Plik refraktometria to metoda analizy optycznej substancji, która mierzy współczynnik załamania światła substancji w celu określenia jej głównych cech. Polega ona na tym, że światło, przechodząc z jednego medium do drugiego, podlega zmianie kierunku zależnej od charakteru tych mediów..
Prędkość światła w próżni wynosi c = 300 000 km / s, ale np. W wodzie spada do v = 225 000 km / s. Współczynnik załamania światła n jest zdefiniowany dokładnie jako iloraz c / v.
Załóżmy, że światło o określonej długości fali pada pod określonym kątem na powierzchni, który ogranicza dwa różne materiały. Wtedy kierunek promienia ulegnie zmianie, ponieważ każdy ośrodek ma inny współczynnik załamania światła.
Indeks artykułów
Prawo Snella wiąże współczynnik załamania światła między dwoma ośrodkami 1 i 2 jako:
n1 sen θ1 = ndwa sen θdwa
Tutaj n1 jest współczynnikiem załamania światła w ośrodku 1, θ1 jest kątem padania promienia na powierzchnię graniczną, ndwa jest współczynnikiem załamania światła w ośrodku 2 idwa jest kątem załamania światła, w którym kieruje się przesyłany promień.
Współczynnik załamania światła materiałów jest stały i jest znany w określonych warunkach fizycznych. Dzięki temu możesz obliczyć współczynnik załamania światła innego ośrodka.
Na przykład, jeśli światło przechodzi przez szklany pryzmat, którego indeks wynosi n1 a następnie dla substancji, której indeks chcemy znać, dokładnie mierząc kąt padania i kąt załamania, otrzymujemy:
ndwa = (sin θ1 / sen θdwa). n1
Refraktometr to instrument, który mierzy współczynnik załamania światła cieczy lub ciała stałego o płaskich i gładkich powierzchniach. Istnieją dwa rodzaje refraktometrów:
-Optyczno-ręczny, taki jak refraktometr Abbego.
-Cyfrowe refraktometry.
Refraktometr Abbego został wynaleziony w XIX wieku przez Ernsta Abbego (1840-1905), niemieckiego fizyka, który znacząco przyczynił się do rozwoju optyki i termodynamiki. Ten typ refraktometru jest szeroko stosowany w przemyśle spożywczym oraz w laboratoriach dydaktycznych i składa się w zasadzie z:
-Lampa jako źródło światła, zwykle para sodowa, której długość fali jest znana. Istnieją modele, które wykorzystują normalne białe światło, które zawiera wszystkie widzialne długości fal, ale mają wbudowane pryzmaty zwane Pryzmaty Amici, które eliminują niepożądane długości fal.
-ZA pryzmat oświetleniowy i inne pryzmat refrakcyjny, pomiędzy którymi umieszczona jest próbka, której indeks ma być zmierzony.
-Termometr, ponieważ współczynnik załamania światła zależy od temperatury.
-Mechanizmy dopasowania obrazu.
-Okular, przez który obserwator dokonuje pomiaru.
Rozmieszczenie tych podstawowych części może się różnić w zależności od konstrukcji (patrz rysunek 3 po lewej). Wtedy zobaczymy zasady działania.
Procedura jest następująca: próbka umieszczana jest pomiędzy pryzmatem refrakcyjnym - który jest zamocowany - a pryzmą oświetlającą - odchylaną-.
Pryzmat refrakcyjny jest mocno wypolerowany i ma wysoki współczynnik załamania światła, natomiast pryzmat oświetlający jest matowy i szorstki na powierzchni styku. W ten sposób, gdy lampa jest włączona, na próbkę emitowane jest światło we wszystkich kierunkach..
Ray AB na rysunku 3 jest tym z największym możliwym odchyleniem, więc na prawo od punktu C obserwator zobaczy zacienione pole, podczas gdy sektor po lewej stronie będzie oświetlony. Mechanizm regulacji zaczyna działać teraz, ponieważ dąży się do tego, aby oba pola miały ten sam rozmiar.
W tym celu na okularze znajduje się znak pomocy, który różni się w zależności od projektu, ale może to być krzyżyk lub inny rodzaj sygnału, który służy do wyśrodkowania pól.
Dzięki temu, że oba pola mają ten sam rozmiar, można zmierzyć kąt krytyczny lub kąt graniczny, czyli kąt, pod jakim przepuszczany promień przeszedłby, pasując do powierzchni oddzielającej media (patrz rysunek 4).
Znajomość tego kąta pozwala bezpośrednio obliczyć współczynnik załamania światła próbki na podstawie pryzmatu. Przyjrzyjmy się temu bardziej szczegółowo poniżej..
Na poniższym rysunku widzimy, że kąt krytyczny θdo to ten, w którym promień przemieszcza się tuż nad powierzchnią graniczną.
Jeśli kąt zostanie dalej zwiększony, wówczas wiązka nie osiągnie środkowej 2, ale zostanie odbita i będzie kontynuowana w środku 1. Prawo Snella zastosowane w tym przypadku będzie następujące: sin:dwa = sin 90º = 1, co bezpośrednio prowadzi do współczynnika załamania światła w ośrodku 2:
ndwa = n1 sen θdo
Otóż kąt krytyczny uzyskuje się dokładnie przez zrównanie wielkości pól światła i cienia widzianych przez okular, przez które obserwuje się również stopniowaną skalę.
