DETERMINAREA INDICELUI DE REFRACTIE AL UNEI SOLUTII CU AJUTORUL REFRACTOMETRULUI ABBE

DETERMINAREA INDICELUI DE REFRACTIE AL UNEI SOLUTII CU AJUTORUL REFRACTOMETRULUI ABBE

Notiuni teoretice. Refractia luminii reprezinta fenomenul de trecere a undei luminoase dintr-un mediu optic cu indicele de refractie n₁ intr-un alt mediu optic cu indicele de refractie n₂, cu schimbarea directiei de propagare. Reprezentand raza de incidenta (1), raza refractata (2) si notand:

- i: unghiul de incidenta, format de raza incidenta cu normala in punctul de incidenta la suprafata de separare dintre cele doua medii

- r: unghiul de refractie, format de raza refractata cu normala, putem afirma ca    raza incidenta, raza refractata si normala la suprafata sunt coplanare si are loc relatia :

n₁ sin i = n₂ sin r

Fig. 7.1. Fenomenul de reflexie, refractie si reflexie totala a luminii.

Discutii:

1. daca n₂>n₁ atunci r < i; raza refractata se apropie de normala

2. daca n₂<n₁ atunci r>i; raza refractata se departeaza de normala

3. la suprafata de separare dintre doua medii transparente au loc simultan fenomene de reflexie si de refractie a luminii.

4. atunci cand n₂<n₁ notam cu l unghiul limita = unghiul format de raza incidenta pentru care unghiul de refractie este r = 90 s => n₁sin l = n₂

Daca lumina trece din mediul 1 in mediul 2 si    n₁>n₂ atunci exista relatia

sin 1 = n₂    / n₁ , relatie ce poate servi la aflarea unuia din cei doi indici de refractie daca se cunoaste celalalt si se masoara unghiul limita, 1. Pe acest principiu este construit refractometrul Abbe cu ajutorul caruia se poate citi direct indicele de refractie al unui lichid (dupa ce s-a adus in dreptul unui reper fix zona de delimitare lumina - intuneric ce apare atunci cand radiatiile se propaga in conditiile refractiei la unghiul limita).

Determinarile refractometrice ne dau informatii pretioase si in legatura cu structura unor substante, cum ar fi de exemplu cele organice. Refractia specifica si refractia moleculara a unei substante sunt marimi fizice importante care pot caracteriza din punct de vedere optic un lichid biologic. Ea se poate calcula cu ajutorul relatiei lui Lorenz:

R_s= si r_m = r_s M

in care n este indicele de refractie iar d este densitatea.

Produsul dintre refractia specifica si greutatea moleculara M a unei substante se numeste refractie moleculara. Aceasta marime este si ea o caracteristica moleculara a fiecarei substante, valoare ei depinzand de starea de agregare a substantei respective. Refractia moleculara in cazul substantelor organice este egala cu suma refractiilor atomice si a refractiilor legaturilor, precum si a grupelor continute de molecula.

Refractometria ca metoda de lucru are urmatoarele avantaje: se lucreaza cu o cantitate infima de substanta (1-2 picaturi), este o metoda rapida si foarte precisa (se poate citi indicele de refractie cu o precizie de 4 zecimale). Cunoscandu-se indicele de refractie, se poate determina concentratia solutiilor studiate( in cazul laboratorului clinic -concentratia proteinelor in lichidele biologice).

Aparatura: Refractometrul de tip ABBE-Convex are urmatoarele parti componente:

Ocular, marire optica 30X.

Dispozitiv de deschidere/inchidere a prismei.

Oglinda reflectatoare.

Intrare pentru masurarea temperaturii apei de racire (daca este cazul).

Intrare pentru luminarea prismei.

Intrare pentru sistem de termostatare.

Prisma superioara.

Dispozitiv pentru controlul dispersiei.

Dispozitiv de ajustare -masurare.

Buton pentru compensarea culorii.

Intrare pentru masurarea temperaturii probei cu termometrul digital.

Buton de calibrare.

Reglajul luminozitatii scalei de masurare.   

Fig. 7.2. Refractometrul ABBE, tip CONVEX.

Partea principala a refractometrului Abbe se compune din doua prisme, una pentru masurare si cealalta pentru iluminare, care se pot bloca cu ajutorul unui surub. Prin intermediul unui tambur    se poate deplasa blocul prismelor astfel ca in campul vizual al lunetei sa ne apara o imagine pe jumatate iluminata si a carei limita de separatie intre zona iluminata si cea intunecata sa fie plasata exact la incrucisarea celor doua fire reticulare.

	Fig. 7.3. Aspectele privind punerea la punct (a) si citirea indicilor de refractie (b) pentru refractometrul Abbe.

Modul de lucru

Inainte de masuratoarea propriu zisa trebuie facute cateva teste de calibrare. Se deschide intrarea prismei superioare (5) si se inchide oglida reflectatoare (3). Se actioneaza tamburul de compensare a culorii (10) pana cand culorile rosu si albastru dispar complet.

Metoda de calibrare utilizand apa distilata: Se deschide prisma superioara, se pipeteaza 2-3 picaturi de apa si apoi se inchide. Daca temperatura inregistrata este de 20sC, indicele de refractie ar trebui sa fie 1,3330. In caz contrar, se actioneaza tamburul (9) pana cand scala indica valoarea mentionata. De asemenea se actioneaza butonul de calibrare pana cand limita de separare lumina-umbra corespunde cu intersectia firelor reticulare.

Calibrarea odata facuta, se poate proceda la masuratorile propriu zise, determinand pentru diferite lichide biologice atat indicele de refractie (cu precizie de patru zecimale) cat si concentratia procentuala. Daca masuratoarea se face la temperaturi mai mari sau mai mici de 20sC trebuie facuta o corectie a rezultatului. In tabelele urmatoare sunt trecute corectiile care trebuie facute in functie de temperatura si cateva valori ale indicelui de refractie pentru unele substante de referinta.

In figura alaturata sunt prezentate doua tipuri de refractometre portabile care permit masuratori rapide si usoare, ideale pentru determinarea concentratiei procentuale in scala Brix. Scala de masurare Brix arata concentratia procentuala a unor substante solide dizolvate in apa, fiind calibrata la cantitatea de zahar (trestie de zahar) in grame, continuta in 100g de apa. Deci cand se masoara o solutie care contine zahar, scala Brix indica exact concentratia reala.

Calcule si prezentarea rezultatelor

Odata citite valorile indicelui de refractie si ale concentratiei, cu ajutorul formulelor anterioare se calculeaza refractia moleculara si refractia specifica pentru fiecare proba. In cazul solutiilor proteice, concentratia se va determina din tabelele puse la dispozitie. Rezultatele se trec in tabelul urmator: