Foundation Refractometry, Refractiers Typer, Applications

De Brytometri Det är en metod för optisk substansanalys som mäter refraktivt index för ett ämne för att bestämma dess huvudsakliga egenskaper. Det är baserat på det faktum att ljuset, när man flyttar från ett medium till ett annat, upplever en riktningsförändring som beror på arten av dessa medel.

Ljusets hastighet i vakuum är c ​​= 300.000 km/s, men i vattnet, till exempel, minskar det till v = 225.000 km /s. Brytningsindex n Det definieras exakt som kvoten CV.

Figur 1. Refraktometer som används för att mäta sockerinnehåll i frukt. Källa: Wikimedia Commons.

Anta att ljuset på en viss våglängd påverkar en förutbestämd vinkel på ytan som begränsar två olika material. Då kommer blixtens riktning att förändras, eftersom varje medium har ett annat brytningsindex.

[TOC]

Hur man beräknar brytningsindex

Snells lag relaterar brytningsindexet mellan två media 1 och 2 som:

n₁ synd θ₁ = n₂ synd θ₂

Här n₁ Det är brytningsindexet i medium 1, θ₁ Det är blixtvinkeln för blixtnedslaget på gränsytan, n₂ Det är brytningsindexet i medium 2 och θ₂ Det är brytningsvinkeln, i vars riktning den överförda blixtnedgången fortsätter.

figur 2. Lätt stråle som påverkar två olika medier. Källa: Wikimedia Commons.

Materialutbredningsindexet är konstant och är känt under vissa fysiska förhållanden. Med detta kan du beräkna brytningsindexet för ett annat medium.

Till exempel, om ljuset passerar genom ett glasprismat vars index är n₁ Och sedan på grund av ämnet vars index du vill veta, mäter noggrant incidensvinkeln och brytning, erhålls det:

n₂ = (sin θ₁ / sin θ₂). n₁

Typer av refraktometer

Refraktometern är ett instrument som mäter brytningsindex för en vätska eller ett fast ämne med platta och släta ansikten. Det finns två typer av refraktierare:

-Optisk-manuell typ som Abbe Refractometer.

-Digitala refraktier.

- Optisk-manuell typ som Abbe Refractometer

Abbes refraktometer uppfanns under det nittonde århundradet av Ernst Abbe (1840-1905), en tysk fysiker som bidrog avsevärt till utvecklingen av optik och termodynamik. Denna typ av refraktometer används ofta inom livsmedels- och laboratorierna för undervisning och består i princip av:

-En lampa som en lysande källa, vanligtvis natriumånga, vars våglängd är känd. Det finns modeller som använder normalt vitt ljus, som innehåller alla synliga våglängder, men de tar med prismor som kallas prismor Amici prismor, som eliminerar oönskade våglängder.

Det kan tjäna dig: naturliga kemiska element

-En belysning och andra Brytningsprism, bland vilka provet placeras vars index är att mäta.

-Termometer, eftersom brytningsindex beror på temperaturen.

-Bildjusteringsmekanismer.

-Den okulära, genom vilken observatören utför åtgärden.

Arrangemanget av dessa grundläggande delar kan variera beroende på designen (se figur 3 till vänster). Vi kommer att se principerna för drift.

Figur 3. Till vänster en Abbe Refractometer och till höger ett grundläggande driftsschema. Källa: Wikimedia Commons. 丰泽 丰泽 号 [CC BY-SA (https: // CreativeCommons.Org/licenser/BY-SA/4.0)]

Abbe Refractometer Drift

Förfarandet är som följer: provet placeras mellan brytningsprismen -som är fixat -och belysningsprismen -ABATABLE-.

Brytningsprismen dras mycket och dess brytningsindex är högt, medan belysningen är matt och grov på kontaktytan. På detta sätt, när lampan tänds, släpps ljuset i alla riktningar på provet.

Ray AB i figur 3 är den med största möjliga avvikelse, så till höger om punkt C kommer en observatör att se ett skuggat fält, medan sektorn till vänster kommer att upplysas. Justeringsmekanismen kommer i handling nu, eftersom det som söks är att göra de två fälten.

För detta finns det ett hjälpmärke i okulären, som varierar beroende på designen, men det kan vara ett kors eller annan typ av signal, som tjänar till att fokusera fälten.

När de två fälten har samma storlek kan den kritiska vinkeln eller gränsvinkeln mätas, vilket är vinkeln i vilken den överförda strålen skulle ge genom ytan som skiljer media (se figur 4).

Att känna till denna vinkel gör att du direkt kan beräkna brytningsindexet för provet, med prisma. Låt oss se detta mer detaljerat då.

Den kritiska vinkeln 

I följande figur ser vi att den kritiska vinkeln θ_c Det är en där blixtnedgången bara på gränsytan.

Om vinkeln ökas mer når inte strålen medium 2, men reflekteras och fortsätter i medium 1. Snells lag tillämpas på detta fall skulle vara: sen θ₂ = Sen 90º = 1, vilket leder direkt till brytningsindexet i medium 2:

n₂ = n₁ synd θ_c

Figur 4. Kritisk vinkel. Källa: f. Zapata.

Tja, den kritiska vinkeln erhålls bara utjämna storleken på ljusets ljus och skugga som ses av okulären, som också observerar en graderad skala.

