REFRAKTOMETRI: ALASAN, JENIS REFRAKTOMETER, APLIKASI - KIMIA - 2025

The refraktometer adalah metode analisis optik zat yang mengukur indeks bias suatu zat untuk menentukan fitur utama. Hal ini didasarkan pada fakta bahwa cahaya, ketika berpindah dari satu media ke media lainnya, mengalami perubahan arah yang bergantung pada sifat media tersebut.

Kecepatan cahaya di ruang hampa adalah c = 300.000 km / s, tetapi di air, misalnya, turun menjadi v = 225.000 km / s. Indeks bias n secara tepat didefinisikan sebagai rasio c / v.

Gambar 1. Refraktometer digunakan untuk mengukur kadar gula pada buah-buahan. Sumber: Wikimedia Commons.

Misalkan cahaya dengan panjang gelombang tertentu jatuh pada sudut yang telah ditentukan di permukaan yang membatasi dua bahan yang berbeda. Kemudian arah sinarnya akan berubah, karena tiap medium memiliki indeks bias yang berbeda.

Bagaimana menghitung indeks bias

Hukum Snell menghubungkan indeks bias antara dua media 1 dan 2 sebagai:

Di sini n ₁ adalah indeks bias pada medium 1, θ ₁ adalah sudut datang sinar pada permukaan batas, n ₂ adalah indeks bias pada medium 2 dan θ ₂ adalah sudut bias, ke arah mana sinar yang ditransmisikan terus berlanjut.

Gambar 2. Sinar cahaya yang menerpa dua media berbeda. Sumber: Wikimedia Commons.

Indeks bias bahan konstan dan diketahui dalam kondisi fisik tertentu. Dengan ini indeks bias media lain dapat dihitung.

Misalnya, jika cahaya melewati prisma kaca yang indeksnya n ₁ dan kemudian melalui zat yang indeksnya ingin kita ketahui, dengan hati-hati mengukur sudut datang dan sudut bias, kita memperoleh:

Jenis refraktometer

Refraktometer adalah alat yang mengukur indeks bias suatu zat cair atau benda padat dengan permukaan datar dan halus. Ada dua jenis refraktometer:

Tipe -Optical-manual seperti refraktometer Abbe.

Refraktometer digital.

- Jenis optik-manual seperti refraktometer Abbe

Refraktometer Abbe ditemukan pada abad ke-19 oleh Ernst Abbe (1840-1905), seorang fisikawan Jerman yang berkontribusi secara signifikan terhadap perkembangan Optik dan Termodinamika. Refraktometer jenis ini banyak digunakan di industri makanan dan laboratorium pengajaran dan pada dasarnya terdiri dari:

-Lampu sebagai sumber cahaya, umumnya uap natrium, yang diketahui panjang gelombangnya. Ada model yang menggunakan cahaya putih normal, yang berisi semua panjang gelombang yang terlihat, tetapi memiliki prisma bawaan yang disebut prisma Amici, yang menghilangkan panjang gelombang yang tidak diinginkan.

-Prisma iluminasi dan prisma bias lainnya, tempat sampel yang indeksnya akan diukur ditempatkan.

-Termometer, karena indeks bias tergantung pada suhu.

-Mekanisme penyesuaian untuk gambar.

- Lensa mata, yang digunakan pengamat untuk melakukan pengukuran.

Penataan bagian-bagian dasar ini dapat bervariasi tergantung pada desainnya (lihat gambar 3 kiri). Selanjutnya kita akan melihat prinsip-prinsip operasi.

Gambar 3. Di sebelah kiri sebuah refraktometer Abbe dan di sebelah kanan diagram operasi dasar. Sumber: Wikimedia Commons. 丰泽 一号

Cara Kerja Refraktometer Abbe

Prosedurnya adalah sebagai berikut: sampel ditempatkan di antara prisma refraksi –yang tetap-, dan prisma iluminasi– dapat digemukkan-.

