Fundamentrefraktometrie, Refraktikertypen, Anwendungen

Der Refraktometrie Es ist eine Methode der optischen Substanzanalyse, die den Brechungsindex eines Substanz misst, um seine Haupteigenschaften zu bestimmen. Es basiert auf der Tatsache, dass das Licht, wenn sie sich von einem Medium zum anderen bewegen.

Die Lichtgeschwindigkeit im Vakuum beträgt C = 300.000 km/s, aber im Wasser nimmt es zum Beispiel auf V = 225 ab.000 km /s. Der Brechungsindex N Es ist genau definiert als der Quotient Lebenslauf.

Abbildung 1. Refraktometer zur Messung des Zuckergehalts in Früchten. Quelle: Wikimedia Commons.

Angenommen, das Licht einer bestimmten Wellenlänge beeinflusst einen vorgegebenen Winkel auf der Oberfläche, der zwei verschiedene Materialien begrenzt. Dann ändert sich die Richtung des Blitzes, da jedes Medium einen anderen Brechungsindex hat.

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So berechnen Sie den Brechungsindex

Snells Gesetz bezieht den Brechungsindex zwischen zwei Medien 1 und 2 als:

N₁ Sünde θ₁ = n₂ Sünde θ₂

Hier n₁ Es ist der Brechungsindex in Medium 1, θ₁ Es ist der Inzidenzwinkel des Blitzes auf der Grenzfläche, n₂ Es ist der Brechungsindex in Medium 2 und θ₂ Es ist der Brechungswinkel, in dessen Richtung der übertragene Blitz fortgesetzt wird.

Figur 2. Leichter Strahl, der zwei verschiedene Medien betrifft. Quelle: Wikimedia Commons.

Der Materialrefraktionsindex ist konstant und unter bestimmten physikalischen Bedingungen bekannt. Damit können Sie den Brechungsindex eines anderen Mediums berechnen.

Zum Beispiel, wenn das Licht durch ein Glasprisma fließt, dessen Index n ist₁ Und dann wegen der Substanz, deren Index Sie wissen möchten, die Inzidenz- und Brechungswinkel sorgfältig messen, wird er erhalten:

N₂ = (sin θ₁ / sin θ₂). N₁

Arten von Refraktometern

Das Refraktometer ist ein Instrument, das den Brechungsindex einer Flüssigkeit oder einen Feststoff mit flachen und glatten Gesichtern misst. Es gibt zwei Arten von Refraktionen:

-Optisch-Manual-Typ wie Abbe-Refraktometer.

-Digitale Refraktiker.

- Optisch-Manual-Typ wie Abbe-Refraktometer

Das Refraktometer von ABBE wurde im 19. Jahrhundert von Ernst Abbe (1840-1905) erfunden, einem deutschen Physiker, der erheblich zur Entwicklung von Optik und Thermodynamik beigetragen hat. Diese Art von Refraktometer wird in der Lebensmittel- und Laborsbranche des Lehrens weit verbreitet und besteht im Grunde genommen aus:

-Eine Lampe als Leuchtquelle, normalerweise Natriumdampf, deren Wellenlänge bekannt ist. Es gibt Modelle, die normales weißes Licht verwenden, die alle sichtbaren Wellenlängen enthalten, aber sie bringen Prismen, die als Prismen bezeichnet werden Amici -Prismen, Das beseitigt unerwünschte Wellenlängen.

Es kann Ihnen dienen: natürliche chemische Elemente

-A Prisma beleuchten und andere Refraktionsprisma, Unter denen wird die Probe platziert, deren Index messen soll.

-Thermometer, da der Brechungsindex von der Temperatur abhängt.

-Bildanpassungsmechanismen.

-Das Okular, durch das der Beobachter die Maßnahme durchführt.

Die Anordnung dieser grundlegenden Teile kann je nach Design variieren (siehe Abbildung 3 links). Wir werden die Betriebsprinzipien sehen.

