De refractometrie is een methode voor optische analyse van stoffen die de brekingsindex van een stof meet om de belangrijkste kenmerken ervan te bepalen. Het is gebaseerd op het feit dat licht, wanneer het van het ene medium naar het andere gaat, een richtingsverandering ondergaat die afhankelijk is van de aard van deze media..
De lichtsnelheid in vacuüm is c = 300.000 km / s, maar in water neemt het bijvoorbeeld af naar v = 225.000 km / s. Brekingsindex n wordt precies gedefinieerd als het quotiënt CV.
Stel dat licht van een bepaalde golflengte onder een vooraf bepaalde hoek op het oppervlak valt die twee verschillende materialen beperkt. Dan zal de richting van de straal veranderen, omdat elk medium een andere brekingsindex heeft.
Artikel index
De wet van Snell relateert de brekingsindex tussen twee media 1 en 2 als:
n1 sen θ1 = ntwee sen θtwee
Hier n1 is de brekingsindex in het medium 1, θ1 is de invalshoek van de straal op het grensvlak, ntwee is de brekingsindex in het medium 2 entwee is de brekingshoek, in welke richting de doorgelaten straal verder gaat.
De brekingsindex van materialen is constant en is bekend onder bepaalde fysische omstandigheden. Hiermee kun je de brekingsindex van een ander medium berekenen.
Als er bijvoorbeeld licht door een glazen prisma gaat waarvan de index n is1 en vervolgens voor de stof waarvan we de index willen weten, waarbij we zorgvuldig de invalshoek en de brekingshoek meten, krijgen we:
ntwee = (zonde θ1 / sen θtween1
De refractometer is een instrument dat de brekingsindex meet van een vloeistof of een vaste stof met platte en gladde oppervlakken. Er zijn twee soorten refractometers:
-Optisch-handmatig type zoals de refractometer van Abbe.
-Digitale refractometers.
De Abbe-refractometer werd in de 19e eeuw uitgevonden door Ernst Abbe (1840-1905), een Duitse natuurkundige die aanzienlijk heeft bijgedragen aan de ontwikkeling van optica en thermodynamica. Dit type refractometer wordt veel gebruikt in de voedingsindustrie en onderwijslaboratoria en bestaat in wezen uit:
-Een lamp als lichtbron, doorgaans natriumdamp, waarvan de golflengte bekend is. Er zijn modellen die normaal wit licht gebruiken, dat alle zichtbare golflengten bevat, maar ze hebben ingebouwde prisma's genaamd Amici-prisma's, die ongewenste golflengten elimineren.
-EEN verlichtingsprisma en andere brekingsprisma, waartussen het monster wordt geplaatst waarvan de index moet worden gemeten.
-Thermometer, aangezien de brekingsindex afhankelijk is van de temperatuur.
-Aanpassingsmechanismen voor het beeld.
-Het oculair, waardoor de waarnemer de meting uitvoert.
De opstelling van deze basisonderdelen kan variëren afhankelijk van het ontwerp (zie figuur 3 links). Dan zullen we de werkingsprincipes zien.
De procedure is als volgt: het monster wordt tussen het refractieprisma - dat vast zit - en het verlichtingsprisma - kantelbaar geplaatst-.
Het brekingsprisma is sterk gepolijst en de brekingsindex is hoog, terwijl het verlichtingsprisma mat en ruw is op het contactoppervlak. Op deze manier wordt bij het inschakelen van de lamp licht in alle richtingen op het monster uitgestraald..
Straal AB in figuur 3 is degene met de grootst mogelijke afwijking, dus rechts van punt C zal een waarnemer een gearceerd veld zien, terwijl de sector links wordt verlicht. Het aanpassingsmechanisme treedt nu in werking, aangezien er naar wordt gezocht is om de twee velden even groot te maken.
Hiervoor is er een merkteken op het oculair, dat varieert naargelang het ontwerp, maar het kan een kruis zijn of een ander type signaal, dat dient om de velden te centreren.
Door de twee velden even groot te maken, kan de kritische hoek of limiethoek worden gemeten, dit is de hoek waaronder de uitgezonden straal zou passeren langs het oppervlak dat de media scheidt (zie figuur 4).
Als u deze hoek kent, kan de brekingsindex van het monster direct worden berekend door die van het prisma te nemen. Laten we dit hieronder in meer detail bekijken..
In de volgende figuur zien we dat de kritische hoek θc is degene waarin de straal net over het grensoppervlak reist.
Als de hoek verder wordt vergroot, bereikt de straal niet de middelste 2, maar wordt deze gereflecteerd en gaat door in de middelste 1. De wet van Snell die in dit geval wordt toegepast, zou zijn: sin θtwee = sin 90º = 1, wat direct leidt naar de brekingsindex in medium 2:
ntwee = n1 sen θc
Welnu, de kritische hoek wordt precies verkregen door de grootte van de velden van licht en schaduw die door het oculair worden gezien gelijk te stellen, waardoor ook een schaalverdeling wordt waargenomen.
