应用阿贝折射仪测定四氢呋喃溶液的组成

应用阿贝折射仪测定四氢呋喃溶液的组成
  郑秋霞，梅树莲，周锡堂
（茂名学院化工学院，广东茂名525000）

　　摘要：应用阿贝折射仪测量四氢呋喃(THF)溶液的折光率，以确定THF的水及乙醇溶液的组成。研究表明，实验数据与文献值吻合良好：THF与水及乙醇的双组分溶液折光率与组成之间有很好的规律性，前者可以用抛物线关系式描述，后者可以用线性关系式描述，其相关系数R在0.99以上，标准偏差SD在0.0015以下，完全可以应用于相关溶液组成的测定。
　　关键词：阿贝折射仪；折光率；四氢呋喃；溶液组成
　　中图分类号：TQ014    文献标识码：A

　　折光性是材料的基本性质之一，当被测材料的折光率大小在1.3—1.7时，采用全反射法测量折光率具有操作方便快速、环境条件要求低、不需要单色光源等优点。阿贝折射仪是一种利用全反射法制成的、专门用于测量透明或半透明液体材料折射率的仪器。应用阿贝折射仪测量液体折射率以确定其组成是一种在石油化工、轻工食品等生产和科研中常用的分析检测手段。

　　四氢呋喃(THF)是一种重要的有机合成原料和优良的溶剂，用途十分广泛。例如在农药和医药生产过程中，常常采用THF等作为溶剂，会产生THF与水及THF与乙醇等的混合溶液。对其组成的分析通常采用气相色谱法。气相色谱法具有准确可靠的特点，然而其仪器要求环境温度和湿度比较稳定、空气不含腐蚀性气体等，因此离生产和试验现场往往有一定的距离，造成组成分析的复杂化。如果应用阿贝折射仪来分析上述混合溶剂的组成，则不仅使分析仪器简单化，降低分析成本，而且给分析检测带来了方便。有见于此，本研究通过实验得出了THF分别与水及乙醇组成双组分液在不同温度下折光率与组成的关系曲线，发现THF水溶液的折光率与组成的关系之间为二次关系，而与THF的乙醇溶液组成之间则具有良好的线性关系。利用一元线性和非线性回归，得出了相应的关系式。从而为相关溶液的组成检测提供了一种简单而快速有效的方法。

　　1实验部分

　　1.1试剂与仪器

　　四氢呋喃(THF)及乙醇，均为广州化学试剂公司产，纯度不低于99.5 wt%。蒸馏水为实验室自制；阿贝折射仪，上海产2W双筒分度式阿贝折射仪，精密度0.001；恒温水浴，南京大学应用物理研究所产HK-2A超级恒温水浴槽，精密度±0.01℃；微型容量瓶和系列移液管，茂名广大化玻有限公司提供。

　　1.2实验方法

　　10 ml容量瓶一批，洗净烘干，5个为一组；用2ml和5ml韵移液管分别配制成含THF（体积分率）1.00，0.75，0.50，0.25，0.00的水和乙醇溶液；向超级恒温水浴槽中加入冰水混合物，开电源，调节循环水量并设定水浴温度，当折射仪的温度指示为设定值时，使之保持在在稳定状态下约Smin，可以对仪器进行校正，随后进样读数。操作中需要特别注意的是，每次读数后需要用蒸馏水冲洗折射仪的棱镜表面并用镜头纸仔细擦干，以免下次进样遭到污染或稀释。同时由于吸热等原因，折射仪棱镜温度总是低于恒温槽温度，因此必须以折射仪温度为准。

　　2结果与讨论

　　2.1溶剂的折光率与温度的关系

　　透明材料的折光率与其温度和构成均有密切的关系。通常，测定溶剂的折光率，温度范围在5℃-30℃范围内，这是因为，测定时所使用的恒温槽通常是可加热而不能制冷的，温度过低在夏天不容易实现；测定时温度太高多数有机溶剂将会很快挥发。图l所示分别为THF、乙醇和水的折光率与温度的关系，其中各散点为实验值，直线为一次回归线。可以看出，各种溶剂的折光率受温度影响很小，二者均为线性关系，THF及乙醇的折光率一温度关系线斜率分别为-.1486*10-4和-3.4971*10-4，彼此相当接近；而水的相应值为-5.4286*10-5，其绝对值明显小了一个数量级，或者说，水的折光率几乎不随温度发生变化。为便于对比，将20CC时的测定值与文献值列于表1。从表1可以看出，测量值与文献值吻合良好。

   

　　2.2 THF水溶液的折光率与组成的关系

　　为THF水溶液的折光率与组成的关系。从图1和图2可以看出，同一组成下，温度升高则折光率下降。不过THF组分小时，溶液中主要是水，而水的折光率几乎不随温度变化，因而此时的两条关系线相当贴近。从对实验数据的二次回归所得到的曲线来看，某温度下折光率与组成之间呈抛物线关系。

　　为检验实验方法的重现性，进行了四组平行实验。以20℃和30℃两种情况为例，各实验点所测值的方差如见表2。

　　可以看出，用纯THF或纯水进行平行实验的方差相当小，即实验精密度比较高，而用它们的溶液做实验的精密度较差。这是因为配制溶液时产生不同的误差所至。

　　2.3 THF-乙醇溶液的折光率与组成的关系

　　从图3可以看出，THF-乙醇溶液的折光率与组成之间表现出良好的线性关系。由实验点回归所得线性方程的相关系数均在0.99以上，而标准差小于0.0015。同时不同温度下的关系线几近平行。

　　 之所以几近平行，原因正如图l所示，THF和乙醇两种液体的折光率随温度的变化趋势相近。上述现象的出现与几种液体分子间力之间存在一定的关系。水的极性较强，即其分子间的氢键作用力比较大，水的沸点为100℃，从20℃到30℃引起的密度变化相对较小，而其它三种液体的相应变化则大得多，因此其折光系数的变化也大得多。

　　3结论

　　 (1)应用阿贝折射仪来测定THF与水及乙醇的两组分混合液的组成，快捷方便；测量值与文献值对比，误差在0.29%以下，说明该方法准确可靠，特别适用于生产和实验现场。

　　 (2)在5℃—30℃范围内，THF、乙醇的折光率随温度升．高而略为减小，减小的趋势非常相近，水的折光率随温度变化非常微小；THF水溶液的折光率与组成之间呈抛物线关系；THF的乙醇溶液的折光率与组成呈线性关系，变化趋势几近相同。