रिफ्रेक्टोमीट्री: औचित्य, रिफ्रेक्टोमीटर के प्रकार, अनुप्रयोग - रसायन विज्ञान - 2025

Refractometer जो किसी पदार्थ के अपवर्तनांक जिसकी मुख्य विशेषता यह निर्धारित करने के उपायों पदार्थों के ऑप्टिकल विश्लेषण की एक विधि है। यह इस तथ्य पर आधारित है कि प्रकाश, जब एक माध्यम से दूसरे माध्यम से गुजरता है, तो दिशा का एक परिवर्तन होता है जो इन मीडिया की प्रकृति पर निर्भर करता है।

निर्वात में प्रकाश की गति c = 300,000 km / s है, लेकिन पानी में, उदाहरण के लिए, यह घटकर v = 225,000 km / s हो जाता है। अपवर्तक सूचकांक n को ठीक से c / v अनुपात के रूप में परिभाषित किया गया है।

चित्रा 1. फलों में चीनी सामग्री को मापने के लिए इस्तेमाल किया जाने वाला रिफ्रेक्टोमीटर। स्रोत: विकिमीडिया कॉमन्स

मान लीजिए कि एक निश्चित तरंग दैर्ध्य का प्रकाश सतह पर एक पूर्व निर्धारित कोण पर पड़ता है जो दो अलग-अलग सामग्रियों को सीमित करता है। फिर किरण की दिशा बदल जाएगी, क्योंकि प्रत्येक माध्यम में अपवर्तन का एक अलग सूचकांक होता है।

अपवर्तन के सूचकांक की गणना कैसे करें

स्नेल का नियम दो मीडिया 1 और 2 के बीच अपवर्तन के सूचकांक से संबंधित है:

यहाँ n ₁ माध्यम 1 में अपवर्तन का सूचकांक है, the ₁ सीमा सतह पर किरण की घटना का कोण है, n ₂ माध्यम 2 में अपवर्तन का सूचकांक है और is ₂ अपवर्तन का कोण है, किस दिशा में है प्रेषित किरण जारी है।

चित्रा 2. प्रकाश की किरण दो अलग-अलग मीडिया। स्रोत: विकिमीडिया कॉमन्स

सामग्री का अपवर्तक सूचकांक स्थिर है और कुछ भौतिक स्थितियों के तहत जाना जाता है। इसके साथ दूसरे माध्यम के अपवर्तक सूचकांक की गणना की जा सकती है।

उदाहरण के लिए, यदि प्रकाश एक ग्लास प्रिज्म से होकर गुजरता है जिसका सूचकांक n _{1 है} और फिर उस पदार्थ के माध्यम से जिसका सूचकांक हम जानना चाहते हैं, तो सावधानीपूर्वक घटना के कोण और अपवर्तन के कोण को मापते हुए, हम प्राप्त करते हैं:

रिफ्रेक्टोमीटर के प्रकार

रिफ्रेक्टोमीटर एक ऐसा उपकरण है, जो सपाट और चिकने चेहरों के साथ तरल या ठोस के अपवर्तनांक को मापता है। दो प्रकार के रेफ्रेक्टोमीटर हैं:

-ऑप्टिकल-मैनुअल प्रकार जैसे एब्बे रिफ्रेक्टोमीटर।

-डिजिटल रिफ्रेक्टोमीटर।

- ऑप्टिकल-मैनुअल प्रकार जैसे अब्बे का अपवर्तन किलोमीटर

अब्बे रिफ्रैक्टोमीटर का आविष्कार 19 वीं शताब्दी में एक जर्मन भौतिक विज्ञानी अर्नस्ट अब्बे (1840-1905) द्वारा किया गया था, जिन्होंने ऑप्टिक्स और थर्मोडायनामिक्स के विकास में महत्वपूर्ण योगदान दिया था। इस प्रकार के रिफ्रेक्टोमीटर का उपयोग खाद्य उद्योग और शिक्षण प्रयोगशालाओं में व्यापक रूप से किया जाता है और मूल रूप से इनमें शामिल हैं:

