Μετράω την αλατοπεριεκτικότητα σε άλμη με Διαθλασίμετρο – Τι πρέπει να γνωρίζω?

Τι είναι το διαθλασίμετρο? Πώς λειτουργεί το διαθλασίμετρο?

Μέτρηση αλατοπεριεκτικότητας με διαθλασίμετρο

Αλατοπεριεκτικότητα και Ειδικό Βάρος της άλμης
Υψηλής ποιότητας φορητό ψηφιακό διαθλασίμετρο. Σε αυτόν τον τύπο η τιμή της αλατοπεριεκτικότητας εμφανίζεται ψηφιακά στην οθόνη.

Η αλατοπεριεκτικότητα μιας άλμης εκφράζεται, συνήθως, ως % κατά βάρος.

Εάν, σε 100g άλμης, περιέχονται 7g αλατιού, τότε η άλμη περιέχει 7% κατά βάρος αλάτι.

Δείτε: Τι είναι η άλμη? Πώς φτιάχνω αυτήν πού θέλω?

Για να φτιάξουμε την προαναφερθείσα άλμη, πήραμε 93g νερό και σε αυτό προσθέσαμε (διαλύσαμε) 7g αλατιού.

Ενώ, η μάζα, λοιπόν, της άλμης είναι 93+7=100g, ο όγκος, αυτής της άλμης είναι μικρότερος από 100ml.

Ο όγκος που καταλαμβάνουν, αυτά τα 100g της άλμης, θα εξαρτηθεί από την θερμοκρασία, καθώς και από το είδος του άλατος (NaCl, KCl, CaCl2, κλπ.), που προσθέσαμε.

Χοντρικά, υπολογίστε ότι όταν χρησιμοποιούμε χλωριούχο νάτριο ως αλάτι, ο όγκος θα είναι 95ml, σε θερμοκρασία περιβάλλοντος.

Συνεπώς, η πυκνότητα (density) αυτής της άλμης θα είναι: πυκνότητα = μάζα/όγκος ή πυκνότητα=100/95=1.05g/ml.

Το ειδικό βάρος, (specific gravity), θα είναι 1.05.

Στον Πίνακα 1 παρουσιάζεται η μεταβολή του ειδικού βάρους άλμης (NaCl), σε διάφορες τιμές αλατοπεριεκτικότητας.

Αλατοπεριεκτικότητα άλμης % κατά βάρος
Ειδικό βάρος, (specific gravity) άλμης
0 1.00
3.70 1.026
10 1.074
13.20 1.098
19 1.143
22.70 1.173

Πίνακας 1. Μεταβολή ειδικού βάρους άλμης σε σχέση με την αλατοπεριεκτικότητα.

Είναι προφανές, ότι όσο αυξάνει η περιεκτικότητα σε αλάτι, τόσο αυξάνει και το ειδικό βάρος της άλμης.

Πώς μπορούμε να μετρήσουμε την αλατοπεριεκτικότητα

Συνήθως, χρησιμοποιούμε 3 τρόπους για να μετρήσουμε την αλατοπεριεκτικότητα μιας άλμης.

Δείτε: Δείτε τους 3 τρόπους για να μετρήσετε την αλατοπεριεκτικότητα σε μια άλμη

Γενικά με τα διαθλασίμετρα, (refractometers), μετρούμε γρήγορα και σχετικά αξιόπιστα. Η λειτουργία τους στηρίζεται στην αρχή της διάθλασης του φωτός.

Η διάθλαση του φωτός χαρακτηρίζεται από τον δείκτη διάθλασης (refractive index ή index of refraction) .

Τι είναι ο δείκτης διάθλασης?
Υλικό Δείκτης Διάθλασης
Κενό 1.0000
Αέρας 1.0003
Καθαρό νερό 1.3330
Άλμη 3.5% κ.β.
1.3394
Διάλυμα ζάχαρης 80% σε ζάχαρη 1.49
Γυαλί 1.51
Διαμάντι 2.417

Πίνακας 2. Δείκτης διάθλασης του φωτός σε διάφορα υλικά

Σχήμα 1. Μεταβολή του δείκτη διάθλασης (Refractive Index) με την αλατοπεριεκτικότητα (Salinity) σε μια άλμη. Η αλατοπεριεκτικότητα εκφράζεται σε ppt (parts per thousand), ή ‰. Δηλαδή, 20 ppt αντιστοιχεί σε 2.0% κατά βάρος.

Ο δείκτης διάθλασης είναι ο λόγος της ταχύτητας του φωτός στο κενό προς την ταχύτητα του φωτός στο υλικό που εξετάζουμε.

