Зависимость показателя преломления углеводородов от молекулярной массы. Рефракция бензина


Показатель преломления газов и п

вернуться к оглавлению справочника                                                                                     на главную

 

Показатель преломления газов и паров

 для желтой линии натрия (λ=589,3нм)

Вещество n Вещество n

Азот

1,000297

Неон

1,000067

Аргон

1.000284

Оксид углерода(II)

1,000334

Водород

1,000138

Оксид углерода(IV)

1,000450

Водяной пар

1,000252

Пары ртути

1,000933

Воздух

1,000292

Фтор

1,000195

Гелий

1,000035

Хлор

1,000768

Кислород

1,000272

 

 

Криптон

1,000472    

Ксенон

1,000702    

Показатель преломления жидкостей

 

Вещество n Вещество n

Анилин

1,586

Подсолнечное масло

1,47

Ацетон

1,359

Раствор сахара в воде(20%)

1,364

Бензины

1,38-1,41

Раствор сахара в воде(80%)

1,490

Бензол

1,501

Серная кислота

1,43

Вода

1.333

Скипидар

1,460-1,478

Глицерин

1,474

Соляная кислота

1,254

Жидкий азот(-1950С)

1,205

Спирт метиловый

1,329

Жидкий кислород(-1810 С)

1,221

Спирт этиловый

1,361

Касторовое масло

1,48

Трансформаторное масло

1,476-1.488

Льняное масло

1,47

Хлороформ

1,446

Нафталин

1,582

Эфир

1,354

Показатель преломления воды

  для различных длин волн светового излучения

при температуре 200С

 

Длина волны , λ n Длина волны , λ n

303,4

1,3581

546,1

1,3345
361,1 1,3474 589,3 1,3330
404,7 1,3428 643,8 1,3314
480,0 1,3374 656,3 1,3311
486,1 1,3371 768,2 1,3289
508,6 1,3360    

Показатель преломления твердых тел

 при температуре 200С

для желтой линии натрия(λ=589,3нм)

Вещество n Вещество n

Алмаз

2,417

Рубин

1,76

Гранат

1,74-1,89

Сахар

1,56

Желатин

1,525

Слюда

1,56-1,60

Каменная соль

1.544

Стекло кварцевое

1,458

Кварц

1,544

Стекло обычное

1,48-1,53

Корунд

1,769

Стекло оптическое

1,47-2,04

Лед (0-40С)

1,310

Топаз

1,63

Органическое стекло

1,485-1,500

Янтарь

1,532

Полистирол

1,592

 

 

Зависимость показателя преломления

от длины светового излучения

Длина волны,

нм

Цвет Среда

Стекло (тяжелый флинт)

Стекло (легкий крон)

Вода

(при 200С)

Каменная соль

656,3 Красный 1,6444 1.5145

1,3311

1,5407

589,3 Желтый 1,6499 1,5170 1,3330 1,5443
546,1 Зеленый 1,6546 1,5191 1,3345 1,5475
480,0 Синий 1,6648 1,5235 1,3374 1,5541
404,7 Фиолетовый 1,6852 1,5318 1,3428 1,5665

 

 

nika-fizika.narod.ru

Рефрактометрический метод анализа нефти и нефтепродуктов

Главная  »  Применение  »  Рефрактометрический метод анализа нефти и нефтепродуктов

Рефрактометрический метод анализа нефти и нефтепродуктов.

При исследовании химического состава нефти и нефтепродуктов часто определяют оптические свойства, такие как показатель преломления (ПП), удельную рефракцию, молекулярную рефракцию и удельную дисперсию. Показателем преломления называется отношение синуса угла падения светового луча к синусу угла преломления, что наблюдается при переходе луча из среды с одной оптической плотностью в другую, см. рисунок (Преломление светового луча на границе раздела двух прозрачных сред).