Prisma bias sangat halus dan indeks biasnya tinggi, sedangkan prisma iluminasi tidak mengkilap dan kasar pada permukaan kontak. Dengan cara ini, saat lampu dinyalakan, cahaya dipancarkan ke segala arah pada sampel.

Ray AB pada gambar 3 adalah yang memiliki deviasi terbesar, jadi di sebelah kanan titik C pengamat akan melihat bidang yang diarsir, sedangkan sektor di sebelah kiri akan menyala. Mekanisme penyesuaian mulai berlaku sekarang, karena yang Anda inginkan adalah membuat kedua bidang memiliki ukuran yang sama.

Untuk ini ada tanda bantu pada lensa mata, yang bervariasi tergantung dari desainnya, tetapi bisa berupa tanda silang atau jenis sinyal lain, yang berfungsi untuk memusatkan bidang.

Dengan membuat kedua bidang tersebut berukuran sama maka dapat diukur sudut kritis atau sudut batasnya, yaitu sudut di mana sinar yang ditransmisikan akan melewati penggembalaan pada permukaan yang memisahkan media (lihat gambar 4).

Mengetahui sudut ini memungkinkan untuk langsung menghitung indeks bias sampel, mengambil prisma. Mari kita lihat lebih detail di bawah ini.

Sudut kritis

Pada gambar berikut kita melihat bahwa sudut kritis θ _c adalah sudut di mana sinar bergerak melewati permukaan batas.

Jika sudut dinaikkan lebih jauh maka balok tidak mencapai tengah 2, tetapi dipantulkan dan berlanjut ke tengah 1. Hukum Snell yang diterapkan pada kasus ini adalah: sin θ ₂ = sin 90º = 1, yang mengarah langsung terhadap indeks bias dalam medium 2:

Gambar 4. Sudut kritis. Sumber: F. Zapata.

Nah, sudut kritis diperoleh secara tepat dengan menyamakan ukuran bidang cahaya dan bayangan yang terlihat melalui lensa mata, yang melaluinya skala gradasi juga diamati.

Timbangan biasanya dikalibrasi untuk pembacaan langsung indeks bias, jadi bergantung pada model refraktometer, operator akan melihat sesuatu yang mirip dengan yang diamati pada gambar berikut:

Gambar 5. Skala refraktometer dikalibrasi untuk memberikan indeks bias secara langsung. Sumber: Refraktometri. Universitas Negeri Oregon.

Skala atas, dengan bantuan garis vertikal, menunjukkan ukuran utama: 1.460, sedangkan skala yang lebih rendah menunjukkan 0.00068. Saat menjumlahkan, indeks bias adalah 1,46068.

Pentingnya panjang gelombang

Cahaya yang jatuh pada prisma iluminasi akan mengubah arahnya. Namun karena merupakan gelombang elektromagnetik, maka perubahannya akan bergantung pada λ, panjang gelombang datang.

Karena cahaya putih mengandung semua panjang gelombang, masing-masing dibiaskan ke tingkat yang berbeda. Untuk menghindari pencampuran yang menghasilkan gambar kabur ini, cahaya yang digunakan dalam refraktometer resolusi tinggi harus memiliki panjang gelombang yang unik dan diketahui. Yang paling banyak digunakan adalah yang disebut garis natrium D, yang panjang gelombangnya 589,6 nm.

Dalam kasus di mana terlalu banyak presisi tidak diperlukan, cahaya alami cukup, bahkan jika itu berisi campuran panjang gelombang. Namun demikian, untuk menghindari mengaburkan tepi antara terang dan gelap pada gambar, beberapa model menambahkan prisma kompensasi Amici.

Keuntungan dan kerugian

Refraktometri adalah teknik yang cepat, murah, dan andal untuk mengetahui kemurnian suatu zat, itulah sebabnya teknik ini banyak digunakan dalam kimia, bioanalisis, dan teknologi pangan.

Namun karena terdapat zat yang berbeda dengan indeks bias yang sama, maka perlu diketahui zat mana yang sedang dianalisis. Misalnya sikloheksana dan beberapa larutan manis diketahui memiliki indeks bias yang sama pada suhu 20 ° C.

