Refraktometrenin Endüstride Kullanımı ve Seçimi
Yazan Angelo DePalma, PHD
Refraktometre kullanımları: Sıvıları kırılma indekslerine göre karakterize eder - kırılma, ışığın bir yoğunluktan farklı yoğunluktaki bir malzemeye geçerken hızındaki değişiklik nedeniyle meydana gelir. Tanım gereği vakumun kırılma indisi 1'dir ve bir çözeltinin veya saf sıvının kırılma indisi denklemle hesaplanır:
Kırılma İndisi = ışığın vakumdaki hızı/ışığın madde içindeki hızı
Örnekler daha yoğun veya daha konsantre hale geldikçe ışık ortamdan daha yavaş geçer. Dolayısıyla, havanın kırılma indisi 1.000293, suyun Kırılma İndisi 20C'de 1.33298 ve benzenin 1.501 iken, anestezik Sevofluran'ın Kırılma İndisi 1.2745 ila 1.2760 arasında değişmektedir.
Kırılma İndisi, örneğin bir sıvı çözelti ve hava gibi iki farklı ortam arasındaki sınıra çarpan ışık için geliş açısı ile kırılma açısı arasındaki ilişkiyi tanımlayan Snell Yasasına dayanmaktadır. Wikipedia, Kırılma İndisi ve Snell Yasası hakkında iyi bir arka plan sağlar.
Bir kayığın küreğinin suya girerken "büküldüğünü" gören herkes kırılmayı ilk elden deneyimlemiştir. Bu olgu, ışık dalgalarının suda havaya kıyasla daha yavaş yayılmasından kaynaklanır. Ticari refraktometreler de aynı prensiple çalışır, ancak "bükülme" derecesi hassas bir şekilde ölçülür.
Kırılma İndisi, limon yağı gibi saf maddelerin benzersiz, sabit bir fiziksel özelliğidir, ancak en yaygın kullanımı sudaki çözünmüş maddelerin konsantrasyonunu hesaplamak içindir. Sudaki şeker içeriğinin ("brix") ölçülmesi yaygın bir uygulamadır. Şekil 1, konsantrasyon ne kadar yüksekse Kırılma İndisinin de o kadar yüksek olduğunu göstermektedir.
Refraktometre Kullanım Alanları - Dalga Boyu ve Sıcaklık
Refraktometri ölçümleri büyük ölçüde numuneye uygulanan ışığın dalga boyuna ve numune sıcaklığına bağlıdır. Standart refraktometreler 589,3 nanometre dalga boyunu kullanır (sodyum D çizgisinden gelen emisyonu ihmal eder) ve ölçümleri 20º C'de alır. Dalga boyu sabit olsa da, numune sıcaklıkları kontrol edilmediği sürece değişir ve refraktometri ölçümlerini önemli ölçüde etkiler.
Sıvılar ve çözeltiler daha yüksek sıcaklıklarda daha az yoğun hale gelir, bu nedenle daha yüksek sıcaklıktaki numunelerden geçen ışık daha az çözünen (ve çözücü) molekülle karşılaşır. Bu nedenle, 25º C'deki Kırılma İndisinin 20º C'dekinden biraz daha düşük olması beklenir. Sıcaklığı telafi etmenin bir yolu, 20º C - 25º C arasındaki sıcaklık değişimleri için sayısal bir düzeltme uygulamaktır.
ICUMSA düzeltme tablolarına dayanan makul sayısal düzeltme, Kırılma İndisi ile sıcaklık değişimi arasında doğrusal bir ilişki bulunan saf şeker ve su maddeleri için iyi sonuç verir. Çözünmüş madde ne kadar saf değilse ve numune 20C'den ne kadar uzaksa potansiyel matematiksel hata da o kadar büyük olur. Uygulanan en yaygın sıcaklık düzeltme formülü, ICUMSA tarafından BRIX tablosu oluşturulurken geliştirilen ve ölçüm ile referans sıcaklıklardaki Kırılma İndisi arasındaki farkı yaklaşık olarak hesaplayan formüldür.
Kırılma İndisi Düzeltme faktörleri tüm çözeltiler ve saf sıvılar için farklılık gösterir. Bazı üst düzey cihazlar, otomatik sıcaklık kompanzasyonu veya otomatik sıcaklık düzeltmesi olarak bilinen bir özellik olan düzeltme faktörünü otomatik olarak uygular. Bununla birlikte, standart olmayan sıcaklıklar için en güvenilir çözüm, numuneyi tam olarak 20º C'ye kadar ısıtma veya soğutma yeteneğidir. En verimli sistemler, numunenin hem üstünden hem de altından ısıtma ve soğutma sağlar ve geleneksel su banyosu yerine Peltier ısıtma / soğutma kullanır.
Su banyosunun bakımı, suyun periyodik olarak değiştirilmesi, doldurulması ve yosun ilacı eklenmesini içeren zaman alıcı bir uygulamadır. Ayrıca su banyosunun sıcaklığı da ölçüm ve kalibrasyon gerektirir. Elektronik Peltier sıcaklık kontrolü su banyolarından daha kompakttır ve daha yüksek sıcaklık doğruluğu ve daha hızlı dengeleme sağlar.
