ĆWICZENIE NR 46

Wyznaczanie stężenia roztworu za pomocą refraktometru

Celem ćwiczenia jest wyznaczenie stężenia roztworu NaCl oraz cukru z użyciem refraktometru

Abbego.

CZĘŚĆ TEORETYCZNA

Do najważniejszych przyrządów służących do pomiaru współczynnika załamania cieczy należą

refraktometry. Zasada ich działania opiera się na zjawisku załamania światła na granicy dwóch

ośrodków. Wynika z niego, że wraz ze wzrostem kąta padania promieni świetlnych rośnie wartość

kąta ich załamania. Przy pewnej wartości kąta padania zwanym kątem granicznym (α

gr

), kąt

załamania w środowisku optycznie rzadszym wynosi 90º. Jeśli kąt padania będzie miał wartość

większą od kąta granicznego, to promień ulegnie całkowitemu wewnętrznemu odbiciu. Gdy

promienie padają pod różnymi kątami na granicę środowisk, przechodząc ze środowiska optyczne

rzadszego do gęstszego, wtedy będą się w nim rozchodzić w obrębie stożka, którego rozwartość

wyznacza kąt graniczny. Spełniona jest przy tym zależność:

n

2

= n

1

sin α

gr

,

gdzie: n

1

i n

2

- współczynniki załamania promieni względem próżni.

Refraktometr Abbego składa się z dwóch pryzmatów: pomocniczego i pomiarowego.

Promienie po przejściu przez pryzmat pomocniczy wchodzą do warstwy cieczy badanej znajdującej

się pomiędzy ścianami obu pryzmatów. Następnie promienie kierowane są do optycznie gęstszego od

cieczy pryzmatu pomiarowego, w którym rozchodzą się w obrębie wspomnianego stożka.

Obserwator widzi część jasną pola, oświetloną przez promienie biegnące wewnątrz stożka po

załamaniu na graniczy ciecz-szkło, oraz część ciemną znajdują się poza stożkiem. Położenie granicy

światła i cienia obserwowane na tle skali jest miarą współczynnika załamania badanej cieczy.

Refraktometry znalazły szerokie zastosowanie w pomiarach stężeń roztworów, bowiem

współczynnik załamania światła zależy od stężenia roztworu. Wystarczy więc sporządzić wykres

zależności współczynników załamania roztworu dla kilku znanych stężeń, by można było, na

podstawie zmierzonego refraktometrem współczynnika załamania, znaleźć z wykresu stężenie

badanego roztworu.

CZĘŚĆ PRAKTYCZNA

A. Wyznaczenie stężenia badanego roztworu NaCl za pomocą refraktometru Abbego.

By wyznaczyć stężenie badanego roztworu NaCl należy wycechować refraktometr Abbego dla tego

roztworu sporządzając wykres funkcji współczynnika załamania światła (n) od znanego stężenia

roztworu (c).

1. W szklanych probówkach przygotować serię wodnych roztworów NaCl o stężeniach 0%, 1%, 2%,

2,5%, 3%, 4% i 5%, których końcowa objętość V

k

ma wynieść 5 ml. Roztwory otrzymuje się przez

rozcieńczenie 5% wyjściowego roztworu NaCl. Do ich wykonania należy użyć pipety

automatycznej. UWAGA: roztwór o stężeniu 2,5% należy otrzymać poprzez zmieszanie równych

objętości wody destylowanej z NaCl o stężeniu 5%.

2. Wyznaczyć współczynniki załamania (n) ww. roztworów NaCl oraz roztworu o nieznanym

stężeniu (n

x

) za pomocą refraktometru Abbego. Pomiary rozpocząć od wody destylowanej, a

zakończyć na 5% roztworze NaCl. W tym celu należy:

2.1. Odchylić oprawę z pryzmatem dolnym.

2.2. Oczyścić powierzchnię pryzmatów za pomocą papierowego ręcznika zwilżonego spirytusem.

2.3. Przenieść pipetą kilka kropli roztworu na powierzchnię dolnego pryzmatu, unieść go i

docisnąć do pryzmatu górnego.

2.4. Za pomocą pokrętła umieszczonego po lewej stronie refraktometru, uzyskać wyraźne

rozgraniczenie jasnego i ciemnego obszaru w polu widzenia okularu. Granicę między obszarami

ustawić w miejscu przecięcia się linii pomocniczych (ciemne półkole powinno znajdować się na

dole pola widzenia okularu, jasne na górze).

2.5. Odsłonić okienko znajdujące się po lewej stronie refraktometru nad pokrętłem. Patrząc przez

lewy okular odczytać współczynnik załamania światła (n) ze skali znajdującej się po prawej stronie

pola widzenia. Wyniki z pomiarów zapisać w tabeli 1.

Stężenie

roztworu NaCl

(c) [%]

0

1

2

2,5

3

4

5

c

x

(wyznaczone

z wykresu)

Współczynnik

załamania

światła

(n)

n

x

(z pomiaru)

Tabela 1.

3. Sporządzić na papierze milimetrowym wykres funkcji n=f(c).

4. Odczytać z wykresu nieznane stężenie roztworu NaCl (c

x

). Wynik zapisać w tabeli 1.

B. Wyznaczenie stężenia roztworu glukozy za pomocą refraktometru Abbego.

Refraktometr Abbego jest wycechowany i dostosowany do pomiaru stężeń roztworów cukru w

różnych produktach spożywczych, np. w miodzie.

Celem części B ćwiczenia jest wyznaczenie stężenia roztworu glukozy przygotowanego przez

studentów wykonujących ćwiczenie 26. By je określić, po wykonaniu czynności opisanych w punkcie 2

części A ćwiczenia, należy odczytać wartość liczbową ze skali znajdującej się po lewej stronie pola

widzenia. Natomiast w celu odczytania wartości współczynnika załamania światła (n) używamy

prawej skali. Wyniki wpisać do tabelki 2.

Ciecz

Współczynnik załamania

światła (n)

Stężenie (c) [%]

Roztwór cukru

Tabela 2.

Sprawozdanie powinno zawierać:

1.

Tabele pomiarów.

2.

Wykres funkcji n=f(c) wykonany na papierze milimetrowym.