refractometrie este o metodă de analiză optică a substanțelor care măsoară indicele de refracție al unei substanțe pentru a determina principalele sale caracteristici. Se bazează pe faptul că lumina, atunci când trece de la un mediu la altul, suferă o schimbare de direcție care depinde de natura acestor medii..
Viteza luminii în vid este c = 300.000 km / s, dar în apă, de exemplu, scade la v = 225.000 km / s. Indicele de refracție n este definit exact ca coeficientul CV.
Să presupunem că lumina cu o anumită lungime de undă cade la un unghi prestabilit pe suprafață, care limitează două materiale diferite. Atunci direcția razei se va schimba, deoarece fiecare mediu are un indice de refracție diferit.
Indice articol
Legea lui Snell raportează indicele de refracție între două medii 1 și 2 ca:
n1 sen θ1 = nDouă sen θDouă
Aici n1 este indicele de refracție în mediul 1, θ1 este unghiul de incidență al razei pe suprafața limită, nDouă este indicele de refracție în mediul 2 șiDouă este unghiul de refracție, în ce direcție raza transmisă continuă.
Indicele de refracție al materialelor este constant și este cunoscut în anumite condiții fizice. Cu aceasta puteți calcula indicele de refracție al unui alt mediu.
De exemplu, dacă lumina trece printr-o prismă de sticlă al cărei indice este n1 și apoi pentru substanța al cărei index dorim să îl cunoaștem, măsurând cu atenție unghiul de incidență și unghiul de refracție, obținem:
nDouă = (sin sin1 / sen θDouă). n1
Refractometrul este un instrument care măsoară indicele de refracție al unui lichid sau al unui solid cu fețe plate și netede. Există două tipuri de refractometre:
-Tip optic-manual, cum ar fi refractometrul lui Abbe.
-Refractometre digitale.
Refractometrul Abbe a fost inventat în secolul al XIX-lea de Ernst Abbe (1840-1905), un fizician german care a contribuit semnificativ la dezvoltarea opticii și a termodinamicii. Acest tip de refractometru este utilizat pe scară largă în industria alimentară și în laboratoarele didactice și constă în principiu din:
-O lampă ca sursă de lumină, în general vapori de sodiu, a cărei lungime de undă este cunoscută. Există modele care utilizează lumină albă normală, care conține toate lungimile de undă vizibile, dar au prisme încorporate numite Amici prisme, care elimină lungimile de undă nedorite.
-A prisma de iluminat si altul prisma refractivă, între care se plasează eșantionul al cărui indice urmează să fie măsurat.
-Termometru, deoarece indicele de refracție depinde de temperatură.
-Mecanisme de reglare a imaginii.
-Ocularul, prin care observatorul efectuează măsurarea.
Dispunerea acestor piese de bază poate varia în funcție de design (a se vedea figura 3 din stânga). Apoi vom vedea principiile de funcționare.
Procedura este după cum urmează: proba este plasată între prisma de refracție - care este fixă - și prisma de iluminare - înclinabilă-.
Prisma de refracție este foarte lustruită și indicele său de refracție este ridicat, în timp ce prisma de iluminare este mată și aspră pe suprafața de contact. În acest fel, când lampa este aprinsă, lumina este emisă în toate direcțiile de pe probă..
Raza AB din figura 3 este cea cu cea mai mare abatere posibilă, astfel încât în dreapta punctului C un observator va vedea un câmp umbrit, în timp ce sectorul din stânga va fi iluminat. Mecanismul de ajustare intră în acțiune acum, deoarece ceea ce se caută este să facă cele două câmpuri să aibă aceeași dimensiune.
Pentru aceasta există un semn de ajutor pe ocular, care variază în funcție de design, dar poate fi o cruce sau un alt tip de semnal, care servește la centrarea câmpurilor.
Făcând cele două câmpuri aceeași dimensiune, se poate măsura unghiul critic sau unghiul limită, care este unghiul la care raza transmisă ar trece pășunând suprafața care separă mediul (vezi figura 4).
Cunoașterea acestui unghi permite calcularea directă a indicelui de refracție al eșantionului, luând pe cel al prismei. Să vedem mai detaliat acest lucru mai jos..
În figura următoare vedem că unghiul critic θc este cel în care raza se deplasează chiar peste suprafața limită.
Dacă unghiul este mărit în continuare, atunci fasciculul nu ajunge la mijlocul 2, dar se reflectă și continuă în mijlocul 1. Legea lui Snell aplicată acestui caz ar fi: sin θDouă = sin 90º = 1, ceea ce duce direct la indicele de refracție în mediul 2:
nDouă = n1 sen θc
Ei bine, unghiul critic se obține tocmai prin echivalarea dimensiunii câmpurilor de lumină și umbră văzute prin ocular, prin care se observă și o scară gradată.
