折光法的测定及意义

（一）折射率侧定的意义

通过测定物质的折射率来鉴别物质的组成，确定物质的纯度、浓度及判断物质的品质的分析方法称为折光法。确定物质的纯度、浓度及判断物质的品质，可通过测定物质的折射率来鉴别。

（二）原理

1.折射率

光线从一种介质射到另一种介质时，除了一部分光线反射回第一介质外，另一部分进入第二介质中并改变它的传播方向，这种现象叫光的折射。发生折射时，入射角正弦与折射角正弦之比恒等于光在两种介质中的传播速度之比，即

式中：α1——入射角；

α2——折射角；

v1——光在第一种介质中的传播速度；

v2——光在第二种介质中的传播速度。

光在真空中的速度C和在介质中的速度v之比叫作介质的绝对折射率（简称折射率、折光率、折射指数）。真空的绝对折射率为1，实际上是难以测定的，空气的绝对折射率是1.000 294，几乎等于1，故在实际应用上可将光线从空气中射入某物质的折射率称为绝对折射率。

折射率以n表示：

故

式中：n1——第一介质的绝对折射率；

n2——第二介质的绝对折射率。

折射率是物质的特征常数之一，与入射角大小无关，它的大小决定于入射光的波长、介质的温度和溶质的浓度。一般在折射率n的右下角注明波长，右上角注明温度，若使用钠黄光，样液温度为20℃，测得的折射率用n表示。

2.溶液浓度与折射率的关系

每一种均一物质都有其固有的折射率，对于同一物质的溶液来说，其折射率的大小与其浓度成正比，因此，测定物质的折射率就可以判断物质的纯度及其浓度。

如牛乳乳清中所含乳糖与其折射率有一定的数量关系，正常牛乳乳清折射率在1.341 99～1.342 75，若牛乳掺水，其乳清折射率必然降低，所以测定牛乳乳清折射率即可了解乳糖的含量，判断牛乳是否掺水。

纯蔗糖溶液的折射率随浓度升高而升高，测定糖液的折射率即可了解糖液的浓度。对于非纯糖溶液，由于盐类、有机酸、蛋白质等物质对折射率均有影响，故测得的是固形物。固形物含量越高，折射率也越高。如果溶液中的固形物是由可溶性固形物及悬浮物所组成，则不能在折光计上反映出它的折射率，测定结果误差较大。

各种油脂具有其一定的脂肪酸构成，每种脂肪酸均有其特征折射率，故不同的油脂其折射率不同。当油脂酸度增高时，其折射率将降低；相对密度大的油脂其折射率也高。故折射率的测定可鉴别油脂的组成及品质。

（三）常用的折光计

折光仪的浓度标度是用纯蔗糖溶液标定的，而不纯的蔗糖溶液，由于盐类、有机酸、蛋白质等物质对折射率存在影响，因此，测定时包括蔗糖和上述物质，即可溶性固形物。折光计是用于测定折射率的仪器，一般有阿贝折光计、手提式折光计、浸入式折光计。

1.阿贝折光计

（1）原理。阿贝折射仪的结构如图4-36所示，其光学系统由观测系统和读数系统两部分组成。

观测系统：光线由反光镜反射，经进光棱镜、折射棱镜及其间的样液薄层折射后射出，再经色散补偿器消除由折射棱镜及被测样品所产生的色散，然后由物镜将明暗分界线成像于分划板上，经目镜放大后成像于观测者眼中。

读数系统：光线由小反光镜反射，经毛玻璃射到刻度盘上，经转向棱镜及物镜将刻度成像于分划板上，通过目镜放大后成像于观测者眼中。

（2）阿贝折光计的使用。(www.xing528.com)

①校正方法。将折射棱镜的抛光面加1～2滴溴代萘，再贴上标准试样的抛光面，当读数视场指示于标准试样上的值时，观察望远镜内明暗分界线是否在十字线中间，若有偏差则用螺丝刀轻微旋转调节螺钉，使分界线像位移至十字线中心。校正完毕，在以后的测定过程中不允许随意再动此部位。

