REFRACTOMETRY: RASIONAL, JENIS REFRACTOMETER, APLIKASI - KIMIA - 2025

The refractometer adalah kaedah analisis optik bahan-bahan yang mengukur indeks biasan bahan untuk menentukan ciri-ciri utamanya. Hal ini didasarkan pada kenyataan bahwa cahaya, ketika melewati satu medium ke media lain, mengalami perubahan arah yang bergantung pada sifat media ini.

Kelajuan cahaya dalam vakum adalah c = 300,000 km / s, tetapi di air, misalnya, turun menjadi v = 225,000 km / s. Indeks biasan n didefinisikan dengan tepat sebagai nisbah c / v.

Rajah 1. Refractometer digunakan untuk mengukur kandungan gula dalam buah. Sumber: Wikimedia Commons.

Anggaplah cahaya dengan panjang gelombang tertentu jatuh pada sudut yang ditentukan di permukaan yang menghadkan dua bahan yang berbeza. Maka arah sinar akan berubah, kerana setiap medium mempunyai indeks pembiasan yang berbeza.

Cara mengira indeks pembiasan

Undang-undang Snell mengaitkan indeks pembiasan antara dua media 1 dan 2 sebagai:

Di sini n ₁ adalah indeks pembiasan di medium 1, θ ₁ adalah sudut kejadian sinar pada permukaan batas, n ₂ adalah indeks pembiasan di medium 2 dan θ ₂ adalah sudut pembiasan, ke arah mana pancaran yang dihantar terus.

Rajah 2. Sinar cahaya memukul dua media yang berbeza. Sumber: Wikimedia Commons.

Indeks biasan bahan tetap dan diketahui dalam keadaan fizikal tertentu. Dengan ini indeks biasan medium lain dapat dikira.

Sebagai contoh, jika cahaya melewati prisma kaca yang indeksnya n ₁ dan kemudian melalui bahan yang indeksnya ingin kita ketahui, dengan berhati-hati mengukur sudut kejadian dan sudut pembiasan, kita memperoleh:

Jenis-jenis refractometer

Refractometer adalah instrumen yang mengukur indeks biasan cecair atau pepejal dengan wajah rata dan licin. Terdapat dua jenis refractometer:

Jenis optik-manual seperti Refractometer Abbe.

-Recractometer digital.

- Jenis optik-manual seperti refractometer Abbe

Refractometer Abbe dicipta pada abad ke-19 oleh Ernst Abbe (1840-1905), seorang ahli fizik Jerman yang memberikan sumbangan yang besar dalam pengembangan Optik dan Termodinamik. Refractometer jenis ini banyak digunakan dalam industri makanan dan makmal pengajaran dan pada dasarnya terdiri daripada:

-Lampu sebagai sumber cahaya, umumnya wap natrium, yang panjang gelombangnya diketahui. Ada model yang menggunakan cahaya putih normal, yang berisi semua panjang gelombang yang dapat dilihat, tetapi mereka mempunyai prisma bawaan yang disebut prisma Amici, yang menghilangkan panjang gelombang yang tidak diingini.

- Prisma pencahayaan dan prisma bias lain, di mana sampel yang indeksnya hendak diukur diletakkan.

-Thermometer, kerana indeks biasan bergantung pada suhu.

-Mekanisme penyesuaian untuk gambar.

-Kaca mata, melalui mana pemerhati melakukan pengukuran.

Susunan bahagian asas ini mungkin berbeza bergantung pada reka bentuknya (lihat gambar 3 kiri). Selanjutnya kita akan melihat prinsip operasi.

Rajah 3. Di sebelah kiri refractometer Abbe dan di sebelah kanan gambarajah operasi asas. Sumber: Wikimedia Commons. 丰泽 一号

Bagaimana Abbe Refractometer Berfungsi

Prosedurnya adalah seperti berikut: sampel ditempatkan di antara prisma pembiasan –yang tetap-, dan prisma pencahayaan –fattable-.