Skala jest zwykle skalibrowana do bezpośredniego odczytu współczynnika załamania światła, więc w zależności od modelu refraktometru operator zobaczy coś podobnego do tego, co widać na poniższym obrazku:
Górna skala za pomocą pionowej kreski wskazuje pomiar główny: 1,460, dolna natomiast 0,00068. Przy dodawaniu mamy współczynnik załamania światła 1,46068.
Światło padające na pryzmat oświetlający zmieni kierunek. Ale ponieważ jest to fala elektromagnetyczna, zmiana będzie zależała od λ, długości fali padającej.
Ponieważ światło białe zawiera wszystkie długości fal, każda z nich jest załamywana w innym stopniu. Aby uniknąć tego mieszania, które skutkuje rozmytym obrazem, światło używane w refraktometrze o wysokiej rozdzielczości musi mieć unikalną i znaną długość fali. Najczęściej stosowana jest tak zwana linia sodowa D, której długość fali wynosi 589,6 nm.
W przypadkach, gdy nie jest wymagana zbyt duża precyzja, wystarczające jest naturalne światło, nawet jeśli zawiera ono mieszaninę różnych długości fal. Aby jednak uniknąć rozmycia krawędzi między jasnymi i ciemnymi obszarami obrazu, niektóre modele dodają pryzmaty kompensujące Amici..
Refraktometria to szybka, niedroga i niezawodna technika pozwalająca poznać czystość substancji, dlatego jest szeroko stosowana w chemii, bioanalizie i technologii żywności..
Ale ponieważ istnieją różne substancje o tym samym współczynniku załamania, trzeba wiedzieć, która z nich jest analizowana. Na przykład cykloheksan i niektóre roztwory cukru mają ten sam współczynnik załamania światła w temperaturze 20 ° C..
Z drugiej strony, współczynnik załamania światła jest silnie zależny od temperatury, jak stwierdzono powyżej, oprócz ciśnienia i stężenia roztworu refrakcyjnego. Wszystkie te parametry muszą być uważnie monitorowane, gdy wymagane są pomiary o wysokiej precyzji..
Jeśli chodzi o rodzaj używanego refraktometru, zależy to w dużej mierze od zastosowania, do którego jest przeznaczony. Oto kilka cech głównych typów:
-Jest to niezawodny i tani w utrzymaniu instrument.
-Zwykle są tanie.
-Bardzo dobrze jest zapoznać się z podstawowymi zasadami refraktometrii.
-Należy uważać, aby nie zarysować powierzchni pryzmatu stykającej się z próbką..
-Należy wyczyścić po każdym użyciu, ale nie można tego zrobić papierem ani szorstkimi materiałami.
-Operator refraktometru musi przejść szkolenie.
-Każdy pomiar należy rejestrować ręcznie.
-Zwykle są dostarczane z wagami skalibrowanymi specjalnie dla określonego zakresu substancji..
-Wymagają kalibracji.
-System kontroli temperatury w łaźni wodnej może być kłopotliwy w użyciu.
-Są łatwe do odczytania, ponieważ pomiar pojawia się bezpośrednio na ekranie.
-Zastosuj czujniki optyczne, aby uzyskać bardzo precyzyjne odczyty.
-Mają możliwość przechowywania i eksportu pozyskanych danych oraz wglądu do nich w dowolnym momencie.
-Są niezwykle dokładne, nawet w przypadku substancji, których współczynnik załamania światła jest trudny do zmierzenia.
-Można zaprogramować różne skale.
-Nie wymagają regulacji temperatury wodą.
-Niektóre modele obejmują na przykład pomiary gęstości lub można je podłączyć do gęstościomierzy, mierników pH i innych, aby zaoszczędzić czas i uzyskać jednoczesne pomiary.
-Nie ma potrzeby ich ponownej kalibracji, ale od czasu do czasu sprawdzanie ich prawidłowego działania poprzez pomiar współczynnika załamania światła znanych substancji, np. Wody destylowanej..
-Są droższe niż ręczne refraktometry.
Znajomość współczynnika załamania światła próbki wskazuje na jej stopień czystości, dlatego technika ta jest szeroko stosowana w przemyśle spożywczym:
-W kontroli jakości olejów w celu określenia ich czystości. Na przykład za pomocą refraktometrii można dowiedzieć się, czy olej słonecznikowy został obniżony poprzez dodanie innych olejów niższej jakości.
-Jest używany w przemyśle spożywczym do poznania zawartości cukru w słodkich napojach, dżemach, mleku i jego pochodnych oraz różnych sosach.
-Są również niezbędne przy kontroli jakości win i piw, w celu określenia zawartości cukru i alkoholu..
-W przemyśle chemicznym i farmaceutycznym do kontroli jakości syropów, perfum, detergentów i wszelkiego rodzaju emulsji.
-Mogą mierzyć stężenie mocznika - produktu odpadowego z metabolizmu białek - we krwi.
Jeszcze bez komentarzy