Константа n2,1 - называется относительным показателем преломления второго вещества по отношению к первому. Волновая теория света устанавливает простую связь показателя преломления со скоростью распространениясветовых волн в двух среда υ1 и υ2: n2,1= υ1/ υ2. Показатель преломления вещества по отношению к “вакууму” называется абсолютным показателем преломления и равен отношению скорости света в веществе υ к скорости света в вакууме с: n = c/ υ. Отсюда относительный показатель преломления n2,1 равен отношению абсолютных показателей преломления в средах 1 и 2.

n2,1=n2/n1

Показатель преломления является характерной константой вещества и не зависит от величины угла падения луча, но зависит от внешних условий (главным образом от температуры) и от длины волны света. Длину волны указывают подстрочным индексом, а температуру - надстрочным. Например, символ n20/480 обозначает показатель преломления при 20ºС для голубой линии кадмия с длиной волны 480 нм (4800Å). Вместо длины волны часто употребляемых спектральных линий обычно указывают их буквенные обозначения. Например, nD 20, nC 20, nF 20 обозначают показатели преломления при 20ºС для линии Д натрия (589З Å) и линий С и F водорода (λC = 6563 Å, λF = 4861 Å). Чаще всего определяют показатель преломления nD для желтой линии натрия. Если при прохождении луча света из среды 1 в 2 n1> n2, то при некотором значении угла падения луч после преломления составит с перпендикуляром DD угол 90˚, то есть луч будет скользить вдоль поверхности раздела и не перейдет во вторую среду (претерпевает полное внутреннее отражение). Значение угла i, при котором происходит это явление, называется углом полного внутреннего отражения. На определении угла полного внутреннего отражения основаны приборы для определения показателей преломления различных веществ, называемые рефрактометрами. Для углеводородов показатели преломления возрастают в гомологических рядах при переходе от низшего гомолога к высшему. Наибольшие показатели преломления имеют углеводороды ароматического ряда, затем идут нафтены, олефины и парафины. В смесях углеводородов показатели преломления подчиняются закону аддитивности, что позволяет воспользоваться ими для количественного определения отдельных групп углеводородов в смеси. Во многих случаях, кроме показателя преломления, определяют еще некоторые характеристики, являющиеся его функциями: удельную рефракцию, молекулярную рефракцию, удельную дисперсию и интерцепт рефракции. Изменение плотности вещества всегда сопровождается изменением его показателя преломления. Существуют теоретические и эмпирические зависимости некоторой функции показателя преломления f(n) от плотности d:f (n) = R*d Постоянный коэффициент R, характерный для данного вещества, называют уделъной рефракцией. Удельная рефракция практически не зависит от внешних условий агрегатного состояния вещества. Она может быть выражена при помощи формулы Гладстона-Даля

R=(n-1)/d

или формулы Лорентца-Лоренца

Подобно показателям преломления удельные рефракции во многих случаях являются аддитивными величинами для смесей углеводородов. Условию аддитивности лучше отвечает эмпирическая функция Гладстона-Даля, чем теоретически обоснованная Лорентца-Лоренца. При сравнении удельных рефракций углеводородов различных рядов, кипящих при одинаковых температурах, наименьшую величину имеют не парафины, а нафтены, что объясняется их более высоким удельным весом. В гомологических рядах удельная рефракция возрастает с увеличением молекулярной массы углеводородов. Произведение удельной рефракции на молекулярную массу (М) дает молекулярную рефракцию (MR). МR= R ·М Как уже отмечалось, величина показателя преломления зависит от длины волны. Различие в преломлении лучей называется дисперсией (рассеиванием) света. В качестве меры дисперсии часто употребляется разность показателей преломления для двух длин волн, называемая частной дисперсией. Частная дисперсия для синий (F, 488.1 нм) и красной (С, 656.3 нм) линий спектра водорода, охватывающих среднюю часть видимого спектра, называется средней дисперсией. Разница показателей преломления вещества для синий и красной линий спектра водорода, отнесенная к плотности вещества называется удельной дисперсией. При исследовании нефти и углеводородов находят применение выражения для удельной дисперсии, основанные на формуле Гладстона-Даля;

Для углеводородов ароматического ряда величина удельной дисперсии намного выше, чем у насыщенных - парафинов и нафтенов, которые имеют практически одну и ту же удельную дисперсию независимо от состава или молекулярной массы. Ненасыщенные ациклы занимают промежуточное положение. Удельные дисперсии аддитивны и могут быть вычислены по правилу смешения. Ниже приведены некоторые удельные дисперсии (nF –nC) углеводородов: Насыщенные углеводороды...99 Конъюгированные диолефины...200 Бензол...190.2 Толуол...184.9 Этилбензол и ксилолы...179.2 Ароматические углеводороды: С9 – С10...175 С10 – С11...171 высококипящие, полициклические...до 465

Экспериментально установлено, что разность между показателем преломления и половиной плотности является величиной постоянной для углеводородов одного и того же гомологического ряда. Эта величина была названа интерцептом рефракции.  