Prisma pembiasan sangat digilap dan indeks biasannya tinggi, sementara prisma pencahayaannya adalah matte dan kasar pada permukaan kontak. Dengan cara ini, ketika lampu dihidupkan, cahaya dipancarkan ke semua arah pada sampel.

Ray AB dalam gambar 3 adalah yang paling besar kemungkinan penyimpangan, jadi di sebelah kanan titik C seorang pemerhati akan melihat medan yang berlorek, sementara sektor di sebelah kiri akan diterangi. Mekanisme penyesuaian mula berlaku sekarang, kerana apa yang anda mahukan adalah menjadikan kedua bidang mempunyai ukuran yang sama.

Untuk ini ada tanda bantuan pada lensa mata, yang berbeza-beza bergantung pada reka bentuknya, tetapi dapat berupa salib atau jenis isyarat lain, yang berfungsi untuk memusatkan bidang.

Dengan membuat kedua bidang sama ukurannya, sudut kritis atau sudut batas dapat diukur, yaitu sudut di mana sinar yang dipancarkan akan melewati merumput permukaan yang memisahkan media (lihat gambar 4).

Mengetahui sudut ini memungkinkan untuk mengira secara langsung indeks biasan sampel, dengan mengambil prisma. Mari lihat ini dengan lebih terperinci di bawah.

Sudut kritikal

Dalam rajah berikut kita melihat bahawa sudut kritis θ _c adalah sudut di mana sinar bergerak tepat di atas permukaan sempadan.

Sekiranya sudut meningkat lebih jauh maka balok tidak sampai ke tengah 2, tetapi dipantulkan dan terus di tengah 1. Hukum Snell yang berlaku untuk kes ini adalah: sin θ ₂ = sin 90º = 1, yang mengarah langsung ke indeks biasan dalam medium 2:

Rajah 4. Sudut kritikal. Sumber: F. Zapata.

Nah, sudut kritikal diperoleh dengan tepat dengan menyamakan ukuran bidang cahaya dan bayangan yang dilihat melalui lensa mata, di mana skala bertahap juga diperhatikan.

Skala biasanya dikalibrasi untuk membaca langsung indeks biasan, jadi bergantung pada model refraktometer, pengendali akan melihat sesuatu yang serupa dengan yang diperhatikan dalam gambar berikut:

Rajah 5. Skala refraktometer dikalibrasi untuk memberikan indeks biasan secara langsung. Sumber: Refractometry. Universiti Negeri Oregon.

Skala atas, dengan bantuan garis menegak, menunjukkan ukuran utama: 1.460, sementara skala bawah menunjukkan 0.00068. Semasa menambah, indeks biasan adalah 1.46068.

Kepentingan panjang gelombang

Cahaya yang jatuh pada prisma pencahayaan akan mengubah arahnya. Tetapi kerana ia adalah gelombang elektromagnetik, perubahan akan bergantung pada λ, panjang gelombang kejadian.

Oleh kerana cahaya putih mengandungi semua panjang gelombang, setiap cahaya dibiaskan ke tahap yang berbeza. Untuk mengelakkan pencampuran ini yang menghasilkan gambar kabur, cahaya yang digunakan dalam refractometer resolusi tinggi mesti mempunyai panjang gelombang yang unik dan diketahui. Yang paling banyak digunakan ialah garis natrium D yang disebut, yang panjang gelombang 589.6 nm.

Dalam kes di mana ketepatan terlalu banyak tidak diperlukan, cahaya semula jadi mencukupi, walaupun mengandungi campuran panjang gelombang. Walau bagaimanapun, untuk mengelakkan kabur tepi antara cahaya dan gelap pada gambar, beberapa model menambah prisma kompensasi Amici.

Kelebihan dan kekurangan

Refractometry adalah teknik yang cepat, murah dan boleh dipercayai untuk mengetahui kemurnian zat, sebab itulah ia digunakan secara meluas dalam kimia, bioanalisis dan teknologi makanan.

Tetapi kerana terdapat zat yang berlainan dengan indeks bias yang sama, perlu diketahui yang mana yang sedang dianalisis. Contohnya, sikloheksana dan beberapa larutan gula diketahui mempunyai indeks biasan yang sama pada suhu 20 ° C.

