The refraktometrie je metoda optické analýzy látek, která měří index lomu látky k určení jejích hlavních charakteristik. Je založen na skutečnosti, že světlo při přechodu z jednoho média do druhého prochází změnou směru, která závisí na povaze těchto médií..
Rychlost světla ve vakuu je c = 300 000 km / s, ale například ve vodě klesá na v = 225 000 km / s. Index lomu n je definován přesně jako kvocient životopis.
Předpokládejme, že světlo určité vlnové délky dopadá na povrch v předem stanoveném úhlu, který omezuje dva různé materiály. Pak se změní směr paprsku, protože každé médium má jiný index lomu.
Rejstřík článků
Snellovy zákony vztahují index lomu mezi dvěma médii 1 a 2 jako:
n1 sen θ1 = ndva sen θdva
Zde n1 je index lomu média 1, θ1 je úhel dopadu paprsku na hraniční povrch, ndva je index lomu média 2 adva je úhel lomu, ve kterém směru pokračuje vysílaný paprsek.
Index lomu materiálů je konstantní a je znám za určitých fyzikálních podmínek. S tímto můžete vypočítat index lomu jiného média.
Například pokud světlo prochází skleněným hranolem, jehož index je n1 a pak pro látku, jejíž index chceme znát, pečlivým měřením úhlu dopadu a úhlu lomu získáme:
ndva = (sin θ1 / sen θdva). n1
Refraktometr je přístroj, který měří index lomu kapaliny nebo pevné látky s plochými a hladkými plochami. Existují dva typy refraktometrů:
-Opticko-manuální typ, jako je Abbeův refraktometr.
-Digitální refraktometry.
Abbeův refraktometr vynalezl v 19. století německý fyzik Ernst Abbe (1840-1905), který významně přispěl k rozvoji optiky a termodynamiky. Tento typ refraktometru je široce používán v potravinářském průmyslu a výukových laboratořích a v zásadě se skládá z:
-Lampa jako zdroj světla, obvykle sodíková pára, jejíž vlnová délka je známá. Existují modely, které používají normální bílé světlo, které obsahuje všechny viditelné vlnové délky, ale mají vestavěné hranoly zvané Amici hranoly, které eliminují nežádoucí vlnové délky.
-A hranol osvětlení a další refrakční hranol, mezi kterou je umístěn vzorek, jehož index má být měřen.
-Teploměr, protože index lomu závisí na teplotě.
-Mechanismy úpravy obrazu.
-Okulár, kterým pozorovatel provádí měření.
Uspořádání těchto základních dílů se může lišit v závislosti na provedení (viz obrázek 3 vlevo). Pak uvidíme principy fungování.
Postup je následující: vzorek se umístí mezi refrakční hranol - který je fixní - a osvětlovací hranol - sklopný-.
Refrakční hranol je vysoce leštěný a jeho index lomu je vysoký, zatímco hranol osvětlení je na kontaktní ploše matný a drsný. Tímto způsobem, když je lampa zapnutá, vyzařuje světlo na vzorek všemi směry..
Ray AB na obrázku 3 je ten s největší možnou odchylkou, takže napravo od bodu C pozorovatel uvidí stínované pole, zatímco sektor nalevo bude osvětlen. Mechanismus úpravy vstoupí v platnost nyní, protože se snaží, aby obě pole měla stejnou velikost.
K tomu je na okuláru značka podpory, která se liší podle designu, ale může to být kříž nebo jiný typ signálu, který slouží k vystředění polí.
Nastavením dvou polí stejné velikosti lze měřit kritický úhel nebo mezní úhel, což je úhel, pod kterým by procházející paprsek procházel pastvou na povrchu, který odděluje médium (viz obrázek 4).
Znát tento úhel umožňuje přímo vypočítat index lomu vzorku, přičemž se vezme index lomu. Podívejme se na to podrobněji níže..
Na následujícím obrázku vidíme, že kritický úhel θC je ten, ve kterém paprsek prochází těsně přes hraniční povrch.
Pokud se úhel dále zvětší, paprsek nedosáhne středu 2, ale odráží se a pokračuje ve středu 1. Snellův zákon aplikovaný na tento případ by byl: sin θdva = sin 90º = 1, což vede přímo k indexu lomu v médiu 2:
ndva = n1 sen θC
Kritický úhel se získá přesně pomocí rovnice velikosti polí světla a stínu pozorovaných okulárem, skrz kterou je také pozorována stupnice..
