Refraktometre

Bir refraktometrenin farklı ölçüm prensipleri

El refraktometresi

Refraktometre ile Vintner ölçüm dereceleri Oechsle

Refraktometre a, ölçüm cihazı saptanması için bir kırılma indisi ile transparan maddeler - sıvı ya da katı - bir refraktometre . Bilinen özelliklere sahip bir prizma ile test edilecek madde arasındaki geçişte ışığın davranışını kullanır .

Bir sıvının genel bileşimi biliniyorsa, içindeki çözünmüş maddelerin konsantrasyonunu ölçmek için bir refraktometre kullanılabilir . Şarap, şeker pancarı ve ayrıca elma hasadı ile bağlantılı olarak bitkilerin şeker içeriği bu şekilde belirlenir.

Gelen Oftalmoloji , bir refraktometre kırılma belirlemek için kullanılır oranlarını gözler .

Ölçüm prensipleri

Üç ölçüm prensibi arasında bir ayrım yapılabilir:

• İletilen ışık
• otlatma fikri
• Toplam yansıma

Kırılma ya da toplam yansıma ışığı kullanılır. Üç ilkenin ortak noktası, bilinen bir kırılma indisine (n _prizma ) sahip bir ölçüm _{prizmasıdır} . Işık, ölçüm prizması ve numune ortamı (n _sıvı ) arasındaki geçişte farklı açılarda yayılır . Numune ortamının bilinmeyen kırılma indisi, ışık sapmasıyla ölçülür.

• İletilen ışık prensibiyle, iki ortam arasındaki arayüzde paralel bir ışın demeti kırılır.
• Otlatma gelişi ve toplam yansıma durumunda, arayüz üzerinde farklı geliş açılarına sahip bir kirişin kritik açısı ölçülür.

Tasarımlar

Elde taşınan bir refraktometrenin göz merceğinden görüntüleyin. Okuma: 47 ° Oechsle.

Geleneksel refraktometreler genellikle bir ışık kaynağı olarak güneş ışığını veya bir akkor lambayı, bazen de renkli bir filtreyle kullanır. Ölçek, optik bir sistem kullanılarak gözle okunabilen bir dedektör görevi görür.

Örnekler:

• El refraktometresi
• Abbe refraktometre
• Pulfrich refraktometre
• Wollaston refraktometresi (1802)
• Jelley refraktometre

Ölçüm prizmaları ile ilk araştırmalar zaten 1761 ve 1802'de gerçekleştirildi, ancak kullanılabilir refraktometreler yalnızca 1874'te Ernst Abbe ve Pulfrich (1889) ve Jelly (1934) tarafından tanımlandı.

Diferansiyel refraktometreler, bir referans numunenin kırılma indisini test edilecek numune ile karşılaştırır, çünkü numune arayüzü bir prizma oluşturur (kırılma indisi farklılıkları durumunda sapar).

Günümüzün refraktometreleri, ışık kaynağı olarak bir LED kullanır . Detektör olarak bir CCD sensörü kullanılır. Yerleşik bir sıcaklık ölçümü veya termostat, sıcaklığa bağlı kırılma indisini telafi etme imkanı sunar.

örnekler

• Küçük numune miktarları için el ve masa üstü cihazlar
• Süreçte doğrudan kurulum için proses refraktometresi , örn. B. boru veya tankta

Ek olarak, refraktometrik ölçüm yöntemleri gibi daha karmaşık makinelerin sensörlerinde kullanılır. B. Araçlarda yağmur sensörü olarak veya yüksek performanslı sıvı kromatografisi (HPLC) için ekipmanda bir detektör olarak . Sürekli çalışan kırılma indisi dedektörleri burada sıklıkla kullanılır.

Dalga boyunun etkisi

Bir numunenin kırılma indisi, farklı dalga boylarındaki hemen hemen tüm malzemeler için değişiklik gösterir. Bu sözde dağılım, her malzemenin özelliğidir.