Sebaliknya, indeks bias sangat bergantung pada suhu, seperti yang disebutkan di atas, selain tekanan dan kepekatan larutan biasan. Semua parameter ini mesti dipantau dengan teliti apabila diperlukan ukuran ketepatan tinggi.

Bagi jenis refractometer yang akan digunakan, banyak bergantung pada aplikasi yang dimaksudkan. Berikut adalah beberapa ciri jenis utama:

Refractometer Abbe Manual

-Ini adalah instrumen penyelenggaraan yang boleh dipercayai dan rendah.

-Mereka biasanya murah.

-Sangat sesuai untuk membiasakan diri dengan prinsip asas refractometry.

- Berhati-hati agar tidak menggaru permukaan prisma yang bersentuhan dengan sampel.

-Mesti dibersihkan selepas setiap penggunaan, tetapi tidak boleh dilakukan dengan kertas atau bahan kasar.

-Pengendali refractometer mesti mempunyai latihan.

-Setiap pengukuran mesti didaftarkan dengan tangan.

-Mereka biasanya dilengkapi dengan timbangan yang dikalibrasi khusus untuk sebilangan zat tertentu.

-Mereka perlu dikalibrasi.

-Sistem kawalan suhu mandi air boleh membebankan untuk digunakan.

Refractometer digital

-Mereka mudah dibaca, kerana pengukuran muncul secara langsung di layar.

-Mereka menggunakan sensor optik untuk bacaan ketepatan tinggi.

-Mereka mempunyai kemampuan untuk menyimpan dan mengeksport data yang diperoleh dan dapat berkonsultasi dengan mereka setiap saat.

-Mereka sangat tepat, bahkan untuk bahan yang indeks biasannya sukar diukur.

-Mungkin untuk memprogram skala yang berbeza.

-Tidak memerlukan penyesuaian suhu dengan air.

-Beberapa model menggabungkan pengukuran kepadatan, misalnya, atau dapat dihubungkan dengan meter kepadatan, meter pH dan lain-lain, untuk menjimatkan masa dan memperoleh pengukuran serentak.

-Tidak perlu mengkalibrasi semula, tetapi periksa dari semasa ke semasa bahawa mereka berfungsi dengan betul dengan mengukur indeks biasan bahan terkenal, seperti air suling misalnya.

-Mereka lebih mahal daripada refractometer manual.

Permohonan

Mengetahui indeks biasan sampel menunjukkan tahap kemurniannya, itulah sebabnya teknik ini digunakan secara meluas dalam industri makanan:

-Dalam kawalan kualiti minyak, untuk menentukan kesuciannya. Sebagai contoh, melalui refractometry adalah mungkin untuk mengetahui apakah minyak bunga matahari diturunkan dengan menambahkan minyak berkualiti rendah yang lain.

Rajah 6. makmal teknologi makanan. Sumber: Piqsels.

-Ia digunakan dalam industri makanan untuk mengetahui kandungan gula dalam minuman bergula, jem, susu dan turunannya serta pelbagai sos.

-Mereka juga diperlukan dalam kawalan kualiti wain dan bir, untuk menentukan kandungan gula dan kandungan alkohol.

-Dalam industri kimia dan farmaseutikal untuk kawalan kualiti sirap, minyak wangi, deterjen dan semua jenis emulsi.

-Mereka dapat mengukur kepekatan urea - sisa dari metabolisme protein - dalam darah.

Rujukan

1. Teknik Makmal Kimia. Refractometry. Dipulihkan dari: 2.ups.edu.
2. Gavira, J. Refractometry. Dipulihkan dari: triplenlace.com
3. Mettler-Toledo. Perbandingan teknik yang berbeza untuk mengukur ketumpatan dan refraktometri. Dipulihkan dari: mt.com.
4. InterLab Bersih. Apa itu refractometer dan untuk apa? Dipulihkan dari: net-interlab.es.
5. Universiti Negeri Oregon. Prinsip refractometry. Dipulihkan dari: sites.science.oregonstate.edu.