RI = n-(d/2)

Ниже приведены интерцепты рефракции углеводородов различных рядов: Парафины...1,0461 Моноциклические нафтены...1,0400 Полициклические нафтены...1,0285 Олефины...1,0521 Циклоолефины...1,0461 Диолефины...1,0592 Конъюгированные диолефины...1,0877 Ароматические углеводороды...1,0627

Определение интерцепта рефракции используется для исследования группового состава бензинов и особенно их узких фракций.

Приборы для определения показателя преломления (ПП) фракций: полученных при фракционировании нефти.

atago-russia.com

Физико-химические свойства нефти и газа Физико-химические методы исследования углеводородных систем

Лекция 4

В основе разработки и переработки нефти и товарных нефтепродуктов лежат физико-химические процессы и управление этими процессами требует знания физических и физико-химических свойств нефти, ее фракций. В большинстве случае из-за сложности состава используются средние значения физико-химических характеристик нефтяного сырья.

  1. Оптические свойства нефти и н/п

К оптическим свойствам нефти и н/п относятся цвет, коэффициент лучепреломления, оптическая плотность и активность. Все эти показатели существенно зависят от химической природы вещества, состава фракций, поэтому оптические свойства н/п косвенно характеризуют их химический состав.

    1. Цвет

Цвет нефти или н/п изменяется от светло-желтого до темно-коричневого и черного. Легкие нефти с плотностью 780,0-790,0 кг/м3 имеют желтую окраску, нефти средней плотности (790,0-820,0 кг/м3) –янтарного цвета и тяжелые нефти – темно-коричневые и черные. Цвет нефти н/п придают асфальтосмолистые вещества, продукты окисления углеводородов и некоторые непредельные и ароматические углеводороды, поэтому по цвету сырых нефтей об относительном содержании в них асфальтосмолистых соединений. Обычно, чем тяжелее н/п, тем он темнее. Цвет н/п – надежный показатель степени его очистки от смолистых примесей, который и является одним из показателей качества нефтяных масел.

Для определения цвета пользуются различными приборами, называемыми колориметрами. Цвет определяется в соответствии с двумя стандартами: ГОСТ 2667-82 (для светлых н/п на колориметрах ЦНТ и КНС-1) и ГОСТ 25337-82 (для нефтяных парафинов на колориметре КНС-2).

Метод определения цвета на колориметре КНС-1 сводится к следующему. В специальную прозрачную кювету заливают испытуемый н/п, например, дизельное топливо, включают источник света и через систему призм наблюдают в окуляр цвет прошедшего через слой н/п луч (слева в окуляре). Вращением диска, в котором имеется по кругу 21 светофильтр, устанавливают на пути луча тот из них, который близок или совпадает с цветом н/п (справа в окуляре). Измеренный цвет н/п указывают соответствующим номером светофильтра КНС-1.

    1. Коэффициент преломления (рефракции)

При переходе световых лучей из одной среды в другую их скорость и направление меняются. Эти явления известны в физике под названием лучепреломления или рефракции.

Если луч попадает из оптически менее плотной среды в оптически более плотную, то он приближается к перпендикуляру, восстановленному в точке перехода. Если же, наоборот, луч попадает из оптически более плотной среды в оптически менее плотную, то он удаляется от этого перпендикуляра. С изменением угла падения меняется угол преломления, но отношение величин этих углов для одной и той же среды остается постоянным:

sin r / sin i = n = const (1)

Это отношение называется коэффициентом или показателем, преломления (nD20).

Для н/п показатель преломления определяют при прохождении светового луча из воздуха в нефтепродукт, поэтому он всегда больше единицы.

Между коэффициентом преломления и плотностью для различных гомологов одного и того же ряда существует линейная зависимость. Показатель преломления (так же, как и плотность) углеводородных молекул тем меньше, чем больше в них относительное содержание водорода. При одинаковом содержании углеродных и водородных атомов в молекуле показатель преломления и плотность циклических углеводородов будут выше, чем алифатических углеводородов. Например, nD20 бензола больше, чем nD20 гексена, а nD20 гексена больше, чем nD20 гексана.

