石蜡产品折光率测定的研究

张雁玲 王家兴 郭士刚

摘      要：折光率是石蜡产品的一项重要指标，国内还没有专门针对石蜡折光率测定的标准方法。介绍了折光率测定原理以及国内外标准发展现状，并采用自动折光仪从试验温度、试验结果的重复性和再现性、仪器的可靠性考察了对石蜡产品折光率测定的影响。实验结果表明：采用自动折光仪测定石蜡产品在液体状态下的折光率，试验温度应至少高于熔点/滴熔点5 ℃，所得试验结果的重复性≯0.000 2，再现性在0.000 4～0.000 6波动，具有准确度高、操作简捷、快速测量等优点，可为制定石蜡产品折光率测定的标准方法提供数据支撑。

关  键  词：石蜡;折光率;熔点;标准

中图分类号：TE626       文献标识码： A       文章编号：1671-0460（2020）08-1825-04

Abstract： The refractive index is an important index for paraffin products. Now，there is no standard method for the determination of the refractive index for paraffin products in China. In this paper， the principle of refractive index measurement and the development of domestic and foreign standards were introduced. The influences of test temperature， repeatability and reproducibility of test results and the reliability of the instrument on the determination of refractive index of paraffin products were investigated by automatic refractometer. The experimental results showed that the test temperature by the automatic refractometer should be at least 5 ℃ higher than the melting point/drop melting point. The repeatability was not greater than 0.000 2 and the reproducibility was in the range of 0.000 4～0.000 6. The test method has advantages of high accuracy， simple operation and quick measurement， which can provide data support for the establishment of a standard method for the determination of refractive index for paraffin products.

Key words： Paraffin; Refractive index; Melting point; Standard

折光率也叫折光指數，是指在一定温度下，钠光谱D线的条件下，空气中的光速与被测物中的光速的比值或光自空气通过被测物时的入射角的正弦与折射角的正弦的比值。折光率通常以n tD表示，t是试验温度，D通常为钠光谱D线，波长为589.3 nm。折光率的大小与光线所经过的第二种物质的性质、光线的波长以及试验温度有关。温度升高，折光率变小;波长越短，折光率越大。折光率还与分子结构、分子间作用力有关[1-2]。通过测定物质的折光率可鉴别物质组成，确定物质的纯度和浓度等性质。折光率与石蜡组成密切相关[3-5]，表1是不同批次橡胶防护蜡折光率与组成的测定结果，可以看出随着正构烷烃含量的不断增大即非正构烷烃含量的不断减小，折光率会逐渐减小。因此，折光率在一定程度上可以反映石蜡产品的组成，是石蜡产品重要的技术指标。

目前国内多采用GB/T 6488—2008《液体化工产品 折光率的测定（20 ℃）》测定液体化工产品以及石油产品的折光率[6]。该标准方法采用手动阿贝折光仪，测定温度单一，且仅规定了两次测定结果的相差值，无重复性和再现性要求。现行石油产品折光率的标准方法已不能满足产品多样性、设备高效性及方法先进性的要求。而且NB/SH/T 0871—2013《橡胶防护蜡》产品标准[7]规定采用GB/T 6488—2008《液体化工产品 折光率的测定（20 ℃）》测定橡胶防护蜡在80 ℃下的折光率，实属于超范围检测。在“放管服”的新形势下，国内没有石蜡产品折光率测定的标准方法，处于无方法可依的空白状态。因此，有必要制定操作性和实用性更强且具有一定先进性的新标准，以适应市场需求，增强我国石蜡产品的市场竞争力，推动技术进步和创新。本文分析和比较了国内外折光率测定的标准方法，采用自动折光仪从试验温度、试验结果的重复性和再现性、仪器的可靠性等方面考察了对石蜡产品折光率测定的影响，为制定石蜡产品折光率测定的标准方法提供数据依据。

1  折光率测定原理

光的折射定律是指无论入射角怎样改变，入射角的正弦与折射角的正弦之比恒等于光在两种介质中的传播速度之比。而折光率是指在一定温度下，钠光谱D线的条件下，空气中的光速与被测物中的光速的比值或光自空气通过被测物时的入射角的正弦与折射角的正弦的比值。因此，当光从折射率为n的被测物质进入折射率为N的棱镜时，入射角i，折射角r，则 ：