-आकाश के एक दीपक के रूप में, आमतौर पर सोडियम वाष्प, जिसकी तरंग दैर्ध्य ज्ञात है। ऐसे मॉडल हैं जो सामान्य सफेद प्रकाश का उपयोग करते हैं, जिसमें सभी दृश्यमान तरंगदैर्ध्य होते हैं, लेकिन उनके पास निर्मित प्रिज्म हैं जिन्हें एमिकी प्रिज्म कहा जाता है, जो अवांछित तरंग दैर्ध्य को समाप्त करता है।

-एक रोशनी प्रिज्म और एक और अपवर्तक प्रिज्म, जिसके बीच का नमूना जिसका सूचकांक मापा जाना है, रखा गया है।

-थर्मोमीटर, चूंकि अपवर्तक सूचकांक तापमान पर निर्भर करता है।

छवि के लिए समायोजन तंत्र।

-इस ऐपिस, जिसके माध्यम से पर्यवेक्षक माप को वहन करता है।

डिजाइन के आधार पर इन मूल भागों की व्यवस्था अलग-अलग हो सकती है (चित्र 3 बाएं देखें)। आगे हम ऑपरेशन के सिद्धांतों को देखेंगे।

चित्र 3. बाईं ओर एक अब्बे रेफ्रेक्टोमीटर और दाईं ओर एक बुनियादी ऑपरेटिंग आरेख। स्रोत: विकिमीडिया कॉमन्स 丰泽 丰泽

अब्बे रेफ्रेक्टोमीटर कैसे काम करता है

प्रक्रिया निम्नानुसार है: नमूना को अपवर्तन प्रिज्म के बीच रखा गया है, जो तय किया गया है- और रोशनी का प्रिज्म -turning-।

अपवर्तक प्रिज्म अत्यधिक पॉलिश होता है और इसका अपवर्तनांक उच्च होता है, जबकि रोशनी का प्रिज्म मैट और संपर्क सतह पर खुरदरा होता है। इस तरह, जब दीपक चालू होता है, तो नमूना पर सभी दिशाओं में प्रकाश उत्सर्जित होता है।

आकृति 3 में रे एबी सबसे बड़ा संभावित विचलन वाला है, इसलिए बिंदु C के दाईं ओर एक पर्यवेक्षक एक छायांकित फ़ील्ड देखेगा, जबकि बाईं ओर का क्षेत्र रोशन होगा। समायोजन तंत्र अब हरकत में आता है, क्योंकि आप जो चाहते हैं, वह है कि दोनों क्षेत्रों का आकार एक जैसा है।

इसके लिए ऐपिस पर एक सहायता चिह्न है, जो डिजाइन के आधार पर भिन्न होता है, लेकिन यह एक क्रॉस या अन्य प्रकार का संकेत हो सकता है, जो खेतों को केंद्र में रखता है।

दोनों क्षेत्रों को एक ही आकार देकर, महत्वपूर्ण कोण या सीमा कोण को मापा जा सकता है, जो कि वह कोण है जिस पर प्रेषित किरण मीडिया को अलग करने वाली सतह को चराई करती है (चित्र 4 देखें)।

इस कोण को जानने से प्रिज्म के नमूने को सीधे नमूने के अपवर्तक सूचकांक की गणना करने की अनुमति मिलती है। आइए इसे नीचे और अधिक विस्तार से देखें।

आलोचनात्मक कोण

निम्नलिखित आकृति में हम देखते हैं कि महत्वपूर्ण कोण the _c है, जिस पर किरण बस सीमा सतह पर जाती है।

यदि कोण को और अधिक बढ़ा दिया जाता है, तो बीम मध्य 2 तक नहीं पहुंचता है, लेकिन परिलक्षित होता है और बीच में जारी रहता है। इस मामले में लागू स्नेल का नियम होगा: पाप θ ₂ = पाप 90º = 1, जो सीधे होता है मध्यम 2 में अपवर्तक सूचकांक:

चित्रा 4. महत्वपूर्ण कोण। स्रोत: एफ। ज़पाटा

ठीक है, महत्वपूर्ण कोण प्रकाश और छाया के क्षेत्रों के आकार को बराबर करके प्राप्त किया जाता है जो ऐपिस के माध्यम से देखा जाता है, जिसके माध्यम से एक स्नातक स्तर की पढ़ाई भी देखी जाती है।