В общем случае, наибольшими плотностью и коэффициентом преломления обладают ароматические углеводороды, а наименьшим – алифатические метановые углеводороды. Нафтены занимают промежуточное положение.

Закономерности, изложенные выше для индивидуальных углеводородов, наблюдаются также и для нефтяных фракций, т. е. чем выше температура кипения фракции, тем выше ее плотность и коэффициент преломления.

studfiles.net

2.7 Определение показателя преломления. ФХМА дизельного топлива

Похожие главы из других работ:

Анализ качества питьевой природной воды

1.3 Определение Mg2+

1.3.1 Общая характеристика Определение магния в природных водах производится главным образом комплексометрическнм методом с трилоном Б. Весовой фосфатный метод сохранил значение только в качестве контрольного...

Анализ качества питьевой природной воды

2.3 Определение Mg2+

Зная общую жесткость воды С (мг-экв/л) и содержание кальция C1(мг-экв/л), рассчитывают содержание магния X (в мг/л) по формуле: X=(C-C1)*12.16 1 проба: Х=(3,875- 3,825)*12,16=0,605мг-экв/л 2 проба: Х=(4,325-4,05)*12,16=3...

Анализ проб питьевой воды, подаваемой из скважины г. Нижнего Новгорода, автозаводского района, пос. Малышево

7. Определение водородного показателя

8. Определение общей жёсткости а) определение ионов Ca и Mg 9. Определение карбонатной щёлочности а) временная жёсткость 3. Определение органолептических характеристик 3...

Анализ проб питьевой воды, подаваемой из скважины г. Нижнего Новгорода, автозаводского района, пос. Малышево

5.1 Определение водородного показателя

Определение кислотности в природной воде - определение водородного показателя. Концентрацию ионов водорода принято выражать величиной pH=-lg...

Влияние современных чистящих средств на растительную и белковую клетку

3.2 Определение рН растворов

Для определения рН растворов использовалась универсальная индикаторная бумага. Индикаторную бумагу опускали в растворы чистящих средств. Смотри приложение таблица 2...

Понятие рефрактометрии и ее применение

1.2 Понятие рефрактометрии. Показатель преломления света

Рефрактометрия - метод анализа, основанный на явлении преломления света при прохождении из одной среды в другую...

Понятие рефрактометрии и ее применение

2. Использование рефрактометрии и приборы для измерения показателя преломления

...

Расчет физико-химических свойств полимеров

2.7 Показатель преломления

Среди оптических свойств полимеров важнейшим является показатель преломления. Эта характеристика самым непосредственным обратом связана с диэлектрической проницаемостью вещества...

Расчет физико-химических свойств полимеров

3.1.7 Показатель преломления

Расчет показателя преломления производится по формуле (16). Тогда для выбранного полимера: 3.1.8 Коэффициент оптической чувствительности по напряжению Расчет коэффициента оптической чувствительности производится по формуле (18)...

Расчет физико-химических свойств полимеров

3.2.7 Показатель преломления

Расчет показателя преломления производится по формуле (16). Тогда для выбранного полимера: 3.2.8 Коэффициент оптической чувствительности по напряжению Расчет коэффициента оптической чувствительности производится по формуле (18)...

Расчет физико-химических свойств полимеров

3.4.7 Показатель преломления

...

Рефрактометрический метод анализа в химии

1.2 Показатель преломления света (показатель рефракции)

Если на пути светового пучка, распространяющегося в прозрачной однородной среде (например, в воздухе), встречается другая прозрачная однородная среда (например, стекло), то на границе раздела сред пучок света разделяется на два луча...

Фармацевтический анализ производных пиридина (никотиновая кислота)

КОЛИЧЕСТВЕННОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ

1. Сульфат меди осаждает в нейтральной среде осадок (C6h5О2N)Cu2; избыток меди определяется йодометрически. Несколько порошков с содержанием 0,3-0...

ФХМА дизельного топлива

2.5 Определение вязкости

Вязкость исследуемого дизельного топлива была определена на приборе HVM-472 HERZOG (рис. 2.4) при температуре 40 оС. Рис. 2.4. Прибор для измерения вязкости HVM-472 HERZOG Рис. 2.5. Результат измерения вязкости прибором HVM-472 HERZOG Полученные данные занесены в табл. 2...

