第六節 折光率測定
一、原理
光線自一種透明介質進入另一透明介質時，由于光線在兩種介質中的傳播速度不同，使光線在兩種介質的平滑界面上發生折射。常用的折光率系指光線在空氣中進行的速度與在供試品中進行速度的比值。根據折射定律，折光率是光線入射角的正弦與折射角的正弦的比值，如圖2-6所示，即：
圖2-6 折射定律示意圖
式中 n——折光率；
sini——光線的入射角的正弦；
sinγ——折射角的正弦。
當光線從光疏介質進入光密介質，它的入射角接近或等于90°時，折射角就達到最高限度，此時的折射角稱為臨界角rc，而此時的折光率應為：
因此，只要測定了臨界角，即可計算出折光率。
物質的折光率因溫度或光線波長的不同而改變，透光物質的溫度升高，折光率變小；入射光的波長越短，折光率越大。折光率以
表示，D為鈉光譜的D線，t為測定時的溫度。
測定折光率可以區別不同的油類或檢查某些藥品的純雜程度。
二、方法
2015年版《中國藥典》采用鈉光譜D線（589.3nm）測定供試品相對于空氣的折光率（如用阿培折光計，可用白光光源），除另有規定外，供試品溫度為20℃，折光率記為
。
測定用的折光率需能讀數至0.0001，測量范圍1.3～1.7，如用阿培折光計或與其相當的儀器，測定時應調節溫度至（20±0.5）℃（或各品種項下規定的溫度），測量后再重復讀數2次，3次讀數的平均值即為供試品的折光率。
1.測定方法
將儀器置于有充足光線的平臺上，但不可受日光直射，并裝上溫度計，置20℃恒溫室中至少1h，或連接20℃恒溫水浴至少半小時，以保持穩定溫度，然后使折射棱鏡上透光處朝向光源，將鏡筒拉向觀察者，使成一適當傾斜度，對準反射鏡，使視野內光線最明亮為止。將上下折射棱鏡拉開，用玻棒或吸管蘸取供試品約1～2滴，滴于下棱鏡面上，然后將上下棱鏡關合并拉緊扳手。轉動刻度尺調節鈕，使讀數在供試品折光率附近，旋轉補償旋鈕，使視野內虹彩消失，并有清晰的明暗分界線。再轉動刻度尺的調節鈕，使視野的明暗分界線恰位于視野內十字交叉處，記下刻度尺上的讀數。投影式折光計在讀數時眼睛應與讀數垂直，測量后要求再重復讀數2次，取3次讀數的平均值，即為供試品的折光率。
用標準玻片校正儀器時，應先將儀器置于光線明亮處，光線不經反射鏡而直接射入棱鏡，將下面的棱鏡拉開，上面的棱鏡平放，鏡筒略向觀察者下方，取標準玻片，大光滑面用溴萘黏附在上面棱鏡的光滑面上，并使玻片的小光滑面朝向光線，然后旋轉補償旋鈕，使視野內虹彩基本消失，并轉動刻度的調節鈕，使視野的明暗分界線恰位于視野內十字交叉處，記下刻度尺讀數。此時明暗兩半的位置與正常觀察時方向相反，但不影響讀數結果，測量后再重復測量2次，取3次讀數的平均值。如讀數與玻片規定值相符，則折光計不需校正，否則可將棱鏡恰好調至玻片規定的折光率處，再用附件的小鑰匙插向鏡筒旁的小方孔內螺絲上，輕微轉動，直至明暗交界處恰好移至十字交叉處即可。投影式折光計校正方法同上，但標準玻片黏附在下面棱鏡處。
2.注意事項
①儀器必須置于有充足光線和干燥的房間，不可在有酸堿氣或潮濕的實驗室中使用，更不可放置儀器于高溫爐或水槽旁。
②大多數供試品的折光率受溫度影響較大，一般是溫度升高折光率降低，但不同物質升高或降低的值不同，因此在測定時溫度恒定至少半小時。
③上下棱鏡必須清潔，勿用粗糙的紙或酸性乙醚擦拭棱鏡，勿用折光計測試強酸性或強堿性供試品或有腐蝕性的供試品。
④滴加供試品時注意棒或滴管尖不要觸及棱鏡，防止棱鏡造成劃痕。加入量要適中，使在棱鏡上生成一均勻的薄層，檢品過多，會流出棱鏡外部，檢品太少，會使視野模糊不清，同時勿使氣泡進入樣品，以免氣泡影響折光率。
⑤讀數時視野中的黑白交叉線必須明顯，且明確地位于十字交叉線上，除調節色散補償旋鈕外，還應調整下部反射鏡或上棱鏡透光處的光亮強度。
⑥測定揮發性液體時，可將上下棱鏡關閉，將測定液沿棱鏡進樣孔流入，要隨加隨讀，測固體樣品或用標準玻片校正儀器時，只能將供試品或標準玻片置于測定棱鏡上，而不能關閉上下棱鏡。
⑦測定結束時，必須用能溶解供試品的溶劑如水、乙醇或乙醚將上下棱鏡擦拭干凈，晾干，放入儀器箱內，并放入硅膠防潮。
知識拓展
影響折光率測定的因素
（1）物質的性質 物質折光率的大小是由物質的性質決定的。物質的濃度在通常情況下，溶液的濃度越大，其折光率也越大。在一定的濃度范圍內，藥物溶液的濃度和折光率呈線性關系。
（2）溫度 溫度對介質折光率的影響，主要是由于溫度變化伴隨著密度的變化。通常情況下，溫度升高，折光率降低。
（3）波長 光在物質中的傳播速率與光的頻率有關，通常情況下，波長越短，折光率越大；反之，波長越小，折光率越小。波長對折光率影響較大，所以在表示折光率時，要注明測定波長。
（4）壓力 一般情況下，壓力增加，物質的密度增加，故物質的折光率隨壓力升高而增加。但這種影響對氣體物質影響較大，對液體物質和固體物質的影響較小，因此，通常測定液體和固體藥物的折光率時，可以不考慮壓力的影響。
三、應用
折光率是有機化合物最重要的物理常數之一，它能精確而方便地測定出來，作為液體物質純度的標準，它比沸點更為可靠。具體的應用如下。
1.藥物鑒別及純度檢查
利用折光率，可鑒定未知化合物。如果一個化合物是純的，那么就可以根據所測得的折光率排除考慮中的其他化合物，從而識別出這個未知物來。如2015年版《中國藥典》規定二甲硅油的折光率為1.400～1.410。
折光率也用于確定液體混合物的組成。在蒸餾兩種或兩種以上的液體混合物且當各組分的沸點彼此接近時，那么就可利用折光率來確定餾分的組成。因為當組分的結構相似和極性相同時，混合物的折光率和物質的量組成之間常呈線性關系。例如，由1mol四氯化碳和1mol甲苯組成的混合物折光率為1.4822，而純甲苯和純四氯化碳在同一溫度下折光率分別為1.4944和1.4651。所以，當分餾此混合物時，就可利用這一線性關系求得餾分的組成。
一般采用通過在規定的實驗條件下測定供試品的折光率，將實驗結果與2015年版《中國藥典》收載的藥物折光率進行比較是否一致，以判斷供試品是否符合規定。
2.含量測定——標準曲線法
本法是先測定一系列標準溶液的折光率，以測得的折光率為縱坐標，標準溶液的濃度為橫坐標，繪制折光率-濃度（n-c）曲線，再在相同條件下測出供試品的折光率，從標準曲線上查得供試品的濃度。