REFRACTOMETRY: MAKATUWIRAN, MGA URI NG REFRACTOMETER, APPLICATION - CHEMISTRY - 2025

Ang refractometer ay isang pamamaraan ng optical analysis ng mga sangkap na sumusukat sa refractive index ng isang sangkap upang matukoy ang pangunahing mga tampok nito. Ito ay batay sa katotohanan na ang ilaw, kapag pumasa mula sa isang daluyan patungo sa isa pa, sumasailalim ng pagbabago ng direksyon na nakasalalay sa likas na katangian ng mga media na ito.

Ang bilis ng ilaw sa vacuum ay c = 300,000 km / s, ngunit sa tubig, halimbawa, bumababa ito sa v = 225,000 km / s. Ang refractive index n ay tiyak na tinukoy bilang ang c / v ratio.

Larawan 1. Ginamit ang refractometer upang sukatin ang nilalaman ng asukal sa mga prutas. Pinagmulan: Wikimedia Commons.

Ipagpalagay na ang ilaw ng isang tiyak na haba ng haba ay nahuhulog sa isang paunang natukoy na anggulo sa ibabaw na naglilimita sa dalawang magkakaibang mga materyales. Pagkatapos ay magbabago ang direksyon ng sinag, sapagkat ang bawat daluyan ay may iba't ibang indeks ng pagwawasto.

Paano makalkula ang index ng pagwawasto

Inuugnay ng batas ni Snell ang index ng pagwawasto sa pagitan ng dalawang media 1 at 2 bilang:

Narito ang n ₁ ay ang indeks ng pagwawasto sa daluyan 1, θ ₁ ang anggulo ng saklaw ng sinag sa hangganan ng hangganan, n ₂ ay ang indeks ng pagwawasto sa medium 2 at θ ₂ ang anggulo ng pagwawasto, kung saan ang direksyon ang ipinadala na beam ay nagpapatuloy.

Larawan 2. Ray ng ilaw na tumatama sa dalawang magkakaibang media. Pinagmulan: Wikimedia Commons.

Ang repraktibo na indeks ng mga materyales ay palaging at kilala sa ilalim ng ilang mga pisikal na kondisyon. Gamit nito ang repraktibo na indeks ng isa pang daluyan ay maaaring kalkulahin.

Halimbawa, kung ang ilaw ay dumadaan sa isang salamin sa salamin na ang index ay n ₁ at pagkatapos ay sa pamamagitan ng sangkap na nais malaman ng index, maingat na pagsukat sa anggulo ng saklaw at ang anggulo ng pagwawasto, nakuha namin:

Mga uri ng refractometer

Ang refractometer ay isang instrumento na sumusukat sa refractive index ng isang likido o isang solid na may patag at makinis na mga mukha. Mayroong dalawang uri ng mga refractometer:

-Optical-manual na uri tulad ng Abbe refractometer.

-Digital refractometer.

- Uri ng manu-manong optikal tulad ng refractometer ni Abbe

Ang Abbe refractometer ay naimbento noong ika-19 na siglo ni Ernst Abbe (1840-1905), isang Aleman na pisiko na malaki ang naiambag sa pag-unlad ng optika at Thermodynamics. Ang ganitong uri ng refractometer ay malawakang ginagamit sa industriya ng pagkain at pagtuturo sa mga laboratoryo at karaniwang binubuo ng:

-Ang lampara bilang isang mapagkukunan ng ilaw, sa pangkalahatang sodium singaw, na ang haba ng haba ay kilala. Mayroong mga modelo na gumagamit ng normal na puting ilaw, na naglalaman ng lahat ng nakikitang mga haba ng daluyong, ngunit nagtayo sila ng mga prismong tinatawag na Amici prism, na nag-aalis ng mga hindi ginustong haba ng daluyong.

-Ang isang pag-iilaw ng prisma at isa pang repraktibo na prisma, sa pagitan ng kung saan ang sample na kung saan ang index ay susukat ay inilalagay.

-Thermometer, dahil ang repraktibo na indeks ay nakasalalay sa temperatura.

-Mga mekanismo ng pag-aayos para sa imahe.

-Ang eyepiece, kung saan isinasagawa ng tagamasid ang pagsukat.

Ang pag-aayos ng mga pangunahing bahagi na ito ay maaaring magkakaiba depende sa disenyo (tingnan ang kaliwa 3 kaliwa). Susunod ay makikita natin ang mga prinsipyo ng pagpapatakbo.

Larawan 3. Sa kaliwa ng isang Abbe refractometer at sa kanan isang pangunahing diagram ng operating. Pinagmulan: Wikimedia Commons. 丰泽 一号

Paano gumagana ang Abbe Refractometer

Ang pamamaraan ay ang mga sumusunod: ang sample ay inilalagay sa pagitan ng prisma ng pagwawasto - kung saan ay naayos -, at ang pag-iilaw ng prisma - hindi maipapansin-.

