Рефрактометрический метод анализа

 

 

 

Оглавление

 

  

Введение

 

Рефрактометрический метод имеет многолетнюю историю применения в химии.

Рефрактометрия (от латинского refraktus – преломлённый и греческого metréō – мерю, измеряю) – это раздел прикладной оптики, в котором рассматриваются методы измерения показателя преломления света (n) при переходе из одной фазы в другую, или, иными словами, показатель преломления n – это отношение скоростей света в граничащих средах.

Применительно к химии рефракция имеет более широкое смысловое значение. Рефракция R (от латинского refractio – преломление) есть мера электронной поляризуемости атомов, молекул, ионов.

Поляризация электронных облаков в молекулах отчётливо проявляется в инфракрасном (ИК) и ультрафиолетовом (УФ) поглощении веществ, но в ещё большей степени она ответственна за явление, которое количественно характеризуется молекулярной рефракцией.

Когда свет как электромагнитное излучение проходит через вещество, то даже в отсутствие прямого поглощения он может взаимодействовать с электронными облаками молекул или ионов, вызывая их поляризацию. Взаимодействие электромагнитных полей светового пучка и электронного поля атома приводит к изменению поляризации молекулы и скорости светового потока. По мере возрастания поляризуемости среды возрастает и n – показатель, величина которого связана с молекулярной рефракцией. Указанное явление используется наряду с методом дипольных моментов для изучения структуры и свойств неорганических, органических и элементоорганических соединений.

Рефрактометрия широко применяется также для определения строения координационных соединений (комплексов молекулярного и хелатного типа), изучения водородной связи, идентификации химических соединений, количественного и структурного анализа, определения физико–химических параметров веществ. [2]

 

1.Теоретические  основы рефрактометрического метода  анализа

 

Рефрактометрия основана на измерении показателя преломления светового луча при прохождении через границу раздела фаз. Показатель преломления (n) частых жидких (или растворов, или прозрачных твердых веществ) – это безразмерная величина, которую обычно измеряют  по отношению к воздуху. Измерения производят при комнатной температуре, применяя несложные оптические приборы, называемые рефрактометрами. Для индивидуального вещества показатель преломления определяется в основном природой этого вещества.

В справочной литературе можно найти значения n20/D,т.е. значения показателя преломления n разных веществ, измеренные при температуре 20 градусов с использованием излучения натрия на длинне волны 589 нм (D-линия). Для большинства индивидуальных веществ, а также их смесей и растворов значения n20/D находятся в интервале от 0,5 до 2,0. Например, для воды  n20/D=1,3330, для ацетона-1,3591, для бензола-1,5011.

Поскольку для каждого индивидуального вещества показатель преломления – точно известная физическая константа, рефрактометрию можно использовать для идентификации веществ, осбенно органических. Следует лишь помнить, что разные химические соединения могут иметь одинаковые значения показателя преломления. Опознавать вещества только по показателю преломления нельзя!

Показатель преломления любого образца в какой-то степени зависит от температуры и длинны волны света, который пропускают через образец в ходе измерений. Однако при рефрактометрическом опознавании индивидуальных веществ влиянием этих факторов обычно можно пренебречь.

Показатель преломления смеси зависит от природы и концентрации каждого ее компонента. Если раствор содержит только одно растворенное вещество Х, то концентрацию Х можно найти по градуированному графику. Обычно для построения графика готовят серию эталонных растворов, а затем измеряю значения n в строго определенных условиях.

Чтобы исключить фон, создаваемый растворителем, график строят в координатах где вторичный сигнал вычисляют как разновидность показателей преломления раствора и растворителя.

В области разбавленных растворов градировочный график прямолинеен. Следует обратить внимание, что показатель преломления раствора изменится при добавлении любого постоянного вещества,  т.е. рефрактометрический метод неселективен. Установить концентрации отдельных компонентов неразделенной смеси рефрактометрическим методом нельзя.

Пределы обнаружения растворенных веществ зависят от точности измерений на конкретном рефрактометре, но, как правило, они не ниже 0,1%. Таким образом, рефрактометрия не только неселективный,  но и малочувствительный метод. Однако этот метод достоинства: простота аппаратуры, быстрота измерений и неплохая точность результатов анализа.

