Refractometry asas, jenis refrakters, aplikasi

The Refractometry Ini adalah kaedah analisis bahan optik yang mengukur indeks biasan bahan untuk menentukan ciri -ciri utamanya. Ia berdasarkan fakta bahawa cahaya, ketika bergerak dari satu medium ke yang lain, mengalami perubahan arah yang bergantung pada sifat cara ini.

Kelajuan cahaya dalam vakum adalah c = 300.000 km/s, tetapi di dalam air, sebagai contoh, ia berkurangan kepada v = 225.000 km /s. Indeks pembiasan n Ia ditakrifkan dengan tepat sebagai kota CV.

Rajah 1. Refractometer yang digunakan untuk mengukur kandungan gula dalam buah -buahan. Sumber: Wikimedia Commons.

Katakan cahaya panjang gelombang tertentu mempengaruhi sudut yang telah ditetapkan di permukaan yang menghadkan dua bahan yang berbeza. Kemudian arah kilat akan berubah, kerana setiap medium mempunyai indeks biasan yang berbeza.

[TOC]

Cara mengira indeks pembiasan

Undang -undang Snell mengaitkan indeks biasan antara dua media 1 dan 2 sebagai:

n₁ sin θ₁ = n₂ sin θ₂

Di sini n₁ Ia adalah indeks pembiasan dalam sederhana 1, θ₁ Ia adalah sudut kejadian kilat pada permukaan had, n₂ Ia adalah indeks biasan dalam sederhana 2 dan θ₂ Ia adalah sudut pembiasan, di mana arahan kilat yang ditransmisikan berterusan.

Rajah 2. Sinar cahaya menjejaskan dua media yang berbeza. Sumber: Wikimedia Commons.

Indeks pembiasan bahan adalah malar dan diketahui dalam keadaan fizikal tertentu. Dengan ini anda boleh mengira indeks biasan medium lain.

Sebagai contoh, jika cahaya melewati prisma kaca yang indeksnya n₁ Dan kemudian kerana bahan yang indeks yang ingin anda ketahui, dengan teliti mengukur sudut kejadian dan pembiasan, ia diperolehi:

n₂ = (sin θ₁ / sin θ₂). n₁

Jenis refractometers

Refractometer adalah instrumen yang mengukur indeks biasan cecair atau pepejal dengan wajah rata dan licin. Terdapat dua jenis refrakteri:

-Jenis manual optik seperti refractometer Abbe.

-Refractiers digital.

- Jenis manual optik seperti refractometer Abbe

Refractometer Abbe dicipta pada abad kesembilan belas oleh Ernst Abbe (1840-1905), seorang ahli fizik Jerman yang menyumbang dengan ketara kepada perkembangan optik dan termodinamik. Jenis refractometer ini digunakan secara meluas dalam industri makanan dan makmal pengajaran dan pada dasarnya terdiri daripada:

-Lampu sebagai sumber bercahaya, biasanya wap natrium, yang panjang gelombangnya dikenali. Terdapat model yang menggunakan cahaya putih biasa, yang mengandungi semua panjang gelombang yang kelihatan, tetapi mereka membawa prisma yang dipanggil prisma Amici Prisms, yang menghilangkan panjang gelombang yang tidak diingini.

Ia dapat melayani anda: elemen kimia semulajadi

-A Prisma pencahayaan dan lain-lain Prisma pembiasan, di antaranya sampel diletakkan indeksnya adalah untuk mengukur.

-Termometer, kerana indeks biasan bergantung pada suhu.

-Mekanisme pelarasan imej.

-Okular, di mana pemerhati menjalankan ukuran.

Susunan bahagian asas ini boleh berubah mengikut reka bentuk (lihat Rajah 3 kiri). Kita akan melihat prinsip operasi.

Rajah 3. Di sebelah kiri refractometer Abbe dan di sebelah kanan skim operasi asas. Sumber: Wikimedia Commons. 丰泽 一 号 [cc by-sa (https: // creativeCommons.Org/lesen/by-sa/4.0)]

Operasi Refractometer Abbe

Prosedurnya adalah seperti berikut: Sampel diletakkan di antara prisma pembiasan -yang tetap -dan prisma pencahayaan -tidak dapat dilaksanakan-.

Prisma pembiasan sangat ditarik dan indeks pembiasannya tinggi, sementara pencahayaan adalah matte dan kasar di permukaan sentuhan. Dengan cara ini, apabila lampu dinyalakan, cahaya dipancarkan ke semua arah pada sampel.

Ray AB dari Rajah 3 adalah yang mempunyai sisihan yang paling besar, jadi di sebelah kanan titik c seorang pemerhati akan melihat medan yang berlorek, sementara sektor di sebelah kiri akan diterangi. Mekanisme pelarasan datang ke tindakan sekarang, kerana apa yang dicari adalah membuat dua bidang.

Untuk ini terdapat jenama bantuan dalam ocular, yang berbeza mengikut reka bentuk, tetapi ia boleh menjadi salib atau jenis isyarat lain, yang berfungsi untuk memfokuskan bidang.

Apabila kedua -dua bidang mempunyai saiz yang sama, sudut kritikal atau sudut had dapat diukur, iaitu sudut di mana sinar yang dihantar akan memberikan melalui permukaan yang memisahkan media (lihat Rajah 4).

Mengetahui sudut ini membolehkan anda mengira indeks pembiasan sampel secara langsung, mempunyai prisma. Mari lihat ini dengan lebih terperinci.

Sudut kritikal 

Dalam angka berikut kita melihat bahawa sudut kritikal θ_c Ia adalah satu di mana kilat bergerak di permukaan sempadan.

Sekiranya sudut meningkat lebih banyak maka rasuk tidak mencapai medium 2, tetapi dicerminkan dan berterusan dalam sederhana 1. Undang -undang Snell yang digunakan untuk kes ini ialah: Sen θ₂ = Sen 90º = 1, yang membawa terus ke indeks biasan dalam sederhana 2:

n₂ = n₁ sin θ_c

Rajah 4. Sudut kritikal. Sumber: f. Zapata.

Nah, sudut kritikal diperoleh hanya menyamakan saiz lampu cahaya dan bayangan yang dilihat oleh okular, yang juga memerhatikan skala lulus.

Boleh melayani anda: elektron pembezaan

Skala biasanya ditentukur untuk membaca langsung indeks biasan, jadi, bergantung kepada model refractometer, pengendali akan melihat sesuatu yang serupa dengan apa yang diperhatikan dalam imej berikut:

Rajah 5. Skala refractometer dikalibrasi untuk terus memberikan indeks pembiasan. Sumber: Refractometry. Oregon State University.

Skala atas, dengan bantuan garis menegak, menunjukkan ukuran utama: 1.460, manakala skala bawah menunjukkan 0.00068. Apabila anda mempunyai indeks pembiasan 1.46068.

Kepentingan panjang gelombang 

Cahaya yang mempengaruhi prisma pencahayaan akan mengubah arahnya. Tetapi kerana ia adalah gelombang elektromagnet, perubahan itu bergantung kepada λ, panjang gelombang kejadian.

Oleh kerana cahaya putih mengandungi semua panjang gelombang, masing -masing dibiaskan ke tahap yang berbeza. Untuk mengelakkan campuran ini yang menimbulkan imej yang tersebar, cahaya yang digunakan dalam refraktometer resolusi tinggi mesti mempunyai panjang gelombang yang unik dan terkenal. Yang paling banyak digunakan ialah garis natrium yang dipanggil, yang panjang gelombangnya adalah 589.6 nm.

Dalam kes -kes di mana tidak terlalu ketepatan diperlukan, cahaya semulajadi mencukupi, walaupun ia mengandungi campuran panjang gelombang. Walau bagaimanapun, untuk mengelakkan kelebihan antara kawasan yang diterangi dan gelap imej, beberapa model menambah amici pampasan prisma.

Kelebihan dan kekurangan

Refractometry adalah teknik yang cepat, ekonomik dan boleh dipercayai untuk mengetahui kesucian bahan, jadi sangat meluas dalam kimia, bioanalisis dan teknologi makanan.