Ang refractive prisma ay lubos na pinakintab at ang repraktibo nitong index ay mataas, habang ang pag-iilaw na prisma ay matte at magaspang sa contact contact. Sa ganitong paraan, kapag naka-on ang lampara, ang ilaw ay ipinapalabas sa lahat ng mga direksyon sa sample.

Si Ray AB sa figure 3 ay ang may pinakamaraming posibleng paglihis, kaya sa kanan ng point C ang isang tagamasid ay makakakita ng isang lilim na larangan, habang ang sektor sa kaliwa ay iluminado. Ang mekanismo ng pag-aayos ay nagsisimula sa pagkilos ngayon, dahil ang nais mo ay gawin ang parehong mga patlang na may parehong sukat.

Para sa ito ay mayroong isang marka ng tulong sa eyepiece, na nag-iiba depende sa disenyo, ngunit maaari itong maging isang krus o isa pang uri ng senyas, na nagsisilbing sentro ng mga patlang.

Sa pamamagitan ng paggawa ng parehong mga patlang ng parehong sukat, ang kritikal na anggulo o anggulo ng limitasyon ay maaaring masukat, na kung saan ay ang anggulo kung saan ang ipinadala na sinag ay ipapasa ang pagguho sa ibabaw na naghihiwalay sa media (tingnan ang figure 4).

Ang pag-alam sa anggulo na ito ay nagbibigay-daan sa direktang kalkulahin ang repraktibo na index ng sample, pagkuha ng prisma. Tingnan natin ito nang mas detalyado sa ibaba.

Ang kritikal na anggulo

Sa mga sumusunod na figure nakita namin na ang kritikal na anggulo θ _c ay ang kung saan ang sinag ay naglalakbay lamang sa hangganan ng ibabaw.

Kung ang anggulo ay nadagdagan pa pagkatapos ang sinag ay hindi umabot sa gitna ng 2, ngunit makikita at makikita sa gitna ng 1. Ang batas ni Snell na inilalapat sa kasong ito ay: kasalanan θ ₂ = kasalanan 90º = 1, na nangunguna nang direkta sa refractive index sa medium 2:

Larawan 4. Kritikal na anggulo. Pinagmulan: F. Zapata.

Sa gayon, ang kritikal na anggulo ay nakuha nang tumpak sa pamamagitan ng paghahambing sa laki ng mga larangan ng ilaw at anino na nakikita sa pamamagitan ng eyepiece, kung saan sinusunod din ang isang scale.

Ang scale ay karaniwang naka-calibrate para sa direktang pagbabasa ng refractive index, kaya depende sa modelo ng refractometer, ang operator ay makakakita ng isang bagay na katulad ng sinusunod sa sumusunod na imahe:

Larawan 5. Ang sukat ng isang refractometer ay na-calibrate upang bigyan nang direkta ang refractive index. Pinagmulan: Refractometry. Oregon State University.

Ang itaas na sukat, sa tulong ng patayong linya, ay nagpapahiwatig ng pangunahing pagsukat: 1.460, habang ang mas mababang sukat ay nagpapakita ng 0.00068. Kapag nagdaragdag, ang refractive index ay 1.46068.

Kahalagahan ng haba ng haba

Ang ilaw na bumagsak sa prisma ng pag-iilaw ay magbabago sa direksyon nito. Ngunit dahil ito ay isang electromagnetic wave, ang pagbabago ay depende sa λ, ang haba ng alon ng insidente.

Dahil ang puting ilaw ay naglalaman ng lahat ng mga haba ng haba, ang bawat isa ay naatras sa ibang antas. Upang maiwasan ang paghahalo na nagreresulta sa isang malabo na imahe, ang ilaw na ginamit sa isang mataas na resolusyon ng refractometer ay dapat magkaroon ng isang natatanging at kilalang haba ng haba. Ang pinaka ginagamit ay ang tinatawag na sodium D na linya, na ang haba ng haba ay 589.6 nm.

Sa mga kaso kung saan hindi kinakailangan ang labis na katumpakan, ang natural na ilaw ay sapat, kahit na naglalaman ito ng isang halo ng mga haba ng haba. Gayunpaman, upang maiwasan ang paglabo ng gilid sa pagitan ng ilaw at madilim sa imahe, ang ilang mga modelo ay nagdaragdag ng mga prismating prismating na Amici.

Mga kalamangan at kawalan

Ang Refractometry ay isang mabilis, murang at maaasahang pamamaraan upang malaman ang kadalisayan ng isang sangkap, na kung saan ay kung bakit ito ay malawak na ginagamit sa kimika, bioanalysis at teknolohiya sa pagkain.

Ngunit dahil may iba't ibang mga sangkap na may parehong repraktibo na index, kinakailangang malaman kung alin ang nasuri. Halimbawa, ang cyclohexane at ilang mga matamis na solusyon ay kilala na magkaroon ng parehong repraktibo na index sa temperatura na 20 ° C.

