Refraktométer
A refraktométer egy mérőeszköz meghatározására törésmutatója a - folyékony vagy szilárd - átlátszó anyagok refraktometriai . A fény viselkedését használja az ismert tulajdonságokkal rendelkező prizma és a vizsgálandó anyag közötti átmenetnél .
Ha egy folyadék általános összetétele ismert, refraktométerrel mérhetjük a benne oldott anyagok koncentrációját . A bor, a cukorrépa és az alma betakarításával kapcsolatban ily módon határozzák meg a növények cukortartalmát.
A szemészetben refraktométert használnak a szem törésarányának meghatározására .
Mérési elvek
Három mérési elv különböztethető meg:
- Átbocsátott fény
- legeltető ötlet
- Teljes reflexió
A fénytörést vagy teljes visszaverődést alkalmazzuk. Mindhárom elv közös az ismert törésmutatóval (n prizma ) rendelkező prizma . A fény a mérőprizma és a mintaközeg (n folyadék ) közötti átmenetnél különböző szögekben terjed . A mintaközeg ismeretlen törésmutatóját a fény elhajlásával mérjük.
- Az áteresztett fény elvével a párhuzamos sugárköteg megtörik a két közeg interfészén.
- Legeltetési incidencia és teljes visszaverődés esetén megmérik a határfelületen különböző beesési szögű nyaláb kritikus szögét.
Tervek
A hagyományos refraktométerek gyakran napfényt vagy izzólámpát használnak fényforrásként, néha színes szűrővel. A mérleg detektorként szolgál, amelyet optikai rendszer segítségével a szemmel le lehet olvasni.
Példák:
- Kézi refraktométer
- Abbe refraktométer
- Pulfrich refraktométer
- Wollaston refraktométere (1802)
- Jelley refraktométer
Az első vizsgálatokat mérőprizmákkal már 1761-ben és 1802-ben végezték, de a használható refraktométereket csak Ernst Abbe írta le 1874-ben, valamint Pulfrich (1889) és Jelly (1934).
A differenciál refraktométerek összehasonlítják a referencia minta törésmutatóját a vizsgálandó mintával, mivel a minta interfésze prizmát képez (amely törésmutató eltérések esetén elhajlik).
A mai refraktométerek LED- et használnak fényforrásként . CCD érzékelőt használnak detektorként . A beépített hőmérsékletmérés vagy termosztálás lehetőséget nyújt a hőmérsékletfüggő törésmutató kompenzálására.
példák
- Kézi és asztali eszközök kis mintamennyiségekhez
- Folyamat-refraktométer a folyamat közvetlen telepítéséhez, pl. B. csőben vagy tartályban
Ezenkívül refraktometrikus mérési módszereket alkalmaznak bonyolultabb gépek érzékelőiben, mint pl B. esőérzékelőként járművekben vagy detektorként a nagy teljesítményű folyadékkromatográfia (HPLC) berendezésében. Itt gyakran használják a folyamatosan működő törésmutató-detektorokat .
A hullámhossz hatása
A minta törésmutatója szinte minden anyagnál változó, különböző hullámhosszúságú. Ez az úgynevezett diszperzió minden anyagra jellemző.
A látható hullámhossz-tartományban a törésmutató csökkenése a fény hullámhosszának növekedésével és szinte semmilyen abszorpcióval nem figyelhető meg. Az infravörös hullámhossz-tartományban gyakran több abszorpciós maximum és ingadozás van a törésmutatóban. A törésmutató jó minőségű, legfeljebb 0,00002 törésmutató pontosságú méréséhez a mérési hullámhosszat nagyon pontosan kell meghatározni. Ezért a modern refraktométerek hullámhosszát ± 0,2 nm sávszélességre állítják be annak érdekében, hogy a különböző diszperziójú minták helyes eredményeit biztosítsák.
A hőmérséklet hatása
A hőmérséklet nagyon nagy hatással van a törésmutatóra. Ezért a prizma és a minta hőmérsékletét is ellenőrizni kell. A törésmutató pontos méréséhez hőmérséklet-érzékelőket és Peltier elemeket használnak a minta és a mérési prizma termosztálására .
Korábban külső vízfürdőket használtak a hőmérséklet szabályozására. A mai Peltier elem hőmérséklet-szabályozása gyorsabban működik, és a vízfürdővel ellentétben nem igényel semmilyen karbantartást.
