если для таких растворов известны не только показатели преломления при разных сочетаниях концентрации каждого из компонентов в растворе, но и какая-то другая характеристика таких растворов (например, плотность, оптическая плотность, вязкость). При этом нужно помнить, что такие аналитические характеристики количественного анализа как чувствительность и точность очень сильно зависят от того, насколько сильно изменяется показатель преломления анализируемого раствора от его концентрации. Процесс рефрактометрического анализа сравнительно прост. Как правило, специальной подготовки вещества не требуется. Иногда растворы необходимо предварительно осветлить, при анализе некоторых растворов требуется удаление тех или иных компонентов, мешающих рефрактометрическому определению. Аналитические характеристики рефрактометрии Недостатки метода: Невысокая чувствительность, поэтому его можно использовать для целей количественного анализа, если концентрация определяемого компонента в растворе не ниже 1%. Сравнительнонизкая точность количественного рефрактометрического анализа, но она существенно возрастает, если, например, подбором соответствующего растворителя добиться максимальной разницы между показателем преломления компонентов раствора (растворителя и растворенного в нем определяемого вещества). Низкая селективность, обусловленная тем, что показатели преломления для разных веществ могут иметь очень близкие и даже совпадающие значения. Поэтому метод можно надежно использовать только при анализе индивидуальных веществ или растворов, содержащих максимум 2 растворенных вещества. Достоинства метода: − простота и доступность используемого оборудования, простота выполнения измерений, и, как следствие, отсутствие необходимости в высококвалифицированном персонале; − минимальное количество пробы, используемой при измерениях; − экспрессность; − экономичность. Вопросы для подготовки к лабораторной работе 1. Что такое показатель преломления? Чем обусловлено изменение скорости распространения светового луча при переходе из одной среды в другую? 2. Как зависит показатель преломления вещества от температуры и давления, при которых проводятся его измерения? 3. Зависит ли показатель преломления вещества от длины волны преломляемого луча? 4. Что такое дисперсия рефракции, средняя дисперсия, относительная дисперсия? 5. Что такое мольная рефракция? Зависит ли мольная рефракция от условий измерения показателя преломления? Как можно рассчитать мольную рефракцию и для каких целей можно использовать эту характеристику? 6. В чем суть правила аддитивности мольной рефракции, для какой цели его может использовать на практике? 7. Какие лабораторные приборы наиболее часто используют для измерения показателя преломления вещества? 8. Какой принцип положен в основу конструкций рефрактометра Аббе и рефрактометра Пульфриха? В чем отличие рефрактометра Аббе от рефрактометра Пульфриха? 9. Какое значение показателя преломления измеряется на рефрактометре Аббе? Какой конструктивный узел этого прибора обеспечивает измерение данной характеристики? 10. Опишите устройство рефрактометрических приборов, используемых в системах управления технологическими процессами. 11. Какие рефрактометрические характеристики вещества следует использовать для его точной идентификации? 12. В каких случаях для количественного определения концентрации раствора может быть использовано экспериментально измеренное значение показателя преломления? 13. Приведите примеры практического применения рефрактометрии при контроле качества пищевой и промышленной продукции. 14. Какие приемы пробоподготовки применяются при проведении рефрактометрического анализа? 15. Перечислите достоинства и недостатки рефрактометрического анализа. Лабораторная работа № 1 Определение массовой доли экстрактивных веществ в кофе натуральном жареном, рефрактометрические, методом в соответствие с ГОСТ 6805-88 Цель работы: определение массовой доля экстрактивных веществ в кофе натуральном жареном рефрактометрическим методом в соответствии с ГОСТ 6805-88. Метод основан на определении зависимости между концентрацией водных растворов экстрактивных веществ, содержащихся в натуральном кофе в зернах и в молотом кофе, и показателем преломления этих растворов. Аппаратура, материалы, реактивы. Рефрактометр лабораторный с пределами допускаемой погрешности показателя преломления не более 2 ∙ 10–4. Весы лабораторные по ГОСТ 24104 с наибольшим пределом взвешивания до 1 кг 3-го класса точности. Электроплитка бытовая по ГОСТ 14919. Стаканы ВН-1/2-300 ТС по ГОСТ 25336. Воронки В-36-80-ХС по ГОСТ 25336. Колбы Кн-1/2-250 19/26/34 ТС по ГОСТ 25336. Колбы мерные 1/2/-280-2 по ГОСТ .1770. Палочки стеклянные. Бумага фильтровальная по ГОСТ 12026. Вода дистиллированная по ГОСТ 6709. Допускается применение других средств измерения с метрологическими характеристиками не ниже указанных в ГОСТ 68065-88. Проведение испытаний.