Рефрактометр я

ne zabudte popolnit pojertvovanie na tel +380960034481 za polzovanie dannoj rabotoj, please



Реферат на тему:

Рефрактометрія



Підготував провізор - інтерн заочної форми навчання 6 групи

Термін очного циклу: 1.10.2015-31.01.2016
Спеціальність: провізор
Термін заочного циклу: 2.03.2015-30.09.2015
 


Вінниця 2015









ПЛАН


1. Інструментальні методи аналізу.
2. Оптичні методи аналізу.
3. Теоретичні основи рефрактометрії.
4. Технічні характеристики деяких типів рефрактометрів.






























ІНСТРУМЕНТАЛЬНІ МЕТОДИ  АНАЛІЗУ
 

    Інструментальні або фізико- хімічні методи аналізу засновані на вимірюванні за допомогою приладів певних фізичних властивостей системи, які є функцією кількості компоненту, який визначають, в пробі, що аналізують.
    Інструментальні методи аналізу мають ряд переваг у порівнянні з класичними методами : значно вищу чутливість, селективність, експресність, обєктивність, можливість автоматизації і компютеризацій процесу аналізу.
    Інструментальні методи аналізу можна поділити на декілька груп:
- оптичні методи
- електрохімічні методи
- хроматографічні методи
     В даній курсовій роботі викладено теоретичні основи деяких оптичних методів аналізу,  розглянуто  методики проведення визначень та апаратуру, що використовується в даних методах.

               
ОПТИЧНІ МЕТОДИ АНАЛІЗУ


   До оптичного діапазону відносяться електромагнітні хвилі з довжиною від 100 до 10000 нм. Його розділяють на три області :
- ультрафіолетову (УФ) 100-380 нм;
- видиму 380-760 нм;
- інфрачервону (ІЧ) 760- 10000 нм.
    В залежності від характеру взаємодії речовини з електромагнітним випромінюванням оптичні методи розділяють на :
- абсорбційні (засновані на вимірюванні поглинання речовиною  світлового випромінювання). До них відносять колориметрію, фотоколориметрію, спектрофотометрію, атомно-адсорбційні методи;
- емісійні ( засновані на вимірюванні інтенсивності світла, випромінюваного речовиною). До них відносяться флюориметрія, емісійний  спектральний аналіз та полумяна фотоменрія.
  Методи, повязані із взаємодією світлового випромінювання з суспензіями, поділяють на:
- турбідиметрію ( заснована на вимірюванні інтенсивності світла, яке поглинається незабарвленою суспензією) ;
- нефелометрію ( заснована на вимірюванні інтенсивності світла, яке відбивається або розсіюється забарвленою або незабарвленою суспензією ).
   Методи, засновані на явищі поляризації молекул під дією світлового випромінювання ділять на :
- рефрактометрію( заснована на вимірюванні показника заломлення) ;
- поляриметрію (заснована на вимірюванні кута обертання плоскості поляризації поляризованого променя світла, що пройшов через оптично активне середовище) ;
- інтерферометрію ( заснована на вимірюванні зсуву інтерференції світлових променів при проходженні їх крізь кювети з розчином речовини, розчинником та крізь коліматор)
    Оптичні методи аналізу нерозривно повязані з використанням сучасних приладів різної складності, що породжує вартість аналізу , але дає ряд переваг у порівнянні з класичними хімічними методами : експресність, нерушійність зразків, простоту методики, використання невеликої кількості речовини для аналізу, можливість аналізувати сполуки будь-якої природи проведення експрес  аналізу багато компонентних сумішей. Крім того вони підвищують чутливість. Точність і відтворюваність результатів кількісних визначень.






         Теоретичні основи рефрактометрії
РЕФРАКТОМЕТРІЯ (від лат. refractus - переломлений і ...метрия) - сукупність методів і засобів виміру показників переломлення n середовища: вимір кута переломлення світла; вимір кута повного внутрішнього відображення; інтерференційний метод; фотометричний метод (залежність коефіцієнта відображення світла на границі двох середовищ від відношення n); інші методи, у т.ч. иммерсионний і тіньовий (вимір перепаду n у неоднорідних середовищах).
Показник переломлення n – одне з найбільше часто досліджуваних властивостей рідини і рідкого розчину. У фізичній хімії застосовуються різні функції показника переломлення:
• питома рефракція  ;
• мольна рефракція  .
Рефракція суміші є щирою властивістю, якщо уводиться величина щирої молекулярної маси і псевдомольним властивістю, якщо уводиться величина аддитивной молекулярної маси.
Установлено, що в рідких системах, що наближаються по своєму поводженню до ідеальних, добре дотримується правило аддитивности (у масових частках РА і РВ) питомих рефракций:
  .
З цього рівняння шляхом перетворення масових часток (РА і РВ) у мольний обсяг (VA і VB) можна перейти до рівняння, з якого випливає, що f(n) є объемно-аддитивним властивістю:
  (1)
Функція f(n) уводиться по
• Гладстону-Далю: f(n) = n-1
• або по Лорентуу-Лоренцу  .
Аналіз відповідних функцій показує, що міра відхилення від аддитивности  найменша, коли f(n) уводиться по Гладстону-Далю.
З рівняння (1), підставляючи в нього f(n) = n-1, можна вивести рівняння об'ємно-частковий аддитивности:
  .
Мольно-аддитивной модифікацією показника переломлення буде функція:
  .
Аналіз відносин  і  показує, що при розширенні в системі  правилу аддитивности краще задовольняє показник переломлення; при стиску  правило аддитивности краще задовольняє функція Fn.
На ізотермах показника переломлення екстремум зустрічається нечасто. Тому про характер процесів, що протікають у системі, судять по діаграмах відхилення показника переломлення від аддитивности ?n.
У дуже великому числі систем хімічна взаємодія приводить до позитивних відхилень показника від аддитивности. Рівняння, що зв'язує ;n з відхиленнями від аддитивности питомої рефракції:
  .
Необхідно враховувати, що в одній і тій же системі вид ізотерм ;n може істотно змінюватися при переході від червоної до фіолетового частинам спектра.
Рефрактометрия не відноситься до чуттєвих методів ФХА. Основний недолік полягає в особливостях функції Fn – мольно-аддитивной модифікації показника переломлення.
Дійсно,  .
А для мольної рефракції (при f(n)=n-1):
  .
У системах з хімічно невзаємодіючими компонентами ;n і ;d дуже малі, і тому ;Fn також як і ;RM, однаково мало відмінні від нуля. Але тому що в системах із взаємодією в переважній більшості випадків ;n і ;d однозначні і близькі по абсолютній величині, те ;Fn і ;RM близькі до нуля, тобто функції Fn і RM незалежно від глибини взаємодії, що протікає в системі, дуже близькі до аддитивним.
Достоїнство рефрактометрии: малий час виміру і нескладність виконання експерименту.
Рефрактометрия один із широко використовуваних в аналізі речовин метод, що дозволяє досить просто визначити речовина находящееся в рідкому стані, чи визначити концентрацію двухкомпонентних розчинів.
          Розглянемо детальніше  принципи виміру і можливості цього методу.          
          Рефрактометрия - метод, заснований на явищі переломлення, зміні прямолінійного поширення світла при переході з одного середовища в іншу, називаного рефракцією.
           Показником переломлення (коефіцієнтом переломлення) називають відношення синуса кута падіння лучачи світла до синуса кута його переломлення [1]
sin a/sin b  = n
           Якщо промінь світла переходить з чи вакууму з повітря в інше середовище, то кут падіння завжди більше кута переломлення. При збільшенні кута падіння, змінюється співвідношення між частками світлової енергії минаючої в інше середовище і відбитої від її. При куті падіння 400 і вище, промінь світла цілком відбивається від поверхні роздягнула і називається кутом повного внутрішнього відображення. Знаючи кут повного внутрішнього відображення, можна визначити показник переломлення
n = 1/sin а'   
де а'-угол повного внутрішнього відображення.
           У зв'язку з тим, що показник переломлення залежить від довжини хвилі, існують кілька показників переломлення для тих самих речовин, що мають наступні позначення:
 n- показник переломлення жовтої лінії натрію (лінія D)
 nC-показник переломлення червоної лінії водню (лінія C)
 nF-показник переломлення синьої лінії водню (лінія F)
 n -показник переломлення фіолетової лінії водню (лінія G).
         Тому що показник переломлення залежить від внутрішнього стану речовини, він також залежить від температури, тиску, концентрації, природи розчинника. Тому для систематизації отриманих результатів, приймається показник переломлення (прийнятих стандартними), знятий при температурі 20±0,3 0С, у спектрі натрію (598,3 нм). Отриманий у даних умовах показник переломлення має позначення n20 , що і використовується в довідкових даних основних фізико-хімічних властивостей речовин.          
Звичайний вимір показника переломлення проводять при температурі 20 0С. Однак, при вимірах в умовах іншої температури, уводять виправлення на температуру по формулі [2].
n' = n20 + (20-t)*0,0002
де n'-показатель переломлення при вимірюваній температурі, n - стандартний показник переломлення, t - температура, при якій проводився вимір.
          Для води і водяних розчинів при температурах 20±5 0С показник переломлення змінюється практично на ту саму величину, тому в цьому інтервалі температур, для водяних розчинів температурне виправлення вносити не потрібно.
          Найбільш розповсюдженому в аналітичних лабораторіях є рефрактометри Аббе, принципова схема якого представлена на малюнку 1.
 
 
        Рефрактометр Аббе дозволяє застосовувати висвітлення не монохроматичним, а білим світлом, відкаліброваним під жовту лінію натрію. При цьому в окулярі 5 виходить пофарбована границя полючи. Схема проходження лучачи світла в рефрактометр Аббе при різних кутах повороту призми показана на мал. 1.
        Для визначення показника переломлення на рефрактометрі Аббе 2-3 краплі досліджуваної речовини поміщають між половинками призми і щільно стискають їх. Поворотом чи дзеркала джерела світла, яскраво висвітлюють призму білим світлом. Усі поле в окулярі повинне бути освітлене рівномірно (мал. 1, а). Нерівномірне висвітлення полючи, темні плями на ньому вказують на недостатню кількість узятої для аналізу рідини. У такому випадку варто розкрити призми, додати трохи крапля досліджуваної рідини і знову щільно зжати їх. Пропускаючи воду необхідної температури в обкладку призми, домагаються сталості температури призми і исследуемою речовини. Після цього поворотом призми домагаються появи темного полючи в окулярі. Поява темного полючи відповідає такому положенню призми, при якому з лучем світла відбувається повне внутрішнє відображення від поверхні роздягнула між призмою і досліджуваною речовиною. Якщо границя в окулярі не різка чи пофарбована, то домагаються компенсатором різкої границі темного полючи.
        Точність виміру на рефрактометрах Аббе досягає 0,0001 – 0,0003. 
       Показник переломлення досліджуваної речовини в рефрактометрі Аббе звичайно відраховують безпосередньо по чи шкалі визначають за допомогою спеціальних таблиць.
          На практиці рефрактометрия використовується для визначення концентрації розчинів, якщо її величина не нижче 3%.
          Для більшості водяних розчинів у який міститься одна розчинена речовина, залежність показника переломлення від концентрації виражається наступним рівнянням
З = (n-n0)/F
де n - показник переломлення розчину,  n0 - показник переломлення розчинника, F - фактор показника переломлення, що показує величину приросту показника переломлення при збільшенні концентрації розчину на 1%.
          Значення F можна знайти в довідковій літературі, чи обчислити самостійно експериментальним шляхом. Для найбільше часто виконуваних визначень існують таблиці і діаграми, що дозволяють досить швидко проводити необхідні обчислення (Додаток 1).          
При аналізі потрійних систем, не можна точно визначити по показнику переломлення значення концентрацій. Тому для рішення цієї задачі додатково використовують який або інший фізико-хімічний метод, з використанням якого знаходять концентрацію аналізованого розчину.
 Наприклад, можна подивитися на діаграму визначення потрійної суміші вода-етанол-метанол, яка на основі показника переломлення досліджуваної суміші і її щільності дозволяє визначити концентрації усіх вхідних у неї компонентів.
      Рефрактометрія є одним з найбільш широко використовуваних аналітичних методів, що дозволяють визначити речовину, що знаходиться в рідкому стані, чи концентрацію двухкомпонентних розчинів.
     Рефрактометрія заснована на явищі заломлення світла при переході з одного середовища в інше, що  називається рефракцією.  Показником чи коефіцієнтом заломлення називають відношення синуса кута падіння лучами світла до синуса кута його заломлення
                n = sin a/sin b.
     Якщо промінь світла переходить з  вакууму чи повітря в інше середовище, то кут падіння завжди більше кута заломлення. При збільшенні кута падіння, змінюється співвідношення між величиною світлової енергії, що проходить в інше середовище, і відбитої від границі розділу. При кутах падіння вище критичного, світло цілком відбивається від поверхні розділу. Цей кут називається кутом повного внутрішнього відбиття. Знаючи кут повного внутрішнього відбиття а', можна визначити показник заломлення
                n = 1/sin а'.
       У зв'язку з тим, що показник заломлення залежить від довжини хвилі, існує безліч показників заломлення для тих самих речовин. Найбільш розповсюдженим є показник заломлення жовтої лінії натрію (589,3 нм), що позначається n.
 Показник заломлення залежить від внутрішнього стану речовини, від її температури, тиску, концентрації, природи розчинника. Тому для систематизації отриманих результатів, приймається показник заломлення, визначений при температурі 20°С, у спектрі натрію (589,3 нм). При вимірах в умовах іншої температури, вводять поправки на температуру по формулі:
n' = n20 + k(20-t).



