Foundation Refractometry, Refractiers Jenis, Aplikasi

Itu Refraktometri Ini adalah metode analisis zat optik yang mengukur indeks bias suatu zat untuk menentukan karakteristik utamanya. Ini didasarkan pada fakta bahwa cahaya, saat bergerak dari satu media ke media lain, mengalami perubahan arah yang tergantung pada sifat cara ini.

Kecepatan cahaya dalam ruang hampa adalah C = 300.000 km/s, tetapi di dalam air, misalnya, berkurang menjadi V = 225.000 km /s. Indeks refraksi N Itu didefinisikan justru sebagai hasil bagi CV.

Gambar 1. Refraktometer yang digunakan untuk mengukur kadar gula dalam buah -buahan. Sumber: Wikimedia Commons.

Misalkan cahaya dari panjang gelombang tertentu mempengaruhi sudut yang telah ditentukan pada permukaan yang membatasi dua bahan yang berbeda. Maka arah petir akan berubah, karena setiap media memiliki indeks bias yang berbeda.

[TOC]

Cara menghitung indeks refraksi

Hukum Snell menghubungkan indeks bias antara dua media 1 dan 2 sebagai:

N₁ dosa θ₁ = n₂ dosa θ₂

Di sini n₁ Ini adalah indeks refraksi dalam medium 1, θ₁ Itu adalah sudut kejadian petir pada permukaan batas, n₂ Ini adalah indeks bias dalam medium 2 dan θ₂ Itu adalah sudut refraksi, dengan arah petir yang ditransmisikan terus berlanjut.

Gambar 2. Sinar cahaya mempengaruhi dua media yang berbeda. Sumber: Wikimedia Commons.

Indeks refraksi material konstan dan diketahui dalam kondisi fisik tertentu. Dengan ini Anda dapat menghitung indeks bias media lain.

Misalnya, jika cahaya melewati prisma kaca yang indeksnya n₁ Dan kemudian karena zat yang indeksnya ingin Anda ketahui, dengan hati -hati mengukur sudut kejadian dan pembiasan, itu diperoleh:

N₂ = (sin θ₁ / sin θ₂). N₁

Jenis refraktometer

Refraktometer adalah instrumen yang mengukur indeks bias cairan atau padatan dengan wajah rata dan halus. Ada dua jenis refraksi:

-Jenis optik-manual seperti Abbe Refractometer.

-Refraksi digital.

- Jenis optik-manual seperti Abbe Refractometer

Refraktometer Abbe ditemukan pada abad ke-19 oleh Ernst Abbe (1840-1905), seorang ahli fisika Jerman yang berkontribusi signifikan terhadap pengembangan optik dan termodinamika. Jenis refraktometer ini banyak digunakan dalam industri makanan dan laboratorium pengajaran dan pada dasarnya terdiri dari:

-Lampu sebagai sumber bercahaya, biasanya uap natrium, yang panjang gelombangnya diketahui. Ada model yang menggunakan cahaya putih normal, yang berisi semua panjang gelombang yang terlihat, tetapi mereka membawa prisma yang disebut prisma Amici Prisma, yang menghilangkan panjang gelombang yang tidak diinginkan.

Itu dapat melayani Anda: elemen kimia alami

-A Prisma pencahayaan dan lainnya Prisma refraksi, di antaranya sampel ditempatkan yang indeksnya akan mengukur.

-Termometer, karena indeks bias tergantung pada suhu.

-Mekanisme penyesuaian gambar.

-Okular, yang melaluinya pengamat melakukan ukuran.

Susunan bagian -bagian dasar ini dapat bervariasi sesuai dengan desain (lihat Gambar 3 Kiri). Kita akan melihat prinsip operasi.

Gambar 3. Di sebelah kiri refraktometer Abbe dan di sebelah kanan skema operasi dasar. Sumber: Wikimedia Commons. 丰泽 一 号 [cc by-sa (https: // createveCommons.Org/lisensi/by-sa/4.0)]

Operasi Refraktometer Abbe

Prosedurnya adalah sebagai berikut: Sampel ditempatkan di antara prisma refraksi -yang tetap -dan prisma pencahaya-.