पैमाने को आमतौर पर अपवर्तक सूचकांक के प्रत्यक्ष पढ़ने के लिए कैलिब्रेट किया जाता है, इसलिए रेफ्रेक्टोमीटर मॉडल के आधार पर, ऑपरेटर को कुछ इसी तरह की चीज़ दिखाई देगी जो निम्न छवि में देखी गई है:

चित्रा 5. रेफ्रेक्टोमीटर का पैमाना अपवर्तक सूचकांक को सीधे देने के लिए कैलिब्रेट किया जाता है। स्रोत: अपवर्तक ओरेगन स्टेट यूनिवर्सिटी

ऊपरी रेखा, ऊर्ध्वाधर रेखा की मदद से, मुख्य माप को इंगित करता है: 1.460, जबकि निचला पैमाने 0.00068 दिखाता है। जोड़ते समय, अपवर्तक सूचकांक 1.46068 है।

तरंग दैर्ध्य का महत्व

प्रदीप्ति प्रिज्म पर पड़ने वाला प्रकाश उसकी दिशा बदल देगा। लेकिन चूंकि यह एक विद्युत चुम्बकीय तरंग है, इसलिए परिवर्तन λ पर निर्भर करेगा, घटना की लहर की लंबाई।

चूंकि सफेद प्रकाश में सभी तरंग दैर्ध्य होते हैं, इसलिए प्रत्येक एक अलग डिग्री पर अपवर्तित होता है। इस मिश्रण से बचने के लिए जिसके परिणामस्वरूप एक फजी छवि होती है, एक उच्च रिज़ॉल्यूशन रिफ्रैक्टोमीटर में प्रयुक्त प्रकाश में एक अद्वितीय और ज्ञात तरंग दैर्ध्य होना चाहिए। सबसे अधिक उपयोग तथाकथित सोडियम डी लाइन है, जिसकी तरंग दैर्ध्य 589.6 एनएम है।

ऐसे मामलों में जहां बहुत अधिक सटीकता की आवश्यकता नहीं होती है, प्राकृतिक प्रकाश पर्याप्त होता है, भले ही इसमें तरंग दैर्ध्य का मिश्रण हो। हालांकि, छवि में प्रकाश और अंधेरे के बीच बढ़त को धुंधला करने से बचने के लिए, कुछ मॉडल एमिस की क्षतिपूर्ति प्रिज्म जोड़ते हैं।

फायदे और नुकसान

किसी पदार्थ की शुद्धता को जानने के लिए रिफ्रेक्टोमेट्री एक तेज, सस्ती और विश्वसनीय तकनीक है, यही वजह है कि इसका उपयोग रसायन विज्ञान, बायोएनालिसिस और खाद्य प्रौद्योगिकी में व्यापक रूप से किया जाता है।

लेकिन चूंकि एक ही अपवर्तक सूचकांक के साथ अलग-अलग पदार्थ होते हैं, इसलिए यह जानना आवश्यक है कि किस का विश्लेषण किया जा रहा है। उदाहरण के लिए, साइक्लोहेक्सेन और कुछ शर्करा समाधानों को 20 डिग्री सेल्सियस के तापमान पर एक ही अपवर्तक सूचकांक के रूप में जाना जाता है।

दूसरी ओर, अपवर्तक सूचकांक तापमान पर अत्यधिक निर्भर होता है, जैसा कि ऊपर बताया गया है, अपवर्तक समाधान के दबाव और एकाग्रता के अलावा। उच्च परिशुद्धता माप की आवश्यकता होने पर इन सभी मापदंडों पर सावधानीपूर्वक निगरानी रखनी चाहिए।

उपयोग करने के लिए रेफ्रेक्टोमीटर के प्रकार के रूप में, यह उस एप्लिकेशन पर बहुत कुछ निर्भर करता है जिसके लिए इसका इरादा है। यहाँ मुख्य प्रकार की कुछ विशेषताएं हैं:

मैनुअल एबे रिफ्रेक्टोमीटर

-यह एक विश्वसनीय और कम रखरखाव साधन है।

-वे आमतौर पर सस्ते होते हैं।

-वापसी के मूल सिद्धांतों से परिचित होने के लिए उपयुक्त है।

- ध्यान रखना चाहिए कि नमूने के संपर्क में प्रिज्म की सतह को खरोंच न करें।

-प्रत्येक उपयोग के बाद धूल साफ किया जा सकता है, लेकिन कागज या किसी न किसी सामग्री के साथ नहीं किया जा सकता।