Навеску кофе массой 10,00 г помещают в стакан, заливают 100 мл кипящей дистиллированной воды и кипятят 5 минут. После кипячения содержимое стакана сливают через воронку в мерную колбу. Частицы кофе, приставшие к стенкам стакана, переносят в колбу при помощи дистиллированной воды и стеклянной палочки с резиновым наконечником. Мерную колбу вместе с содержимым охлаждают до температуры 20оС и доливаю дистиллированной водой до метки, затем содержимое колбы взбалтывают и отстаивают 2–3 минуты. После отстаивания часть жидкости (75–100 см3) фильтруют дважды через складчатый фильтр в сухую колбу. Полученный экстракт используют для анализа. Перед началом измерений поверхности обеих половинок призмы осторожно протереть мягкой, салфеткой или ватой, смоченной диэтиловым эфиром, не нажимая, чтобы не повредить полированную поверхность измерительной призмы. Для определения показателя преломления 2–3 капли исследуемого раствора помещают между половинками призмы и плотно сжимают их. Поворотом зеркала ярки освещают призму белым светом. Все поле в окуляре должно быть освещено равномерно. После этого поворотом призм добиваются появления темного поля в окуляре. Появление темного поля в окуляре соответствует такому положению призмы, при котором луч испытывает в нижней половине призмы полное внутреннее отражение от поверхности раздела между призмой я исследуемым веществом. Если граница поля нерезкая, окрашена, то, вращая компенсатор, добываются получения резкой границы темного поля. После этого рукой или микрометрическим винтом точно наводят границу темного поля на перекрестие визирных линий. Значение показателя отсчитывают по шкале, расположенной в окуляре снизу. Результаты измерений заносят в таблицу 3, отмечая температуру, при которой проведено определение. Таблица 1.3 Результаты измерения
Показатель преломления определяют не менее двух раз с новыми порциями раствора и выводят среднее арифметическое значение показателя преломления раствора Одновременно определяют показатель преломления дистиллированной волы при той же температуре. При 20оС показатель преломления дистиллированной воды равен 1,3330. Если температура, при которой проводят определения, ниже или выше 20оС, то пользуются справочной таблицей показателей преломления дистиллированной воды в зависимости от температуры. Обработка результатов. Массовую долю экстрактивных веществ (хэ) в пересчете на сухое вещество определяют в процентах по формуле  (1.19)где А– показатель преломления анализируемого экстракта при температуре определения; Б – показатель преломления дистиллированной воды при температуре определения, К – коэффициент пересчета показателя преломления на процентное содержание экстрактивных веществ, равный 1,15 и найденный экспериментальным путем на основании параллельных опытов по определению массовой доли экстрактивных веществ рефрактометром и методом высушивания. За окончательный результат принимается среднее арифметическое результатов двух параллельных определений, допускаемые расхождения между которыми не должны превышать 0,3% при Р = 0,95. Результат вычислений округляют до первого десятичного знака. Лабораторная работа № 2 Определение массовой доли воды в меде натуральном рефрактометрическим методом по ГОСТ 19792-87 Цель работы: Определение массовой доли воды в меде натуральном рефрактометрическим методом по ГОСТ 19792-87. Метод основан на зависимости показателя преломления меда от содержания в нем воды. Аппаратура, материалы, реактивы. Рефрактометр по ГОСТ 24908-81 с ценой деления шкалы показателя преломления не более 1 ∙ 10–3. Баня водяная с электрообогревом. Термометр ртутный стеклянный по ГОСТ 215-73 с пределом измерений от 0 до 100оС и ценой деления 1°С. Пробирки стеклянные диаметром 7 мм, высотой 30-40 мм по ГОСТ 25336-82. Проведение испытаний. Для проведения испытания, используют жидкий мед. В случае если мед закристаллизовался, помещают около 1 см3 меда в пробирку, плотно закрывают резиновой пробкой и нагревают на водяной бане при температуре 60оСдо полного растворения кристаллов. Затем пробирку охлаждают до температуры воздуха в лаборатории Воду, сконденсировавшуюся на внутренней поверхности стенок пробирки тщательно перемешивают с массой меда стеклянной палочкой. Перед началом измерений поверхности обеих половинок призмы осторожно протереть мягкой салфеткой или ватой, смоченной диэтиловым эфиром, не нажимая, чтобы не повредить полированную поверхность измерительной призмы. Для определения показателя преломления каплю меди помещают между половинками призмы и плотно сжимают их. Поворотом зеркала добиваются яркого освещения призмы белым скатом. Все поле в окуляре должно быть освещено равномерно. После этого поворотом призмы добиваются появления темного поля в окуляре, что соответствует такому положению призмы, при котором луч света испытывает в нижней половине призмы полное внутреннее отражение от поверхности раздела между призмой и исследуемым веществом. Если граница поля нерезкая, окрашенная, то, вращая компенсатор, добиваются резкой границы темного поля. После этого микрометрическим винтом точно наводят границу темного поля на перекрестие визирных линий. Значение показателя преломления отсчитывают по шкале, расположенной в окуляре снизу. Результаты измерений заносят в таблицу 1.4, отмечая температуру, при которой проведено определение. Таблица1.4 |