РЕФРАКТОМЕТРИЈА: ОБРАЗЛОЖЕЊЕ, ВРСТЕ РЕФРАКТОМЕТРА, ПРИМЕНЕ - ХЕМИЈА - 2026

Рефрацтометер је метод оптичког анализе супстанци која мери индекс рефракције супстанце да одреди своје главне функције. Заснива се на чињеници да светлост, прелазећи из једног медија у други, пролази кроз промену смера који зависи од природе ових медија.

Брзина светлости у вакууму је ц = 300.000 км / с, али се, на пример, у води смањује на в = 225.000 км / с. Индекс лома н прецизно је дефинисан као однос ц / в.

Слика 1. Рефрактометар који се користи за мерење садржаја шећера у воћу. Извор: Викимедиа Цоммонс.

Претпоставимо да светлост одређене таласне дужине пада под унапред одређеним углом на површини који ограничава два различита материјала. Тада ће се смер смера променити, јер сваки медијум има различит индекс рефракције.

Како израчунати индекс преламања

Снеллов закон повезује индекс рефракције између два медија 1 и 2 као:

Овде је н ₁ индекс рефракције у медијуму 1, θ ₁ је угао упадања зрака на граничну површину, н ₂ је индекс преламања у медијуму 2 и θ ₂ је угао рефракције, у ком правцу преносни сноп се наставља.

Слика 2. Зрак светлости који погоди два различита медија. Извор: Викимедиа Цоммонс.

Индекс лома материјала је константан и познат је у одређеним физичким условима. Са овим се може израчунати индекс лома другог медијума.

На пример, ако светлост пролази кроз стаклену призму чији је индекс н _1, а затим кроз супстанцу чији индекс желимо знати, пажљиво мерећи угао упада и угао лома, добијамо:

Врсте рефрактометра

Рефрактометар је инструмент који мери индекс лома течности или чврсте твари с равним и глатким лицима. Постоје две врсте рефрактометра:

-Оптичко-ручни тип попут рефрактометра Аббе.

-Дигитални рефрактометри.

- Оптичко-ручни тип попут Аббеовог рефрактометра

Аббе-рефрактометар изумио је у 19. веку Ернст Аббе (1840-1905), немачки физичар, који је значајно допринео развоју оптике и термодинамике. Ова врста рефрактометра широко се користи у прехрамбеној индустрији и наставним лабораторијама и у основи се састоји од:

-Светиљка као извор светлости, углавном натријумске паре, чија је таласна дужина позната. Постоје модели који користе нормално бело светло, које садржи све видљиве таласне дужине, али имају уграђене призме назване Амици призме, које елиминишу нежељене таласне дужине.

-Осветљујућа призма и друга рефракциона призма, између којих се поставља узорак чији индекс треба мерити.

-Термометар, јер индекс лома овиси о температури.

- Механизми прилагођавања слике.

-Оксер, преко кога посматрач врши мерење.

Распоред ових основних делова може се разликовати овисно о дизајну (види слику 3 лијево). Даље ћемо видети принципе рада.

Слика 3. Са леве стране Аббе рефрактометар, а са десне стране основни оперативни дијаграм. Извор: Викимедиа Цоммонс. 丰泽 一号

Како дјелује Аббе рефрактометар

Процедура је следећа: узорак се поставља између рефракционе призме - која је фиксирана - и осветљења призме - масне.

Рефракциона призма је високо полирана и њен индекс лома је висок, док је осветљујућа призма мат и храпава на додирној површини. На овај начин, када се лампица укључи, светлост се емитује у свим правцима узорка.

Раи АБ на слици 3 је онај са највећим могућим одступањем, па ће десно од тачке Ц посматрач видети осјенчано поље, док ће сектор лево бити осветљен. Механизам прилагођавања ступа на снагу сада, јер оно што желите је да два поља имају једнаку величину.

За то постоји окуларни знак на окулару, који варира у зависности од дизајна, али може бити крст или други тип сигнала, који служи за центрирање поља.

Ако два поља постану једнака величини, може се мерити критични угао или гранични угао, који је угао под којим би прослеђена зрака прошла пашећи површину која одваја медијум (видети слику 4).

Познавање овог угла омогућава директно израчунавање индекса лома узорка, узимајући вредност призме. Погледајмо ово детаљније у наставку.

Критични угао

На следећој слици видимо да је критични угао θ _ц онај код кога зрак путује тачно преко граничне површине.

Ако се угао даље повећава, греда не досеже средину 2, већ се одражава и наставља у средини 1. Снелл-ов закон примењен на овај случај би био: син θ ₂ = син 90º = 1, који води директно на индекс лома у медијуму 2:

Слика 4. Критични угао. Извор: Ф. Запата.

Па, критични угао се добија прецизно изједначавањем величине поља светлости и сенке које се виде кроз окулар, кроз која се такође опажа градуирана скала.