图4-36　阿贝折射仪

1.底座；2.棱镜调节旋钮；3.圆盘组（内有刻度板）；4.小反光镜；5.支架；6.读数镜筒；7.目镜；8.观察镜筒；9.分界线调节螺丝；10.消色调节旋钮；11.色散刻度尺；12.棱镜锁紧扳手；13.棱镜组；14.温度计插座；15.恒温器接头；16.保护罩；17.主轴；18.反光镜

阿贝折光计对于低刻度值部分可在一定温度下用蒸馏水校准，蒸馏水的折射率见表4-5所示。

表4-5　纯水在10℃～30℃时的折射率

对于高刻度值部分通常是用特制的具有一定折射率的标准玻璃块来校准。

②将折射棱镜表面擦干，用滴管滴样液1～2滴于进光棱镜的磨砂面上，将进光棱镜闭合，调整反射镜，使光线射入棱镜中。

③旋转棱镜旋钮，使视野形成明暗两部分。

④旋转补偿器旋钮，使视野中除黑白两色外，无其他颜色。

⑤转动棱镜旋钮，使明暗分界线在十字线交叉点上，由读数镜筒内读取读数。

（3）说明。

①每次测量后必须用洁净的软布揩拭棱镜表面，油类需用乙醇、乙醚或苯等轻轻揩拭干净。

②对颜色深的样品宜用反射光进行测定，以减少误差。可调整反光镜、光棱镜射入，同时揭开折射棱镜的旁盖，使光线由折射棱镜的侧孔射入。

③折射率通常规定在20℃测定，若测定温度不是20℃，应按实际的测定温度进行校正。

例如在30℃时测定某糖浆固形物含量为15%，30℃的校正值为0.78，则固形物准确含量应为15%+0.78%=15.78%。

若室温在10℃以下或30℃以上时，一般不宜进行换算，须在棱镜周围通过恒温水流，使试样达到规定温度后再测定。

2.手提折光计

（1）原理。手提折光计主要由棱镜P、盖板D组成，结构见图4-37，使用时打开棱镜盖板D，用擦镜纸仔细将折光棱镜P擦净，取一滴蒸馏水置于棱镜P上调节零点，用擦镜纸擦净。再取一滴待测糖液置于棱镜P上，将溶液均布于棱镜表面，合上盖板D，将光窗对准光源，调节目镜视度圈OR，使视场内分画线清晰可见，视场中明暗分界线相应读数即为溶液糖量的百分数。

图4-37　手提折光计

（2）测定范围。手持折光计的测定范围通常为0～90%，分为左右两边刻度，左刻度的刻度范围为50%～90%，右刻度的刻度范围为0～50%，其刻度标准温度为20℃，若测量时在非标准温度下，则需进行温度校正。

3.WAY-2S数字阿贝折射仪

WAY-2S数字阿贝折射仪能自动校正温度对蔗糖溶液质量分数值的影响，并可显示样品的温度。

（1）原理。数字阿贝折射仪测定透明或半透明物质的折射率的原理是基于测定临界角，由目视望远镜部件和色散校正部件组成的观察部件来瞄准明暗两部分的分界线，也就是瞄准临界角的位置，并由角度-数字转换部件将角度置换成数字量，输入微机系统进行数据处理，而后数字显示被测样品的折射率锤度。

（2）仪器结构。如图（4-38）所示。

图4-38　WAY-2S数字阿贝折射仪

1.目镜；2.色散手轮；3.显示窗；4.“POWER”电源开关；5.“REAR”读数开关；6.“BX-TC”经温度修正锤度显示键；7.“nD”折射率显示键；8.“BX-TC”未经温度修正锤度显示键；9.调节手轮；10.聚光照明部件；11.折射棱镜部件；12.“TEMP”温度显示键；13.RS232（计算机）接口