Рефрактометрия

Рефрактометрия (от лат. refractus - преломленный и... метрия), раздел оптической техники, посвященный методам и средствам измерения преломления показателей (ПП) твёрдых, жидких и газообразных сред в различных участках спектра оптического излучения (света). Зная ПП n и его дисперсию (зависимость от длины волны света) D, можно определить и др. величины, зависящие от n и D. Методы Р. разделяются на: 1) методы прямого измерения углов преломления света при прохождении им границы раздела двух сред; 2) методы, в которых используется явление полного внутреннего отражения (ПВО) света; 3) интерференционные методы (см. Интерференция света); 4) фотометрические методы, в которых используется зависимость отражения коэффициента (или коэффициента пропускания) света на границе двух сред от соотношения их ПП (см. Отражение света, Френеля формулы); 5) прочие методы (измерение фокусного расстояния линзы и кривизны её поверхностей для определения ПП её материала, измерение поперечного смещения луча плоскопараллельной пластинкой из исследуемого материала, иммерсионный метод и т.д.). Наиболее распространены первые три из этих групп методов Р.

Для измерения методами 1-й группы образцу придают форму призмы (см. Дисперсионные призмы) и определяют ПП, добиваясь поворотом призмы того, чтобы угол отклонения луча 8(рис. 1, а) был минимален. При другом способе измерения n исследуемый образец помещают в специально изготовленную призму с известным ПП N (рис. 1, б). Для измерения ПП жидкостей призматические образцы выполняются полыми и заливаются исследуемой жидкостью. Точность определения ПП этими методами - 10^-5, а разности ПП двух веществ ~10^-7. Очень часто используются и методы Р., основанные на явлении ПВО. Образец с измеряемым ПП приводится в оптический контакт с эталонной призмой из материала с высоким и заранее точно измеренным ПП N (рис. 2). Свет может направляться как со стороны образца, так и со стороны призмы. В обоих случаях в определённом (очень узком) интервале углов падения пучка лучей на границу раздела образца и призмы в поле зрения наблюдательной зрительной трубы появится чёткая граница, разделяющая тёмный и светлый участки поля. Один из участков (тёмный при освещении со стороны образца, светлый при освещении со стороны призмы) соответствует лучам, претерпевающим ПВО, а граница этого участка - предельному, или критическому, углу падения луча. Точность метода ПВО ~ 10^-5.

В интерференционных методах разность ПП сравниваемых сред определяют (рис. 3) по числу порядков интерференции лучей, прошедших через эти среды. Точность этих методов достигает 10^-7-10^-8. Их применяют, например, при измерениях в газах и разбавленных растворах.

Приборы для определения ПП методами Р. называют рефрактометрами.
Р. нашла широкое применение в физической химии для определения состава и структуры веществ, а также для контроля качества и состава различных продуктов в химической, фармацевтической, пищевой и многих других отраслях промышленности. Достоинства рефрактометрических методов химического количественного анализа - быстрота измерений, малый расход вещества и высокая точность. Знание градиентов ПП позволяет производить расчёт градиентов плотности и концентрации. В некоторых случаях по виду кривых ПП можно делать выводы о характере взаимодействия веществ и образовании соединений. Методы Р. используют при проверке однородности твёрдых образцов и жидкостей, в аэро- и гидродинамических исследованиях. Особую роль играет Р. в оптической промышленности, так как ПП и дисперсия стекла и других оптических материалов являются их важнейшими характеристиками.
Лит.: Шишловский А. А., Прикладная физическая оптика, М., 1961; Иоффе Б. В., Рефрактометрические методы химии, 2 изд., Л., 1974.
? М. В. Лейкин.