Foundation refractometrie, brekingssoorten, toepassingen

De Refractometrie Het is een methode van optische stofanalyse die de brekingsindex van een stof meet om de belangrijkste kenmerken ervan te bepalen. Het is gebaseerd op het feit dat het licht, wanneer het van het ene medium naar het andere gaat, een verandering van richting ervaart die afhankelijk is van de aard van deze middelen.

De snelheid van het licht in vacuüm is C = 300.000 km/s, maar in het water, bijvoorbeeld, neemt het af tot v = 225.000 km /s. De brekingsindex N Het is precies gedefinieerd als het quotiënt CV.

Figuur 1. Refractometer gebruikt om het suikergehalte in fruit te meten. Bron: Wikimedia Commons.

Stel dat het licht van een bepaalde golflengte een vooraf bepaalde hoek op het oppervlak beïnvloedt die twee verschillende materialen beperkt. Dan zal de richting van de bliksem veranderen, omdat elk medium een ​​andere brekingsindex heeft.

[TOC]

Hoe de brekingsindex te berekenen

De wet van Snell relateert de brekingsindex tussen twee media 1 en 2 als:

N₁ Sin θ₁ = n₂ Sin θ₂

Hier n₁ Het is de brekingsindex in medium 1, θ₁ Het is de invalshoek van de bliksem op het limietoppervlak, n₂ Het is de brekingsindex in medium 2 en θ₂ Het is de refractiekoek, in wiens richting de overgedragen bliksem doorgaat.

Figuur 2. Lichtstraal die twee verschillende media beïnvloedt. Bron: Wikimedia Commons.

De materiaalbrekingsindex is constant en is bekend onder bepaalde fysieke omstandigheden. Hiermee kunt u de brekingsindex van een ander medium berekenen.

Als het licht bijvoorbeeld door een glasprisma gaat waarvan de index is n₁ En dan vanwege de stof waarvan u u wilt weten, zorgvuldig de invalshoek van incidentie en breking meten, wordt deze verkregen:

N₂ = (sin θ₁ / sin θ₂)). N₁

Soorten refractometers

De refractometer is een instrument dat de brekingsindex van een vloeistof of een vaste stof met vlakke en gladde gezichten meet. Er zijn twee soorten brekingsders:

-Optisch-handmatig type zoals Abbe Refractometer.

-Digitale brekers.

- Optisch-handmatig type zoals Abbe Refractometer

Abbe's refractometer werd uitgevonden in de negentiende eeuw door Ernst Abbe (1840-1905), een Duitse natuurkundige die aanzienlijk heeft bijgedragen aan de ontwikkeling van optica en thermodynamica. Dit type refractometer wordt veel gebruikt in de voedsel- en laboratoria -industrie van lesgeven en bestaat in feite uit:

-Een lamp als een lichtbron, meestal natriumdamp, waarvan de golflengte bekend is. Er zijn modellen die normaal wit licht gebruiken, dat alle zichtbare golflengten bevat, maar ze brengen prisma's met de naam Prisms Amici Prisms, die ongewenste golflengten elimineren.

Het kan u van dienst zijn: natuurlijke chemische elementen

-A verlichtingsprisma en andere Brekingsprisma, waaronder het monster wordt geplaatst waarvan de index is te meten.

-Thermometer, omdat de brekingsindex afhankelijk is van de temperatuur.

-Afbeeldingsaanpassingsmechanismen.

-De oculaire, waardoor de waarnemer de maatregel uitvoert.

De opstelling van deze basisonderdelen kan variëren volgens het ontwerp (zie figuur 3 links). We zullen de werkingsprincipes zien.

figuur 3. Links een abbe -refractometer en rechts een basiswerkschema. Bron: Wikimedia Commons. 丰泽 一 号 号 [cc by-sa (https: // creativeCommons.Org/licenties/by-sa/4.0)]

Abbe refractometer werking

De procedure is als volgt: het monster wordt geplaatst tussen het brekingsprisma -dat gefixeerd is -en de verlichting prismabatable-.