Στον Πίνακα 2, βλέπουμε ότι η ταχύτητα του φωτός, σε άλμη 3.5% σε αλάτι, είναι 1.3394 φορές μικρότερη από αυτήν στο κενό.

Ή, το φως, στο κενό, ταξιδεύει 1.3394 φορές πιο γρήγορα.

Παρατηρούμε, ότι όσο περισσότερο ΄΄πυκνό΄΄ είναι το υλικό, τόσο μεγαλύτερος είναι ο δείκτης διάθλασης, και άρα τόσο μικρότερη θα είναι η ταχύτητα του φωτός, μέσα σε αυτό.

Μεταβολή του δείκτη διάθλασης με την αλατοπεριεκτικότητα της άλμης

Όσο αυξάνει η περιεκτικότητα σε αλάτι μιας άλμης, τόσο αυξάνει και ο δείκτης διάθλασης.

Από το Σχήμα 1 παρατηρούμε ότι η μεταβολή αυτή είναι γραμμική.

Μεταβολή του δείκτη διάθλασης με την πυκνότητα της άλμης
Σχήμα 2. Μεταβολή του δείκτη διάθλασης (Refractive Index) με το ειδικό βάρος (Specific Gracity) μιας άλμης.

Ομοίως, ο δείκτης διάθλασης του φωτός αυξάνει γραμμικά με την αύξηση του ειδικού βάρους της άλμης. Δείτε το Σχήμα 2.

Τι να προσέχω

Ο δείκτης διάθλασης μας δίνει πληροφορίες που αφορούν ποσοτικά χαρακτηριστικά των διαλελυμένων στερεών σε ένα διάλυμα και όχι ποιοτικά.

Αυτό είναι και το μειονέκτημά του.

Ας το εξηγήσουμε καλύτερα.

Έστω, ότι φτιάξαμε μια άλμη μόνο από χλωριούχο νάτριο, (NaCl). Στην άλμη αυτή βρίσκονται διαλελυμένα το ιόντα Na+ και Cl.

Έστω ότι φροντίσαμε η άλμη αυτή να είναι 10% κ.β.

Στη συνέχεια φτιάξαμε και μια άλλη άλμη, μόνο από χλωριούχο κάλιο, (KCl). Στην άλμη αυτή βρίσκονται διαλελυμένα το ιόντα Κ+ και Cl.

Φροντίσαμε και αυτή η 2η άλμη να είναι 10% κ.β.

Σχήμα 3. Μεταβολή του δείκτη διάθλασης με την % περιεκτικότητα σε χλωριούχο κάλιο. Για 10% περιεκτικότητα σε KCl, ο δείκτης διάθλασης είναι: 0.0014*10+1.3325 = 1.3465

Οι δύο αυτές άλμες έχουν την ίδια αλατοπεριεκτικότητα.

Αλλά η πυκνότητα και το ειδικό βάρος σε κάθε άλμη διαφέρουν.

Ως αποτέλεσμα, και οι δείκτες διάθλασης στις δύο άλμες θα διαφέρουν.

Δείτε τα Σχήματα 3 και 4.

Να το πούμε διαφορετικά.

Μια άλμη 10% κ.β., η οποία αποτελείται από χλωριούχο νάτριο, (NaCl), έχει τον ίδιο δείκτη διάθλασης με μια άλμη 7% κ.β. η οποία αποτελείται από χλωριούχο μαγνήσιο (MgCl2).

Επίσης, μια άλμη 10% κ.β., η οποία αποτελείται από χλωριούχο νάτριο, (NaCl), έχει τον ίδιο δείκτη διάθλασης με μια άλμη, περίπου 7.5%, η οποία αποτελείται από χλωριούχο κάλιο (KCl).

Πρέπει λοιπόν να είμαστε πολύ προσεκτικοί.

Σχήμα 4. Μεταβολή του δείκτη διάθλασης με την % περιεκτικότητα σε χλωριούχο νάτριο. Για 10% περιεκτικότητα σε KCl, ο δείκτης διάθλασης είναι: 0.0018*10+1.3324 = 1.3504

Ιδιαίτερα όταν μετρούμε την αλατοπεριεκτικότητα σε άλμη με CaCl2 ή σε άλμη που έχει χρησιμοποιηθεί τυρόγαλα για την παρασκευή της.

Τύποι διαθλασίμετρων

Στην αγορά διατίθενται διάφοροι τύποι διαθλασιμέτρων.

Άλλοι μετρούν τα μπριξ (brix), άλλοι την αλατοπεριεκτικότητα, άλλοι και τα δύο.