Figur 3. Links ein Abbe -Refraktometer und rechts ein grundlegendes Betriebsschema. Quelle: Wikimedia Commons. 丰泽 一 号 [CC BY-SA (https: // creativecommons.Org/lizenzen/by-sa/4.0)]]

Abbe Refraktometerbetrieb

Das Verfahren lautet wie folgt: Die Probe wird zwischen dem Brechungsprism -Prisma platziert, das festgelegt ist -und dem Beleuchtungsprisma -abfällig-.

Das Brechungsprisma ist sehr gezogen und sein Brechungsindex ist hoch, während die Beleuchtung matt und rau auf der Kontaktfläche ist. Auf diese Weise wird das Licht in alle Richtungen der Probe aus emittiert, wenn die Lampe angezündet wird.

Strahl AB von Abbildung 3 ist derjenige mit der größtmöglichen Abweichung, also wird rechts von Punkt C ein Beobachter ein schattiertes Feld sehen, während der Sektor links beleuchtet wird. Der Anpassungsmechanismus erfolgt jetzt.

Dafür gibt es eine Hilfsmarke im Augen.

Wenn die beiden Felder die gleiche Größe haben, kann der kritische Winkel oder der Grenzwinkel gemessen werden, was der Winkel ist, in dem der übertragene Strahl durch die Oberfläche gewährt wird, die das Medium trennt (siehe Abbildung 4).

Wenn Sie diesen Winkel wissen, können Sie den Brechungsindex der Probe direkt berechnen, wobei Sie den Prisma haben. Lassen Sie uns dies dann ausführlicher sehen.

Der kritische Winkel 

In der folgenden Abbildung sehen wir, dass der kritische Winkel θ_C Es ist eines, in dem Blitz nur auf der Grenzfläche reist.

Wenn der Winkel mehr erhöht ist. Das für diesen Fall angewendete Snells Gesetz wäre: Sen θ₂ = Sen 90º = 1, was direkt zum Brechungsindex in Medium 2 führt:

N₂ = n₁ Sünde θ_C

Figur 4. Kritischer Winkel. Quelle: f. Zapata.

Nun, der kritische Winkel wird erhalten, nur die Größe der Licht- und Schattenleuchten ausgleich.

Kann Ihnen dienen: Differentialelektron

Die Skala wird normalerweise für den direkten Lesen des Brechungsindex kalibriert. Je nach Refraktometermodell sieht der Bediener etwas Ähnliches wie im folgenden Bild:

Abbildung 5. Die Skala eines Refraktometers wird kalibriert, um den Brechungsindex direkt anzugeben. Quelle: Refraktometrie. Oregon State University.

Die obere Skala zeigt mit Hilfe der vertikalen Linie das Hauptmaß an: 1.460, während die untere Skala 0 zeigt.00068. Wenn Sie den Brechungsindex 1 haben.46068.

Bedeutung der Wellenlänge 

Das Licht, das das Lichtprisma beeinflusst, verändert seine Richtung. Aber da es sich um eine elektromagnetische Welle handelt, hängt die Änderung von λ ab, die Länge der einfallenden Welle.

Da das weiße Licht alle Wellenlängen enthält, wird jeder in unterschiedlichem Maße gebrochen. Um diese Mischung zu vermeiden, die zu einem diffusen Bild führt, muss das Licht, das in einem hohen Refraktometer verwendet wird, eine einzigartige und gut bekannte Wellenlänge haben. Am häufigsten ist die sogenannte Natriumlinie, deren Wellenlänge 589,6 nm beträgt.

In Fällen, in denen nicht zu präzise erforderlich ist, ist natürliches Licht ausreichend, obwohl es eine Mischung von Wellenlängen enthält. Um jedoch die Kante zwischen dem beleuchteten und dem dunklen Bereich des Bildes zu verhindern, fügen einige Modelle die amici kompensierenden Prismen hinzu.

Vorteile und Nachteile

Refraktometrie ist eine schnelle, wirtschaftliche und zuverlässige Technik, um die Reinheit einer Substanz zu kennen. Daher ist sie in der Chemie, Bioanalyse und Lebensmitteltechnologie sehr weit verbreitet.

Da es jedoch unterschiedliche Substanzen mit demselben Brechungsindex gibt, muss man wissen, welcher analysiert wird. Zum Beispiel ist bekannt, dass der Cyclohexan und einige zuckerhaltige Lösungen den gleichen Brechungsindex bei einer Temperatur von 20 ° C aufweisen.