当入射角增大到某一角度，如图1中4的位置时，其折射线4'恰好与0M重合，此时折射线不再进入光疏介质而是沿两介质的接界面OM平行射出，这种现象称为全反射，发生全反射的入射角称为临界角。n2 是已知的棱镜的折射率;α是临界角;n1是被测样的折射率，则：

自动折光仪测量样品的折光率是以全反射临界角的测定为基础的。LED光源从各种不同角度将发散到与样品接触的棱镜表面。由于样品和棱镜的折光率不同，光线会发生部分折射和反射或全反射（α临界）。采用高分辨率传感器阵列测量反射光的强度，计算出全反射临界角，便可根据公式计算样品折光率。工作原理见图2。

2  国内外标准情况

目前，国内多采用GB/T 6488—2008《液体化工产品 折光率的测定（20 ℃）》测定液体化工产品及石油产品的折光率，采用GB/T 614—2006《化学试剂 折光率测定通用方法》测定液体化学试剂的折光率[7]，采用GB/T 14454.4—2008《香料 折光指数的测定》测定香料的折光率[8]，这3种方法均采用手动阿贝折光仪，未给出精密度要求，且只能测定20 ℃下的折光率，不能满足常温下是固体或半固体产品测定折光率的要求。GB/T 5527—2010《动植物油脂 折光指数的测定》规定了动植物油脂折光率的测定方法[9]，DB13/T 1220—2010《有机化工产品折光率测定方法》是湖北省的地方标准[10]，规定了测定液体有机化工产品折光率的方法，这两种方法均可将测定温度下的折光率转换成规定温度下的折光率且有精密度要求，但适用范围太窄。GB/T 13531.7—2018《化妆品通用检验方法 折光指数的测定》具有一定的先进性[11]，规定了手动阿贝折光仪和自动折光仪测定化妆品折光率的方法，并对部分样品规定了精密度要求。ISO 5661—1983《石油产品 液体烃类折光率的测定》仅能测定20～30 ℃下液体烃类的折光率，要求3次测定结果的绝对差值≯0.000 2，无精密度要求[12]。目前，国内无测定石蜡产品在液态下折光率的标准方法。

3  石蜡产品折光率的测定

采用型号为Control Unit Abbemat的自动折光仪测定石蜡产品的折光率。自动折光仪具有精确控温、测量快速、试验温度可调等优点。试验前应对仪器的准确性进行检查。最简单的方法是用纯水进行检查。20 ℃纯水的折光率为1.333 0，25 ℃时为  1.332 5，40 ℃时为1.330 5。若存在误差，应对仪器进行校正。

所用石蜡产品为全精炼石蜡、半精炼石蜡、阻燃材料专用蜡、炸药专用复合蜡、橡胶防护蜡、费托蜡等，来自中石化南阳能源化工有限公司、荆门分公司、茂名分公司等。

3.1  不同温度下石蜡产品的折光率测定

自動折光仪的型号为Control Unit Abbemat，最高试验温度可达125 ℃，能保证各种石蜡产品处于液体状态。该仪器可使温度的分辨率达到0.01 ℃，准确度为±0.03 ℃，可快速升温和降温;折光率的分辨率达到0.000 001，准确度为±0.000 02，可准确测定折光率。

采用GB/T 2539—2008《石油蜡熔点的测定 冷却曲线法》及GB/T 8026—2014《石油蜡和石油脂滴熔点测定法》测定石蜡的熔点及滴熔点。以石蜡的熔点或滴熔点为基准，每升高5 ℃测定折光率，并进行重复性试验，测定结果保留到小数点后4位。试验结果见表2。从表2可知，测定折光率的温度要高于熔点/滴熔点至少5℃，以确保样品完全处于液体状态。随着试验温度的升高，石蜡产品的折光率逐渐降低。每升高5 ℃，折光率减小1.5×10-3～2.5×10-3。试验结果满足现行标准GB/T 6488—2008《液体化工产品 折光率的测定（20 ℃）》规定的两次测定结果的绝对差值不大于0.000 2，具有较好的重复性。试验过程涵盖多种石蜡产品，包括滴熔点高于100 ℃的费托蜡，具有广泛适用性。石蜡产品折光率的测定温度可根据产品的使用要求进行灵活的设定，但应至少高于熔点/滴熔点5 ℃。

