METODA REFRACTOMETRICĂ DE ANALIZĂ

Transcript

1 METODA REFRACTOMETRICĂ DE ANALIZĂ Refractometra este o metodă de testare fzcă a propretățlor ue substațe pr măsurarea dcelu de refracțe. Idcele de refracțe este măsurat cu ajutorul refractometrelor. Idcele de refracțe poate f folost petru detfcarea ue aumte substațe sau petru verfcarea purtăț substațelor. Refractometra se bazează pe feomeul de refracțe. Refracța repreztă schmbarea drecțe de propagare a udelor (dferet de atura lor, mecacă sau electromagetcă) la lmta dtre două med cu propretăț dferte. Refracța depde de lugmea de udă ș de propretățle fzco-chmce ale medlor pe care le traversează uda. Î ceea ce prvește radața electromagetcă, vteza de propagare a acestea depde de propretățle medulu, î vd aceasta propagâdu-se cu m/s. Î cazul î care medul este acelaș, pr modfcarea uor propretăț ale acestua (destatea), vteza lum poate să sufere modfcăr. Creșterea destăț medulu de propagare (compresa gazelor, creșterea cocetrațe ue substațe îtr-o soluțe) coduce, de regulă, la mcșorarea vteze lum. Î cazul î care se compară med dferte, această depedeță dtre vteza lum ș destate u este îtotdeaua valablă. De exemplu, î cea ma desă stclă cuoscută (ρ = 8,0 g/cm ) vteza lum are valoarea de aproxmatv m/s, î tmp ce î damat (ρ =,5 g/cm ) este de aproxmatv m/s. Dec, î cuda faptulu că, stcla are o destate ma mare, vteza lum este ma puț ateuată față de damatul cu destate ma mcă. Refracța lum este o cosecță a prcpulu formulat de Perre de Fermat care afrma că luma urmează îtotdeaua acele că care î permt să parcurgă dstața, dtr-u puct î altul, î cel ma scurt tmp. Dar, d puct de vedere cattatv, refracța a fost descrsă de legea lu Sellus. Acesta a măsurat ș a catalogat ughur de cdeță ș de refracțe petru multe substațe, ceea ce -a perms să găsească o ecuațe care să descre feomeul de refracțe la lmta de separațe dtre cele două med mplcate (vez ș fg.): s (α) s (β) =, () Această ecuațe, îsă, ecesta petru fecare pereche de substațe, valor expermetale care să descre propretățle de refracțe la lmta de separațe (otată,). Aalzâd datele, Sellus a costatat că dacă se cuoaște caracterstca costate petru lmta de separațe a substațelor A ș B (A,B) ș pe cea a lmte dtre substațele B ș C (B,C), atuc se poate Î fzcă o udă repreztă o perturbare sau o osclațe care străbate spațu-tmpul ș care este îsoțtă de u trasfer de eerge. Mșcarea odulatore trasferă eerge dtr-u puct î altul fără să mplce, de cele ma multe or, deplasarea permaetă a partculelor medulu. Mșcarea odulatore este puț sau deloc asocată cu trasportul de masă. Udele sut descrse cu ajutorul ue ecuaț de udă care descre modul î care are loc propagarea î tmp ș spațu. Forma matematcă a acestor ecuaț varază î cocordață cu tpul de udă. Perre de Fermat (7 august 60 auare 665) avocat fracez ș matematca amator credtat petru lucrăr care au codus ma târzu la fudametarea calculu ftezmal. Este cosderat precursor al calcululu dferețal, geometre aaltce ș al calcululu probabltățlor. A rămas, îsă, celebru petru Ultma Teoremă a lu Fermat care a fost demostrată aba î 994 de către matematcaul eglez Adrew Wles. Ecuața a +b =c u are soluț dacă > este umăr atural, ar a, b, c sut umere îtreg eule. Wllebrord Sel va Roye sau Wllebrord Sellus (580 0 octombre 66) astroom ș matematca oladez, umele lu fd legat de legle refracțe lum, cu toate că, prmul credtat petru acestea este Ib Sahl î 984. Feomeul de refracțe a lum a fost vestgat, se pare, mult ma de tmpuru de către Ptolemeu (90 68 e..).

