4. Refraktometrie:
Kvalitativní stanovení alkoholů
a kvantitativní stanovení sacharózy


ZÁKLADNÍ POJMY
Prochází-li světelný paprsek nějakým mediem, dochází ke změně jeho rychlosti a směru. Poměr rychlosti světla ve vakuu (c) k rychlosti světla v dané látce (ν) se nazývá absolutní index lomu (n).
(1)
Tento parametr je pro danou látku charakteristickou veličinou. Nepřechází-li světelný paprsek z vakua, nýbrž z jedné látky o n1 do druhé o n2, je definován relativní index lomu látky (vzhledem k látce 1) poměrem absolutních indexů lomu obou látek.
(2)
Hodnota indexu lomu závisí na teplotě a vlnové délce světelného paprsku, proto oba tyto parametry vždy vyznačujeme jako indexy symbolu n. Např. nD20 = index lomu byl měřen při 20 oC, při vlnové délce světla shodné s vlnovou délku žluté D-čáry v emisním spektru sodíku. Dále index lomu závisí na hustotě a koncentraci látky.

Index lomu má aditivní charakter, tj. velikost výsledné hodnoty indexu lomu směsi se rovná součtu indexů lomu jejích jednotlivých složek.
VÝZNAM REFRAKTOMETRIE V PRAXI
Index lomu se používá v kvalitativní a kvantitativní analýze látek a jejich směsí a ke stanovení čistoty látek. Přístroje měřící index lomu nazýváme refraktometry. Lze jimi měřit index lomu pevných látek, kapalin i plynů. V potravinářské praxi se jimi měří např. obsah sacharózy v plodech (kiwi, grapy).

Refraktometr AR3



PRÁCE S REFRAKTOMETREM
  1. Tahem za držáky (na pravé straně přístroje) směrem od tubusu otevřeme komoru hranolu (je-li zapotřebí odaretujeme otevírání levým šroubem - není vidět na schematu).
  2. Oba hranoly očistíme buničitou vatou navlhčenou deionizovanou vodou, následovně buničitou vatou vlhčenou etanolem a nakonec vatou osušíme. Vodorovný hranol pokryjeme měřenou kapalinou (eventuální přebytečná kapalina vyteče boční drážkou).
  3. Otevřeme páčku osvětlení (vpředu, směrem ke zdroji světla).
  4. Pravým dolním šroubem pohybujeme rozhraním "šedá x bílá" tak, až umístíme rozhraní do středu záměrného kříže (viz. obr.). V případě potřeby lze rozhraní zaostřit horním pravým šroubem.

    Rozhraní "šedá x bílá" umístíme do středu záměrného kříže


  5. Odečet hodnot na dolní stupnici: Na dolní stupnici odečítáme hodnoty indexu lomu (v našem případě pro alkoholy) ve stupních. Odečítáme na 4 desetinná místa, nejmenší úsek udává 0,0005 stupně, přesněji desetitisíciny odhadneme. Příklad odečtení hodnot 1,3344 a 1,3387 je uveden na dalším obrázku.

    Část dolní stupnice

  6. Odečet hodnot na horní stupnici: Na horní stupnici odečítáme hodnoty v procentech. Používáme ji pro zjištění koncentrace sacharózy. Nejmenší dílek představuje 0,25% (na stejnou hodnotu výsledky zaokrouhlujeme, tedy desetinná místa tvoří vždy 0,00; 0,25; 0,50 nebo 0,75%). Příklad odečtení hodnot 1,25% a 3,75% je uveden na následujícím obrázku.

    Část horní stupnice



    Celá úloha je umístěna v digestoři

POSTUP ÚLOHY
  1. Určení indexu lomu známých alkoholů: Změříme 3krát index lomu 8 známých alkoholů (tabulka 1). Každý odečet provádíme 3krát (včetně nakapání). Výsledky vložíme do tabulky, kterou doplníme statistickou analýzou (průměr, směrodatná odchylka výběrová, relativní a průměru). Mezi jednotlivými měřeními vždy hranoly nejprve osušíme, pak očistíme etanolem a opět osušíme (vše za použití buničité vaty).



    Tabulka 1. Indexy lomu vybraných alkoholů

    alkohol nD20
    metanol 1,3286
    etanol 1,3613
    propanol 1,3854
    butanol 1,3993
    isobutanol 1,3958
    amylalkohol 1,4099
    aceton 1,3591
    oktanol 1,4304


  2. Určení neznámého alkoholu na základě změřeného indexu lomu: Změříme 3 vzorky neznámých alkoholů, každý 3krát. Výsledky přidáme do tabulky indexu známých alkoholů (viz. bod 1), a opět doplníme statistickou analýzou (viz. bod 1). Zjištěné průměrné hodnoty indexu lomu vzorků srovnáme s tabulkovými (viz. tabulka 1) a námi zjištěnými hodnotami indexu zlomu (bod 1). Významnost výsledků vyjádříme procentuálním indexem shody. Vše vložíme do přehledné tabulky (příklad viz. tabulka 2). Na základě těchto srovnání identifikujeme neznámý alkohol.


    Tabulka 2. Příklad tabulky identifikace neznámého vzorku alkoholu



    Legenda:
    tab - hodnoty z tabulky definované pro 20 oC
    exp - experimentálně zjištěné hodnoty za našich podmínek (průměry ze 3 stanovení)
    index lomu vzorku - experimentálně zjištěná průměrná hodnota indexu lomu vzorku
    exp x tab - srovnání experimentálně zjištěné průměrné hodnoty indexu lomu vzorku s tabulkovými hodnotami různých alkoholů (I, II, III - označení vzorků)
    exp x exp - srovnání experimentálně zjištěné hodnoty indexu lomu vzorku s experimentálně zjištěnými hodnotami různých alkoholů (I, II, III - označení vzorků)
    ± int shody[%] - vypočítaný interval shody [%] (jeho nejnižší hodnotu použijeme pro identifikaci)

    Výpočet intervalů shody pro tabulku 2:
    1. nechť tabulkové / experimentální hodnoty indexu lomu alkoholů = 100%.
    2. vyjádři průměrný index lomu neznámého vzorku jako procento tabulkové / experimentální hodnoty.
    3. jestliže zjištěná procentuální hodnota je vyšší než 100, do tabulky vlož ==> výsledná hodnota -100.
    4. jestliže zjištěná procentuální hodnota je nižší než 100, do tabulky vlož ==> 100 - výsledná hodnota.

  3. Určení neznámé koncentrace cukru: Refraktometrem je možno stanovit přímo procentuální obsah cukru ve vodných roztocích při teplotě 20 oC (horní část stupnice cejchovaná v %). Změříme koncentraci sacharózy ve 3 neznámých vzorcích, vždy 3krát. Výsledky vložíme do tabulky a doplníme statistickou analýzu (průměr, směrodatná odchylka výběrová, relativní a průměru).




obsah Předchozí úloha Další úloha Konec