Foundation Refractometry, Refractiers Typer, Applications

De Refraktometri Det er en metode for optisk stoffanalyse som måler brytningsindeksen for et stoff for å bestemme hovedegenskapene. Det er basert på det faktum at lyset, når du beveger seg fra et medium til et annet, opplever en retningsendring som avhenger av arten av disse midlene.

Lysets hastighet i vakuum er C = 300.000 km/s, men i vannet, for eksempel, synker det til V = 225.000 km /s. Brytningsindeksen n Det er definert nøyaktig som kvotienten CV.

Figur 1. Refraktometer brukt til å måle sukkerinnhold i frukt. Kilde: Wikimedia Commons.

Anta at lyset fra en viss bølgelengde påvirker en forhåndsbestemt vinkel på overflaten som begrenser to forskjellige materialer. Da vil lynets retning endres, fordi hvert medium har en annen brytningsindeks.

[TOC]

Hvordan beregne brytningsindeksen

Snells lov relaterer brytningsindeksen mellom to medier 1 og 2 som:

n₁ sin θ₁ = n₂ sin θ₂

Her n₁ Det er brytningsindeksen i medium 1, θ₁ Det er forekomsten av lynets vinkel på grenseoverflaten, n₂ Det er brytningsindeksen i medium 2 og θ₂ Det er refraksjonsvinkelen, i hvis retning den overførte lynet fortsetter.

Figur 2. Lysstrål som påvirker to forskjellige medier. Kilde: Wikimedia Commons.

Materiell brytningsindeks er konstant og er kjent under visse fysiske forhold. Med dette kan du beregne brytningsindeksen til et annet medium.

For eksempel, hvis lyset passerer gjennom et glassprisme hvis indeks er n₁ Og så på grunn av stoffet hvis indeks du vil vite, og måler nøye forekomstvinkelen og refraksjonen, oppnås det:

n₂ = (sin θ₁ / sin θ₂). n₁

Typer avbrytere

Refraktometeret er et instrument som måler brytningsindeksen til en væske eller et fast stoff med flate og glatte ansikter. Det er to typer avbrytninger:

-Optisk-manuell type som abbe refraktometer.

-Digitale avbrytninger.

- Optisk-manuell type som abbe refraktometer

Abbes refraktometer ble oppfunnet på det nittende århundre av Ernst Abbe (1840-1905), en tysk fysiker som bidro betydelig til utviklingen av optikk og termodynamikk. Denne typen refraktometer er mye brukt i mat- og laboratorierindustrien for undervisning og består i utgangspunktet av:

-En lampe som en lysende kilde, vanligvis natriumdamp, hvis bølgelengde er kjent. Det er modeller som bruker normalt hvitt lys, som inneholder alle synlige bølgelengder, men de bringer prismer som kalles prismer Amici Prisms, som eliminerer uønskede bølgelengder.

Det kan tjene deg: naturlige kjemiske elementer

-EN Belysningsprisme og annen Refraksjon Prism, blant hvilke utvalget er plassert hvis indeks er å måle.

-Termometer, siden brytningsindeksen avhenger av temperaturen.

-Bildejusteringsmekanismer.

-Okulær, som observatøren utfører tiltaket.

Arrangementet av disse grunnleggende delene kan variere i henhold til utformingen (se figur 3 til venstre). Vi vil se prinsippene for drift.

Figur 3. Til venstre et ABBE -refraktometer og til høyre en grunnleggende driftsskjema. Kilde: Wikimedia Commons. 丰泽 一 号 [CC BY-SA (https: // CreativeCommons.Org/lisenser/by-SA/4.0)]

Abbe refraktometeroperasjon

Prosedyren er som følger: Prøven er plassert mellom brytningsprisme -som er fast -og lysprismen -Abatable-.

Refraksjonsprisme er veldig trukket og brytningsindeksen er høy, mens belysningen er matt og grov på kontaktflaten. På denne måten, når lampen tennes, sendes lys ut i alle retninger på prøven.

Ray AB i figur 3 er den med størst mulig avvik, så til høyre for punkt C vil en observatør se et skyggelagt felt, mens sektoren til venstre vil bli opplyst. Justeringsmekanismen kommer i handling nå, fordi det som søkes er å lage de to feltene.

For dette er det et hjelpemerke i Ocular, som varierer i henhold til designen, men det kan være et kors eller annen type signal, som tjener til å fokusere feltene.

Når de to feltene har samme størrelse, kan den kritiske vinkelen eller grensevinkelen måles, som er vinkelen der den overførte strålen vil gi gjennom overflaten som skiller media (se figur 4).

Å vite denne vinkelen lar deg direkte beregne refraksjonsindeksen til prøven, og ha prisme. La oss se dette mer detaljert da.

Den kritiske vinkelen 

I den følgende figuren ser vi at den kritiske vinkelen θ_c Det er en der lynet reiser bare på grenseoverflaten.

Hvis vinkelen økes mer, når bjelken ikke medium 2, men reflekteres og fortsetter i medium 1. Snells lov anvendt i denne saken ville være: Sen θ₂ = Sen 90º = 1, som fører direkte til brytningsindeksen i medium 2:

n₂ = n₁ sin θ_c

Figur 4. Kritisk vinkel. Kilde: f. Zapata.

Vel, den kritiske vinkelen oppnås bare utjevning av størrelsen på lysene og skyggen som blir sett av Ocular, som også observerer en gradert skala.