Ячейка для приготовления растворов и комплексного исследования их свойств

2.3 Коэффициент преломления и плотность

При 20°С измеренные коэффициенты преломления nD20 воды, ОП-10 и фурфурилового спирта равны соответственно 1,3335, 1,4849 и 1,4872 (рис. 13). В системе ФС-ОП-10 коэффициент преломления почти линейно изменяется с концентрацией...

him.bobrodobro.ru

Зависимость показателя преломления углеводородов от молекулярной массы

Молекулярная масса

1 - парафиновые; 2 - олефины; 3- нафтеновые; 4- ароматические углеводороды.

Рис.

На рис. показана зависимость показателя преломления углеводородов разного строения от молекулярной массы. Для разных углеводородов наблюдается разная степень зависимости nD20 от молекулярной массы. В большей степени изменение nD20 от молекулярной массы проявляется для парафиновых углеводородов. По показателю преломления приближенно можно судить о групповом углеводородном составе н/п, а в сочетании с плотностью, молекулярной массой рассчитать структурно-групповой состав нефтяных фракций.

Кроме того, показатель преломления зависит от температуры, nD20 с повышением температуры уменьшается, причем для масел, парафинов и церезина это снижение составляет 0,0004 на каждый градус разности температур. Пересчет nD20 с одной температуры на другую осуществляется по формуле:

nDto = nDt + (t-to), (2)

где  - поправочный коэффициент (0,0004 на 1 0С), nDto– показатель преломления для D – линии натрия (λ = 589,3 нм) при температуре t0, nDt – то же при температуре опыта.

Показатель преломления смеси углеводородов nсм является аддитивной функцией ее состава, выраженного в объемных процентах:

nсм = [Va/(Va + Vb)] ∙ na + = [Vb/(Va + Vb)] ∙ nb, (3)

где Va и Vb – соответственно объемное содержание компонента А и В, na и nb– соответственно показатели преломления компонентов А и В.

Аддитивность свойств широко используется при анализе н/п, примером может служить метод определения относительного содержания ароматических углеводородов в узких фракциях бензина.

Экспериментально показатель преломления определяют с помощью рефрактометров; при обычном дневном освещении – на рефрактометре ИРФ-22 или со специальным монохроматическим светом – на ИРФ-23. Точность этих рефрактометров соответственно 2 ∙ 10-4 и 1,5 ∙ 10-5.

    1. Оптическая активность

Оптическая активность – это свойство н/п поворачивать вокруг своей оси (вращать) плоскость луча поляризованного света (главным образом вправо). Измерение угла вращения проводят с помощью поляриметров. Природа этого явления ясна не до конца, однако считается, что оно связано с присутствием в нефтях полициклических нафтенов и аренов.

По убыванию оптической активности углеводороды располагаются в ряд: полициклические циклоалканы, циклоалканоарены, полициклические арены, моноциклические арены, алканы.

  1. Температура вспышки, воспламенения и самовоспламенения

Температурой вспышки – называется температура, при которой н/п, нагретый в стандартных условиях, выделяет такое количество паров, которое образует с окружающим воздухом горючую смесь, вспыхивающую при поднесении к ней пламени.

Для индивидуальных углеводородов существует определенная количественная связь температуры вспышки и температуры кипения, выражаемая соотношением:

Твсп = 0,736 Ткип, (3)

где Твсп и Ткип выражены в К.

Для н/п, выкипающих в широком интервале температур, такую зависимость установить нельзя. В этом случае температура вспышки н/п связана с их средней температурой кипения, т.е. с испаряемостью. Чем легче фракция н/п, тем ниже ее температура вспышки. Так, например, бензиновые фракции имеют отрицательные (до минус 40 0С) температуру вспышки, керосиновые фракции 28 – 60 0С, масляные фракции 130-325 0С. Присутствие влаги, продуктов распада в нефтепродуктах заметно влияет на величину его температуры вспышки.

Стандартизованы два метода определения температуры вспышки н/п в открытом (ГОСТ 4333-87) и закрытом (ГОСТ 6356-75) тиглях. Разность температур вспышки одних и тех же н/п при определении в открытом и закрытом тиглях весьма велика. В последнем случае требуемое количество нефтяных паров накапливается раньше, чем в приборах открытого типа. Кроме того, в открытом тигле образовавшиеся пары свободно диффундируют в воздух. Указанная разность тем больше, чем выше температура вспышки н/п.