Scala este de obicei calibrată pentru citirea directă a indicelui de refracție, astfel încât, în funcție de modelul refractometrului, operatorul va vedea ceva similar cu ceea ce se observă în următoarea imagine:
Scara superioară, cu ajutorul liniei verticale, indică măsurarea principală: 1.460, în timp ce scara inferioară arată 0.00068. Când adăugăm, avem indicele de refracție 1.46068.
Lumina care cade pe prisma de iluminare își va schimba direcția. Dar, deoarece este o undă electromagnetică, schimbarea va depinde de λ, lungimea undei incidente.
Deoarece lumina albă conține toate lungimile de undă, fiecare este refractată într-un grad diferit. Pentru a evita acest amestec care duce la o imagine neclară, lumina utilizată într-un refractometru de înaltă rezoluție trebuie să aibă o lungime de undă unică și cunoscută. Cea mai utilizată este așa-numita linie D de sodiu, a cărei lungime de undă este de 589,6 nm.
În cazurile în care nu este necesară prea multă precizie, lumina naturală este suficientă, chiar dacă conține un amestec de lungimi de undă. Cu toate acestea, pentru a evita estomparea marginii dintre zonele luminoase și întunecate ale imaginii, unele modele adaugă prismele compensatoare ale lui Amici..
Refractometria este o tehnică rapidă, ieftină și fiabilă pentru a cunoaște puritatea unei substanțe, motiv pentru care este utilizată pe scară largă în chimie, bioanaliză și tehnologia alimentară..
Dar, deoarece există diferite substanțe cu același indice de refracție, este necesar să știm care este analizată. De exemplu, ciclohexanul și unele soluții zaharoase sunt cunoscute ca având același indice de refracție la o temperatură de 20 ° C..
Pe de altă parte, indicele de refracție este foarte dependent de temperatură, așa cum sa menționat mai sus, în plus față de presiunea și concentrația soluției de refracție. Toți acești parametri trebuie monitorizați cu atenție atunci când sunt necesare măsurători de înaltă precizie..
În ceea ce privește tipul de refractometru de utilizat, depinde foarte mult de aplicația pentru care este destinat. Iată câteva caracteristici ale principalelor tipuri:
-Este un instrument fiabil și cu întreținere redusă.
-De obicei sunt ieftine.
-Foarte potrivit pentru a vă familiariza cu principiile fundamentale ale refractometriei.
-Trebuie avut grijă să nu zgâriați suprafața prismei în contact cu proba..
-Trebuie curățat după fiecare utilizare, dar nu se poate face cu hârtie sau materiale brute.
-Operatorul refractometrului trebuie să aibă pregătire.
-Fiecare măsurare trebuie înregistrată manual.
-De obicei, acestea vin cu cântare calibrate special pentru o anumită gamă de substanțe..
-Acestea trebuie calibrate.
-Sistemul de control al temperaturii băii de apă poate fi greu de utilizat.
-Sunt ușor de citit, deoarece măsurarea apare direct pe un ecran.
-Folosiți senzori optici pentru citiri de înaltă precizie.
-Au capacitatea de a stoca și exporta datele obținute și de a le putea consulta în orice moment.
-Sunt extrem de precise, chiar și pentru substanțele al căror indice de refracție este dificil de măsurat.
-Se pot programa diferite scale.
-Nu necesită reglarea temperaturii cu apă.
-Unele modele încorporează măsurători de densitate, de exemplu, sau pot fi conectate la densimetre, pH-metri și altele, pentru a economisi timp și a obține măsurători simultane.
-Nu este necesar să le recalibrați, ci să verificați funcționarea lor corectă din când în când prin măsurarea indicelui de refracție al substanțelor cunoscute, cum ar fi apa distilată de exemplu..
-Sunt mai scumpe decât refractometrele manuale.
Cunoașterea indicelui de refracție al unui eșantion indică gradul său de puritate, motiv pentru care tehnica este utilizată pe scară largă în industria alimentară:
-În controlul calității uleiurilor, pentru a determina puritatea acestora. De exemplu, prin refractometrie este posibil să știm dacă un ulei de floarea-soarelui a fost redus prin adăugarea altor uleiuri de calitate inferioară.
-Se utilizează în industria alimentară pentru a cunoaște conținutul de zahăr din băuturile cu zahăr, gemuri, lapte și derivații săi și diverse sosuri.
-De asemenea, acestea sunt necesare în controlul calității vinurilor și berilor, pentru a determina conținutul de zahăr și conținutul de alcool..
-În industria chimică și farmaceutică pentru controlul calității siropurilor, parfumurilor, detergenților și a tuturor tipurilor de emulsii.
-Pot măsura concentrația de uree - o deșeuri din metabolismul proteinelor - în sânge.
Nimeni nu a comentat acest articol încă.