Залежність показника заломлення деяких розчинів від концентрації

          Принцип дії промислових рефрактометрів
       Принцип дії промислових рефрактометрів базується на використанні явища повного внутрішнього відображення світла в оптичній призмі, що знаходиться в контакті з рідиною.
 Світло від джерела вводиться в оптичну призму і падає на її внутрішню поверхню, що контактує з досліджуваним розчином. Світлові промені попадають на границю роздільної призми і розчину під різними кутами. Частина променів, кут падіння яких більше критичного, цілком відбивається від внутрішньої поверхні призми і, виходячи з неї, формують світлу частину зображення на фотоприймачі. Частина променів, кут падіння яких менше критичного, частково переломлюється і проходять у розчин, а частково відбивається і формує темну частину зображення на фотоприймачі.
       Положення границі розділу між світлом і тінню залежить від співвідношення коефіцієнтів заломлення матеріалу оптичної призми і досліджуваного розчину, а також довжини хвилі випромінювання джерела світла. Оскільки оптичні характеристики призми і довжина хвилі джерела постійні, то по положенню границі розділу світла і тіні на фотоприймачі можна однозначно визначити коефіцієнт  заломлення чи оптичну щільність досліджуваного розчину.
       Оскільки, оптична схема рефрактометрів побудована на використанні відображення і проходження світла тільки усередині призми, то ні прозорість розчину, ні наявність у ньому нерозчинних включень, що розсіюють світло, газових пухирців не впливають на результат виміру.
      Для компенсації впливу температури досліджуваної рідини на результати виміру концентрації в промислових рефрактометрах використовуються теплові датчики.

              Деякі види рефрактометрів:

       На підприємстві ""КОМЗ" розроблені і виготовляються прилади для безпосереднього виміру показника переломлення n і середньої дисперсії неагресивних рідин і твердих тіл — рефрактометри серії ІРФ і Карат-мт.
Вони володіють рядом переваг:
• швидкістю виміру;
• простотою обслуговування;
• мінімальною витратою досліджуваної речовини, що особливо важливо при роботі з дорогими матеріалами.
             Рефрактометри можуть застосовуватися:
1. У МЕДИЧНИХ УСТАНОВАХ для визначення білка в сечі, сироватці крові, щільність сечі, аналіз мозкової і суглобної рідини, щільності субретинальной і інших рідин ока ( прилад значно скорочує час одержання аналізів по процентному вмісті білка в сироватці крові, , при використанні таблиць Рейса, і не вимагає ніяких хімічних реактивів для пробопідготовки. Використання цих приладів дозволяє значно скоротити витрати часу при масових обстеженнях пацієнтів.
2. У ФАРМАЦЕВТИЧНІЙ ПРОМИСЛОВОСТІ може застосовуватися для дослідження водяних розчинів різних лікарських препаратів:
кальцію хлориду (10% і 20%);
новокаїну (0,5%, 1%, 2%, 10%, 20%, 40%);
ефедрину (5% ); глюкози (5%, 25%, 40%);
магнію сульфату (25%);
натрію хлориду (10%);
кордіаміну і т.д.
3. У ХАРЧОВІЙ ПРОМИСЛОВОСТІ:
· на цукрових і хлібних заводах, кондитерських фабриках для аналізу продуктів і сировини, напівфабрикатів, кулінарних і борошняних виробів
· визначає вологість меду ( до 20 %)
· для визначення частки сухих речовин у різних суслах (ДСТ 5900-73), "промочке", цукровоагаровому сиропі, сиропі для мармеладу, зефіру, кремів і пряників, "тиражки" для пряників;
· для визначення масової частки розчинних сухих речовин по сахарозі ( BRIX )у продуктах переробки плодів і овочів,
· для визначення процентного вмісту жиру у твердих продуктах харчування (пряники,  вафлі  чи хлібобулочних виробів)
· концентрації солей.
     Рефрактометри можуть використовуватися в кожній лабораторії санітарно-епідеміологічного контролю, ветеринарній лікарні, лабораторії медичної установи, а також метрологічного контролю.
4. ПРИ ОБСЛУГОВУВАННІ ТЕХНІКИ для визначення з більшою точністю об'ємної концентрації протикристаллізаційнной рідини "ЇМ", що додається в авіаційне паливо в кількості від 0,1 до 0,3%. Подальша обробка результатів ведеться згідно "Методичним рекомендаціям з аналізу якості ГСМ у цивільній авіації" Ч. II стор. 159.
     Досвід використання рефрактометрів цих типів в аеропорті "Казан", "Сибірської авіаційної палив-енергетичної компанії" і ін. показав, що дані прилади значно скорочуються час і підвищують вірогідність одержання аналізів по процентному вмісті рідини "ЇМ" в авіаційному паливі.
Технічні характеристики
ІРФ-454Б2М Карат-МТ
Показник переломлення, n 1,2 — 1,7 1,3 — 1,5
Brix, % 0 — 85 % -
Погрішність ± 0,0001 nD
± 0,05 % Brix ± 0,0003 nD
Маса, кг 3,1 0,7
Номер у Гос. реєстрі 7308-94 5110-75
    Рефрактометр Карат-мт призначався для робіт у польових умовах (має герметичний футляр і малу масу). При роботі футляр використовується як робочий стіл.
                Рефрактометр ІРФ-464
     На цьому ж  підприємстві розроблені і виготовляються прилади для безпосереднього виміру показника n у будь-якій рідкій пробі і процентному вмісті білка в молоці відповідно до ДСТ 25179 — рефрактометр ІРФ-464.
    ІРФ-464 дозволяє швидко і надійно визначити зміст білка і сухих речовин у молоці (СОМО) і його продуктах, не застосовуючи дорогих хімічних реактивів, що дозволяє широко використовувати прилад для паспортизації молочних продуктів, а також у сироварінні.
    Рефрактометр може бути використаний у пивоварстві відповідно ДО ДЕРЖСТАНДАРТУ 12787-81 стор. 5 п. 2 для "визначення спирту і дійсного екстракту рефрактометричним методом". По цим двох параметрах відповідно до формули п. 3 стор. 5 розраховують сухі речовини в початковому суслі без процесу перегонки.
Показник переломлення, n
1,333 — 1,360
Шкала БІЛОК , % 0 — 15 %
Погрішність ± 0,00025 n
± 0,1 % (БІЛОК)
Маса, кг 1,5
Номер у Гос. реєстрі 10462-86


