[科普中国]-折光率

折光率是指有机化合物最重要的物理常数之一，它能精确而方便地测定出来，作为液体物质纯度的标准，它比沸点更为可靠。折光率也用于确定液体混合物的组成。

光线自一种透明介质进入另一透明介质时,由于光线在两种介质中的传播速度不同,使光线在两种介质的平滑界面上发生折射。折光率( refractive index)是指光线在空气中进行的速度与在供试品中进行速度的比值1。

定义根据折射定律,折光率(n)是光线入射角(i)的正弦与折射角(r)正弦的比值,即：

式中,n为折光率;sin i为光线的入射角的正弦;sin r为光线的折射角的正弦2。

物质的折光率与温度和入射光波长有关,透光物质的温度升高,折光率变小;入射光的波长越短,折光率越大。折光率以n表示,D为钠光谱的D线,t为测定时的温度。

**折光率定义：**n =c/c1，其中c1表示在不同介质里的光速。比如光在玻璃里的速度是在真空中的0.5倍，那么玻璃相对真空的折光率为2。

物质的折光率因温度或光线波长的不同而改变，透光物质的温度升高，折光率变小；光线的波长越短，折光率越大。作为液体物质纯度的标准，折光率比沸点更为可靠。利用折光率，可以鉴定未知化合物，也用于确定液体混合物的组成。所以浓度也应该可以测出。事实上有大量经验数据，对照相应表格可以进行该项试验。

测定法光线自一种透明介质进入另一透明介质的时候，由于两种介质的密度不同，光的进行速度发生变化，即发生折射现象，一般折光率系指光线在空气中进行的速度与供试品中进行速度的比值。 根据折射定律，折光率是光线入射角的正弦与折角的正弦的比值，即：n=sin i/sin r。式中n为折光率，Sin i为光线入射角的正弦，Sin r为折射角的正弦。

主要特征折光率是有机化合物最重要的物理常数之一，它能精确而方便地测定出来，作为液体物质纯度的标准，它比沸点更为可靠。利用折光率，可鉴定未知化合物。如果一个化合物是纯的，那么就可以根据所测得的折光率排除考虑中的其它化合物，从而识别出这个未知物来。

折光率也用于确定液体混合物的组成。在蒸馏两种或两种以上的液体混合物且当各组分的沸点彼此接近时，那么就可利用折光率来确定馏分的组成。因为当组分的结构相似和极性，混合物的折光率和物质的量组成之间常呈线性关系。例如，由1mol四氯化碳和1mol甲苯组成的混合物，为1.4822，而纯甲苯和纯四氯化碳在同一温度下分别为1.4944和1.4651。所以，要分馏此混合物时，就可利用这一线性关系求得馏分的组成3。

物质的折光率不但与它的结构和光线波长有关，而且也受温度、压力等因素的影响。所以折光率的表示须注明所用的光线和测定时的温度，常用n表示。D是以**钠灯的D线（5893A0）**作光源，t是与折光率相对应的温度。例如，表示20℃时，该介质对钠灯的D线的折光率。由于通常大气压的变化，对折光率的影响不显著，所以只在很精密的工作中，才考虑压力的影响。一般地说，当温度增高一度时，液体有机化合物的折光率就减小3.5×10-4-5.5×10-4。某些液体，特别是测求折光率的温度与其沸点相近时，其温度系数可达7×10-4。在实际工作中，往往把某一温度下测定的折光率换算成另一温度下的折光率。为了便于计算，一般用4×10-4为温度变化常数。这个粗略计算所得的数值可能略有误差，但却有参考价值。

如何测定基本原理

一般地说，光在两个不同介质中的传播速度是不相同的。所以光线从一个介质进入另一个介质，当它的传播方向与两个介质的界面不垂直时，则在界面处的传播方向发生改变。这种现象称为光的折射现象。根据折射定律，波长一定的单色光线，在确定的外界条件（如温度、压力等）下，从一个介质A进入另一个介质B时，入射角α和折射角β的正弦之比和这两个介质的折光率N（介质A的）与n（介质B的）成反比，即：若介质A是真空，则定其N=1，n为介质的绝对折光率，所以一个介质的折光率，就是光线从真空进入这个介质时的入射角和折射角的正弦之比。这种折光率称为该介质的绝对折光率4。通常测定的折光率，都是以空气作为比较的标准。

