Рефрактометр будова, принцип дії та сфери застосування

Що таке рефрактометр?

Рефрактометр вимірює показник заломлення для об’єкту, який може бути газом, рідиною або прозорим твердим тілом, таким як скло. Вони досягають цього, пропускаючи світло через зразок і вимірюючи заломлення — величину, яку відбиває світло.

Найчастіше рефрактометр вимірює водні розчини, забезпечуючи визначення концентрації. Приклади вимірювання концентрації водного розчину включають питому вагу сечі, охолоджуючої рідини для двигунів або верстатів, а також солоність води в акваріумах або гідропонних системах.

Показник заломлення залежить від довжини хвилі світла. Тому слід використовувати відому еталонну довжину хвилі. Зазвичай це забезпечується фільтрацією денного світла або використанням вузькосмугового світлодіода. Температура зразка також впливає на його коефіцієнт заломлення, а отже, для досягнення заданої точності для рефрактометра має бути в діапазоні визначених межах. У найбільш точних рефрактометрах використовується замкнутий контроль температури зразка.

Типи рефрактометрів

Ручні аналогові рефрактометри підносяться до джерела світла, такого як сонце, так що світло спрямовується через зразок, призму та лінзи на вимірювальну шкалу. Кут, під яким світло повністю відбивається всередині, визначає положення лінії тіні на шкалі, яку потім можна побачити через окуляр.

Ручні цифрові рефрактометри працюють практично так само, як і традиційні аналогові рефрактометри, з тіньовою лінією, що вказує кут, під яким відбувається повне внутрішнє відбиття. Однак замість того, щоб просто направляти рефрактометр до світла, зазвичай додається світлодіодне джерело світла. Це може підвищити точність за рахунок більш точного контролю довжини хвилі. Окуляр і скляна шкала також замінені набором фотодіодів, що дає змогу цифровим способом розпізнавати лінію тіні та у вигляді цифр відображати відповідний результат вимірювання на екрані.

Рефрактометри Abbe — це настільні прилади, розроблені для більш точних вимірювань. Тому вони зазвичай включають деякий контроль температури зразка. Рефрактометри Abbe також мають оптичну конструкцію, призначену для усунення помилки Abbe, яка може бути викликана різними кутами огляду. Рефрактометри Abbe можуть бути або аналоговими оптичними приладами, або, як правило, сьогодні цифровими приладами.

Вбудовані технологічні рефрактометри безперервно вимірюють показник заломлення рідини, коли вона протікає через датчик.

Рефрактометри Brix калібрують для вимірювання вмісту цукру в розчині за допомогою шкали, де 1 градус Brix відповідає 1 граму сахарози в 100 г розчину при 20 °С. Ця шкала широко використовується в харчовій промисловості, а прості ручні рефрактометри Brix використовуються в домашніх умовах.

Рефрактометри дорогоцінних каменів використовуються для визначення хімічного складу дорогоцінних каменів. Оскільки деякі дорогоцінні камені мають коефіцієнт заломлення, який залежить від поляризації світла (подвійне променезаломлення), рефрактометри дорогоцінних каменів можуть також включати поляризаційні фільтри.

Сфери застосування

Рефрактометри використовуються в різних сферах застосування: від визначення чистоти та концентрації інгредієнтів ліків до вимірювання вмісту цукру в продуктах харчування або напоях та аналізу нафти. За допомогою цього приладу можна також виявити розбавлення соняшникової олії дешевими маслами. Крім того, рефрактометри є методом вибору для контролю якості робочих рідин для машин і двигунів, розчину синтетичної сечовини для очищення викидів дизельних двигунів.

Галузі застосування:

• Фармацевтична промисловість — тести необхідних характеристик в дослідженнях і розробках. Перевірка ідентичності, контроль чистоти та визначення концентрації сировини, напівфабрикатів та кінцевих продуктів.
• Хімічна промисловість — тести необхідних характеристик в дослідженнях і розробках. Перевірка ідентичності, контроль чистоти та визначення концентрації сировини, напівфабрикатів та кінцевих продуктів. Відстеження хімічних процесів під час виробництва.
• Нафтохімічна, автомобільна та авіаційна промисловості, технологія металообробки та будівництва — перевірка ідентичності та визначення концентрації. Вихідна перевірка товару. Тест на стабільність продукції.
• Харчова промисловість — контроль якості та чистоти сировини та кінцевої продукції. Визначення концентрації цукру.
• Виробники парфумів, ароматів та ефірних олій — контроль якості сировини та допоміжних матеріалів. Моніторинг виробництва напівфабрикатів та кінцевої продукції.
• Цукрова промисловість — визначення концентрації цукру в напівфабрикатах і кінцевих продуктах. Визначення вмісту твердих речовин у розчинах. Визначення чистоти в поєднанні з поляриметром.
• Виготовлення напоїв — регулярний аналіз з високою пропускною здатністю. Контроль якості та чистоти сировини та кінцевої продукції. Визначення концентрації цукру в соках і безалкогольних напоях. Визначення вмісту спирту або екстракту в пиві, спеціях, вині або міцних напоях. Контроль якості молочних продуктів.
• Заклади охорони здоров’я та аптеки — вхідний та вихідний огляд товарів. Перевірка ліків на фармакопеї. Аналіз виділень організму.
• Випробувальні лабораторії, інститути, навчальні заклади — тестування харчових і фармацевтичних продуктів. Перевірка відповідності національним та міжнародним стандартам. Навчання.

Принцип роботи рефрактометра

Рефрактометр використовується для визначення концентрації певної речовини в даному розчині. Він працює за принципом заломлення. Коли промені світла переходять з одного середовища в інше, вони заломлюються або до нормальної лінії між двома середовищами, або від неї. Кут між нормальним променем і променем, що падає, називається кутом падіння. Кут між нормальним і заломленим променем називається кутом заломлення.

Кут заломлення пов’язаний із значенням індексу, який називається показником заломлення. Кожна сполука має певний показник заломлення. Кут заломлення залежить від складу середовища та температури. Ця залежність від складу робить рефрактометри такими корисними. Зі збільшенням концентрації певної сполуки в розчині збільшується і ступінь викривлення світла. Також важливо визначити температуру середовища для тестування, оскільки температура впливає на кут заломлення.

Як приклад, заломлююче світло можна використовувати для визначення концентрації/солоності хлориду натрію (NaCl) у розчині розсолу. Для кожного відсоткового значення солоності існує відповідний кут заломлення. Цей кут заломлення перетворюється у відсотки солоності. Цей відсоток є концентрацією NaCl в розчині розсолу. Щоб полегшити перетворення, доступні рефрактометри зі шкалами, які відкалібровані для зчитування бажаного значення, у цьому випадку відсотка солоності.

Як відкалібрувати рефрактометр?

1. Перед використанням необхідно відкалібрувати рефрактометр стандартним розчином. Оскільки на показання впливають зміни температури, найкраще калібрувати за температурою середовища для тестування. Якщо це неможливо, можна використовувати діаграми корекції. Деякі рефрактометри мають автоматичну корекцію температури (ATC), функцію, яка дозволяє приладу автоматично коригувати перепади температури.
2. Нанесіть невелику кількість рідини (зазвичай 2-5 крапель) на призму та закріпіть кришку. Це дозволить рівномірно розподілити рідину по призмі.
3. Наведіть кінець призми рефрактометра на джерело світла і сфокусуйте окуляр, поки шкала не стане чітко видимою.
4. Відрегулюйте калібрувальний гвинт так, щоб рефрактометр показував точні нулі.