               Ручний рефрактометр ІРФ — 470
      Також на  підприємстві розроблений і виготовляється прилад для безпосереднього виміру показника переломлення (n) неагресивних рідин — ручний рефрактометр ІРФ — 47
   ІРФ-470 призначений для експрес аналізу сполук, чи якості стану різних продуктів, сировини, плодів, ягід.
    За допомогою прикладеного до апарату довідкового пристрою можна в лічені секунди по одній краплі розчину визначати
• СОМО молока, що можна використовувати для визначення вмісту білка в молоці і його продуктах, а також можна на ранній стадії розпізнати захворювання вимені в корів;
• вміст білка в молоці;
• концентрацію солей у розчинах ;
• концентрацію ліків, отрутохімікатів;
• зміст білка в сироватці крові; щільність сечі;
• щільність електроліту; концентрацію етиленгліколю в антифризах;
• ступінь забруднення води;
    Ці якості рефрактометра ІРФ-470 дозволяють використовувати його на підприємствах харчової, хімічної, фармацевтичної і нафтохімічної промисловості, а також у контролюючих органах (МВС, санепідемстанції, служби екологічного і метрологічного контролю й ін.), у сільському господарстві і військовій справі.
ТЕХНІЧНІ ХАРАКТЕРИСТИКИ
Діапазон виміру показника переломлення, n 1,3...1…1,52 Ціна розподілу шкали, n 5 ·10-4
Погрішність виміру, n 2 ·10-4 Діоптрійне настроювання, дптр ±5
Маса, кг 0,8 Габаритні розміри, мм 40х40х240
               Рефрактометр ІРФ – 471А
     Ручний рефрактометр ІРФ – 471А призначений для визначення концентрації  сахарози в різних соках, напоях, сиропах, джемах,  цукровому буряку.
     Рефрактометр ІРФ-471А дозволяє проводити експрес аналіз сполуки,  якість стану різних продуктів, сировини, плодів, ягід.
    Рефрактометр ІРФ – 471А також призначений для безпосереднього виміру показника переломлення (n) неагресивних прозорих рідин і розчинів.
    За допомогою рефрактометрів можна в лічені секунди по одній краплі розчину визначати концентрацію сахарози в різних соках, напоях, сиропах, джемах,  цукровому буряку.
     Ці якості рефрактометра ІРФ-471А дозволяють використовувати його на підприємствах харчової, хімічної, фармацевтичної і нафтохімічної промисловості, а також у контролюючих органах (МВС, санепидемстанції, службах екологічного і метрологічного контролю й ін.), у сільському господарстві і військовій справі.

ТЕХНІЧНІ ХАРАКТЕРИСТИКИ
ІРФ-471А

Діапазон виміру процентного вмісту сухих речовин по сахарозі, % 0...32…32
Діапазон виміру показника переломлення, n 1,3...1…1,385
Ціна розподілу шкали, n 5 10-4
Межа припустимої основної погрішності, n ±2,5 10-4
Габаритні розміри, мм 43х35х170
Маса, кг 0,4
Рефрактометри призначені для роботи при температурі навколишнього повітря від 10 до 35°С, відносної вологості до 80% при температурі 25°С і атмосферному тиску від 84 до 106 кПа.













Список літератури



1.Минкин В.І., ОсиповО.А., Жданов Ю.О.Дипольние моменти в органічної хімії: М.: Хімія, 1968. – 246 з.
2.Боровиков Ю.О.Диюелектрометрия в органічної хімії: Київ:Наукова думка, 1987. – 215 з.
3.БацановС.С. Структурнарефрактометрия: Вид-во Московського ун-ту, 1959. – 223 з.
4.Шишловский А.А. Прикладна фізична оптика,.ФизматГИЗ, 1970. – 822 з.
5.Ляликов Ю. С.Физико–химические методи аналізу, М.: Хімія, 1964.
6. Барановський В.Ф., ГорєлкінС.М.,Городенцева В.А.Физико – хімічні методи аналізу: М.: Вищу школу, 1972.
7.Рабек Я. Експериментальні методи в хімії полімерів: М.: Світ, 1983. Ч. 1. – 382 з.
8. НовиковаГ.Е., Трапезнікова О.Н. //Каучук і гума, 1968. – № 8.
9. ПіотровськийК.Б.,СтерензатД.Е. //Каучук і гума, 1957. – № 11.
10. Пилипенків О.Т., П'ятницький І.В. Аналітична хімія; М.: Хімія, 1990.
11.Практикум по фізичної хімії під ред. М.К. Воробйова; М.: Хімія, 1975. – 367 з.
12. Йоффе Б.В.Рефрактометрические методи аналізу, у хімії; Л.: Хімія
13.Уитли П. Визначення молекулярної структури; М.: Світ, 1970.
14. Методичні вказівки.Рефрактометрия.Лабораторная робота № 1. Волгоград. Вид-воВПИ, 1983. – 14 з.
15. Короткий довідникфизико–химических величин під редакцієюК.П Міщенка: М.: Хімія, 1967.