Görünür dalga boyu aralığında, ışığın dalga boyu arttıkça kırılma indisinde bir azalma ve hemen hemen hiç absorpsiyon gözlemlenemez. Kızılötesi dalga boyu aralığında, kırılma indisinde genellikle birkaç absorpsiyon maksimumları ve dalgalanmalar vardır. 0.00002'ye kadar kırılma indisinin doğruluğu ile yüksek kaliteli bir kırılma indisi ölçümü için, ölçüm dalgaboyu çok hassas bir şekilde belirlenmelidir. Bu nedenle, modern refraktometrelerdeki dalga boyu, farklı dispersiyonlara sahip numuneler için doğru sonuçları garantilemek için ± 0,2 nm'lik bir bant genişliğine ayarlanmıştır.

Sıcaklığın etkisi

Sıcaklığın kırılma indisi üzerinde çok büyük bir etkisi vardır. Bu nedenle prizmanın ve numunenin sıcaklığı da kontrol edilmelidir. Kırılma indisinin hassas ölçümleri için, numuneyi ve ölçüm prizmasını termostat etmek için sıcaklık sensörleri ve Peltier elemanları kullanılır.

Geçmişte sıcaklık kontrolü için harici su banyoları kullanılıyordu. Günümüzün Peltier element sıcaklık kontrolleri daha hızlı çalışır ve su banyosunun aksine herhangi bir bakım gerektirmez.

Otomatik refraktometre için dökme hunili akış hücresi, numunenin hızlı bir şekilde değiştirilmesini sağlar, örn. B. kalite kontrolde

Otomatik refraktometre

Otomatik refraktometrenin şematik yapısı: Bir LED ışık kaynağı, yüzeyindeki bir numune ile farklı açılarda bir prizmayı aydınlatır. Prizma malzemesi ile numune arasındaki kırılma indisi farkına ve ışık huzmesinin geliş açısına bağlı olarak, ışık numuneye kısmen kırılır ve yansıtılır veya tamamen yansıtılır. Toplam iç yansımanın kritik açısı, geliş açısının bir fonksiyonu olarak yansıyan ışık yoğunluğunun ölçülmesiyle belirlenir.

Otomatik refraktometreler bazı faaliyetleri bağımsız olarak gerçekleştirir, bazen diğer ölçüm cihazlarıyla iletişim kurabilir ve verileri kaydedebilir.

Ölçüm prensibi, toplam yansımanın kritik açısının belirlenmesine dayanır: Genellikle ışık yayan bir diyot olan bir ışık kaynağı, bir mercek sistemi aracılığıyla bir prizma yüzeyine odaklanır. Girişim filtresi, belirtilen dalga boyunu garanti eder. Işığı prizma yüzeyindeki bir noktaya odaklayarak, çok sayıda farklı geliş açısı kaplanır. Bir otomatik refraktometrenin yapısının şematik gösteriminde gösterildiği gibi, ölçülecek numune, ölçüm prizması ile doğrudan temas halindedir. Numunenin kırılma indisine bağlı olarak, gelen ışık, toplam yansımanın kritik açısının altındaki geliş açılarında kısmen numuneye nüfuz eder (kırılır), daha yüksek geliş açılarında ise ışık numune / prizma arayüzünde tamamen yansıtılır. . Yansıyan ışık yoğunluğunun geliş açısına olan bu bağımlılığı, yüksek çözünürlüklü bir CCD sensörü ile ölçülür. Numunenin kırılma indisi, CCD sensörü ile kaydedilen video sinyalinden tam olarak hesaplanabilir. Toplam iç yansıma açısını ölçmenin bu yöntemi, numune özelliklerinden bağımsızdır. Hava kabarcıkları veya katı partiküller içeren yüksek emici numunelerin veya numunelerin kırılma indisini ölçmek bile mümkündür. Numunenin yalnızca birkaç mikrolitresi gereklidir ve numune geri kazanılabilir. Belirleme, titreşimlerden ve diğer çevresel etkilerden bağımsızdır.

Akış hücreleri

Birkaç mikrolitre için mikro akış hücrelerinden doldurma hunili örnek hücrelere kadar farklı tipte ölçüm hücreleri yaygındır. Mikro hücreler, pahalı numunelerin iyi bir şekilde geri kazanılmasını sağlar ve uçucu numunelerin veya çözücülerin buharlaşmasını önler. Birçok akış hücresinin doldurmak için bir doldurma hunisi vardır.

