De refraktometri er en metode for optisk analyse av stoffer som måler brytningsindeksen til et stoff for å bestemme dets viktigste egenskaper. Det er basert på det faktum at lys, når det går fra ett medium til et annet, gjennomgår en retningsendring som avhenger av naturen til disse mediene..
Lysets hastighet i vakuum er c = 300 000 km / s, men i vann faller den for eksempel til v = 225 000 km / s. Brytningsindeks n er definert nøyaktig som kvotienten CV.
Anta at lys med en viss bølgelengde faller i en forhåndsbestemt vinkel på overflaten som begrenser to forskjellige materialer. Da vil strålens retning endre seg, fordi hvert medium har en annen brytningsindeks.
Artikkelindeks
Snells lov relaterer brytningsindeksen mellom to medier 1 og 2 som:
n1 sen θ1 = nto sen θto
Her n1 er brytningsindeksen i mediet 1, θ1 er innfallsvinkelen til strålen på grenseoverflaten, nto er brytningsindeksen i mediet 2 ogto er brytningsvinkelen, i hvilken retning den overførte strålen fortsetter.
Brytningsindeksen for materialer er konstant og er kjent under visse fysiske forhold. Med dette kan du beregne brytningsindeksen til et annet medium.
For eksempel hvis lys passerer gjennom et glassprisme hvis indeks er n1 og for stoffet hvis indeks vi vil vite, nøye måle innfallsvinkelen og brytningsvinkelen, får vi:
nto = (synd θ1 / sen θto). n1
Refraktometeret er et instrument som måler brytningsindeksen til en væske eller et fast stoff med flate og glatte ansikter. Det finnes to typer refraktometre:
-Optisk-manuell type som Abbes refraktometer.
-Digitale refraktometre.
Abbe refractometer ble oppfunnet på 1800-tallet av Ernst Abbe (1840-1905), en tysk fysiker som bidro betydelig til utviklingen av optikk og termodynamikk. Denne typen refraktometer er mye brukt i næringsmiddelindustrien og undervisningslaboratorier og består i utgangspunktet av:
-En lampe som lyskilde, vanligvis natriumdamp, hvis bølgelengde er kjent. Det er modeller som bruker normalt hvitt lys, som inneholder alle de synlige bølgelengdene, men de har innebygde prismer kalt Amici prismer, som eliminerer uønskede bølgelengder.
-EN lysprisme og annen brytningsprisme, mellom hvilke prøven hvis indeks skal måles, plasseres.
-Termometer, siden brytningsindeksen avhenger av temperaturen.
-Justeringsmekanismer for bildet.
-Okularet, som observatøren gjennomfører målingen gjennom.
Arrangementet av disse grunnleggende delene kan variere avhengig av design (se figur 3 til venstre). Så får vi se prinsippene for drift.
Fremgangsmåten er som følger: prøven plasseres mellom brytningsprismaet - som er fast - og lysprismet - vippbart-.
Brytningsprismet er høyt polert og dets brytningsindeks er høyt, mens lysprismet er matt og grovt på kontaktflaten. På denne måten, når lampen slås på, sendes det lys 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 belyst. Justeringsmekanismen kommer i gang nå, siden det som søkes er å få de to feltene til å ha samme størrelse.
For dette er det et hjelpemerket på okularet, som varierer i henhold til designet, men det kan være et kryss eller en annen type signal som tjener til å sentrere feltene.
Ved å gjøre de to feltene like store, kan den kritiske vinkelen eller grensevinkelen måles, som er vinkelen som den overførte strålen vil passere og beiter overflaten som skiller mediet (se figur 4).
Å kjenne denne vinkelen gjør det mulig å direkte beregne brytningsindeksen til prøven, og ta den fra prismen. La oss se nærmere på dette nedenfor..
I den følgende figuren ser vi at den kritiske vinkelen θc er den der strålen beveger seg rett over grenseoverflaten.
Hvis vinkelen økes ytterligere, når strålen ikke midten 2, men reflekteres og fortsetter i midten 1. Snells lov anvendt i dette tilfellet vil være: sin θto = sin 90º = 1, som fører direkte til brytningsindeksen i medium 2:
nto = n1 sen θc
Den kritiske vinkelen oppnås nøyaktig ved å ligne størrelsen på felt av lys og skygge sett gjennom okularet, gjennom hvilken en gradert skala også observeres.
Vekten er vanligvis kalibrert for direkte avlesning av brytningsindeksen, så avhengig av refraktometer-modellen vil operatøren se noe som ligner på det som observeres i følgende bilde:
Den øvre skalaen, ved hjelp av den vertikale linjen, indikerer hovedmålingen: 1.460, mens den nedre skalaen viser 0.00068. Når vi legger til, har vi brytningsindeksen 1.46068.
Lyset som faller på lysprismet vil endre retning. Men siden det er en elektromagnetisk bølge, vil endringen avhenge av λ, lengden på den innfallende bølgen.
Siden hvitt lys inneholder alle bølgelengder, brytes hver enkelt i forskjellig grad. For å unngå denne blandingen som resulterer i et uklart bilde, må lyset som brukes i et høyoppløselig refraktometer ha en unik og kjent bølgelengde. Den mest brukte er den såkalte natrium D-linjen, hvis bølgelengde er 589,6 nm.
I tilfeller der det ikke kreves for mye presisjon, er naturlig lys tilstrekkelig, selv om det inneholder en blanding av bølgelengder. For å unngå uskarphet mellom de lyse og mørke områdene i bildet, legger noen modeller Amici's kompenserende prismer til..
Refraktometri er en rask, billig og pålitelig teknikk for å kjenne renheten til et stoff, og det er derfor det er mye brukt 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 cykloheksan og noen sukkerholdige løsninger kjent for å ha den samme brytningsindeksen ved en temperatur på 20 ° C..
På den annen side er brytningsindeksen sterkt avhengig av temperaturen, som angitt ovenfor, i tillegg til trykket og konsentrasjonen av brytningsoppløsningen. Alle disse parametrene må overvåkes nøye når målinger med høy presisjon er nødvendige..
Når det gjelder typen refraktometer som skal brukes, avhenger det mye av applikasjonen det er ment for. Her er noen kjennetegn ved hovedtypene:
-Det er et pålitelig og lite vedlikeholdsinstrument.
-De er vanligvis billige.
-Veldig passende å bli kjent med de grunnleggende prinsippene for refraktometri.
-Det må utvises forsiktighet for ikke å skrape overflaten av prismen i kontakt med prøven..
-Må rengjøres etter hver bruk, men kan ikke gjøres med papir eller grove materialer.
-Refraktometeroperatøren må ha opplæring.
-Hver måling må registreres for hånd.
-De kommer vanligvis med vekter kalibrert spesielt for et bestemt utvalg av stoffer..
-De må kalibreres.
-Kontrollsystem for vannbad kan være tungvint å bruke.
-De er enkle å lese, siden målingen vises direkte på en skjerm.
-Bruk optiske sensorer for avlesninger med høy presisjon.
-De har muligheten til å lagre og eksportere innhentede data og til å kunne konsultere dem når som helst.
-De er ekstremt nøyaktige, selv for stoffer hvis brytningsindeks er vanskelig å måle.
-Ulike skalaer kan programmeres.
-De krever ikke temperaturjustering med vann.
-Noen modeller har tetthetsmålinger, for eksempel, eller kan kobles til tetthetsmålere, pH-meter og andre, for å spare tid og oppnå samtidige målinger.
-Det er ikke nødvendig å kalibrere dem på nytt, men å kontrollere at de fungerer fra tid til annen ved å måle brytningsindeksen til kjente stoffer, for eksempel destillert vann..
-De er dyrere enn manuelle refraktometre.
Å kjenne brytningsindeksen til en prøve indikerer dens renhetsgrad, og det er derfor teknikken er mye brukt i næringsmiddelindustrien:
-I kvalitetskontrollen av oljer, for å bestemme renheten. For eksempel er det gjennom refraktometri mulig å vite om en solsikkeolje ble senket ved å tilsette andre oljer av lavere kvalitet.
-Det brukes i næringsmiddelindustrien for å kjenne til sukkerinnholdet i sukkerholdige drikker, syltetøy, melk og dets derivater og forskjellige sauser.
-De er også nødvendige i kvalitetskontrollen av viner og øl for å bestemme sukkerinnholdet og alkoholinnholdet..
-I den kjemiske og farmasøytiske industrien for kvalitetskontroll av sirup, parfyme, vaskemidler og alle slags emulsjoner.
-De kan måle konsentrasjonen av urea - et avfall fra proteinmetabolisme - i blodet.
Ingen har kommentert denne artikkelen ennå.