溶劑的折光率與溫度的關(guān)系

透明材料的折光率與其溫度和構(gòu)成均有密切的關(guān)系[2]。通常，測(cè)定溶劑的折光率，溫度范圍在5℃-30℃范圍內(nèi)，這是因?yàn)?，測(cè)定時(shí)所使用的恒溫槽通常是可加熱而不能制冷的，溫度過(guò)低在夏天不容易實(shí)現(xiàn)；測(cè)定時(shí)溫度太高多數(shù)有機(jī)溶劑將會(huì)很快揮發(fā)。圖1 所示分別為T(mén)HF、乙醇和水的折光率與溫度的關(guān)系，其中各散點(diǎn)為實(shí)驗(yàn)值，直線為一次回歸線?？梢钥闯?，各種溶劑的折光率受溫度影響很小，二者均為線性關(guān)系， THF 及乙醇的折光率-溫度關(guān)系線斜率分別為-4.1486*10-4 和-3.4971*10-4，彼此相當(dāng)接近；而水的相應(yīng)值為-5.4286*10-5,其絕對(duì)值明顯小了一個(gè)數(shù)量級(jí)，或者說(shuō)，水的折光率幾乎不隨溫度發(fā)生變化。為便于對(duì)比，將20℃時(shí)的測(cè)定值與文獻(xiàn)值列于表1。從表1 可以看出，測(cè)量值與文獻(xiàn)值吻合良好。

表1 20℃時(shí)4 種溶劑折光率的測(cè)定值與文獻(xiàn)值

溶 劑 THF C2H5OH H2O

文獻(xiàn)值[3~5] 1.4050 1.3614 1.3330

實(shí)測(cè)值 1.4091 1.3634 1.3348

相對(duì)誤差/% 0.29 0.15 0.14

2.2 THF 水溶液的折光率與組成的關(guān)系

為T(mén)HF 水溶液的折光率與組成的關(guān)系。從圖1 和圖2 可以看出，同一組成下，溫度升高則折光率下降。不過(guò)THF 組分小時(shí)，溶液中主要是水，而水的折光率幾乎不隨溫度變化，因而此時(shí)的兩條關(guān)系線相當(dāng)貼近。從對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的二次回歸所得到的曲線來(lái)看，某溫度下折光率與組成之間呈拋物線關(guān)系。若以tDη 表示溫度 t 時(shí)的折光率，以η t 表示相應(yīng)溫度下溶劑的折光率，Xv表示 THF的體積分率，

其代數(shù)方程為： 20D η = η 20 +0.1038Xv-0.0302Xv2 （1）30D η = η 30 +0.1031Xv-0.0333Xv2 （2）為檢驗(yàn)實(shí)驗(yàn)方法的重現(xiàn)性，進(jìn)行了四組平行實(shí)驗(yàn)。以20℃和30℃兩種情況為例，各實(shí)驗(yàn)點(diǎn)所測(cè)值的方差如見(jiàn)表2。表2 各個(gè)組成下平行實(shí)驗(yàn)值的方差/10-3

溫度 1．00 0．75 0．50 0．25 0．00

20/℃ 0.4509 2.5682 4.5901 4.8411 1.2247

30/℃ 0.7932 2.0564 2.4061 4.7310 1.4198

可以看出，用純THF 或純水進(jìn)行平行實(shí)驗(yàn)的方差相當(dāng)小，即實(shí)驗(yàn)精密度比較高，而用它們的溶液做實(shí)驗(yàn)的精密度較差。這是因?yàn)榕渲迫芤簳r(shí)產(chǎn)生不同的誤差所至。

2.3 THF-乙醇溶液的折光率與組成的關(guān)系

從圖3 可以看出，THF-乙醇溶液的折光率與組成之間表現(xiàn)出良好的線性關(guān)系。由實(shí)驗(yàn)點(diǎn)回歸所得線性方程的相關(guān)系數(shù)均在0.99 以上，而標(biāo)準(zhǔn)差小于0.0015。同時(shí)不同溫度下的關(guān)系線幾近平行， 20℃和30℃時(shí)，THF 含量為任意值時(shí)THF-乙醇溶液的折光率分別為： 20η D =η 20 +0.0454Xv （3）30D η = η 30 +0.0456Xv （4）之所以幾近平行，原因正如圖1 所示，THF 和乙醇兩種液體的折光率隨溫度的變化趨勢(shì)相近。上述現(xiàn)象的出現(xiàn)與幾種液體分子間力之間存在一定的關(guān)系。水的極性較強(qiáng)，即其分子間的氫鍵作用力比較大，水的沸點(diǎn)為100℃，從20℃到30℃引起的密度變化相對(duì)較小，而其它三種液體的相應(yīng)變化則大得多，因此其折光系數(shù)的變化也大得多。

3 結(jié) 論

（1）應(yīng)用阿貝折射儀來(lái)測(cè)定THF 與水及乙醇的兩組分混合液的組成，快捷方便；測(cè)量值與文獻(xiàn)值對(duì)比，誤差在0.29%以下，說(shuō)明該方法準(zhǔn)確可靠，特別適用于生產(chǎn)和實(shí)驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)。

（2）在5℃~30℃范圍內(nèi)，THF、乙醇的折光率隨溫度升高而略為減小，減小的趨勢(shì)非常相近，水的折光率隨溫度變化非常微小；THF 水溶液的折光率與組成之間呈拋物線關(guān)系；THF 的乙醇溶液的折光率與組成呈線性關(guān)系，變化趨勢(shì)幾近相同。