De schaal is meestal gekalibreerd voor directe aflezing van de brekingsindex, dus afhankelijk van het refractometermodel zal de operator iets zien dat lijkt op wat wordt waargenomen in de volgende afbeelding:
De bovenste schaal geeft met behulp van de verticale lijn de hoofdmaat aan: 1.460, terwijl de onderste schaal 0.00068 aangeeft. Bij het optellen hebben we de brekingsindex 1.46068.
Het licht dat op het verlichtingsprisma valt, zal van richting veranderen. Maar aangezien het een elektromagnetische golf is, hangt de verandering af van λ, de lengte van de invallende golf.
Omdat wit licht alle golflengten bevat, wordt elk licht in een andere mate gebroken. Om deze menging te vermijden die resulteert in een wazig beeld, moet het licht dat wordt gebruikt in een refractometer met hoge resolutie een unieke en bekende golflengte hebben. De meest gebruikte is de zogenaamde natrium D-lijn, waarvan de golflengte 589,6 nm is.
In gevallen waar teveel precisie niet vereist is, is natuurlijk licht voldoende, zelfs als het een mengsel van golflengten bevat. Om echter te voorkomen dat de rand tussen de lichte en donkere delen van het beeld vervaagt, voegen sommige modellen Amici's compenserende prisma's toe..
Refractometrie is een snelle, goedkope en betrouwbare techniek om de zuiverheid van een stof te kennen en wordt daarom veel gebruikt in de chemie, bioanalyse en levensmiddelentechnologie..
Maar aangezien er verschillende stoffen zijn met dezelfde brekingsindex, is het noodzakelijk om te weten welke wordt geanalyseerd. Het is bijvoorbeeld bekend dat cyclohexaan en sommige suikerhoudende oplossingen dezelfde brekingsindex hebben bij een temperatuur van 20 ° C..
Aan de andere kant is de brekingsindex in hoge mate afhankelijk van de temperatuur, zoals hierboven vermeld, naast de druk en concentratie van de brekingsoplossing. Al deze parameters moeten zorgvuldig worden bewaakt wanneer metingen met hoge precisie vereist zijn..
Het type refractometer dat moet worden gebruikt, hangt sterk af van de toepassing waarvoor deze is bedoeld. Hier zijn enkele kenmerken van de belangrijkste typen:
-Het is een betrouwbaar en onderhoudsarm instrument.
-Ze zijn meestal goedkoop.
-Zeer geschikt om vertrouwd te raken met de fundamentele principes van refractometrie.
-Er moet voor worden gezorgd dat het oppervlak van het prisma dat in contact komt met het monster, niet bekrast raakt..
-Moet na elk gebruik worden schoongemaakt, maar kan niet worden gedaan met papier of ruwe materialen.
-De refractometeroperator moet een opleiding hebben genoten.
-Elke meting moet met de hand worden geregistreerd.
-Ze worden meestal geleverd met een weegschaal die speciaal voor een bepaald aantal stoffen is gekalibreerd..
-Ze moeten worden gekalibreerd.
-Het temperatuurregelsysteem voor het waterbad kan omslachtig zijn in het gebruik.
-Ze zijn gemakkelijk af te lezen, aangezien de meting direct op een scherm verschijnt.
-Gebruik optische sensoren voor zeer nauwkeurige metingen.
-Ze hebben de mogelijkheid om de verkregen gegevens op te slaan, te exporteren en ze op elk moment te raadplegen.
-Ze zijn uiterst nauwkeurig, zelfs voor stoffen waarvan de brekingsindex moeilijk te meten is.
-Er kunnen verschillende schalen worden geprogrammeerd.
-Ze hoeven niet met water te worden aangepast.
-Sommige modellen bevatten bijvoorbeeld dichtheidsmetingen, of kunnen worden aangesloten op dichtheidsmeters, pH-meters en andere, om tijd te besparen en gelijktijdige metingen te verkrijgen.
-Het is niet nodig om ze opnieuw te kalibreren, maar om hun goede werking van tijd tot tijd te controleren door de brekingsindex van bekende stoffen te meten, zoals bijvoorbeeld gedestilleerd water..
-Ze zijn duurder dan handmatige refractometers.
Het kennen van de brekingsindex van een monster geeft de mate van zuiverheid aan, daarom wordt de techniek veel gebruikt in de voedingsindustrie:
-Bij de kwaliteitscontrole van oliën, om hun zuiverheid te bepalen. Door middel van refractometrie is het bijvoorbeeld mogelijk om te weten of een zonnebloemolie is verlaagd door andere oliën van mindere kwaliteit toe te voegen.
-Het wordt gebruikt in de voedingsindustrie om het suikergehalte te kennen in suikerhoudende dranken, jam, melk en zijn derivaten en verschillende sauzen.
-Ze zijn ook nodig bij de kwaliteitscontrole van wijnen en bieren, om het suiker- en alcoholgehalte te bepalen..
-In de chemische en farmaceutische industrie voor kwaliteitscontrole van siropen, parfums, detergenten en allerhande emulsies.
-Ze kunnen de concentratie ureum - een verspilling van het eiwitmetabolisme - in het bloed meten.
Niemand heeft nog op dit artikel gereageerd.