Základná refraktometria, typy refraktérov, aplikácie

Ten Refraktometria Je to metóda analýzy optických látok, ktorá meria index lomu látky na určenie jej hlavných charakteristík. Je založená na skutočnosti, že svetlo, keď sa pohybuje z jedného média na druhé, zažíva zmenu smeru, ktorá závisí od povahy týchto prostriedkov.

Rýchlosť svetla vo vákuu je c = 300.000 km/s, ale napríklad vo vode, klesá na v = 225.000 km /s. Index lomu n Je definovaný presne ako kvocient životopis.

postava 1. Refraktometer používaný na meranie obsahu cukru v ovocí. Zdroj: Wikimedia Commons.

Predpokladajme, že svetlo určitej vlnovej dĺžky ovplyvňuje vopred určený uhol na povrchu, ktorý obmedzuje dva rôzne materiály. Potom sa zmení smer blesku, pretože každé médium má iný index lomu.

[TOC]

Ako vypočítať index lomu

Snellov zákon súvisí s indexom lomu medzi dvoma médiami 1 a 2 ako:

n₁ hriech₁ = n₂ hriech₂

Tu n₁ Je to index lomu v médiu 1, 9₁ Je to uhol výskytu blesku na limitnej ploche, n₂ Je to index lomu v médiu 2 a 9₂ Je to uhol lomu, v ktorom smere prenášané blesky pokračuje.

Obrázok 2. Svetelný lúč ovplyvňujúci dve rôzne médiá. Zdroj: Wikimedia Commons.

Index refrakcie materiálu je konštantný a je známy za určitých fyzikálnych podmienok. S týmto môžete vypočítať index lomu iného média.

Napríklad, ak svetlo prechádza skleneným hranolom, ktorého index je n₁ A potom kvôli látke, ktorej index chcete vedieť, starostlivo zmerajte uhol výskytu a lomu, získa sa:

n₂ = (sin 9₁ / hriech θ₂). n₁

Typy refraktometre

Refraktometer je prístroj, ktorý meria index lomu kvapaliny alebo tuhá látka s plochými a hladkými tvárami. Existujú dva typy refraktérov:

-Optický manuálny typ, napríklad refraktometra Abbe.

-Digitálny refraktér.

- Optický manuálny typ, napríklad refraktometra Abbe

Refraktometra Abbe vynájdila v devätnástom storočí Ernst Abbe (1840-1905), nemecký fyzik, ktorý významne prispel k rozvoju optiky a termodynamiky. Tento typ refraktometra sa široko používa v potravinárskom a laboratórnom priemysle výučby a v podstate pozostáva z:

-Lampa ako svetelný zdroj, zvyčajne pary sodíka, ktorej vlnová dĺžka je známa. Existujú modely, ktoré používajú normálne biele svetlo, ktoré obsahuje všetky viditeľné vlnové dĺžky, ale prinášajú hranoly nazývané hranoly Amici hranoly, ktoré eliminujú nežiaduce vlnové dĺžky.

Môže vám slúžiť: prírodné chemické prvky

-A osvetlenie a ďalšie Refrakčný hranol, medzi ktorými je vzorka umiestnená, ktorej index je merať.

-Teplomer, pretože index lomu závisí od teploty.

-Mechanizmy úpravy obrazu.

-Očný, prostredníctvom ktorého pozorovateľ vykonáva opatrenie.

Usporiadanie týchto základných častí sa môže meniť podľa návrhu (pozri obrázok 3 vľavo). Uvidíme princípy prevádzky.

Obrázok 3. Vľavo refraktometra Abbe a vpravo základná prevádzková schéma. Zdroj: Wikimedia Commons. 丰泽 一 号 [CC By-SA (https: // creativeCommons.Org/licencie/By-SA/4.0)]

Operácia Abbe refraktometra

Postup je nasledujúci: Vzorka je umiestnená medzi refrakčným hranolom -ktorý je fixovaný -a osvetľovacia hranol-.

Refrakčný hranol je veľmi ťahaný a jeho index lomu je vysoký, zatiaľ čo osvetlenie je matné a drsné na kontaktnej ploche. Týmto spôsobom, keď je žiarovka osvetlená, sa svetlo emituje vo všetkých smeroch na vzorke.

Ray AB na obrázku 3 je ten s najväčšou možnou odchýlkou, takže napravo od bodu C pozorovateľ uvidí tieňované pole, zatiaľ čo sektor vľavo bude osvetlený. Mechanizmus úpravy sa teraz začína konať, pretože hľadané je vyrobiť tieto dve polia.

Z tohto.

Ak majú tieto dve polia rovnakú veľkosť, môže sa merať kritický uhol alebo limitný uhol, čo je uhol, v ktorom by prenášaný lúč udelil povrchom, ktorý oddeľuje médium (pozri obrázok 4).

Poznanie tohto uhla vám umožňuje priamo vypočítať index lomu vzorky, mať hranol. Pozrime sa na to potom podrobnejšie.

Kritický uhol 

V nasledujúcom obrázku vidíme, že kritický uhol 9_c Je to jeden, v ktorom blesky cestuje práve na hraničnom povrchu.

Ak sa uhol zvýši viac, lúč nedosiahne médium 2, ale odráža sa a pokračuje v médiu 1. Snellov zákon sa uplatňuje na tento prípad: Sen θ₂ = Sen 90 ° = 1, čo vedie priamo k indexu lomu v médiu 2:

n₂ = n₁ hriech_c

Obrázok 4. Kritický uhol. Zdroj: f. Zapata.

Kritický uhol sa získa iba vyrovnávať veľkosti svetla svetla a tieňa, ktoré sú videné okom, ktorý tiež pozoruje odstupňovanú stupnicu.