Emilimlerine dayanarak maddeleri benzersiz bir şekilde tanımlayabilen spektroskopinin aksine, Refraktometri yalnızca analiz edilen malzeme bilindiğinde kullanışlıdır. Örneğin bir konsantrasyondaki bir tuz çözeltisi, farklı konsantrasyondaki bir şeker çözeltisiyle aynı Kırılma İndisine sahip olabilir. Bu sınırlamaya rağmen, refraktometreler endüstriyel ve bilimsel laboratuvarlarda, özellikle de hızlı bir Refraktif İndeks ölçümünün ürünün spesifikasyonlara uygun olup olmadığını gösterdiği kalite kontrol ortamlarında her yerde bulunur). Aşağıdaki uygulamalar buzdağının sadece görünen kısmıdır:
- Suyun tuzluluk oranı
- İçeceklerin tatlılığı
- Motor yakıtlarının hidrokarbon içeriği
- Brix veya bir fermantasyondaki şeker konsantrasyonu
- Akçaağaç şurubu konsantrasyonu
- Çözelti içinde protein
Endüstri için Refraktometre Kullanımları ve Seçimi
Laboratuvarların uygulamalarına, ölçüm ortamlarına, uyumluluk gerekliliklerine, operatör eğitimine ve deneyim düzeyine bağlı olarak çok farklı ihtiyaçları olduğundan refraktometre satıcıları, çeşitli endüstri ortamlarını karşılamak için çok sayıda model sunarak yanıt vermiştir. Bunlar masaüstü ünitelerden elde taşınır cihazlara, elektronik/dijital cihazlardan manuel cihazlara kadar farklı hassasiyet ve dokümantasyon seviyelerine sahiptir.
Günlük kullanıcılar için performans, bir refraktometre satın alırken bariz bir faktördür. Yalnızca fiyatına bakarak satın alan kişiler değerini kaçırıyor olabilir. Refraktometreler, uygun şekilde bakımları yapıldığında uzun süre dayanma eğilimindedir. Analitik bir cihazın tam değerinin anlaşılması, alıcının ölçümlerinin değerini, kullanım sıklığını ve yanlış bir okumanın maliyetini veya kaybedilen fırsatı anlamasını gerektirir. Düşük kaliteli bir cihaz ile kaliteli bir refraktometre arasındaki maliyet farkı, cihazın kullanım ömrü boyunca ölçüm başına sadece birkaç sente denk gelebilir.
Maliyeti 200 ila 2.000 $ arasında değişen küçük, el tipi veya avuç içi boyutundaki refraktometreler genellikle şarap veya antifriz testi gibi belirli görevler için kullanılır. Bu cihazlar elektronik veya pille çalışan ya da ortam ışığına dayanan ve kullanıcının görsel bir belirleme yapmasını gerektiren elektronik olmayan modeller olabilir. Elektronik/dijital tasarımlar biraz daha büyük ve pahalı olma eğilimindedir, ancak daha yüksek doğruluk sağlarlar. Küçük refraktometreler saha çalışmaları, evler ve "laboratuvarı" numuneye getirmek için idealdir.
Yedi bin ila on dört bin dolar fiyat aralığındakiLaboratuvar Refraktometreleri, yüksek kalite düzeyini korumak ve katı kalite yönergelerine uymak isteyen büyük üretim şirketleri için vazgeçilmez cihazlardır. Daha yüksek maliyet, cihazların üstün optik ve performansıyla haklı çıkar. El tipi modeller 0,1 ile 0,01 arasında çözünürlük sağlarken, laboratuvar cihazları 0,0001'e kadar iner. Bu refraktometreler tipik olarak bir bilgisayarla arayüz oluşturur ve hem doğruluk hem de veri bütünlüğü arayan yüksek verimli laboratuvarlar için tercih edilen cihazlardır.
Araştırma uygulamaları veya çok yüksek doğruluk gerektiren uygulamalar için, birinci sınıf laboratuvar refraktometreleri 0,00001'e kadar doğruluk ve 1,70000'e kadar tam Refraktif İndeks ölçüm aralığı sağlar. Bu cihazlar, bilgisayarların yanı sıra diğer enstrümanlara da bağlanabilirlik özelliğine sahiptir.
Bu üç laboratuvar refraktometresi kategorisine ek olarak, proses endüstrilerinde çalışan şirketler, Refraktif İndeksi sürekli olarak ölçen in-line refraktometreleri de düşünebilir.
Sonuç
Refraktometri, modern laboratuvarların vazgeçilmezi olmaya devam eden, zaman içinde kendini kanıtlamış bir analitik yöntemdir. Doğru refraktometreyi seçmek; doğruluk, numune verimi, ölçüm yeri ve diğer cihazlarla birlikte çalışabilirlik ile veri işleme ve işleme gereksinimlerinize bağlıdır.
PDF dosyasını indirin