Tetapi kerana terdapat bahan yang berbeza dengan indeks biasan yang sama, perlu mengetahui mana yang dianalisis. Sebagai contoh, diketahui bahawa sikloheksan dan beberapa penyelesaian manis mempunyai indeks biasan yang sama pada suhu 20 ºC.

Sebaliknya, indeks biasan bergantung pada suhu, seperti yang dinyatakan di atas, sebagai tambahan kepada tekanan dan kepekatan penyelesaian refraktif. Semua parameter ini mesti dipantau dengan teliti apabila ketepatan yang besar dalam langkah -langkah diperlukan.

Bagi jenis refractometer yang akan digunakan, ia banyak bergantung pada aplikasi yang dimaksudkan. Berikut adalah beberapa ciri jenis utama:

Manual Abbe refractometer

-Ia adalah alat penyelenggaraan yang boleh dipercayai dan rendah.

-Mereka biasanya menjimatkan.

Boleh melayani anda: analit

-Sangat sesuai untuk membiasakan prinsip asas refractometry.

-Anda mesti berhati -hati untuk tidak menggaru permukaan prisma yang bersentuhan dengan sampel.

-Anda mesti membersihkan selepas setiap penggunaan, tetapi tidak dapat dilakukan dengan kertas atau bahan kasar.

-Pengendali refractometer mesti menjalani latihan.

-Setiap langkah mesti didaftarkan dengan tangan.

-Mereka biasanya datang dengan skala yang dikalibrasi khusus untuk pelbagai bahan.

-Mereka perlu dikalibrasi.

-Sistem kawalan mandi air boleh digunakan untuk digunakan.

Refractiers digital

-Mereka mudah dibaca, kerana ukurannya muncul secara langsung di skrin.

-Mereka menggunakan sensor optik untuk bacaan ketepatan yang tinggi.

-Mereka mempunyai keupayaan untuk menyimpan dan mengeksport data yang diperoleh dan dapat berunding dengan mereka pada bila -bila masa.

-Mereka sangat tepat, walaupun untuk bahan yang indeks pembiasannya sukar untuk diukur.

-Adalah mungkin untuk memprogram skala yang berbeza.

-Mereka tidak memerlukan pelarasan suhu dengan air.

-Beberapa model menggabungkan langkah -langkah ketumpatan, contohnya, atau boleh menyambung ke densimeter, pH meter dan lain -lain, untuk menjimatkan masa dan mendapatkan langkah serentak.

-Ia tidak perlu.

-Mereka lebih mahal daripada refractometers manual.

Aplikasi

Mengetahui indeks pembiasan sampel menunjukkan tahap kesucian ini, jadi teknik ini digunakan secara meluas dalam industri makanan:

-Dalam kawalan kualiti minyak, untuk menentukan kesucian mereka. Contohnya oleh refractometry adalah mungkin untuk mengetahui jika minyak bunga matahari dikurangkan dengan menambahkan minyak berkualiti rendah yang lain.

Rajah 6. Makmal Teknologi Makanan. Sumber: PIQSELS.

-Ia digunakan dalam industri makanan untuk mengetahui kandungan gula dalam minuman manis, jem, susu dan derivatif mereka dan pelbagai sos.

-Mereka juga perlu dalam kawalan kualiti wain dan bir, untuk menentukan kandungan gula dan tamat pengajian alkohol.

-Dalam industri kimia dan farmaseutikal untuk mengawal kualiti sirup, minyak wangi, detergen dan semua jenis emulsi.

-Mereka dapat mengukur kepekatan urea - sisa dari metabolisme protein - dalam darah.

Rujukan

1. Teknik makmal kimia. Refractometry. Pulih dari: 2.UPS.Edu.
2. Gavira, J. Refractometry. Diperolehi dari: Triplenlace.com
3. Mettle-toledo. Perbandingan Ketumpatan dan Teknik Pengukuran Refractometry yang Berbeza. Pulih dari: mt.com.
4. Interlab bersih. Apa itu refractometer dan apa itu?. Pulih dari: interlab bersih.adalah.
5. Oregon State University. Prinsip refractometry. Pulih dari: laman web.Sains.Oregonstate.Edu.