Andererseits hängt der Brechungsindex zusätzlich zum Druck und Konzentration der Brechungslösung hauptsächlich von der Temperatur ab, wie oben angegeben. Alle diese Parameter müssen sorgfältig überwacht werden, wenn eine große Präzision in den Maßnahmen erforderlich ist.

In Bezug. Hier sind einige Eigenschaften der Haupttypen:

Manuelles Abbe -Refraktometer

-Es ist ein zuverlässiges und wartungsarmes Instrument.

-Sie sind normalerweise wirtschaftlich.

Kann Ihnen dienen: Analyte

-Sehr geeignet, um die grundlegenden Prinzipien der Refraktometrie vertraut zu machen.

-Sie müssen darauf achten, die Oberfläche des Prismas in Kontakt mit der Probe nicht zu kratzen.

-Sie müssen nach jedem Gebrauch reinigen, aber es kann nicht mit Papier oder groben Materialien durchgeführt werden.

-Der Refraktometer -Bediener muss Schulungen haben.

-Jede Maßnahme muss von Hand registriert werden.

-Sie werden normalerweise mit kalibrierten Skalen speziell für einen bestimmten Substanzen ausgestattet.

-Sie müssen kalibriert werden.

-Das Wasserbad -Steuerungssystem kann umständlich sein, um sie zu verwenden.

Digitale Refraktiker

-Sie sind leicht zu lesen, da das Maß direkt auf einem Bildschirm angezeigt wird.

-Sie verwenden optische Sensoren für hochpräzise Messwerte.

-Sie können die erhaltenen Daten speichern und exportieren und sie jederzeit konsultieren können.

-Sie sind extrem genau, selbst für Substanzen, deren Brechungsindex schwer zu messen ist.

-Es ist möglich, verschiedene Skalen zu programmieren.

-Sie erfordern keine Temperaturanpassung mit Wasser.

-Einige Modelle enthalten beispielsweise Dichtemaße oder können eine Verbindung zu Densimetern, pH -Messgeräten und anderen herstellen, um Zeit zu sparen und gleichzeitige Maßnahmen zu erhalten.

-Es ist nicht erforderlich.

-Sie sind teurer als manuelle Refraktometer.

Anwendungen

Das Kennen des Brechungsindex einer Probe zeigt den Grad der Reinheit davon an, sodass die Technik in der Lebensmittelindustrie häufig verwendet wird:

-In der Qualitätskontrolle von Ölen, um ihre Reinheit zu bestimmen. Zum Beispiel durch Refraktometrie ist es möglich zu wissen, ob ein Sonnenblumenöl durch Hinzufügen anderer Öle von niedrigerer Qualität reduziert wurde.

Abbildung 6. Lebensmitteltechnologielabor. Quelle: Piqsels.

-Es wird in der Lebensmittelindustrie verwendet, um den Zuckergehalt in zuckerhaltigen Getränken, Marmeladen, Milch und ihren Derivaten und vielfältigen Saucen zu kennen.

-Sie sind auch für die Qualitätskontrolle von Weinen und Bieren erforderlich, um den Zuckergehalt und den alkoholischen Abschluss zu bestimmen.

-In der chemischen und pharmazeutischen Industrie zur Qualitätskontrolle von Sirupen, Parfums, Reinigungsmitteln und allen Arten von Emulsionen.

-Sie können die Konzentration von Harnstoff - einen Abfall aus dem Metabolismus von Proteinen - im Blut messen.

Verweise

1. Chemie -Labortechniken. Refraktometrie. Geborgen von: 2.UPS.Edu.
2. Gavira, J. Refraktometrie. Abgerufen von: Triplenlace.com
3. Mettle-Toledo. Vergleich verschiedener Dichte- und Refraktometrie -Messtechniken. Erholt von: mt.com.
4. Netto -Interlab. Was ist ein Refraktometer und wofür ist es??. Erholt von: Net-Interlab.Ist.
5. Oregon State University. Prinzipien der Refraktometrie. Geborgen von: Standorte.Wissenschaft.Oregonstate.Edu.