-रेफ्रेक्टोमीटर ऑपरेटर के पास प्रशिक्षण होना चाहिए।

-हर माप हाथ से पंजीकृत होना चाहिए।

वे आमतौर पर तराजू के साथ विशेष रूप से पदार्थों की एक निश्चित सीमा के लिए कैलिब्रेट करते हैं।

-उनको कैलिब्रेट करने की आवश्यकता है।

-पानी के स्नान तापमान नियंत्रण प्रणाली का उपयोग करने के लिए बोझिल हो सकता है।

डिजिटल रिफ्रेक्टोमीटर

-वे पढ़ने में आसान हैं, क्योंकि माप सीधे एक स्क्रीन पर दिखाई देता है।

वे उच्च परिशुद्धता रीडिंग के लिए ऑप्टिकल सेंसर का उपयोग करें।

-उनके पास प्राप्त आंकड़ों को संग्रहीत और निर्यात करने और किसी भी समय उनसे परामर्श करने में सक्षम होने की क्षमता है।

-वे अत्यंत सटीक हैं, उन पदार्थों के लिए भी जिनके अपवर्तक सूचकांक को मापना मुश्किल है।

-विभिन्न पैमानों का कार्यक्रम करना संभव है।

-पानी के साथ तापमान समायोजन की आवश्यकता नहीं है।

-कुछ मॉडल घनत्व माप शामिल करते हैं, उदाहरण के लिए, या घनत्व मीटर, पीएच मीटर और अन्य से जुड़ा जा सकता है, समय बचाने के लिए और साथ ही साथ माप प्राप्त करने के लिए।

-उनकी पुनरावृत्ति आवश्यक नहीं है, लेकिन समय-समय पर जांच करें कि वे प्रसिद्ध पदार्थों के अपवर्तनांक को मापकर ठीक से काम कर रहे हैं, जैसे कि आसुत जल।

-वे मैनुअल रिफ्रेक्टोमीटर की तुलना में अधिक महंगे हैं।

अनुप्रयोग

एक नमूने के अपवर्तक सूचकांक को जानने से इसकी शुद्धता की डिग्री का संकेत मिलता है, यही वजह है कि तकनीक का व्यापक रूप से खाद्य उद्योग में उपयोग किया जाता है:

तेलों की गुणवत्ता नियंत्रण में, उनकी शुद्धता निर्धारित करने के लिए। उदाहरण के लिए, रिफ्रेक्टोमेट्री के माध्यम से यह जानना संभव है कि क्या सूरजमुखी का तेल अन्य निम्न गुणवत्ता वाले तेलों को जोड़कर कम किया गया था।

चित्रा 6. खाद्य प्रौद्योगिकी प्रयोगशाला। स्रोत: पिक्सल्स

-यह खाद्य उद्योग में शर्करा पेय, जाम, दूध और इसके डेरिवेटिव और विभिन्न सॉस में चीनी सामग्री को जानने के लिए उपयोग किया जाता है।

-वे चीनी और अल्कोहल की मात्रा निर्धारित करने के लिए वाइन और बियर के गुणवत्ता नियंत्रण में भी आवश्यक हैं।

-सर्दियों, इत्र, डिटर्जेंट और सभी प्रकार के पायस की गुणवत्ता नियंत्रण के लिए रासायनिक और दवा उद्योग में।

-वह यूरिया की एकाग्रता को माप सकती है - रक्त में प्रोटीन चयापचय से अपशिष्ट।

संदर्भ

1. रसायन विज्ञान लैब तकनीक। Refractometry। से पुनर्प्राप्त: 2.ups.edu।
2. गैवीरा, जे। रिफ्रेक्टोमीट्री। से पुनर्प्राप्त: triplenlace.com
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4. नेट इंटरलैब। एक रेफ्रेक्टोमीटर क्या है और इसके लिए क्या है? से पुनर्प्राप्त: net-interlab.es।
5. ओरेगन स्टेट यूनिवर्सिटी अपवर्तन का सिद्धांत। से पुनर्प्राप्त: sites.science.oregonstate.edu।