Prisma pembiasan sangat ditarik dan indeks refraksi tinggi, sedangkan pencahayaan matte dan kasar di permukaan kontak. Dengan cara ini, saat lampu menyala, cahaya dipancarkan ke segala arah pada sampel.

Ray AB dari Gambar 3 adalah satu dengan penyimpangan terbesar yang mungkin, jadi di sebelah kanan titik C pengamat akan melihat bidang yang teduh, sedangkan sektor di sebelah kiri akan diterangi. Mekanisme penyesuaian mulai beraksi sekarang, karena yang dicari adalah membuat dua bidang.

Untuk ini ada merek bantuan dalam okular, yang bervariasi sesuai dengan desain, tetapi bisa berupa salib atau jenis sinyal lainnya, yang berfungsi untuk memfokuskan bidang.

Ketika kedua bidang memiliki ukuran yang sama, sudut atau sudut batas kritis dapat diukur, yang merupakan sudut di mana sinar yang ditransmisikan akan memberikan melalui permukaan yang memisahkan media (lihat Gambar 4).

Mengetahui sudut ini memungkinkan Anda untuk secara langsung menghitung indeks refraksi sampel, memiliki prisma. Mari kita lihat ini secara lebih rinci.

Sudut kritis 

Pada gambar berikut kita melihat bahwa sudut kritis θ_C Itu adalah salah satu di mana petir bergerak hanya di permukaan batas.

Jika sudut meningkat lebih dari balok tidak mencapai medium 2, tetapi dipantulkan dan berlanjut dalam medium 1. Hukum Snell diterapkan pada kasus ini adalah: sen θ₂ = Sen 90º = 1, yang mengarah langsung ke indeks bias dalam medium 2:

N₂ = n₁ dosa θ_C

Gambar 4. Sudut kritis. Sumber: f. Zapata.

Nah, sudut kritis diperoleh dengan hanya menyamakan ukuran lampu cahaya dan bayangan yang terlihat oleh mata mata, yang juga mengamati skala lulus.

Dapat melayani Anda: elektron diferensial

Skala biasanya dikalibrasi untuk pembacaan langsung indeks bias, jadi, tergantung pada model refraktometer, operator akan melihat sesuatu yang mirip dengan apa yang diamati pada gambar berikut:

Gambar 5. Skala refraktometer dikalibrasi untuk secara langsung memberikan indeks refraksi. Sumber: Refractometry. Universitas Negeri Oregon.

Skala atas, dengan bantuan garis vertikal, menunjukkan ukuran utama: 1.460, sedangkan skala bawah menunjukkan 0.00068. Saat Anda memiliki indeks refraksi 1.46068.

Pentingnya panjang gelombang 

Cahaya yang mempengaruhi prisma pencahayaan akan mengubah arahnya. Tetapi karena itu adalah gelombang elektromagnetik, perubahan akan tergantung pada λ, panjang gelombang datang.

Karena cahaya putih berisi semua panjang gelombang, masing -masing dibiaskan ke tingkat yang berbeda. Untuk menghindari campuran ini yang menimbulkan gambar difus, cahaya yang digunakan dalam refraktometer resolusi tinggi harus memiliki panjang gelombang yang unik dan diketahui dengan baik. Yang paling banyak digunakan adalah garis natrium yang disebut SO, yang panjang gelombangnya adalah 589,6 nm.

Dalam kasus di mana tidak terlalu presisi diperlukan, cahaya alami sudah cukup, meskipun mengandung campuran panjang gelombang. Namun, untuk mencegah tepi antara area gambar yang diterangi dan gelap, beberapa model menambahkan prisma kompensasi amici.

Keuntungan dan kerugian

Refraktometri adalah teknik yang cepat, ekonomis dan andal untuk mengetahui kemurnian suatu zat, sehingga sangat luas dalam kimia, bioanalisis dan teknologi makanan.