Sa kabilang banda, ang repraktibo na index ay lubos na nakasalalay sa temperatura, tulad ng nabanggit sa itaas, bilang karagdagan sa presyon at konsentrasyon ng repraktibong solusyon. Ang lahat ng mga parameter na ito ay dapat na maingat na subaybayan kung kinakailangan ang mataas na mga sukat ng katumpakan.

Tulad ng para sa uri ng refractometer na gagamitin, nakasalalay ito sa maraming aplikasyon para sa kung saan ito ay inilaan. Narito ang ilang mga katangian ng mga pangunahing uri:

Manwal na Abbe Refractometer

-Ito ay isang maaasahan at mababang instrumento sa pagpapanatili.

-Ang mga ito ay karaniwang mura.

-Nagiging angkop na maging pamilyar sa mga pangunahing prinsipyo ng refractometry.

- Ang pag-aalaga ay dapat gawin upang hindi masira ang ibabaw ng prisma sa pakikipag-ugnay sa halimbawang.

-May malinis pagkatapos ng bawat paggamit, ngunit hindi maaaring gawin gamit ang papel o magaspang na materyales.

-Ang refractometer operator ay dapat magkaroon ng pagsasanay.

-Ang pagsukat ay dapat na nakarehistro sa pamamagitan ng kamay.

-Ang mga ito ay karaniwang may mga kaliskis na partikular na naka-calibrate para sa isang tiyak na hanay ng mga sangkap.

-Kailangan silang mai-calibrate.

-Ang sistema ng kontrol sa temperatura ng tubig sa paliguan ay maaaring maging mahirap gamitin.

Digital refractometer

-May madaling basahin, dahil ang pagsukat ay lilitaw nang direkta sa isang screen.

-Sila gumamit ng mga optical sensor para sa mataas na pagbabasa ng katumpakan.

-Ang mga ito ay may kakayahang mag-imbak at mai-export ang data na nakuha at upang kumunsulta sa kanila anumang oras.

-Sila ay lubos na tumpak, kahit na para sa mga sangkap na ang repraktibo na index ay mahirap sukatin.

-May posible na mag-program ng iba't ibang mga kaliskis

-Hindi nangangailangan ng pagsasaayos ng temperatura sa tubig.

-Ang ilang mga modelo ay nagsasama ng mga sukat ng density, halimbawa, o maaaring konektado sa mga density ng metro, pH metro at iba pa, upang makatipid ng oras at makakuha ng sabay-sabay na mga sukat.

Hindi kinakailangang i-recalibrate ang mga ito, ngunit suriin paminsan-minsan na sila ay gumagana nang maayos sa pamamagitan ng pagsukat ng refractive index ng mga kilalang sangkap, tulad ng distilled water.

-Ang mga ito ay mas mahal kaysa sa manu-manong refractometer.

Aplikasyon

Ang pag-alam sa repraktibo na index ng isang sample ay nagpapahiwatig ng antas ng kadalisayan, kung bakit ang pamamaraan ay malawakang ginagamit sa industriya ng pagkain:

-Sa kontrol ng kalidad ng mga langis, upang matukoy ang kanilang kadalisayan. Halimbawa, sa pamamagitan ng refractometry posible na malaman kung ang isang langis ng mirasol ay ibinaba sa pamamagitan ng pagdaragdag ng iba pang mas mababang kalidad ng mga langis.

Larawan 6. laboratoryo ng teknolohiya ng pagkain. Pinagmulan: Mga Piqsel.

-Ginagamit ito sa industriya ng pagkain upang malaman ang nilalaman ng asukal sa mga asukal na inumin, jam, gatas at mga derivatibo at iba't ibang mga sarsa.

-Kailangan din sila sa kalidad na kontrol ng mga alak at beers, upang matukoy ang nilalaman ng asukal at nilalaman ng alkohol.

-Sa industriya ng kemikal at parmasyutiko para sa kalidad na kontrol ng mga syrups, pabango, detergents at lahat ng mga uri ng mga emulsyon.

Maaari nilang masukat ang konsentrasyon ng urea - isang basura mula sa metabolismo ng protina - sa dugo.

Mga Sanggunian

1. Mga Diskarte sa Lab na Chemistry. Refractometry. Nabawi mula sa: 2.ups.edu.
2. Gavira, J. Refractometry. Nabawi mula sa: triplenlace.com
3. Mettler-Toledo. Paghahambing ng iba't ibang mga pamamaraan para sa pagsukat ng density at refractometry. Nabawi mula sa: mt.com.
4. Net InterLab. Ano ang isang refractometer at ano ito? Nabawi mula sa: net-interlab.es.
5. Oregon State University. Mga prinsipyo ng refractometry. Nabawi mula sa: sites.science.oregonstate.edu.