阿贝折光仪及操作方法

当光由介质A进入介质B，如果介质A对于介质B是疏物质，即nA

为了测定值，阿贝折光仪采用了“半明半暗”的方法，就是让单色光由 0-90°的所有角度从介质A射入介质B，这时介质B中临界角以内的整个区域均有光线通过，因而是明亮的；而临界角以外的全部区域没有光线通过，因而是暗的，明暗两区域的界线十分清楚。如果在介质B的上方用一目镜观测，就可看见一个界线十分清晰的半明半暗的象。

介质不同，临界角也就不同，目镜中明暗两区的界线位置也不一样。如果在目镜中刻上一“十”字交叉线，改变介质B与目镜的相对位置，使每次明暗两区的界线总是与“十”字交叉线的交点重合，通过测定其相对位置（角度）并经换算，便可得到折光率。而阿贝折光仪的标尺上所刻的读数即是换算后的折光率，故可直接读出。同时阿贝折光仪有消色散装置，故可直接使用日光，其测得的数字与钠光线所测得的一样。这些都是阿贝折光仪的优点所在。

阿贝折光仪的使用方法：先使折光仪与恒温槽相连接，恒温后，分开直角棱镜，用丝绢或擦镜纸沾少量乙醇或丙酮轻轻擦洗上下镜面。待乙醇或丙酮挥发后，加一滴蒸馏水于下面镜面上，关闭棱镜，调节反光镜使镜内视场明亮，转动棱镜直到镜内观察到有界线或出现彩色光带；若出现彩色光带，则调节色散，使明暗界线清晰，再转动直角棱镜使界线恰巧通过“十”字的交点。记录读数与温度，重复两次测得纯水的平均折光率与纯水的标准值（ =1.33299）比较，可求得折光仪的校正植，然后以同样方法测求待测液体样品的折光率。校正值一般很小，若数值太大时，整个仪器必须重新校正。

注意事项

使用折光仪应注意下列几点：

（1）阿贝的量程从1.3000至1.7000，精密度为±0.0001；测量时应注意保温套温度是否正确。如欲测准至±0.0001，则温度应控制在±0.1℃的范围内。

（2）仪器在使用或贮藏时，均不应曝于日光中，不用时应用黑布罩住。

（3）折光仪的棱镜必须注意保护，不能在镜面上造成刻痕。滴加液体时，滴管的末端切不可触及棱镜。

（4）在每次滴加样品前应洗净镜面；在使用完毕后，也应用丙酮或95%乙醇洗净镜面，待晾干后再闭上棱镜。

（5）对棱镜玻璃、保温套金属及其间的胶合剂有腐蚀或溶解作用的液体，均应避免使用。

最后还应当指出，阿贝折光仪不能在较高温度下使用；对于易挥发或易吸水样品测量有些困难；另外对样品的纯度要求也较高。

折光率的温度校正

一般地说，当温度增高一度时，液体有机化合物的折光率就减小3.5×10-4-5.5×10-4。某些液体，特别是待求折光率的温度与其沸点相近时，其温度系数可达7×10-4。在实际工作中，往往把某一温度下测定的折光率换算成另一温度下的折光率。为了便于计算，一般把4.5×10-4作为温度变化常数。这个粗略计算所得的数值可能略有误差，但却有参考价值。换言之，折光率随温度的升高而降低，摄氏温度每变化1度，折光率大约改变0.00045。我们能够通过下面的公式计算得到校正到20℃的折光率：nD(t) = nD(20) - 0.00045(t-20℃)

其中 nD(t)是在温度t时实验测得的折光率。这表明在实验温度高于20℃时，nD(20)比nD(t)大；而实验温度低于20℃时，nD(20)则比nD(t)小。

例：已知 nD(t) =1.3667， t=25.2℃，计算nD(20)。

nD(t)=nD(20) - 0.00045(t-20℃)

nD(20)=1.3667+0.00045(25.2℃-20℃)

=1.3667+0.00045 × 5.2

=1.36904

影响折光率因素

光波长的影响

物质的折射率因光的波长而异，波长较长折射率较小，波长较短折射率较大。测定时光源通常为白光。当白光经过棱镜和样液发生折射时，因各色光的波长不同，折射程度也不同，折射后分解成为多种色光，这种现象称为色散。光的色散会使视野明暗分界线不清，产生测定误差。为了消除色散，在阿贝折光仪观测镜筒的下端安装了色散补偿器。

温度的影响

溶液的折射率随温度而改变，温度升高折射率减小；温度降低折射率增大。折光仪上的刻度是在标准温度20℃下刻制的，所以最好在20℃下测定折射率。否则，应对测定结果进行温度校正。超过20℃时，加上校正数；低于20℃时，减去校正数。

本词条内容贡献者为:

陈波 - 副教授 - 中央财经大学