Refrattometria di fondazione, tipi di refrattari, applicazioni

IL Rifrattometria È un metodo di analisi della sostanza ottica che misura l'indice di rifrazione di una sostanza per determinare le sue caratteristiche principali. Si basa sul fatto che la luce, quando si sposta da un mezzo all'altro, sperimenta un cambiamento di direzione che dipende dalla natura di questi mezzi.

La velocità della luce nel vuoto è c = 300.000 km/s, ma nell'acqua, ad esempio, diminuisce a v = 225.000 km /s. L'indice di rifrazione N È definito proprio come il quoziente CV.

Figura 1. Rifrattometro utilizzato per misurare il contenuto di zucchero in frutta. Fonte: Wikimedia Commons.

Supponiamo che la luce di una certa lunghezza d'onda influisca su un angolo predeterminato sulla superficie che limita due materiali diversi. Quindi la direzione del fulmine cambierà, perché ogni mezzo ha un indice di rifrazione diverso.

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Come calcolare l'indice di rifrazione

La legge di Snell mette in relazione l'indice di rifrazione tra due media 1 e 2 come:

N₁ sin θ₁ = n₂ sin θ₂

Qui n₁ È l'indice di rifrazione nel mezzo 1, θ₁ È l'angolo di incidenza del fulmine sulla superficie limite, n₂ È l'indice di rifrazione nel mezzo 2 e θ₂ È l'angolo di rifrazione, nella cui direzione continua il lampo trasmesso.

figura 2. Raggio di luce che colpisce due diversi media. Fonte: Wikimedia Commons.

L'indice di rifrazione del materiale è costante ed è noto in determinate condizioni fisiche. Con questo puoi calcolare l'indice di rifrazione di un altro mezzo.

Ad esempio, se la luce passa attraverso un prisma di vetro il cui indice è n₁ E poi a causa della sostanza il cui indice vuoi sapere, misurando attentamente l'angolo di incidenza e rifrazione, si ottiene:

N₂ = (sin θ₁ / sin θ₂). N₁

Tipi di rifrattometri

Il rifrattometro è uno strumento che misura l'indice di rifrazione di un liquido o un solido con facce piatte e lisce. Esistono due tipi di refrattari:

-Tipo ottico-manuale come Abbe Refrattometer.

-Refrattari digitali.

- Tipo ottico-manuale come Abbe Refrattometer

Il rifrattometro di Abbe fu inventato nel diciannovesimo secolo da Ernst Abbe (1840-1905), un fisico tedesco che contribuì in modo significativo allo sviluppo di ottica e termodinamica. Questo tipo di rifrattometro è ampiamente utilizzato nell'industria dell'insegnamento alimentare e dei laboratori e sostanzialmente consiste in:

-Una lampada come fonte luminosa, di solito vapore di sodio, la cui lunghezza d'onda è nota. Ci sono modelli che usano la normale luce bianca, che contiene tutte le lunghezze d'onda visibili, ma portano prismi chiamati prismi Prismi di amici, che eliminano le lunghezze d'onda indesiderate.

Può servirti: elementi chimici naturali

-UN prisma di illuminazione e altro Prisma di rifrazione, tra cui il campione è posizionato il cui indice è misurare.

-Termometro, poiché l'indice di rifrazione dipende dalla temperatura.

-Meccanismi di regolazione dell'immagine.

-L'oculare, attraverso il quale l'osservatore esegue la misura.

La disposizione di queste parti di base può variare in base al design (vedi Figura 3 a sinistra). Vedremo i principi operativi.

Figura 3. A sinistra un rifrattometro Abbe e a destra uno schema operativo di base. Fonte: Wikimedia Commons. 丰泽 一 号 [CC BY-SA (https: // creativeCommons.Org/licenze/by-sa/4.0)]

Funzionamento del rifrattometro ABBE

La procedura è la seguente: il campione è posizionato tra il prisma di rifrazione, che è fisso e il prisma dell'illuminazione-.

Il prisma di rifrazione è molto tirato e il suo indice di rifrazione è elevato, mentre l'illuminazione è opaca e ruvida sulla superficie di contatto. In questo modo, quando la lampada viene accesa, la luce viene emessa in tutte le direzioni sul campione.

Ray Ab della Figura 3 è quello con la massima deviazione possibile, quindi a destra del punto C un osservatore vedrà un campo ombreggiato, mentre il settore a sinistra sarà illuminato. Il meccanismo di aggiustamento entra in azione ora, perché ciò che si cerca è fare i due campi.

Per questo esiste un marchio di aiuto nell'Ocular, che varia in base al design, ma può essere una croce o un altro tipo di segnale, che serve a focalizzare i campi.

Quando i due campi hanno le stesse dimensioni, è possibile misurare l'angolo critico o l'angolo di limite, che è l'angolo in cui il raggio trasmesso concederebbe attraverso la superficie che separa il supporto (vedi Figura 4).

Conoscere questo angolo consente di calcolare direttamente l'indice di rifrazione del campione, avere il prisma. Vediamo questo in modo più dettagliato allora.

L'angolo critico 

Nella figura seguente vediamo che l'angolo critico θ_C È uno in cui i fulmini viaggiano proprio sulla superficie del confine.

Se l'angolo aumenta di più, il raggio non raggiunge il mezzo 2, ma viene riflesso e continua nel mezzo 1. La legge di Snell applicata a questo caso sarebbe: sen θ₂ = Sen 90º = 1, che conduce direttamente all'indice di rifrazione nel mezzo 2:

N₂ = n₁ sin θ_C

Figura 4. Angolo critico. Fonte: f. Zapata.