При определении температуры вспышки в открытом тигле н/п сначала обезвоживают с помощью хлорида кальция, сульфата кальция, затем заливают в тигель до определенного уровня в зависимости от вида н/п. Нагрев тигля ведут с определенной скоростью, и при температуре на 10 0С ниже ожидаемой температуры вспышки медленно проводят по краю тигля над поверхностью н/п пламенем горелки, горящей деревянной палочки или другого зажигательного устройства. Эту операцию повторяют через каждые 2 0С. За температуру вспышки принимают ту температуру, при которой появляется синее пламя над поверхностью н/п.

При определении температуры вспышки в закрытом тигле н/п заливают до определенной метки и в отличие от описанного выше метода нагревание его проводят при непрерывном перемешивании. При открывании крышки тигля в этом приборе автоматически подносится пламя к поверхности н/п. Определение температуры вспышки начинают за 10 0С до предполагаемой температуры вспышки – если она ниже 50 0С, и за 17 0С – если она выше 50 0С. Определение проводят через каждый градус, причем в момент определения перемешивание прекращают. Все вещества, имеющую температуру вспышки в закрытом тигле ниже 61 0С, относятся к легковоспламеняющимся жидкостям (ЛВЖ), которые , в свою очередь, подразделяются на особо опасные (tвсп ниже минус 18 0С), постоянно опасные (tвсп от минус 18 0С до 23 0С) и опасные при повышенной температуре (tвсп от 23 0С до 61 0С).

Температура вспышки н/п характеризует возможность этого н/п образовывать с воздухом взрывчатую смесь. Смесь паров н/п с воздухом становится взрывчатой, когда концентрация паров горючего в ней достигает определенных значений и в соответствии с этим различают нижний и верхний пределы взрываемости смеси паров н/п с воздухом. Если концентрация паров н/п меньше нижнего предела взрываемости, взрыва не происходит, т.к. имеющийся избыток воздуха поглощает выделяющееся в исходной точке взрыва тепло и таким образом препятствует возгоранию остальных частей горючего.

При концентрации паров н/п в воздухе выше верхнего предела взрыва не происходит из-за недостатка кислорода в смеси.

studfiles.net

Оптические свойства нефтяных фракций и светлых нефтепродуктов

В научных исследованиях и лабораторной практике для определения химического состава нефтяных фракций и нефтепродуктов в дополнение к химическим методам анализа часто используют такие оптические свойства, как цвет, коэффициент (показатель) преломления, оптическая активность, молекулярная рефракция и дисперсия. Эти показатели внесены в ГОСТы на некоторые нефтепродукты. Кроме того, по оптическим показателям можно судить о глубине очистки нефтепродуктов, о возрасте и происхождении нефти. Показатель преломления (n20D) — важная константа, которая позволяет судить о групповом углеводородном составе нефти и нефтяных дистиллятов, а в сочетании с плотностью и молярной массой рассчитать структурно — групповой состав нефтяных фракций. Показатель преломления (коэффициент рефракции) также является одной из основных характеристик нефтепродуктов.

При переходе световых лучей из одной среды в другую их скорость и направление меняются. Это явление называется рефрактометрией, оно характеризует способность неф­тепродукта преломлять падающий на него световой луч (рис. а и б). Луч света, проходя из одной прозрачной среды s-1 (воздух) в другую среду s-2 жидкость), падая наклонно к поверхности раздела фаз, меняет свое первоначальное направление, т.е. преломляется, при этом угол падения r, а угол преломления i. Преломление света (рефракция) зависит от разницы в скорости распространения света в разных средах.

а) б)

Рис. Явление рефрактометрии

C изменением угла падения меняется и угол преломления, но их отношение остается постоянным, соответствующим показателю преломления :

sin r/sin i = const = n

При этом, отношение синуса угла падения луча к синусу угла пре­ломления луча для каждого нефтепродукта постоянно и назы­вается показателем преломления.

При некотором значении угла падения r=f угол преломления i= 90о, и преломленный луч будет скользить по поверхности раздела сред (рис. б), при этом угол f называется углом полного внутреннего отражения, а уравнение принимает вид:

sin f /sin 90о = sin f /1= n n = sin f

Таким образом, показатель преломления равен синусу угла полного внутреннего отражения.