Stupnice je obvykle kalibrována pro přímé čtení indexu lomu, takže v závislosti na modelu refraktometru uvidí operátor něco podobného tomu, co je pozorováno na následujícím obrázku:
Horní stupnice pomocí svislé čáry označuje hlavní měření: 1,460, zatímco spodní stupnice ukazuje 0,00068. Při sčítání máme index lomu 1,46068.
Světlo, které dopadá na osvětlovací hranol, změní svůj směr. Ale protože se jedná o elektromagnetické vlnění, bude změna záviset na λ, délce dopadající vlny.
Jelikož bílé světlo obsahuje všechny vlnové délky, každé z nich je lomeno v různé míře. Aby se zabránilo tomuto smíchání, které vede k fuzzy obrazu, světlo použité v refraktometru s vysokým rozlišením musí mít jedinečnou a známou vlnovou délku. Nejpoužívanější je takzvaná sodíková linie D, jejíž vlnová délka je 589,6 nm.
V případech, kdy není vyžadována příliš velká přesnost, stačí přirozené světlo, i když obsahuje směs vlnových délek. Aby se však zabránilo rozmazání hrany mezi světlými a tmavými oblastmi obrazu, některé modely přidávají Amiciho kompenzační hranoly..
Refraktometrie je rychlá, levná a spolehlivá technika, jak poznat čistotu látky, a proto se široce používá v chemii, bioanalýze a potravinářské technologii..
Jelikož však existují různé látky se stejným indexem lomu, je nutné vědět, která z nich je analyzována. Například je známo, že cyklohexan a některá sladká řešení mají stejný index lomu při teplotě 20 ° C..
Na druhé straně je index lomu vysoce závislý na teplotě, jak je uvedeno výše, kromě tlaku a koncentrace refrakčního roztoku. Všechny tyto parametry musí být pečlivě sledovány, pokud je požadováno vysoce přesné měření..
Pokud jde o typ použitého refraktometru, hodně záleží na aplikaci, pro kterou je určen. Zde jsou některé charakteristiky hlavních typů:
-Je to spolehlivý nástroj s nízkou údržbou.
-Obvykle jsou levné.
-Velmi vhodné seznámit se se základními principy refraktometrie.
-Je třeba dbát na to, aby nedošlo k poškrábání povrchu hranolu při kontaktu se vzorkem..
-Musí být očištěny po každém použití, ale nelze to provést pomocí papíru nebo drsných materiálů.
-Obsluha refraktometru musí být proškolena.
-Každé měření musí být zaznamenáno ručně.
-Obvykle přicházejí s váhami kalibrovanými speciálně pro určitý rozsah látek..
-Vyžadují kalibraci.
-Používání systému regulace teploty vodní lázně může být obtížné.
-Jsou snadno čitelné, protože měření se zobrazuje přímo na obrazovce.
-Využívejte optické snímače pro vysoce přesné odečty.
-Mají schopnost ukládat a exportovat získaná data a být s nimi kdykoli schopni konzultovat.
-Jsou extrémně přesné i pro látky, jejichž index lomu je obtížné měřit.
-Lze naprogramovat různé stupnice.
-Nevyžadují úpravu teploty vodou.
-Některé modely zahrnují například měření hustoty, nebo je lze připojit k měřičům hustoty, pHmetrům a dalším, aby se ušetřil čas a získal simultánní měření.
-Není nutné je znovu kalibrovat, ale čas od času zkontrolovat jejich správnou funkci měřením indexu lomu známých látek, jako je například destilovaná voda..
-Jsou dražší než manuální refraktometry.
Znalost indexu lomu vzorku naznačuje jeho stupeň čistoty, a proto je tato technika široce používána v potravinářském průmyslu:
-Při kontrole kvality olejů zjistit jejich čistotu. Například refraktometrií je možné zjistit, zda byl slunečnicový olej snížen přidáním dalších méně kvalitních olejů.
-Používá se v potravinářském průmyslu ke zjištění obsahu cukru ve sladkých nápojích, marmeládách, mléce a jeho derivátech a různých omáčkach.
-Jsou také nezbytné při kontrole jakosti vín a piv, ke stanovení obsahu cukru a obsahu alkoholu..
-V chemickém a farmaceutickém průmyslu pro kontrolu kvality sirupů, parfémů, detergentů a všech druhů emulzí.
-Mohou měřit koncentraci močoviny - odpadu z metabolismu bílkovin - v krvi.
Zatím žádné komentáře