Automatikus refraktométer
Az automatikus refraktométerek önállóan végeznek bizonyos tevékenységeket, időnként képesek kommunikálni más mérőeszközökkel és adatokat menteni.
A mérési elv a teljes visszaverődés kritikus szögének meghatározásán alapul: Egy fényforrás, általában egy fénykibocsátó dióda, egy lencserendszeren keresztül egy prizmafelületre fókuszál. Egy interferencia szűrő garantálja a megadott hullámhosszat. Azáltal, hogy a fényt a prizma felületének egy pontjára fókuszálja, nagyszámú különböző beesési szöget fednek le. Amint az egy automatikus refraktométer szerkezetének sematikus ábráján látható, a mérendő minta közvetlenül érintkezik a mérési prizmával. A minta törésmutatójától függően a beeső fény részben behatol a mintába (megtörik) a teljes visszaverődés kritikus szöge alatti beesési szögben, míg nagyobb beesési szögeknél a fény teljesen visszaverődik a minta / prizma határfelületén. . A visszavert fényintenzitásnak a beesési szögtől való függését nagy felbontású CCD-érzékelővel mérjük. A minta törésmutatója pontosan kiszámítható a CCD szenzorral rögzített videojel alapján. Ez a módszer a teljes belső visszaverődés szögének mérésére független a minta tulajdonságaitól. Még a nagyon abszorbens minták vagy a légbuborékokat vagy szilárd részecskéket tartalmazó minták törésmutatóját is meg lehet mérni. Csak néhány mikroliter szükséges a mintához, és a minta visszanyerhető. A meghatározás független a rezgéstől és egyéb környezeti hatásoktól.
Áramló sejtek
Különböző típusú mérőcellák gyakoriak, a néhány mikroliteres mikrotáramú celláktól a töltőtölcsérrel ellátott mintákig. A mikrocellák biztosítják a drága minták jó visszanyerhetőségét és megakadályozzák az illékony minták vagy oldószerek párolgását. Sok áramlási cellában van töltőtölcsér a töltéshez.
Automatikus mintaadagolás
Ha egy automatikus refraktométer áramlási cellával van felszerelve, a mintát fecskendővel vagy szivattyú segítségével lehet hozzáadni. Egyes refraktométerek a készülékbe épített perisztaltikus szivattyú vezérlésének lehetőségét is kínálják. A tömlőszivattyú lehetővé teszi a minta több mérésének elvégzését a felhasználó interakciója nélkül. Ez kiküszöböli az emberi hibákat és növeli a minta áteresztőképességét.
Ha nagyszámú minta automatizált mérésére van szükség, néhány refraktométer kombinálható mintaváltóval. A mintaváltót a refraktométer vezérli. A mintákat azonban először a mintaváltó tartályba kell tölteni.
Alkalmazások
Hagyományos felhasználások
Számos alkalmazás szolgál a koncentrációk meghatározására egy hordozóközegben: Hagyományosan refraktométereket használnak a vizes oldatok cukortartalmának meghatározására, pl. B. meghatározása érettség idején a szüreti , mérése eredeti sörlé amikor sörfőzés és mint méhészeti eszköz , hogy meghatározzuk a víztartalmát a méz . Külön mérleg hoztak létre ezeket az alkalmazásokat az élelmiszer-ágazatban ( fok Öchsle , Brix-fok , Plato-fok ).
Refraktométereket használnak az elemek savkoncentrációjának meghatározására is. A hűtő emulziókeverékek olaj-víz koncentrációját fémmegmunkáló gépekben, kézi refraktométerrel mérjük, akárcsak a hűtőközegekben lévő glikoltartalmat vagy a tengervíz sótartalmát . Az orvosi területen refraktométert használnak a vizelet fehérjetartalmának meghatározására . Alternatív megoldásként az említett alkalmazások esetében a sűrűséget gyakran egy hidrométer , egy mosogatómérleg segítségével határozzák meg . A leghíresebb itt valószínűleg a mustmérlegelő .
További alkalmazások a kémia területén
A kémia területén refraktometriát alkalmaznak a szerves anyagok tisztaságának ellenőrzésére. Minden szerves folyadéknak jellemző a törésmutatója. A tisztasági teszt mellett refraktometriát is alkalmaznak a két- vagy többkomponensű keverékek kvantitatív elemzéséhez és az anyagok azonosításához.
Az anyag fajlagos fénytörését a Lorentz-Lorenz képlettel kapjuk meg
Itt a törésmutató, az anyag fajsúlya.