Определение показателя пре­ломления основано на явлении предельного угла, при котором наступает полное внутреннее отражение. Показатель преломле­ния определяют с помощью прибора, который называется рефрактометр. Показатель преломления зависит от температуры и длины световой волны. Чем больше длина волны светового луча, тем меньше показатель преломления.

Показатель преломления нефтепродукта обычно определяют для желтой линии натрия (как наиболее яркой в спектре) при Т=+ 20 ° С и соответственно обозначают n20D.С ростом температуры величина показателя преломления ntD уменьшается:

ntD = n20D- a ( t - t20)

где: t – температура определения, ° С;

а – поправочный коэффициент (0,0004 на 1° С).

Чем больше плотность нефтепродукта, тем выше его показатель преломления. Показатель преломления тем меньше, чем больше относительное содержание водорода. Из углеводородов наименьшее значение показателя преломления имеют н-алканы. Показатель преломления циклических соединений больше, чем у алифатических. Циклоалканы занимают промежуточное положение между аренами и алканами. С увеличением числа колец в ароматических и нафтеновых структурах величина показателя преломления возрастает.

Моноциклоароматические углеводороды имеют показатель преломления n20D =~1,50;

бициклоароматические – 1,50< n20D<1,53;

трициклоароматические 1,53< n20D<1,59;

полициклоароматические n20D>1,59.

В гомологических рядах углеводородов наблюдается линейная зависимость между плотностью и показателем преломления. Для нефтяных фракций наблюдается зависимость: чем выше температура кипения фракции, тем выше ее показатель преломления.

По показателю преломления можно оценить чистоту инди­видуального углеводорода, углеводородный состав нефтяной фракции. С утяжелением фракционного состава нефтяной фракции повышается ее показатель прелом­ления.

По изменению показателя преломления можно судить о фа­зовых превращениях твердых углеводородов. При этом анизо­тропная жидкая фаза характеризуется одним значением пока­зателя преломления, а анизотропная твердая фаза — двумя значениями показателя преломления. Область появления твер­дой фазы в некотором интервале температур характеризуется двумя показателями преломления: жидкой и твердой фаз.

Показатель преломления используется в качестве критерия разделения при хроматографии нефтей и нефтяных фракций, определении структурно-группового состава фракций, кипящих выше 200° С.

Рефракция. К числу наиболее распространенных в органическом анализе и анализе нефтяных фракций комбинированных функций относятся удельная и молекулярная рефракция. Удельная рефракция определяется по формуле Лоренц-Лоренца:

r LL=n20D - 1 * 1

n20D + 2 ρ

Произведение удельной рефракции на молекулярную массу M является молекулярной рефракцией:

MR D =n20D - 1 * M

n20D + 2 ρ

Для индивидуальных химических соединений молекулярная рефракция равна сумме атомных рефракций.

Для определения показателя преломления применяют два типа рефрактометров: Аббе и Пульфриха. К первому типу отно­сятся отечественные рефрактометры РЛУ, ИРФ-22, ИРФ-454. Рефрактометром типа Пульфриха является прибор ИРФ-23. В лабораторной практике наиболее часто применяют рефракто­метры типа Аббе. Для более точных определений показателя преломления и дисперсии необходимо использовать рефракто­метр типа Пульфриха.

Принцип действия рефрактометра основан на явлении полного внутреннего отражения при про­хождении светом границы раздела двух сред с разными пока­зателями преломления.

Определение показателя преломления проводят при днев­ном или электрическом свете. Рефрактометр и источник света устанавливают так, чтобы свет падал на входное окно освети­тельной призмы или на зеркало, которым направляют свет во входное окно измерительной призмы. Затем по дистиллированной воде или по контрольному образцу проверяют юстировку рефрактометра при 20°С.

Измере­ния прозрачных нефтепродуктов проводят в проходящем свете, когда он проходит через открытое окно осветительной призмы, при этом окно измерительной призмы закрыто зеркалом. Цена деления шкалы 1*10-3.

Для окрашенных и темных нефтепродуктов измерения про­водят в отраженном свете.

studfiles.net

3.7. Оптические свойства нефти и нефтепродуктов

К оптическим свойствам нефтепродуктов относятся цвет, флуоресценция и оптическая активность.