Otomatik örnek feed

Birkaç numuneyi ölçmek için numune değiştiricili otomatik refraktometre

Otomatik refraktometre bir akış hücresi ile donatılmışsa, numune bir şırınga veya bir pompa kullanılarak eklenebilir. Bazı refraktometreler, cihaza entegre edilmiş bir peristaltik pompayı kontrol etme seçeneği de sunar. Bir hortum pompası, kullanıcı etkileşimi olmadan bir numune üzerinde birkaç ölçüm gerçekleştirmeyi mümkün kılar. Bu, insan hatalarını ortadan kaldırır ve numune verimini artırır.

Çok sayıda numunenin otomatik olarak ölçülmesi gerekiyorsa, bazı refraktometreler bir numune değiştirici ile birleştirilebilir. Numune değiştirici, refraktometre tarafından kontrol edilir. Bununla birlikte, numuneler önce numune değiştirici kabına doldurulmalıdır.

Başvurular

Geleneksel kullanımlar

Birçok uygulama, bir taşıyıcı ortamdaki konsantrasyonları belirlemeye hizmet eder: Geleneksel olarak, refraktometreler sulu çözeltilerdeki şeker içeriğini belirlemek için kullanılır, örn. Sırasında olgunluk B. belirlenmesi üzüm hasat , ölçümü asıl malt bira bira ve şekilde arıcılık cihazının su içeriğini belirlemek için bal . Gıda sektöründe bu uygulamalar için ayrı ölçekler oluşturulmuştur ( derece Oechsle , derece Brix , derece Plato ).

Refraktometreler ayrıca pillerdeki asit konsantrasyonunu belirlemek için kullanılır. Soğutucu emülsiyon karışımlarındaki yağ-su konsantrasyonu, soğutuculardaki glikol içeriğinin veya deniz suyunun tuzluluğunun ölçülmesinde olduğu gibi, el tipi refraktometre ile metal işleme makinelerinde ölçülür . Tıp alanında, idrardaki protein içeriğini belirlemek için bir refraktometre kullanılır . Alternatif olarak, bahsedilen uygulamalar için yoğunluk genellikle bir hidrometre , bir lavabo dengesi yardımıyla belirlenir . Burada en ünlüsü muhtemelen zorunlu tartıdır .

Kimyadaki diğer uygulamalar

Kimyada, organik maddelerin saflığını kontrol etmek için refraktometri kullanılır. Her organik sıvının karakteristik bir kırılma indisi vardır. Saflık testine ek olarak, refraktometri ayrıca iki veya çok bileşenli karışımların kantitatif analizi ve maddelerin tanımlanması için kullanılır.

Bir maddenin spesifik kırılması Lorentz-Lorenz formülünden elde edilir.

${\ displaystyle {\ text {Belirli kırılma}} = {\ frac {n ^ {2} -1} {n ^ {2} +2}} \ cdot {\ frac {1} {d}}}$

Burada kırılma indisi, maddenin özgül ağırlığı. ${\ displaystyle n}$${\ displaystyle d}$

Spesifik kırılmanın maddenin molar kütlesi ile çarpılması moleküler kırılmayı verir: ${\ displaystyle M}$

${\ displaystyle {\ text {Moleküler kırılma}} = {\ frac {n ^ {2} -1} {n ^ {2} +2}} \ cdot {\ frac {M} {d}}}$.

Bir maddenin kırılma indisi farklı dalga boylarında belirlenirse (örneğin, sarı sodyum D çizgisi veya kırmızı hidrojen çizgisi), maddelerin moleküler dağılımı elde edilir.

Bir maddenin kırılma gücü, her bir moleküldeki fonksiyonel gruplara bağlıdır. Moleküler kırılma, tek tek fonksiyonel grupların, bir moleküldeki atomların toplamıdır. Her bir fonksiyonel grup için artışları toplayarak (örneğin C (tek değerlikli): 2.41, C = C: 1.69, C≡C: 2.38, C = O: 2.19, CH: 1, 09, -O-: 1.64) moleküler kırılma her molekül için hesaplanabilir ve ölçülen değer ile karşılaştırılabilir.

Refraktometri, moleküllerdeki yapı ve fonksiyonel grupları kontrol etmek için en eski fiziksel yöntemlerden biriydi.

Refraktometreler ayrıca katı ortamın optik özelliklerini belirlemek için kullanılır, örn. B. Camların imalatında ve değerli taşların kalite değerlendirmesinde veya tanımlanmasında. Organik katıların kırılma indisini bir Max Le Blanc yöntemi kullanarak belirlemek de mümkündür .