Bene, l'angolo critico si ottiene semplicemente equalizzando la dimensione delle luci della luce e dell'ombra che sono viste dall'Ocular, che osserva anche una scala graduata.

Può servirti: elettrone differenziale

La scala è generalmente calibrata per la lettura diretta dell'indice di rifrazione, quindi, a seconda del modello di rifrattometro, l'operatore vedrà qualcosa di simile a quello che si osserva nella seguente immagine:

Figura 5. La scala di un rifrattometro è calibrata per fornire direttamente l'indice di rifrazione. Fonte: rifactometria. Oregon State University.

La scala superiore, con l'aiuto della linea verticale, indica la misura principale: 1.460, mentre la scala inferiore mostra 0.00068. Quando hai l'indice di rifrazione 1.46068.

Importanza della lunghezza d'onda 

La luce che colpisce il prisma dell'illuminazione cambierà la sua direzione. Ma poiché è un'onda elettromagnetica, il cambiamento dipenderà da λ, dalla lunghezza dell'onda incidente.

Poiché la luce bianca contiene tutte le lunghezze d'onda, ognuna viene rifratta in misura diversa. Per evitare questa miscela che dà origine a un'immagine diffusa, la luce usata in un rifrattometro ad alta risoluzione deve avere una lunghezza d'onda unica e ben nota. La più utilizzata è la linea di sodio così chiamata, la cui lunghezza d'onda è 589,6 nm.

Nei casi in cui non è necessaria troppo precisione, la luce naturale è sufficiente, sebbene contenga una miscela di lunghezze d'onda. Tuttavia, per prevenire il bordo tra l'area illuminata e scura dell'immagine, alcuni modelli aggiungono i prismi compensativi AMICI.

Vantaggi e svantaggi

La rifrattometria è una tecnica rapida, economica e affidabile per conoscere la purezza di una sostanza, quindi è molto diffusa in chimica, bioanalisi e tecnologia alimentare.

Ma poiché ci sono diverse sostanze con lo stesso indice di rifrazione, è necessario sapere quale viene analizzato. Ad esempio, è noto che il cicloesano e alcune soluzioni zuccherate hanno lo stesso indice di rifrazione a una temperatura di 20 ºC.

D'altra parte, l'indice di rifrazione dipende in gran parte dalla temperatura, come indicato sopra, oltre alla pressione e alla concentrazione della soluzione di rifrazione. Tutti questi parametri devono essere attentamente monitorati quando è richiesta una grande precisione nelle misure.

Per quanto riguarda il tipo di rifrattometro da utilizzare, dipende molto dall'applicazione a cui è destinato. Ecco alcune caratteristiche dei tipi principali:

Refrefattometro manuale Abbe

-È uno strumento affidabile e a bassa manutenzione.

-Di solito sono economici.

Può servirti: analita

-Molto appropriato per familiarizzare i principi fondamentali della rifactometria.

-Devi fare attenzione a non graffiare la superficie del prisma a contatto con il campione.

-Devi pulire dopo ogni utilizzo, ma non può essere fatto con carta o materiali ruvidi.

-L'operatore di rifrattometro deve avere un addestramento.

-Ogni misura deve essere registrata a mano.

-Di solito sono disponibili con scale calibrate specificamente per una certa gamma di sostanze.

-Devono essere calibrati.

-Il sistema di controllo del bagno d'acqua può essere ingombrante da utilizzare.

Refrattari digitali

-Sono facili da leggere, poiché la misura appare direttamente su uno schermo.

-Usano sensori ottici per letture ad alta precisione.

-Hanno la possibilità di archiviare ed esportare i dati ottenuti ed essere in grado di consultarli in qualsiasi momento.

-Sono estremamente precisi, anche per sostanze il cui indice di rifrazione è difficile da misurare.

-È possibile programmare scale diverse.

-Non richiedono una regolazione della temperatura con l'acqua.

-Alcuni modelli incorporano misure di densità, ad esempio, o possono connettersi a densimetri, contatori di pH e altri, per risparmiare tempo e ottenere misure simultanee.

-Non è necessario.

-Sono più costosi dei rifrattometri manuali.

Applicazioni

Conoscere l'indice di rifrazione di un campione indica il grado di purezza di questo, quindi la tecnica è ampiamente utilizzata nel settore alimentare:

-Nel controllo di qualità degli oli, per determinare la loro purezza. Ad esempio mediante rifactometria è possibile sapere se un olio di girasole è stato ridotto aggiungendo altri oli di qualità inferiore.

Figura 6. Laboratorio di tecnologia alimentare. Fonte: piqsels.

-È usato nell'industria alimentare per conoscere il contenuto di zucchero in bevande zuccherate, marmellate, latte e loro derivati ​​e diverse salse.

-Sono anche necessari nel controllo di qualità di vini e birre, per determinare il contenuto di zucchero e la laurea alcolica.

-Nell'industria chimica e farmaceutica per il controllo di qualità di sciroppi, profumi, detergenti e tutti i tipi di emulsioni.

-Possono misurare la concentrazione di urea - un rifiuto dal metabolismo delle proteine ​​- nel sangue.

Riferimenti

1. Tecniche di laboratorio di chimica. Rifrattometria. Recuperato da: 2.UPS.Edu.
2. Gavira, J. Rifrattometria. Estratto da: Triplenlace.com
3. Tolledo per le mezzogiorno. Confronto di diverse tecniche di misurazione della densità e della rifrattometria. Recuperato da: MT.com.
4. Net Interlab. Cos'è un rifrattometro e a cosa serve?. Recuperato da: Net-Interlab.È.
5. Oregon State University. Principi di rifrattometria. Recuperato da: siti.Scienza.Oregonstate.Edu.