Цвет. Углеводороды нефти бесцветны. Тот или иной цвет нефти и нефтепродуктам придают асфальто-смолистые вещества и гетероорганические соединения, например сернистые. Поэтому, чем больше в нефти асфальто-смолистых соединений, тем она темнее. При глубокой переработке нефти и нефтепродуктов получают прозрачные даже масла и парафины.

Флуоресценция – это свечение в отраженном свете. Примером явления флуоресценции являются цветные пятна нефтепродуктов на воде. Флуоресценцию обеспечивают в основном полициклические ароматические углеводороды. Применение глубокой очистки позволяет устранить флуоресценцию большинства нефтепродуктов.

Под оптической активностью органических веществ понимают их способность вращать плоскость поляризации линейно поляризованного светового луча. Большинство нефтепродуктов являются правовращающими.

При исследовании химсостава нефтепродуктов используют физические константы, связанные с оптическими явлениями. К ним относят и показатель преломления. Его обозначают пD20. По физическому смыслу показатель преломления – это отношение синуса угла падения луча к синусу угла его преломления:

пD20 = . (3.26)

Индекс D означает, что показатель преломления установлен на солнечном свету, что соответствует длине волны желтой линии спектра натрия 589,3 нм.

Показатель преломления характеризует способность жидкости в той или иной степени преломлять падающий на нее световой луч. При этом отношение синусов угла падения и угла преломления для каждого вещества постоянно при данных условиях и называется показателем преломления. Показатель преломления уменьшается как с увеличением длины волны, так и температуры. Зависимость показателя преломления от температуры выражается уравнением:

пD20 = пDt -(20 – t) (3.27)

где пDt – показатель преломления при температуре опыта;

–поправочный коэффициент, равный 0,0004 на 1 оС;

t ­– температура опыта.

Данный поправочный коэффициент применим при температурах от 15 до 35 оС.

Показатель преломления позволяет оценить чистоту продукта, состав фракций нефти. Известно, что показатель преломления углеводорода тем больше, чем меньше в нем водорода. Среди углеводородов С6 н-гексан (14 атомов водорода) имеет пD20 =1,3749, циклогексан (12 атомов водорода) – 1,4262, а бензол (6 атомов водорода) – 1,5011. Изоалканы имеют показатель преломления больше, чем н-алканы. В гомологическом ряду показатель преломления растет с удлинением углеродной цепи, хотя бывают и исключения (у бензола пD20 =1,5011, у толуола – 1,4969, у этилбензола – 1,4958, у ксилолов – 1,4958 – 1,5054).

В гомологическом ряду углеводородов существует линейная зависимость между плотностью и показателем преломления:

. (3.28)

Кроме показателя преломления, к оптическим свойствам веществ относят молекулярную рефракцию и дисперсию.

Формулами Гладстона – Даля и Лорентца – Лоренца выражается удельная рефракция:

R1 = ; (3.29)

R2 = . (3.30)

Молекулярная рефракция – это произведение удельной рефракции на молекулярную массу вещества:

R1М = М = (пD – 1)V ; (3.31)

R2М = = , (3.32) где V – молекулярный объем;

М – молекулярная масса.

Молекулярная рефракция аддитивна для индивидуальных углеводо­родов. Установлено, что удлинение молекулы на одну метиленовую группу (– СН2 –) повышает молекулярную рефракцию на 4,6 единицы.

Зависимость показателя преломления от длины волны характеризуется дисперсией света.

В лабораторной практике чаще всего используют натриевые лампы с желтой линией D = 589,3 нм и водородные трубки с красной линией С = 656, 3 нм, голубой линией F = 486,1 нм и синей линией G = 434,1 нм.

Разность (nF – nG ) называют средней дисперсией.

Отношение ·103 – относительная дисперсия.

Отношение ·104 – удельная дисперсия.

Еще одной величиной, производной от показателя преломления, является рефрактометрическая разность (интерцепт рефракции Ri):

Ri = пD20 - /2 . (3.33)

Эта величина постоянна для углеводородов одного гомологического ряда. Для алканов Ri = 1,046, алкенов – 1,052, циклоалканов – 1,040, аренов – 1,063.

Для измерения показателя преломления в России применяют два типа рефрактометров: Аббе (РЛУ, ИРФ-22 и ИРФ-454) и Пульфриха (ИРФ-23). Рефрактометры Аббе чаще применяют в лабораторной практике, однако более точные данные получают при использовании рефрактометра типа Пульфриха.

studfiles.net


Смотрите также