Het brekingsprisma is erg getrokken en de brekingsindex is hoog, terwijl de verlichting mat en ruw is op het contactoppervlak. Op deze manier, wanneer de lamp wordt aangestoken, wordt licht in alle richtingen op het monster uitgestoten.

Ray AB van figuur 3 is degene met de grootst mogelijke afwijking, dus rechts van punt C zal een waarnemer een gearceerd veld zien, terwijl de sector links zal worden verlicht. Het aanpassingsmechanisme komt nu in actie, want wat wordt gevraagd is om de twee velden te maken.

Hiervoor is er een helpmerk in het oculaire, dat varieert volgens het ontwerp, maar het kan een kruis of een ander type signaal zijn, dat dient om de velden te concentreren.

Wanneer de twee velden dezelfde grootte hebben, kan de kritieke hoek of limiethoek worden gemeten, wat de hoek is waarin de uitgezonden straal door het oppervlak zou toestaan ​​dat de media scheidt (zie figuur 4).

Als u deze hoek kent, kunt u de brekingsindex van het monster direct berekenen, met de prisma. Laten we dit dan in meer detail bekijken.

De kritieke hoek 

In de volgende figuur zien we dat de kritische hoek θ_C Het is er een waarin de bliksem net op het grensoppervlak reist.

Als de hoek meer wordt verhoogd, bereikt de straal niet medium 2, maar wordt het weerspiegeld en gaat door in medium 1. Snell's wet die op deze zaak wordt toegepast, zou zijn: sen θ₂ = Sen 90º = 1, wat rechtstreeks leidt naar de brekingsindex in medium 2:

N₂ = n₁ Sin θ_C

Figuur 4. Kritieke hoek. Bron: f. Zapata.

Welnu, de kritieke hoek wordt verkregen alleen maar de grootte van de lichten van licht en schaduw die worden gezien door de oculaire, die ook een afgestudeerde schaal waarneemt.

Kan u van dienst zijn: differentiaal elektron

De schaal is meestal gekalibreerd voor direct lezen van de brekingsindex, dus, afhankelijk van het refractomermodel, ziet de operator iets dat vergelijkbaar is met wat wordt waargenomen in de volgende afbeelding:

Figuur 5. De schaal van een refractometer is gekalibreerd om direct de brekingsindex te geven. Bron: refractometrie. Oregon State University.

De bovenste schaal, met behulp van de verticale lijn, geeft de hoofdmaatregel aan: 1.460, terwijl de onderste schaal toont 0.00068. Wanneer u de brekingsindex hebt 1.46068.

Belang van golflengte 

Het licht dat het verlichtingsprisma beïnvloedt, zal van richting veranderen. Maar omdat het een elektromagnetische golf is, zal de verandering afhangen van λ, de lengte van de invallende golf.

Aangezien het witte licht alle golflengten bevat, wordt elk in een andere mate gebroken. Om dit mengsel te voorkomen dat aanleiding geeft tot een diffuus beeld, moet het licht dat wordt gebruikt in een refractometer met hoge resolutie een unieke en goed bekende golflengte hebben. De meest gebruikte is de zo -gekalde natriumlijn, waarvan de golflengte 589,6 nm is.

In gevallen waarin niet al te precisie vereist is, is natuurlijk licht voldoende, hoewel het een mengsel van golflengten bevat. Om de rand tussen het verlichte en het donkere gebied van de afbeelding te voorkomen, voegen sommige modellen de Amici -compenserende prisma's echter toe.

Voor-en nadelen

Refractometrie is een snelle, economische en betrouwbare techniek om de zuiverheid van een stof te kennen, dus het is zeer wijdverbreid in chemie, bioanalyse en voedseltechnologie.

Maar omdat er verschillende stoffen zijn met dezelfde brekingsindex, is het noodzakelijk om te weten welke wordt geanalyseerd. Het is bijvoorbeeld bekend dat de cyclohexan en sommige suikerachtige oplossingen dezelfde brekingsindex hebben bij een temperatuur van 20 ºC.