Araç teknolojisi

Refraktometri, soğutucunun donma direncini belirlemek için kullanılır . Bu refraktometreler , soğutucunun akma noktası için bir sıcaklık ölçeğine sahiptir . Diğer yöntemler yüzücüler ölçmek glikol içeriği ile kaldırma kuvveti .

Oftalmoloji

Gelen Oftalmoloji ve optik , manuel veya otomatik refraktometreler belirlemek ve ölçmek için kullanılan hedef kırılmasını gözler gibi düzeltici lensler ayarlanması için bir temel gözlük veya kontakt lensler . Tüm Otorefraktometre olabilir kesme yöntemleri Foucault kullanılır. Otomasyon, muayene sürecini hızlandırır, meslekten olmayan kişiler için de uygulanabilir hale getirir, ancak her zaman doğru ölçüm sonuçları vermez. Özellikle küçük çocuklarda refraktometre kullanımına bir alternatif retinoskopidir .

Gem irfan

Optik değerli taş refraktometre ER604

Değerli taşlar şeffaf minerallerdir ve bu nedenle optik yöntemler kullanılarak incelenebilir. Kırılma indisi, bir maddenin kimyasal bileşimine bağlı bir malzeme sabiti olduğundan, bir kıymetli taşın türü ve kalitesi hakkında bilgi sağlar. Özel bir değerli taş refraktometresi ile tespit, bir taşın orijinalliğinin ve kalitesinin değerlendirilebileceği, kullanımı kolay bir yöntemdir. Bu nedenle değerli taş refraktometre, gemoloji laboratuvarının temel ekipmanının bir parçasıdır. Kırılma indisinin kullanılan ışığın dalga boyuna bağımlılığı nedeniyle ( dağılım ), ölçüm genellikle 589 nm'lik sodyum D-çizgisinin (nD) dalga boyunda gerçekleştirilir.Bu, gün ışığından filtrelenir veya oluşturulur. tek renkli bir ışık yayan diyot ( LED ) ile. Yakut, safir, turmalin veya topaz gibi bazı taşlar optik olarak anizotropiktir . Işığın polarizasyon düzlemine bağlı bir çift ​​kırılmaya sahiptirler . İki farklı kırılma indisi, bir polarizasyon filtresi kullanılarak belirlenir . Değerli taş refraktometreleri hem klasik optik cihazlar hem de doğrudan dijital ekranlı elektronik ölçüm cihazları olarak sunulmaktadır.

Ayrıca bakınız

• Derece Oechsle
• Klosterneuburg elma kantarı
• optik

İnternet linkleri

Vikisözlük: Refraktometre  - anlamların açıklamaları , kelime kökenleri, eş anlamlılar, çeviriler

• Otomatik refraktometre, monoküler sübjektif kırılma ile karşılaştırıldığında. (PDF; 1.1 MB) Arşivlenmiş orijinal üzerinde 30 Nisan 2006 ; Erişim tarihi: Aralık 29, 2009 . 
• Modern otomatik refraktometreler karşılaştırmalı. (PDF; 135 kB) Arşivlenen'den gelen orijinal üzerinde 26 Nisan 2005 ; Erişim tarihi: Aralık 29, 2009 . 
• Hobi mayalama sektöründe biranın son fermantasyon derecesini ve alkol içeriğini belirlemek için refraktometre hesaplayıcısı

Edebiyat

• aprentas (Ed.): Laborpraxis . 6. baskı. bant 2 : Ölçüm yöntemleri. Springer International Publishing Switzerland, Cham 2017, ISBN 978-3-0348-0967-2 , Bölüm 10: Kırılmanın belirlenmesi , s. 83-92 , doi : 10.1007 / 978-3-0348-0968-9_10 . 
• Standart DIN EN ISO 10342: 2010-11: Oftalmik aletler - göz refraktometreleri ( beuth.de ).