В настоящее время рефрактометрию чаще всего применяют для проверки концентрации  технологических растворов, содержащих одно растворенное вещество известной природы. Например, так можно контролировать концентрацию растворов поваренной соли или сахарозы. Более важно применение  рефрактометра в качестве универсального детектора в жидкости хроматографии. [1. с 323-324]

 

 

2. Современное оборудование, и его основные технические характеристики

 

Рефрактометр ИРФ-464

Прибор для непосредственного измерения показателя nD в любой жидкой пробе и процентного содержания белка в молоке в соответствии с ГОСТ 25179 

ИРФ-464 позволяет быстро и надежно определить содержание белка и сухих веществ в молоке (СОМО) и его продуктах, не применяя дорогостоящих химических реактивов, что позволяет широко использовать прибор для паспортизации молочных продуктов, а также в сыроварении. 
 
Рефрактометр может быть использован в пивоварении согласно ГОСТ 12787-81 стр. 5 п. 2 для "определения спирта и действительного экстракта рефрактометрическим методом". По этим двум параметрам согласно формуле п. 3 стр. 5  рассчитывают сухие вещества в начальном сусле без процесса перегонки.

Технические характеристики: 

Диапазон измерения показателей преломления nD	1,325 – 1,360
Диапазон измерений по шкале БЕЛОК	0 – 15%
Цена деления шкалы показателя преломления nD	5 · 10-4
Цена деления шкалы БЕЛОК	0,1%
Предел допускаемой основной погрешности по показателю преломления nD	±2,5 · 10-4
Предел допускаемой основной погрешности по шкале БЕЛОК	±0,1%
Габаритные размеры рефрактометра, мм, не более	220×120×150
Масса рефрактометра, г, не более	1,5
Масса рефрактометра с принадлежностями и упаковкой , кг, не более	3,0
Диапазон рабочих температур	+10 … +35° С

Ручной  рефрактометр ИРФ — 470

Предназначен для экспресс анализа состава, качества или состояния различных продуктов, сырья, плодов, ягод. 

С помощью прилагаемого справочного устройства можно в считанные секунды по одной капле раствора определять:

СОМО молока, что можно использовать для определения содержания белка в молоке и его продуктах, а также можно на ранней стадии распознать заболевание вымени у коров;

содержание белка в молоке;

концентрацию солей в растворах ;

концентрацию лекарств, ядохимикатов;

содержание белка в сыворотке крови;  плотность мочи;

плотность электролита; концентрацию этиленглюколя в антифризах;

степени загрязнения воды;

Эти качества рефрактометра ИРФ-470 позволяют использовать его на предприятиях пищевой, химической, фармацевтической и нефтехимической промышленности, а также в контролирующих органах (МВД, санэпидемстанции, службы экологического и метрологического  контроля и др.), в сельском хозяйстве и военном деле.

Технические характеристики:

Диапазон измерения показателя преломления nD:	шкала А: 1,3-1,38 шкала В: 1,375-1,45 шкала С: 1,445-1,51
Цена деления шкалы показателя преломления nD	5х10-4
Предел допускаемой основной погрешности рефрактометра по показателю преломления nD	± 2,5х10-4
Габаритные размеры рефрактометра, мм, не более	50х245
Масса рефрактометра (без футляра), кг, не более	0,8
Диапазон рабочих температур	+10 ... +40 ° С

Цифровые карманные рефрактометры ATAGO серии PAL

Новые цифровые карманные рефрактометры серии PAL имеют следующие характеристики:

Компактные размеры – вес всего 100 грамм

Измерение можно произвести, держа рефрактометр в одной руке. Платформа призмы разработана таким образом, чтобы не расплескать образец

Процесс измерения длится всего 3 секунды

Защита класса IP65 позволяет промывать платформу для образца под проточной водой

Встроенная функция автоматической температурной компенсации

Калибровка прибора выполняется дистиллированной или водопроводной водой

Оснащен функцией ELI (вмешательство внешнего света)  

Технические характеристики:

Модель	PAL-1	PAL-2	PAL-3	PAL-alpha
Диапазон измерения, % Brix	0,0-53,0	45,0-93,0	0,0-93,0	0,0-85,0
Разрешение, % Brix	0,1
Точность, % Brix	+/-0,2	+/-0,2	+/-0,1	+/-0,1
Температура измерения	Авто термокомпенсация в диапазоне 10 -75 С
Температура окружающей среды	От 10 до 40 С
Питание	2 AAA батарейки
Класс защиты	IP65 (защита от пыли и водяной струи)
Размеры и вес	55х31х109 мм, 100г

Применение:

	PAL-1	PAL-2	PAL-3  (PAL-alpha)
Выращивание и переработка овощей и фруктов	+		+
Производство фруктовых соков, кофе, безалкогольных напитков	+		+
Производство концентратов соков	+	+	+
Производство соусов	+		+
Производство сиропов, желе и т.п.	+	+	+
Производство приправ, супов	+		+
Производство джема, мармелада, меда		+	+
Производство сгущенного молока		+	+
Овощные/фруктовые рынки и супермаркеты	+		+
Рестораны и продуктовые магазины	+		+
Курсы по материаловедению	+	+

 

Цифровые "карманные" рефрактометры PAL со специальными шкалами 

Эта модель имеет специальную шкалу для измерения концентрации СОЖ

Модель	Измеряемое вещество
PAL-03S	Sodium Chloride
PAL-04S	Sodium Chloride Specific Gravity
PAL-05S	Sodium Chloride Specific Baume
PAL-06S	Salinity of seawater
PAL-07S	Seawater specific gravity
PAL-08S	Seawater Baume
PAL-10S	Urine F.G. Scale
PAL-12S	Dextran
PAL-13S	Creatine
PAL-14S	Fructose
PAL-15S	Glucose
PAL-16S	HFCS-42
PAL-17S	HFCS-55
PAL-18S	Inverert Sugar
PAL-19S	Lactose
PAL-20S	Maltose
PAL-21S	Dextrin
PAL-22S	Honey Moisture
PAL-23S	Glycerine (low concentration)
PAL-24S	Glycerine (high concentration)
PAL-25S	Inulin
PAL-26S	Mannitol
PAL-27S	Soy Milk
PAL-29S	Citric Acid
PAL-30S	Acetic acid
PAL-31S	Formic acid
PAL-32S	Phosphoric acid
PAL-34S	Ethyl alcohol
PAL-36S	Methyl alcohol
PAL-37S	Isopropyl alcohol
PAL-38S	Demithylformamide (DMF)
PAL-39S	Hydrogen peroxide
PAL-40S	Sodium hydrate
PAL-41S	Calcium chloride
PAL-42S	Caesium chloride
PAL-43S	Magnesium chloride
PAL-44S	Lithium chloride
PAL-45S	Barium chloride
PAL-46S	Cobalt chloride
PAL-47S	Iron chloride
PAL-48S	Strontium chloride
PAL-49S	Potassium chloride
PAL-50S	Potassium bromide
PAL-51S	Sodium bromide
PAL-52S	Potassium iodide
PAL-53S	Copper sulfate
PAL-54S	Copper sulfate specific gravity
PAL-55S	Magnesium sulfate
PAL-56S	Potassium sulfate
PAL-57S	Nickel sulfate
PAL-58S	Sodium sulfate
PAL-59S	Zinc sulfate
PAL-60S	Caustic silver
PAL-61S	Sodium nitrate
PAL-62S	Potassium carbonate
PAL-63S	Sodium carbonate
PAL-64S	Sodium bicarbonate
PAL-65S	Sodium tartrate
PAL-66S	Potassium oxalate monohydrate
PAL-67S	Potassium chromate
PAL-68S	Potassium bichromate
PAL-69S	Sodium subsulfite
PAL-70S	Potassium phosphate
PAL-71S	Sodium molybdate
PAL-72S	Sodium tungstate
PAL-79S	T.A. 1990 (Titre Alcoometriqu)
PAL-80S	T.A. 1971
PAL-83S	KMW
PAL-84S	Baume
PAL-85S	Polyvinyl alcohol
PAL-86S	O.E. (GER)
PAL-87S	Oe (Oechsle)
PAL-88S	P.G. Celsius
PAL-89S	P.G. Fahrenheit
PAL-91S	E.G. Celsius
PAL-92S	E.G. Fahrenheit
AL-102S	Cutting oil