Μπορεί να είναι φορητοί ή όχι, ψηφιακοί, με ΄΄ματάκι΄΄ – διόπτρα, (viewfinder), κ.λ.π.

Πώς λειτουργεί το διαθλασίμετρο

Τοποθετούμε (απλώνουμε) το δείγμα πάνω στο πρίσμα του οργάνου. Το φως περνά μέσα από το ρευστό δείγμα.

Η ταχύτητα του φωτός θα ελαττωθεί, όταν αυτό προσπέσει στο πρίσμα. Αυτό οφείλεται στο ότι το πρίσμα είναι περισσότερο ΄΄πυκνό΄΄ και έτσι έχει έναν υψηλότερο δείκτη διάθλασης.

Ο δείκτης διάθλασης του πρίσματος είναι γνωστός στον κατασκευαστή του οργάνου.

Μετράω την αλατοπεριεκτικότητα σε άλμη με Διαθλασίμετρο – Τι πρέπει να γνωρίζω?
Φορητό διαθλασίμετρο με ΄΄ματάκι΄΄ – διόπτρα (viewfinder).

Η φυσική ορίζει, ότι ένα μεγάλο τμήμα του φωτός διαθλάται, όταν αυτό περνά από ένα μέσο που χαρακτηρίζεται από έναν δείκτη διάθλασης, σε ένα άλλο μέσο με διαφορετικό δείκτη διάθλασης.

Το τμήμα του φωτός που διαθλάται, (γωνία διάθλασης), εξαρτάται από την διαφορά των δεικτών διάθλασης των δύο μέσων.

Μέσα στο διαθλασίμετρο, το διαθλώμενο φως, περνά από φακούς, και τελικά καταλήγει πάνω σε μια βαθμονομημένη κλίμακα.

Σε ποιο σημείο της κλίμακας θα καταλήξει το φως θα εξαρτηθεί από το πόσο διαθλάστηκε.

Δηλαδή, από το πόσο διαφέρει ο δείκτης διάθλασης του ρευστού που μετράμε από τον δείκτη διάθλασης του πρίσματος του οργάνου.

Να τι θα δούμε σε διαθλασίμετρο με ΄΄ματάκι΄΄ – διόπτρα (viewfinder). Εκεί που συναντιέται το άσπρο με το μπλε, είναι η τιμή που ψάχνουμε. Στην συγκεκριμένη περίπτωση το δείγμα μας έχει 16,4% αλατοπεριεκτικότητα και 18% μπριξ. Αυτό το διαθλασίμετρο είναι αλατόμετρο και μπριξόμετρο μαζί. 

Η κλίμακα του οργάνου έχει καθορισθεί, από τον κατασκευαστή του οργάνου, έτσι ώστε, το εύρος των αποκλίσεων να αντιστοιχεί σε διάφορες τιμές αλατοπεριεκτικότητας.

Επίδραση της θερμοκρασίας στον δείκτη διάθλασης

Ο δείκτης διάθλασης εξαρτάται σημαντικά από την θερμοκρασία.

Τα περισσότερα υγρά, διαστέλλονται ελαφρά, όταν θερμαίνονται.

Αντίθετα,  όταν ψύχονται συρρικνώνονται.

Σε ένα δεδομένο υγρό, το οποίο όμως έχει διασταλεί, το φως μπορεί να περάσει ευκολότερα.

Σε μια τέτοια περίπτωση, ο δείκτης διάθλασης θα μετρηθεί λάθος.

Προτιμούμε, λοιπόν, να χρησιμοποιούμε διαθλασίμετρα τα οποία λαμβάνουν υπόψη την θερμοκρασία του δείγματος.

Τα διαθλασίμετρα αυτά διαθέτουν μηχανισμό για την αυτόματη διόρθωση, [Auto Temperature Compensation (ATC)].

Καλιμπράρισμα διαθλασιμέτρου

Κατά τακτά χρονικά διαστήματα πρέπει να βαθμονομούμε το διαθλασίμετρο. Αυτό γίνεται με έναν πολύ απλό τρόπο.

Δείτε: Πώς καλιμπράρω το διαθλασίμετρο? Όλα όσα πρέπει να ξέρω

 

 

Σας προτείνουμε

Αλατόμετρα – Διαθλασίμετρα για την μέτρηση της αλατοπεριεκτικότητας σε άλμη

 

 

 

 

 

Facebook Comments

Αφήστε μια απάντηση

Η ηλ. διεύθυνση σας δεν δημοσιεύεται. Τα υποχρεωτικά πεδία σημειώνονται με *

Show Buttons
Hide Buttons
error: Το περιεχόμενο προστατεύεται !!