Tetapi karena ada zat yang berbeda dengan indeks bias yang sama, perlu diketahui mana yang sedang dianalisis. Misalnya, diketahui bahwa sikloheksan dan beberapa solusi bergula memiliki indeks bias yang sama pada suhu 20 ºC.

Di sisi lain, indeks bias sangat tergantung pada suhu, seperti yang dinyatakan di atas, selain tekanan dan konsentrasi larutan bias. Semua parameter ini harus dipantau dengan hati -hati ketika presisi besar dalam langkah -langkah diperlukan.

Adapun jenis refraktometer yang akan digunakan, itu sangat tergantung pada aplikasi yang dimaksudkan. Berikut adalah beberapa karakteristik jenis utama:

Manual Abbe Refractometer

-Ini adalah instrumen pemeliharaan yang andal dan rendah.

-Mereka biasanya ekonomis.

Dapat melayani Anda: analit

-Sangat tepat untuk membiasakan prinsip -prinsip dasar refraktometri.

-Anda harus berhati -hati untuk tidak menggaruk permukaan prisma yang bersentuhan dengan sampel.

-Anda harus membersihkan setelah setiap penggunaan, tetapi tidak dapat dilakukan dengan kertas atau bahan kasar.

-Operator refraktometer harus mengadakan pelatihan.

-Setiap ukuran harus didaftarkan dengan tangan.

-Mereka biasanya datang dengan skala yang dikalibrasi khusus untuk rentang zat tertentu.

-Mereka perlu dikalibrasi.

-Sistem kontrol penangas air dapat menjadi rumit untuk digunakan.

Refraksi digital

-Mereka mudah dibaca, karena ukurannya muncul langsung di layar.

-Mereka menggunakan sensor optik untuk pembacaan presisi tinggi.

-Mereka memiliki kemampuan untuk menyimpan dan mengekspor data yang diperoleh dan dapat berkonsultasi kapan saja.

-Mereka sangat tepat, bahkan untuk zat yang indeks pembiasannya sulit diukur.

-Dimungkinkan untuk memprogram skala yang berbeda.

-Mereka tidak memerlukan penyesuaian suhu dengan air.

-Beberapa model menggabungkan ukuran kepadatan, misalnya, atau dapat terhubung ke densimeter, pH meter dan lainnya, untuk menghemat waktu dan mendapatkan tindakan simultan.

-Itu tidak perlu.

-Mereka lebih mahal dari refraktometer manual.

Aplikasi

Mengetahui indeks refraksi sampel menunjukkan tingkat kemurnian ini, sehingga teknik ini banyak digunakan dalam industri makanan:

-Dalam kontrol kualitas minyak, untuk menentukan kemurniannya. Misalnya dengan refraktometri dimungkinkan untuk mengetahui apakah minyak bunga matahari dikurangi dengan menambahkan minyak berkualitas lebih rendah lainnya.

Gambar 6. Laboratorium Teknologi Makanan. Sumber: Piqsels.

-Digunakan dalam industri makanan untuk mengetahui kandungan gula dalam minuman manis, selai, susu dan turunannya serta beragam saus.

-Mereka juga diperlukan dalam kontrol kualitas anggur dan bir, untuk menentukan kadar gula dan kelulusan alkohol.

-Dalam industri kimia dan farmasi untuk kontrol kualitas sirup, parfum, deterjen dan semua jenis emulsi.

-Mereka dapat mengukur konsentrasi urea - limbah dari metabolisme protein - dalam darah.

Referensi

1. Teknik Lab Kimia. Refraktometri. Pulih dari: 2.UPS.Edu.
2. Gavira, J. Refraktometri. Diperoleh dari: Triplenlace.com
3. Mettle-Toledo. Perbandingan teknik pengukuran kepadatan dan refraktometri yang berbeda. Pulih dari: mt.com.
4. Interlab bersih. Apa itu refraktometer dan untuk apa?. Pulih dari: net-interlab.adalah.
5. Universitas Negeri Oregon. Prinsip refraktometri. Pulih dari: situs.Sains.Oregonstate.Edu.