Môže vám slúžiť: diferenciálny elektrón

Stupnica je zvyčajne kalibrovaná na priame odčítanie indexu lomu, takže v závislosti od modelu refraktometra uvidí operátor niečo podobné tomu, čo sa pozoruje na nasledujúcom obrázku:

Obrázok 5. Stupnica refraktometra je kalibrovaná tak, aby sa priamo poskytol index lomu. Zdroj: refraktometria. Oregonská štátna univerzita.

Horná stupnica s pomocou vertikálnej čiary označuje hlavnú mieru: 1.460, zatiaľ čo nižšia mierka zobrazuje 0.00068. Keď máte index lomu 1.46068.

Dôležitosť vlnovej dĺžky 

Svetlo, ktoré ovplyvňuje osvetľovací hranol, zmení jeho smer. Ale keďže ide o elektromagnetickú vlnu, zmena bude závisieť od λ, dĺžky dopadajúcej vlny.

Pretože biele svetlo obsahuje všetky vlnové dĺžky, každá z nich je lomená do inej miery. Aby sa predišlo tejto zmesi, ktorá vedie k rozptýlenému obrazu, svetlo používané v refraktometre s vysokým rozlíšením musí mať jedinečnú a dobre známu vlnovú dĺžku. Najpoužívanejšia je tzv.

V prípadoch, keď sa nevyžaduje príliš presnosť, postačuje prirodzené svetlo, hoci obsahuje zmes vlnových dĺžok. Aby sa však zabránilo okraju medzi osvetlenou a tmavou oblasťou obrázka, niektoré modely pridávajú AMICI kompenzujúce hranoly.

Výhody a nevýhody

Refraktometria je rýchla, ekonomická a spoľahlivá technika poznať čistotu látky, takže je veľmi rozšírená v chémii, bioanalýze a potravinovej technológii.

Ale pretože existujú rôzne látky s rovnakým indexom lomu, je potrebné vedieť, ktorý z nich sa analyzuje. Napríklad je známe, že cyklohexan a niektoré sladké roztoky majú rovnaký index lomu pri teplote 20 ° C.

Na druhej strane index lomu do značnej miery závisí od teploty, ako je uvedené vyššie, okrem tlaku a koncentrácie refraktérneho roztoku. Všetky tieto parametre sa musia starostlivo monitorovať, keď sa vyžaduje veľká presnosť v opatreniach.

Pokiaľ ide o typ refraktometra. Tu je niekoľko charakteristík hlavných typov:

Manuálny refraktometra

-Je to spoľahlivý a nízka údržba nástroja.

-Zvyčajne sú ekonomické.

Môže vám slúžiť: Analyt

-Veľmi vhodné na oboznámenie základných princípov refraktometrie.

-Musíte sa postarať, aby ste nepoškrabali povrch hranolu v kontakte so vzorkou.

-Po každom použití musíte vyčistiť, ale nedá sa to urobiť pomocou papiera alebo drsných materiálov.

-Prevádzkovateľ refraktometra musí mať tréning.

-Každé opatrenie musí byť zaregistrované ručne.

-Zvyčajne prichádzajú s kalibrovanými stupnicami špeciálne pre určitý rozsah látok.

-Musia byť kalibrované.

-Systém riadenia vodného kúpeľa môže byť ťažkopádny na použitie.

Digitálny refraktér

-Sú ľahko čitateľné, pretože opatrenie sa zobrazuje priamo na obrazovke.

-Používajú optické senzory pre vysoké presné hodnoty.

-Majú schopnosť ukladať a exportovať získané údaje a môžu ich kedykoľvek konzultovať.

-Sú mimoriadne presné, dokonca aj pre látky, ktorých index lomu je ťažké merať.

-Je možné naprogramovať rôzne stupnice.

-Nevyžadujú nastavenie teploty vodou.

-Niektoré modely obsahujú napríklad opatrenia hustoty alebo sa môžu pripojiť k denzimetrom, metrom pH a iným, aby sa ušetril čas a získal súčasné opatrenia.

-Nie je to nutné.

-Sú drahšie ako manuálne refraktometre.

Žiadosti

Poznanie indexu lomu vo vzorke naznačuje stupeň čistoty, takže technika sa široko používa v potravinárskom priemysle:

-Pri kontrole kvality olejov, aby sa určila ich čistota. Napríklad refraktometriou je možné vedieť, či sa slnečnicový olej znížil pridaním ďalších olejov s nižšou kvalitou.

Obrázok 6. Laboratórium pre potravinové technológie. Zdroj: piqsels.

-Používa sa v potravinárskom priemysle na poznanie obsahu cukru v sladkých nápojoch, džemoch, mlieku a ich derivátoch a rozmanitých omáčkach.

-Sú tiež potrebné pri kontrole kvality vín a pív na určenie obsahu cukru a promócie alkoholu.

-V chemickom a farmaceutickom priemysle na kontrolu kvality sirupov, parfumov, detergentov a všetkých druhov emulzií.

-Môžu zmerať koncentráciu močoviny - odpad z metabolizmu proteínov - v krvi.

Odkazy

1. Techniky chémie laboratória. Refraktometria. Získané z: 2.Utier.Edu.
2. Gavira, J. Refraktometria. Zdroj: Triplenlace.com
3. Tolido. Porovnanie rôznych techník merania hustoty a refraktometrie. Získané z: mt.com.
4. Interlab. Čo je refraktometra a na čo je pre?. Získané z: net-interlab.je.
5. Oregonská štátna univerzita. Princípy refraktometrie. Obnovené z: stránok.Veda.Oregonstate.Edu.