Čo je to refraktometer

Refraktometer je jednoduchý optický prístroj na meranie koncentrácie vodných roztokov pomocou metódy využívajúcej indexu lomu svetla. Index lomu svetla sa počíta pomocou Snellovho zákona. Na meraní indexu lomu svetla je založená aj optická metóda analytickej chémie – refraktometria.

Na analýzu vzorky postačuje iba pár kvapiek tekutiny. Refraktometer sa používa v potravinárskom, poľnohospodárskom, chemickom, výrobnom priemysle a tiež v medicíne.

Ako refraktometer funguje

Keď svetlo vstupuje do kvapaliny z okolitého prostredia, mení svoj smer – tento jav sa nazýva lom. Refraktometre merajú odchýlku od pôvodného smeru a ten sa nazýva uhol lomu. Refraktometer zobrazuje kritický (medzný) refrakčný uhol vzorky, ktorý interpretujeme so stanovenými hodnotami indexu lomu zobrazenými na stupnici. Pomocou týchto hodnôt je možné určiť koncentrácie roztokov. Napríklad roztoky majú rôzne indexy lomu v závislosti od množstva látky rozpustenej vo vode.

Hranol v refraktometri

Hranol v refraktometri má vyšší index lomu ako roztok. Namerané hodnoty sa odčítavajú v mieste, kde sa stretávajú index lomu hranola a roztoku. Pri roztoku s nízkou koncentráciou je index lomu hranola oveľa väčší ako index lomu vzorky, čo vytvára veľký lomový uhol a malú nameranú hodnotu. Opačný stav nastáva v prípade roztoku s vysokou koncentráciou.

Poznáme štyri základné typy refraktometrov:

  • ručný refraktometer,
  • digitálny refraktometer,
  • laboratórny alebo Abbeho refraktometer,
  • refraktometer na bezprostredné spracovanie.

Základy refraktometrie

Meranie indexu lomu sa môže použiť na charakterizáciu kvapalných a tuhých vzoriek, napríklad na meranie koncentrácie roztokov. Znalosti indexu lomu umožňujú kontrolovať kvalitu viaczložkových zmesí a kontrolovať čistotu vzoriek.

Čo je index lomu?

Každý materiál, ktorým svetlo prechádza, má určitý index lomu. Toto konštantné bezrozmerné číslo popisuje, ako rýchlo sa svetlo pohybuje cez konkrétne médium vo vzťahu k tomu, ako rýchlo sa pohybuje cez referenčné médium (zvyčajne vákuum alebo vzduch). Čím nižšia je optická hustota média, tým vyššia je rýchlosť svetla vo vnútri média a tým nižší je jeho index lomu.

Príklady rýchlosti svetla v rôznych médiách

Vákuum – 299 792 km / s

Vzduch- 299 710 km / s

Voda – 225 000 km / s

Zafír- 170 000 km / s

Index lomu látky závisí od vlnovej dĺžky λ svetla a teploty T látky. Odkaz na index lomu preto musí tiež špecifikovať vlnovú dĺžku a teplotu, pokiaľ sa meranie nerobí za štandardných podmienok.

Štandardná vlnová dĺžka pre refraktometrické merania je 589,3 nm. Za týchto podmienok sa index lomu (n) často píše ako nD alebo nD.

Používa sa niekoľko stupníc indexu lomu. Absolútny index lomu média je pomer rýchlosti svetla vo vákuu k rýchlosti svetla v skúmanej vzorke. Aj keď ide o základnú definíciu, je bežnejšie používať index lomu vo vzťahu k vzduchu.

Pretože (absolútny) index lomu skúmanej vzorky, ako aj index lomu vzduchu závisia od teploty, je potrebné špecifikovať podrobnosti.

Bežné varianty sú:

  • index lomu vzorky závislý na teplote voči štandartnému vzduchu, to znamená vzduchu pri 20 °C, 1013 hPa a 50 % relatívnej vlhkosti,
  • index lomu vzorky závislý od teploty vo vzťahu k vzduchu s rovnakou teplotou.

Princíp merania refraktometrov

Činnosť refraktometra je založená na fyzikálnom princípe lomu svetla podľa Snellov zákona. Svetlo sa spomaľuje, keď prechádza do opticky hustejšieho prostredia, a zrýchľuje sa, keď prechádza do menej opticky hustého prostredia. Zmena rýchlosti je sprevádzaná zmenou smeru a pri určitom uhle dopadu sa svetlo v druhom prostredí vôbec nelomí, ale úplne sa odráža. Uhol, pod ktorým k tomu dôjde, sa nazýva kritický uhol a práve tento uhol meria refraktometer.

Vzorka určená na meranie refraktometrom musí byť v priamom kontakte s meracím hranolom. Prichádzajúce svetlo pod uhlami menšími ako je kritický uhol úplného odrazu sa čiastočne láme cez vzorku, zatiaľ čo prichádzajúce svetlo z uhlov väčších ako je kritický uhol sa úplne odráža.

Ako pochopiť kritický uhol

Ľahký spôsob, ako vizualizovať tento jav, je z hľadiska vnímaného a skutočného umiestnenia ryby pod povrchom vodnej plochy. Lom svetla, ktorý opúšťa vodu a vstupuje do vzduchu, spôsobuje, že vnímame umiestnenie ryby bližšie, ako je v skutočnosti.

Snellov zákon

Snellov zákon alebo Snellov zákon lomu je jeden zo základných zákonov geometrickej optiky; opisuje lom lúča svetla (či všeobecnejšie elektromagnetického žiarenia) na rovinnom rozhraní. Je pomenovaný podľa holandského fyzika Willebrorda Snellia.

(Zdroj: Wikipedia – Snellov zákon)

Závislosť indexu lomu od teploty

Teplota je ďalším hlavným vplyvom na index lomu, a preto musí byť počas celého postupu presne kontrolovaná a meraná. Ručné refraktometre sú dnes bežne vybavené ATC – automatickou teplotnou kompenzáciou, vďaka čomu nie sú výsledky meraní nepriaznivo ovplyvnené pri zmenách teploty prostredia v intervale 10 až 30 °C.

Ako je uvedené v tomto článku, stanovenie indexu lomu je jednoduchá a užitočná metóda na charakterizáciu a meranie koncentrácie látok. Často sa používa vo výskumných a priemyselných laboratóriách na kontrolu kvality a vývoj produktov. Medzi aplikácie patrí skúmanie farmaceutík, analýza potravín (vrátane kontroly kvality medu), hodnotenie vôní a aróm a sledovanie kvality potravín, nápojov či farmaceutík.

Za odbornú korekciu článku ďakujeme internetovému obchodu kupteraz.sk.