Di sisi lain, indeks bias sangat bergantung pada suhu, seperti yang disebutkan di atas, selain tekanan dan konsentrasi larutan bias. Semua parameter ini harus dipantau dengan cermat saat pengukuran presisi tinggi diperlukan.

Adapun jenis refraktometer yang akan digunakan, sangat bergantung pada aplikasi yang dimaksudkan. Berikut adalah beberapa karakteristik dari tipe utama:

Refraktometer Abbe Manual

-Ini adalah instrumen yang andal dan perawatannya rendah.

-Mereka biasanya murah.

-Sangat tepat untuk mengenal prinsip-prinsip dasar refraktometri.

- Harus berhati-hati agar permukaan prisma tidak tergores sampel.

-Harus dibersihkan setelah digunakan, tetapi tidak dapat dilakukan dengan kertas atau bahan kasar.

- Operator refraktometer harus mendapat pelatihan.

-Setiap pengukuran harus didaftarkan dengan tangan.

-Mereka biasanya datang dengan timbangan yang dikalibrasi khusus untuk berbagai zat tertentu.

-Mereka perlu dikalibrasi.

-Sistem kontrol suhu penangas air bisa merepotkan untuk digunakan.

Refraktometer digital

-Mereka Mudah dibaca, karena pengukuran langsung muncul di layar.

-Mereka menggunakan sensor optik untuk pembacaan presisi tinggi.

-Mereka memiliki kemampuan untuk menyimpan dan mengekspor data yang diperoleh dan dapat berkonsultasi dengan mereka kapan saja.

-Mereka sangat akurat, bahkan untuk zat yang indeks biasnya sulit diukur.

-Mungkin untuk memprogram skala yang berbeda.

-Tidak memerlukan penyesuaian suhu dengan air.

-Beberapa model menggabungkan pengukuran massa jenis, misalnya, atau dapat dihubungkan ke pengukur massa jenis, pengukur pH, dan lainnya, untuk menghemat waktu dan mendapatkan pengukuran secara bersamaan.

-Tidak perlu mengkalibrasi ulang, tetapi periksa dari waktu ke waktu apakah berfungsi dengan baik dengan mengukur indeks bias zat-zat terkenal, seperti air suling misalnya.

-Mereka lebih mahal dari refraktometer manual.

Aplikasi

Mengetahui indeks bias suatu sampel menunjukkan tingkat kemurniannya, itulah sebabnya teknik ini banyak digunakan dalam industri makanan:

-Dalam kontrol kualitas minyak, untuk menentukan kemurniannya. Misalnya, melalui refraktometri dimungkinkan untuk mengetahui apakah minyak bunga matahari diturunkan dengan menambahkan minyak berkualitas lebih rendah lainnya.

Gambar 6. Laboratorium teknologi pangan. Sumber: Piqsels.

-Ini digunakan dalam industri makanan untuk mengetahui kandungan gula dalam minuman manis, selai, susu dan turunannya serta aneka saus.

-Mereka juga diperlukan dalam pengendalian kualitas anggur dan bir, untuk menentukan kadar gula dan kadar alkohol.

-Dalam industri kimia dan farmasi untuk pengendalian kualitas sirup, parfum, deterjen dan semua jenis emulsi.

-Mereka dapat mengukur konsentrasi urea - sisa dari metabolisme protein - dalam darah.

Referensi

1. Teknik Lab Kimia. Refraktometri. Diperoleh dari: 2.ups.edu.
2. Gavira, J. Refraktometri. Diperoleh dari: triplenlace.com
3. Mettler-Toledo. Perbandingan berbagai teknik untuk mengukur massa jenis dan refraktometri. Dipulihkan dari: mt.com.
4. InterLab Bersih. Apa itu refraktometer dan untuk apa? Diperoleh dari: net-interlab.es.
5. Universitas Negeri Oregon. Prinsip refraktometri. Dipulihkan dari: sites.science.oregonstate.edu.