Ha a fajta fénytörést megszorozzuk az anyag moláris tömegével, megkapjuk a molekuláris törést :
- .
Ha egy anyag törésmutatóját különböző hullámhosszakon határozzák meg (például a sárga nátrium-D vonal vagy a vörös hidrogén vonal), akkor megkapjuk az anyagok molekuláris diszperzióját.
Az anyag töréshatékonysága az egyes molekulák funkcionális csoportjaitól függ. A molekuláris refrakció az egyes funkcionális csoportok, atomok összege. Az egyes funkcionális csoportok növekményeinek összegzésével (pl. C (egyértékű): 2,41, C = C: 1,69, C =C: 2,38, C = O: 2,19, CH: 1, 09, -O-: 1,64) a molekuláris refrakció kiszámítható az egyes molekulákra, és összehasonlítható a mért értékkel.
A refraktometria az egyik legkorábbi fizikai módszer a molekulák szerkezetének és funkcionális csoportjainak ellenőrzésére.
Refraktométereket használnak szilárd közegek optikai tulajdonságainak meghatározására is, pl. B. a szemüveggyártásban és a drágakövek minőségértékelésében vagy azonosításában. Max szerves szilárd anyagok törésmutatójának meghatározása Max Le Blanc módszerrel is lehetséges.
Járműtechnika
Refraktometriát használnak a hűtőfolyadék fagyállóságának meghatározására . Ezek a refraktométerek hőmérséklet- skálával rendelkeznek a hűtőfolyadék öntési pontjára vonatkozóan . Más módszerek az úszók, akik mérik a glikol tartalom által felhajtóerő .
Szemészet
A szemészet és optika , manuális vagy automatikus refraktométer meghatározására használjuk, és mérjük az objektív fénytörési a szemek , az alapja a beállító korrekciós lencse, mint a szemüveg vagy kontaktlencse . Amikor az Autorefractometer használható Foucault vágási módszerekkel . Az automatizálás felgyorsítja a vizsgálati folyamatot, alkalmazhatóvá teszi a laikusok számára is, de nem mindig hoz pontos mérési eredményeket. A refraktométer használatának alternatívája, különösen kisgyermekeknél, a retinoszkópia .
Gem lore
A drágakövek átlátszó ásványok , ezért optikai módszerekkel vizsgálhatók. Mivel a törésmutató egy anyagállandó, amely az anyag kémiai összetételétől függ, információt nyújt a drágakő típusáról és minőségéről. A speciális drágakő refraktométerrel történő meghatározás egy könnyen használható módszer, amellyel fel lehet mérni a kő eredetiségét és minőségét. A drágakő refraktométer tehát egy gemológiai laboratórium alapfelszerelésének része. A törésmutatónak az alkalmazott fény hullámhosszától ( diszperzió ) való függése miatt a mérést általában a nátrium-D-vonal (nD) 589 nm-es hullámhosszán végzik. Ezt vagy kiszűrik a napfényből, vagy generálják monokromatikus fénykibocsátó dióda ( LED ) segítségével. Bizonyos kövek, például rubin, zafír, turmalin vagy topáz optikailag anizotrop . Kétirányú törésük van, amely a fény polarizációs síkjától függ . A két különböző törésmutatót polarizációs szűrővel határozzuk meg . A drágakő refraktométereket klasszikus optikai műszerként és közvetlen digitális kijelzővel ellátott elektronikus mérőeszközként kínálják.
Lásd még
web Linkek
- Auto refraktométer a monokuláris szubjektív refrakcióhoz képest. (PDF; 1,1 MB) Az eredetiből 2006. április 30 - án archiválva ; Letöltve: 2009. december 29 .
- Modern automatikus refraktométerek ehhez képest. (PDF; 135 kB) Az eredetiből 2005. április 26 - án archiválva ; Letöltve: 2009. december 29 .
- Refraktométer számológép a sör végső erjedési fokának és alkoholtartalmának meghatározásához a hobbifőzés szektorában
irodalom
- aprentas (Szerk.): Laborpraxis . 6. kiadás. szalag 2 : Mérési módszerek. Springer International Publishing Switzerland, Cham 2017, ISBN 978-3-0348-0967-2 , 10. fejezet: A fénytörés meghatározása , p. 83-92 , doi : 10.1007 / 978-3-0348-0968-9_10 .
- DIN EN ISO 10342: 2010-11 szabvány: Szemészeti műszerek - szem refraktométerek ( beuth.de ).