3.2  不同型号自动折光仪比对试验

采用型号分别为Control Unit Abbemat 和Abbemat350的自动折光仪，分别对工业石蜡、全精炼石蜡、半精炼石蜡、阻燃材料专用蜡等进行折光率测定，且对试验温度进行调整，试验结果见表3。从表3可以看出，随着试验温度的增加，两种仪器所测同一产品的折光率具有一致的变化规律，每升高5 ℃，折光率减小1.5×10-3～2.5×10-3。两种仪器的折光率测定结果差值在0.000 4～0.000 6之间波动，具有较好的再现性，可为制定石蜡产品折光率测定标准的精密度计算提供有效数据。

3.3  仪器稳定性考察

为了考察自动折光仪测定折光率的稳定性，采用型号为Control Unit Abbemat的自动折光仪，选用橡胶防护蜡和半精炼石蜡，在每增加1 ℃的试验条件下依次测定折光率，测定结果见表4。

从表4可以看出，当试验温度每升高1 ℃，石蜡产品的折光率会减少3.5×10-4～5.5×10-4，这与液体有机化合物折光率随温度的变化规律一致。不同温度下测定的折光率可粗略转化成另一温度下的折光率，为了便于计算，一般采用4×10-4为温度每变化1 ℃的校正值。虽然所得结果略有误差，但具有参考价值。折光率测定的试验结果满足现行标准GB/T 6488—2008《液体化工产品折光率的测定（20 ℃）》中规定的两次测定结果的绝对差值不大于0.000 2，具有良好的重复性，仪器稳定性好。折光率对试验温度的变化较为灵敏，自动折光仪可在精确且可控的温度下进行试验，以确保折光率测定结果的准确性。

4  结 论

折光率与组成密切相关，是石蜡产品的一项重要指标。目前，国内还没有专门针对石蜡折光率测定的标准方法。采用自动折光仪测定石蜡产品在液体状态下的折光率，操作方便，准确度高，重复性和再现性好，具有一定的先进性，可为制定石蜡产品折光率测定的标准方法以及计算精密度要求提供数据支撑。及时地制定和修订标准以适应市场需求，可促进石蜡产品质量的提高，推动技术进步与创新，具有良好的社会效益和经济效益。

参考文献：

[1]范维玉，杨孟龙，陈树坤，等.几种典型石油酸酯的基本性质-倾点、密度及折光率的研究[J].石油炼制与化工，2000，31（8）：60-63.

[2]张玉林，王乃信. 烷烃的折光率与分子结构间的定量关系[J].西北农业大学学报，2000，28（2）：72-75.

[3]张建雨，王丽华，潘金亮，等. 南阳五种石油蜡的组成与晶体结构[J]. 华东理工大学学报：自然科学版，2014，40（3）：286-291.

[4]孟繁磊，周祥，郭锦标，等.异构烷烃的有效碳数与物性关联研究[J].计算机与应用化学，2010，27（12）：1638-1642.

[5]杜郢，苗天楫. 石蜡组成与使用性能的相关性研究（I）[J]. 石油学报（石油加工），1993，9（3）：98-105.

[6]GB/T 6488—2008，液体化工产品 折光率的测定（20℃）[S].

[7]GB/T 614—2006，化学试剂 折光率测定通用方法[S].

[8]GB/T 14454.4—2008，香料 折光指数的测定[S].

[9]GB/T 5527—2010，动植物油脂 折光指数的测定[S].

[10]DB13/T 1220—2010，有机化工产品折光率测定方法[S].

[11]GB/T 13531.7—2018，化妆品通用检验方法 折光指数的测定[S].

[12]ISO 5661—1983，石油产品 液体烃类折光率的测定[S].