Kan tjene deg: Differensialelektron

Skalaen er vanligvis kalibrert for direkte lesing av brytningsindeksen, så avhengig av refraktometermodellen vil operatøren se noe som ligner på det som er observert i følgende bilde:

Figur 5. Omfanget av et refraktometer er kalibrert for å gi refraksjonsindeksen direkte. Kilde: Refraktometri. Oregon State University.

Den øvre skalaen, ved hjelp av den vertikale linjen, indikerer hovedmålet: 1.460, mens den nedre skalaen viser 0.00068. Når du har brytningsindeksen 1.46068.

Viktigheten av bølgelengde 

Lyset som påvirker lysprismen vil endre retning. Men ettersom det er en elektromagnetisk bølge, vil endringen avhenge av λ, lengden på hendelsesbølgen.

Ettersom det hvite lyset inneholder alle bølgelengder, brytes hver og en i en annen grad. For å unngå denne blandingen som gir opphav til et diffust bilde, må lyset som brukes i et refraktometer med høyt oppløsning ha en unik og kjent bølgelengde. Den mest brukte er den så -kalt natriumlinjen, hvis bølgelengde er 589,6 nm.

I tilfeller der det ikke er for presisjon, er naturlig lys tilstrekkelig, selv om det inneholder en blanding av bølgelengder. For å forhindre kanten mellom det opplyste og det mørke området av bildet, legger noen modeller imidlertid amici -kompenserende prismer.

Fordeler og ulemper

Refraktometri er en rask, økonomisk og pålitelig teknikk for å kjenne renheten til et stoff, så den er veldig utbredt i kjemi, bioanalyse og matteknologi.

Men siden det er forskjellige stoffer med samme brytningsindeks, er det nødvendig å vite hvilken som blir analysert. For eksempel er det kjent at sykloheksanen og noen sukkerholdige løsninger har den samme brytningsindeksen ved en temperatur på 20 ºC.

På den annen side avhenger brytningsindeksen i stor grad av temperaturen, som nevnt ovenfor, i tillegg til trykket og konsentrasjonen av brytningsløsningen. Alle disse parametrene må overvåkes nøye når det er nødvendig med stor presisjon i tiltak.

Når det gjelder typen refraktometer som skal brukes, avhenger det mye av applikasjonen den er ment. Her er noen kjennetegn ved hovedtypene:

Manuell abbe refraktometer

-Det er et pålitelig og lite vedlikeholdsinstrument.

-De er vanligvis økonomiske.

Kan tjene deg: analyt

-Veldig passende for å gjøre det å gjøre de grunnleggende prinsippene for refraktometri.

-Du må passe på å ikke klø overflaten på prisme i kontakt med prøven.

-Du må rengjøre etter hver bruk, men det kan ikke gjøres med papir eller grove materialer.

-Refractometer -operatøren må ha opplæring.

-Hvert tiltak må være registrert for hånd.

-De har vanligvis kalibrerte skalaer spesielt for et visst utvalg av stoffer.

-De må kalibreres.

-Vannbadekontrollsystemet kan være tungvint å bruke.

Digitale avbrytninger

-De er enkle å lese, siden tiltaket vises direkte på en skjerm.

-De bruker optiske sensorer for høye presisjonsavlesninger.

-De har muligheten til å lagre og eksportere de innhentede dataene og kunne konsultere dem når som helst.

-De er ekstremt presise, selv for stoffer hvis brytningsindeks er vanskelig å måle.

-Det er mulig å programmere forskjellige skalaer.

-De krever ikke temperaturjustering med vann.

-Noen modeller inneholder tetthetstiltak, for eksempel, eller kan koble seg til densimeter, pH -målere og andre, for å spare tid og oppnå samtidig tiltak.

-Det er ikke nødvendig.

-De er dyrere enn manuelle refraktometre.

applikasjoner

Å kjenne til brytningsindeksen for et utvalg indikerer graden av renhet av dette, så teknikken er mye brukt i matindustrien:

-I kvalitetskontrollen av oljer, for å bestemme deres renhet. For eksempel ved refraktometri er det mulig å vite om en solsikkeolje ble redusert ved å tilsette andre oljer av lavere kvalitet.

Figur 6. Matteknologilaboratorium. Kilde: Piqssels.

-Det brukes i matindustrien for å kjenne sukkerinnholdet i sukkerholdige drikker, syltetøy, melk og deres derivater og forskjellige sauser.

-De er også nødvendige i kvalitetskontroll av viner og øl, for å bestemme sukkerinnholdet og alkoholholdige avgang.

-I den kjemiske og farmasøytiske industrien for kvalitetskontroll av sirup, parfymer, vaskemidler og alle slags emulsjoner.

-De kan måle konsentrasjonen av urea - et avfall fra metabolismen av proteiner - i blodet.

Referanser

1. Kjemi -laboratorieteknikker. Refraktometri. Gjenopprettet fra: 2.UPS.Edu.
2. Gavira, J. Refraktometri. Hentet fra: Triplenlace.com
3. Mettle-Toledo. Sammenligning av forskjellige tetthets- og refraktometrimålingsteknikker. Gjenopprettet fra: MT.com.
4. Netto interlab. Hva er et refraktometer og hva er det for?. Gjenopprettet fra: Net-Interlab.er.
5. Oregon State University. Prinsipper for refraktometri. Gjenopprettet fra: nettsteder.Vitenskap.Oregonstate.Edu.