Egyéni bizonyíték
- ^ Herbert Feltkamp, Peter Fuchs, Heinz Sucker (szerk.): Gyógyszerminőség-ellenőrzés. Georg Thieme Verlag, 1983, ISBN 3-13-611501-5 , 248-249.
- ^ Clairaut, Mem. Acad. R. 388 (1761).
- ^ William Hyde Wollaston: XII. A refraktív és diszperzív képességek prizmatikus reflexióval történő vizsgálatának módszere . In: A londoni Királyi Társaság filozófiai tranzakciói . szalag 92 , 1802, pp. 365-380 , doi : 10.1098 / rstl.1802.0014 (szabad teljes szöveg).
- ↑ Ernst Abbe: Új készülék szilárd és folyékony testek törés- és diszperziós erejének meghatározására . Mauke's Verlag (Hermann Dufft), Jena 1874, OCLC 9297565 ( digitális másolat - új kiadás: Forgotten Books, [sl] 2016, ISBN 978-1-334-01028-6 ).
- ↑ C. Pulfrich: Egy új refraktométer . In: Journal for analytical chemistry . szalag 28 , no. 1 , 1889, p. 81-82. , Doi : 10.1007 / BF01375871 .
- ↑ EE kocsonya: XVI. - Mikrorefraktométer és alkalmazása kémiai mikroszkópiában . In: A Royal Microscopical Society folyóirata . szalag 54 , no. 4 , 1934, pp. 234–245 , doi : 10.1111 / j.1365-2818.1934.tb02319.x .
- ↑ RIDK-102 differenciál refraktométer az 1989- es évből
- ↑ JW Brühl: Az atomok egyszeri és úgynevezett többszörös kötésének hatásáról a test fénytörési erejére . In: Fizikai kémiai folyóirat . 1U, nem. 1 , 1887, p. 307. , doi : 10.1515 / zpch-1887-0136 .
- ↑ James D. Forbes: A gőz színéről bizonyos körülmények között . In: A fizika évkönyvei . szalag 123 , no. 8 , 1839, pp. 593-599 , doi : 10.1002 / and 18391230805 ( digitalizálva a Gallica- on ).
- ↑ JW Brühl: Nagy színben diszpergálódó szerves folyékony testek molekuláris refrakciójának vizsgálata . In: A Német Vegyipari Társaság jelentései . szalag 19 , no. 2 , 1886, p. 2746–2762 , doi : 10.1002 / cber.188601902246 ( digitalizálva a Gallica - Hier, 2760. o.).
- ↑ E. Conrady: számítása az atomi fénytörési nátrium-fény . In: A Német Vegyipari Társaság jelentései . szalag 1889. 22. , pp. 224. hivatkozás ( digitalizálva a Gallicán ).
- ↑ JW Brühl: Az atomok egyszeres és úgynevezett többszörös kötésének a test fénytörési erejére gyakorolt hatásáról. Hozzájárulás a benzol és naftalin vegyületek összetételének vizsgálatához . In: A Német Vegyipari Társaság jelentései . szalag 20 , no. 2 , 1887, p. 2288–2311 , doi : 10.1002 / cber.18870200239 / teljes ( digitalizált a Gallica-n ).
- ↑ JW Brühl: a szerves folyadéktestek molekuláris refrakciójáról, nagyszerű képességgel a színek diszpergálására . In: Justus Liebig Annals of Chemistry . szalag 235 , no. 1-2 , 1886, pp. 1-106 , doi : 10.1002 / jlac.18862350102 (itt, 35. o.).
- ↑ M. Le Blanc: Egyszerű módszer az optikailag izotrop testek fénytörési kitevőinek meghatározására . In: Fizikai kémiai folyóirat . 10U, nem. 1 , 1892, doi : 10.1515 / zpch-1892-1027 .
- ↑ Stefan Sobotta: Hőszivattyús gyakorlat: technológia, tervezés, telepítés . 2. kiadás. Beuth Verlag, Berlin 2015, ISBN 978-3-410-23362-6 , pp. 216. ( korlátozott előnézet a Google Könyvkeresőben).
- ↑ Bernhard Lachenmayr, Annemarie Buser: Szem - Szemüveg - Törés: Schober tanfolyam: megérteni - megtanulni - alkalmazni . 4. kiadás. Thieme, Stuttgart 2006, ISBN 978-3-13-139554-2 , p. 38 ( korlátozott előnézet a Google Könyvkeresőben).