2 calcula caracterstca costate petru lmta de separațe dtre A ș C (A,C) după următoarea relațe: A,C = A,B B,C () Aceasta îseamă că u este ecesară o costată specfcă petru fecare pereche de substațe, c, ma degrabă, face posblă atrburea uu sgur umăr petru fecare substață, umt dce de refracțe, acesta putâd f folost petru calculul caracterstc orcăre lmte. Forma fală a ecuațe ce descre feomeul de refracțe a fost deftvată după rezolvarea uu ultm mpedmet ce ecesta alegerea ue substațe drept referță, cărea să se atrbue o valoare arbtrară. Petru aceasta s-a ales vdul cărua s-a atrbut valoarea. Aceasta îseamă că toate celelalte valor sut îtotdeaua ma mar decât. s (α) s (β) = () ș sut dc de refracțe ce pot f preluaț d tabele ș utlzaț î calcule. Legea lu Sellus u se lmtează la descrerea refracțe doar î cazul lum, c descre foemul petru orce tp de udă care se propagă pr orce medu. La vremea respectvă, Sellus u a realzat că dcele de refracțe u măsoară î realtate refracța, c ma degrabă, vteza relatvă a lum care traversează cele două med. Luâd î cosderare că vdul are valoarea de referță se poate scre o defțe petru dcele de refracțe a ue substațe folosd vteza lum. = c ν Ude c repreztă vteza lum î vd ș ν este vteza lum îtr-o aumtă substață. Acesta este cuoscut sub umele de dce de refracțe absolut ș care este opusul dcelu de refracțe relatv (vteza lum ître două med, altele decât vdul). Î marea majortate a cazurlor (substațelor), dcele de refracțe u depde de drecța de propagare sau/ș de polarzare. Sut îsă ș cazur câd se îtâlește u feome de dublă refracțe umt brefrgeță. Idcele de refracțe este depedet atât de temperatură cât ș de lugmea de udă. Astfel, pr combarea dcelu de refracțe cu destatea substațe este posblă defrea ue cattăț care este depedetă de temperatură. Aceasta se umește refracțe specfcă. r = ρ( + ) Este cuoscut faptul că exstă structur artfcale care mafestă u ugh de refracțe egatv la aumte lugm de udă, cu alte cuvte, pot îtrerupe reflexle udelor cu o aumtă frecveță pe u obect făcâdu-l practc vzbl. Acestea sut cuoscute sub umele de metamaterale. Rezultate promțătoare au fost obțute deocamdată doar la frecvețe d domeul mcroudelor. Polarzarea este o propretate caracterstcă udelor ce se mafestă atuc câd uda dspue de aumte drecț (plaur) favorzate î care au loc vbrațle. Brefrgeța este o propretate optcă a uor materale da a avea u dce de refracțe depedet de polarzare ș de drecța de propagare a ue ude. O rază de lumă care îtâlește u obstacol cu caracter brefrget se separă î două raze polarzate.