Aan de andere kant hangt de brekingsindex grotendeels af van de temperatuur, zoals hierboven vermeld, naast de druk en concentratie van de brekingsoplossing. Al deze parameters moeten zorgvuldig worden gecontroleerd wanneer grote precisie in maatregelen vereist is.

Wat betreft het type refractometer dat moet worden gebruikt, het hangt veel af van de toepassing waarnaar het is bedoeld. Hier zijn enkele kenmerken van de hoofdtypen:

Handmatige abbe -refractometer

-Het is een betrouwbaar en onderhoudsarme instrument.

-Ze zijn meestal economisch.

Kan u van dienst zijn: analyt

-Zeer geschikt om de fundamentele principes van refractometrie vertrouwd te maken.

-U moet ervoor zorgen dat u het oppervlak van het prisma niet in contact met het monster krabt.

-U moet na elk gebruik schoonmaken, maar het kan niet worden gedaan met papier of ruwe materialen.

-De refractometer -operator moet training hebben.

-Elke maat moet met de hand worden geregistreerd.

-Ze worden meestal geleverd met gekalibreerde schalen specifiek voor een bepaald bereik van stoffen.

-Ze moeten worden gekalibreerd.

-Het waterbadbesturingssysteem kan omslachtig zijn om te gebruiken.

Digitale brekers

-Ze zijn gemakkelijk te lezen, omdat de maatregel direct op een scherm verschijnt.

-Ze gebruiken optische sensoren voor metingen met hoge precisie.

-Ze hebben de mogelijkheid om de verkregen gegevens op te slaan en te exporteren en ze op elk gewenst moment te raadplegen.

-Ze zijn uiterst nauwkeurig, zelfs voor stoffen waarvan de brekingsindex moeilijk te meten is.

-Het is mogelijk om verschillende schalen te programmeren.

-Ze vereisen geen temperatuuraanpassing met water.

-Sommige modellen bevatten bijvoorbeeld dichtheidsmaatregelen, of kunnen verbinding maken met densimeters, pH -meters en andere, om tijd te besparen en gelijktijdige maatregelen te verkrijgen.

-Het is niet noodzakelijk.

-Ze zijn duurder dan handmatige refractometers.

Toepassingen

Het kennen van de brekingsindex van een monster duidt op de mate van zuiverheid hiervan, dus de techniek wordt veel gebruikt in de voedingsindustrie:

-In de kwaliteitscontrole van oliën, om hun zuiverheid te bepalen. Door refractometrie is het bijvoorbeeld mogelijk om te weten of een zonnebloemolie is verminderd door andere oliën van lagere kwaliteit toe te voegen.

Figuur 6. Laboratorium voor voedseltechnologie. Bron: PiqSels.

-Het wordt in de voedingsindustrie gebruikt om het suikergehalte te kennen in suikerhoudende dranken, jam, melk en hun derivaten en diverse sauzen.

-Ze zijn ook noodzakelijk in de kwaliteitscontrole van wijnen en bieren, om het suikergehalte en alcoholische afstuderen te bepalen.

-In de chemische en farmaceutische industrie voor de kwaliteitscontrole van siropen, parfums, wasmiddelen en allerlei emulsies.

-Ze kunnen de concentratie van ureum meten - een afval van het metabolisme van eiwitten - in het bloed.

Referenties

1. Technieken voor chemie -laboratorium. Refractometrie. Hersteld van: 2.Ups.Edu.
2. Gavira, J. Refractometrie. Opgehaald uit: Triplenlace.com
3. Pettoledo. Vergelijking van technieken voor verschillende dichtheid en refractometrie -meettechnieken. Hersteld van: MT.com.
4. Netto interlab. Wat is een refractometer en waar is het voor?. Hersteld van: net-interlab.is.
5. Oregon State University. Principes van refractometrie. Hersteld van: sites.Wetenschap.Oregonstate.Edu.