Kan tjäna dig: Differential Electron

Skalan är vanligtvis kalibrerad för direkt avläsning av brytningsindexet, så beroende på refraktometermodellen kommer operatören att se något liknande det som observeras i följande bild:

Figur 5. Skalan på en refraktometer är kalibrerad för att direkt ge brytningsindexet. Källa: Refraktometri. Oregon State University.

Den övre skalan, med hjälp av den vertikala linjen, indikerar huvudmåttet: 1.460, medan lägre skala visar 0.00068. När du har brytningsindex 1.46068.

Vikten av våglängd 

Ljuset som påverkar belysningsprismen kommer att ändra sin riktning. Men eftersom det är en elektromagnetisk våg kommer förändringen att bero på λ, längden på incidentvågen.

Eftersom det vita ljuset innehåller alla våglängder bryts var och en i en annan grad. För att undvika denna blandning som ger upphov till en diffus bild, måste ljuset som används i en refraktometer med hög upplösning ha en unik och välkänd våglängd. Den mest använda är den så kallade natriumlinjen, vars våglängd är 589,6 nm.

I fall där inte för precision krävs är naturligt ljus tillräckligt, även om det innehåller en blandning av våglängder. För att förhindra kanten mellan det upplysta och det mörka området på bilden lägger vissa modeller till AMICI -kompensationsprismorna.

Fördelar och nackdelar

Refraktometri är en snabb, ekonomisk och pålitlig teknik att känna till renheten i ett ämne, så det är mycket utbrett inom kemi, bioanalys och matteknik.

Men eftersom det finns olika ämnen med samma brytningsindex är det nödvändigt att veta vilken som analyseras. Till exempel är det känt att Cyclohexan och vissa sockerhaltiga lösningar har samma brytningsindex vid en temperatur på 20 ºC.

Å andra sidan beror brytningsindexet till stor del på temperaturen, som anges ovan, utöver trycket och koncentrationen av den eldfasta lösningen. Alla dessa parametrar måste övervakas noggrant när stor precision i åtgärder krävs.

När det gäller vilken typ av refraktometer som ska användas beror det mycket på applikationen som den är avsedd. Här är några egenskaper hos huvudtyperna:

Manuell abberrefraktometer

-Det är ett pålitligt och lågt underhållsinstrument.

-De är vanligtvis ekonomiska.

Kan tjäna dig: analyt

-Mycket lämpligt för att bekanta sig med de grundläggande principerna för refraktometri.

-Du måste se till att inte skrapa prismans yta i kontakt med provet.

-Du måste rengöra efter varje användning, men det kan inte göras med papper eller grovt material.

-Refraktometeroperatören måste ha träning.

-Varje åtgärd måste registreras för hand.

-De kommer vanligtvis med kalibrerade skalor specifikt för ett visst sortiment av ämnen.

-De måste kalibreras.

-Vattenbadkontrollsystemet kan vara besvärligt att använda.

Digitala refraktier

-De är lätta att läsa, eftersom åtgärden visas direkt på en skärm.

-De använder optiska sensorer för avläsningar med hög precision.

-De har förmågan att lagra och exportera de erhållna uppgifterna och kunna konsultera dem när som helst.

-De är extremt exakta, även för ämnen vars brytningsindex är svårt att mäta.

-Det är möjligt att programmera olika skalor.

-De kräver inte temperaturjustering med vatten.

-Vissa modeller innehåller till exempel densitetsåtgärder eller kan ansluta till densimetrar, pH -mätare och andra för att spara tid och få samtidiga åtgärder.

-Det är inte nödvändigt.

-De är dyrare än manuella refraktometrar.

Ansökningar

Att känna till brytningsindexet för ett prov indikerar graden av renhet av detta, så tekniken används allmänt inom livsmedelsindustrin:

-I kvalitetskontroll av oljor, för att bestämma deras renhet. Till exempel med refraktometri är det möjligt att veta om en solrosolja reducerades genom att tillsätta andra oljor av lägre kvalitet.

Figur 6. Mattekniklaboratorium. Källa: Piqsels.

-Det används i livsmedelsindustrin för att känna till sockerinnehållet i sockerhaltiga drycker, sylt, mjölk och deras derivat och olika såser.

-De är också nödvändiga i kvalitetskontrollen av viner och öl för att bestämma sockerinnehållet och alkoholhaltig examen.

-I kemikalie- och läkemedelsindustrin för kvalitetskontroll av sirap, parfymer, tvättmedel och alla typer av emulsioner.

-De kan mäta koncentrationen av urea - ett avfall från proteinernas ämnesomsättning - i blodet.

Referenser

1. Kemi labbtekniker. Brytometri. Återhämtad från: 2.POSTEN.Edu.
2. Gavira, J. Brytometri. Hämtad från: triplenlace.com
3. Mettle-toledo. Jämförelse av olika mätningstekniker för täthet och refraktometri. Återhämtad från: Mt.com.
4. Nettointerlab. Vad är en refraktometer och vad är det för?. Återhämtat sig från: net-interlab.är.
5. Oregon State University. Refraktometriprinciper. Återhämtat sig från: webbplatser.Vetenskap.Oregonstat.Edu.