Вага се обично калибрира за директно очитавање индекса лома, па ће у зависности од модела рефрактометра, оператер видети нешто слично ономе што је опажено на следећој слици:

Слика 5. Љест рефрактометра калибрира се за директни давање индекса лома. Извор: Рефрактометрија. Орегон Стате Университи.

Горња скала, уз помоћ вертикалне линије, означава главно мерење: 1.460, док доња скала показује 0.00068. Приликом додавања, индекс лома је 1,46068.

Важност таласне дужине

Светлост која пада на расветну призму промениће свој смер. Али будући да је реч о електромагнетном таласу, промена ће зависити од λ, дужине упадног таласа.

Пошто бела светлост садржи све таласне дужине, свака се пребија у различитом степену. Да би се избегло мешање које резултира нејасном сликом, светлост која се користи у рефрактометру високе резолуције мора имати јединствену и познату таласну дужину. Највише се користи такозвана натријум Д линија, чија је таласна дужина 589,6 нм.

У случајевима када се не захтева превелика прецизност, природна светлост је довољна чак и ако садржи мешавину таласних дужина. Међутим, како не би замаглили ивицу између светла и тамног на слици, неки модели додају Амици компензацијске призме.

Предности и мане

Рефрактометрија је брза, јефтина и поуздана техника за познавање чистоће неке твари, због чега се широко користи у хемији, биоанализи и прехрамбеној технологији.

Али пошто постоје различите супстанце са истим индексом преламања, потребно је знати која се анализира. На пример, за циклохексан и неке шећерне растворе познато је да имају исти индекс лома при температури од 20 ° Ц.

С друге стране, индекс лома изузетно зависи од температуре, као што је горе поменуто, поред притиска и концентрације рефракционе растворе. Сви ови параметри морају се пажљиво надгледати када су потребна мерења високе прецизности.

Што се тиче врсте рефрактометра који се користи, то много зависи од апликације којој је намењен. Ево неких карактеристика главних типова:

Ручни Аббе Рефрацтометер

-То је поуздан инструмент са малим одржавањем.

-Обично су јефтини.

-Врло је прикладно да се упознамо са основним принципима рефрактометрије.

- Треба водити рачуна да не огребете површину призме у додиру са узорком.

- Мора се чистити након сваке употребе, али не може се радити са папиром или грубим материјалима.

- Оператор рефрактометра мора имати обуку.

-Свако мерење мора бити регистровано ручно.

-Обично долазе са вагама калибрираним посебно за одређени спектар супстанци.

-Треба их калибрисати.

- Систем за контролу температуре водене купељи може бити незгодан за употребу.

Дигитални рефрактометри

- Лако их је прочитати, јер се мерење појављује директно на екрану.

- Користе оптичке сензоре за очитавање високе прецизности.

-Имају могућност да складиште и извозе добијене податке и да их могу било када консултовати.

-Изузетно су тачни, чак и за супстанце чије је индекс лома тешко мерити.

-Могуће је програмирати различите ваге.

-Не захтевају подешавање температуре водом.

-Неки модели укључују мерења густине, на пример, или се могу повезати са мерачима густине, пХ метрима и другима, ради уштеде времена и добијања симултаних мерења.

-Није потребно да их поново калибрирате, али повремено проверите да ли раде исправно мерењем индекса ломљивости познатих супстанци, као што је на пример дестилована вода.

-Скупнији су од ручних рефрактометра.

Апликације

Познавање индекса лома узорака указује на његов степен чистоће, због чега се техника широко користи у прехрамбеној индустрији:

-У контроли квалитета уља да се утврди њихова чистоћа. На пример, рефрактометријом се може знати да ли је сунцокретово уље снижено додавањем других уља слабијег квалитета.

Слика 6. Лабораторија за прехрамбену технологију. Извор: Пикселс.

-Производи се у прехрамбеној индустрији да би знали садржај шећера у слатким пићима, џемовима, млеку и његовим дериватима и различитим умацима.

-Такође су потребни у контроли квалитета вина и пива, да би се утврдио садржај шећера и алкохола.

-У хемијској и фармацеутској индустрији за контролу квалитета сирупа, парфема, детерџената и свих врста емулзија.

-Могу мерити концентрацију урее - отпада из метаболизма протеина - у крви.

Референце

1. Технике лабораторија хемије. Рефрактометрија. Опоравак од: 2.упс.еду.
2. Гавира, Ј. Рефрактометрија. Опоравак од: трипленлаце.цом
3. Меттлер-Толедо. Поређење различитих техника за мерење густине и рефрактометрије. Опоравак од: мт.цом.
4. Нет ИнтерЛаб. Шта је рефрактометар и чему служи? Опоравак од: нет-интерлаб.ес.
5. Орегон Стате Университи. Принципи рефрактометрије. Опоравак од: ситес.сциенце.орегонстате.еду.