3 Ude r repreztă refracța specfcă, ρ repreztă destatea, este dcele de refracțe. Îtrucât dcele de refracțe este depedet ș de lugmea de udă, valorle dcate de obce î tabele coț formaț despre lugmea de udă folostă petru măsurătoare. Cel ma adesea, dcele de refracțe este dat petru lugmea de udă galbe-portocale a sodulu (589, m). REFRACŢIA LUMINII Medul ( ) S A B C Medul u.l. rf, s s r r r Medul 90 Medul ( ) = dcele de refracte = ughul de cdeţă r = ughul de refracţe ' c v c = vteza lum î vd v = vteza lum î medu ' = dce de refracţe absolut = ughul de cdeţă r = ughul de refracţe rf = ugh de reflexe,, s 90 s u. l. s u. l. s u.. l u.l. = ugh lmtă de cdeţă Fg.. Refracța lum Fg.. Ughul crtc (ughul lmtă) Petru a u se crea cofuz ître text ș mag, a se lua î cosderarea faptul că (α) este ughul de cdeță () ș (β) este ughul de refracțe (r). Ughul crtc (lmtă) Ughul crtc (lmtă) repreztă ughul cdet î care luma î loc să se propage de partea cealaltă a lmte de separațe se refractă î așa fel îcât aceasta se propagă paralel cu lmta de separațe dtre cele două med. Î cazul uor ughur de cdeță ma mc, razele traversează lmta de cealaltă parte, ar î cazul uor ughur ma mar, luma se reflectă. Ughul crtc este ușor de calculat dacă se cuosc dc de refracțe a ambelor med. Î stuața acestu caz partcular ughul de refracțe are valoarea de 90. D acest puct de vedere, costrucța refractometrelor se bazează pe detectarea ughulu crtc, practc, aceste dspoztve măsoară ughul la care apare lmta dtre zoa îtuecată ș cea lumată, feome produs de ughul crtc (vez ș fg.).

4 s(β) = atuc s(α crtc ) = Deoarece dcele de refracțe al bloculu optc (g) este cuoscut, cel al probe poate f calculat folosd relața: = ( g s α) REFRACTOMETRUL ABBÉ Acest aparat, coceput î 869, a fost prmul dspoztv de acest fel ofert spre comercalzare (88). Desgul costructv a fost atât de practc îcât după 44 de a este îcă folost ș traspus î o dspoztve ce sut destate măsurăr dcelu de refracțe. Acest refractometru se bazează pe măsurarea ughulu crtc (fg.). Proba de aalzat este pusă ître două prsme (de lumare ș de măsurare). Luma pătrude pr prsma de lumare, se refractă la u ugh crtc la baza suprafețe prsme de măsurare ș cu ajutorul luete să măsoară pozța lmte dtre zoa îtuecată ș cea lumată. Suprafața prsme de lumare este mată ceea ce permte lum să pătrudă î proba de aalzat sub toate ughurle posble, cluzâdu-l ș pe cel paralel cu suprafața. Dacă sursa de lumă u este moocromatcă, luma mafestă dsperse ș lmta de separare dtre cele două zoe deve cețoasă cu rzaț multcolore, stuațe î care u se pot face măsurător. luetă ' câmp ocular cu cruce retculată ş ' = raze al căror ugh de cdeţă este ma mc decât ughul lmtă de reflexe totală. celelalte raze se reflectă î stclă,,, % 0% 0%, B prsmă de măsurare scală gradată A prsmă de lumare ogldă REFRACTOMETRUL ABB É Fg.. Schema de prcpu a refractometrulu ABBÉ Petru a preve dspersa aparatul folosește două prsme de compesare de tp Amc (Gova Amc, astroom, 860) a căror pozțe poate f ajustată petru a corecta dspersa ș petru a clarfca lmta de separare. 4

5 Desgul orgal al aparatulu folosea două luete: - lueta d dreapta este folostă petru a detfca ș clarfca lmta de separare. - lueta d stâga este folostă petru a ct dcele de refracțe pe o scală gradată. Versule specalzate ale refractometrulu au două scale, ua petru dcele de refracțe, cealaltă, după caz, î procete (cocetrațe) petru o aume substață. Măsurătorle cu ABBÉ se fac pr ppetarea ue cattăț mc d soluța de aalzat ître cele două prsme. Ma îtâ, cu ajutorul obectvulu d dreapta se clarfcă ș se ajustează lmta de separațe astfel îcât să tersecteze cetrul uu retcul, ar câd această operațe este îcheată, cu ajutorul obectvulu d stâga se ctește dcele de refracțe sau, după caz, cocetrața substațe. Refractometrul măsoară cu o acuratețe de 4 zecmale. Petru ca ctrea să fe precsă, proba trebue să abă o temperatură costată, de regulă ea se termostatează. Calbrarea ș verfcarea aparatulu se face cu apă bdstlată ca ș probă de referță la temperatura de 0 C. Î această stuațe dcele de refracțe al ape este exact,0. 5