Bireysel kanıt

1. ^ Herbert Feltkamp, ​​Peter Fuchs, Heinz Sucker (editörler): Farmasötik kalite kontrolü. Georg Thieme Verlag, 1983, ISBN 3-13-611501-5 , s. 248-249.
2. ^ Clairaut, Mem Acad. R 388 (1761).
3. ^ William Hyde Wollaston: XII. Prizmatik yansıma ile kırılma ve dağıtma güçlerini inceleme yöntemi . In: Londra Kraliyet Cemiyeti'nin Felsefi İşlemleri . bant 92 , 1802, s. 365-380 , doi : 10.1098 / rstl.1802.0014 (ücretsiz tam metin). 
4. ↑ Ernst Abbe: Katı ve sıvı cisimlerin kırılma ve dağıtma gücünü belirleyen yeni aparat . Mauke's Verlag (Hermann Dufft), Jena 1874, OCLC 9297565 ( dijital kopya - yeni baskı: Forgotten Books, [sl] 2016, ISBN 978-1-334-01028-6 ). 
5. ↑ C. Pulfrich: Yeni bir refraktometre . In: Analitik kimya dergisi . bant 28 , hayır. 1 , 1889, s. 81-82 , doi : 10.1007 / BF01375871 . 
6. ↑ EE Jöle: XVI. - Mikrorefraktometre ve Kimyasal Mikroskopide Kullanımı . In: Journal of the Royal Microscopical Society . bant 54 , hayır. 4 , 1934, s. 234–245 , doi : 10.1111 / j.1365-2818.1934.tb02319.x . 
7. ↑ 1989 yılından itibaren diferansiyel refraktometre RIDK-102
8. ↑ JW Brühl: Tek ve sözde çoklu atom bağlarının vücudun ışık kırma gücü üzerindeki etkisi hakkında . In: Journal for Physical Chemistry . 1U, hayır. 1 , 1887, s. 307 , doi : 10.1515 / zpch-1887-0136 . 
9. ↑ James D. Forbes: Belirli Koşullarda Buharın Rengi Üzerine . In: Annals of Physics . bant 123 , hayır. 8 , 1839, s. 593-599 , DOI : 10.1002 / andp.18391230805 ( sayısallaştırılmış ile Gallica'nın ). 
10. ↑ JW Brühl: Büyük renk dağılımına sahip organik sıvı kütlelerin moleküler kırılması üzerine araştırmalar . In: Alman Kimya Derneği Raporları . bant 19 , hayır. 2 , 1886, s. 2746-2762 , DOI : 10.1002 / cber.188601902246 ( sayısallaştırılmış üzerinde Gallica - Hier, s 2760).. 
11. ↑ E. Conrady: Sodyum ışığı için atomik kırılmanın hesaplanması . In: Alman Kimya Derneği Raporları . bant 22 , 1889, s. Ref. 224 ( dijital hale üzerine Gallica'nın ). 
12. ↑ JW Brühl: Atomların tek ve sözde çoklu bağının vücudun ışık kırma gücü üzerindeki etkisi hakkında. Benzen ve naftalin bileşiklerinin oluşumunun araştırılmasına katkı . In: Alman Kimya Derneği Raporları . bant 20 , hayır. 2 , 1887, s. 2288-2311 , DOI : 10.1002 / cber.18870200239 / tam ( dijital hale üzerine Gallica'nın ). 
13. ↑ JW Brühl: Organik sıvı kütlelerin moleküler kırılması üzerine, renkleri dağıtma konusunda büyük bir yetenek . İçinde: Justus Liebig'in Kimya Yıllıkları . bant 235 , hayır. 1-2 , 1886, s. 1-106 , doi : 10.1002 / jlac.18862350102 (burada, s. 35). 
14. ↑ M. Le Blanc: Optik olarak izotropik cisimlerin kırılma üslerini belirlemek için basit bir yöntem . In: Journal for Physical Chemistry . 10U, hayır. 1 , 1892, doi : 10.1515 / zpch-1892-1027 . 
15. ↑ Stefan Sobotta: Isı pompası uygulaması: teknoloji, planlama, kurulum . 2. Baskı. Beuth Verlag, Berlin 2015, ISBN 978-3-410-23362-6 , s. 216 ( Google Kitap aramada sınırlı önizleme ). 
16. ↑ Bernhard Lachenmayr, Annemarie Buser: Göz - Gözlük - Kırılma: Schober kursu: anlamak - öğrenmek - uygulamak . 4. baskı. Thieme, Stuttgart 2006, ISBN 978-3-13-139554-2 , s. 38 ( Google Kitap aramada sınırlı önizleme ).