Рефрактометр. Принципы действия и область применения
Рефрактометр – измерительный прибор оптического типа, позволяющий устанавливать концентрацию растворов за счет эффекта преломления светового потока. Впервые «рефракция», как физическое явление, была открыта И.Ньютоном в начале XVIII столетия.
Типы рефрактометров
В настоящее время все рефрактометры принято разделять на три основных группы: промышленные, лабораторные, портативные.
Первые два типа используются в стационарных лабораториях и оборудованных производственных помещениях. Для них характерны значительные габариты и высокая точность результатов проводимых исследований. Стоимость такого оборудования значительная.
Портативные устройства обеспечивают возможность оперативного проведения исследований на объектах, включая полевые выходы. Для них дополнительно предусматривается разделение на цифровые и ручные. Для цифровых образцов предусмотрено наличие ЖК-экрана, на который вводятся результаты проведенного исследования. Чаще всего такие рефрактометры обладают дополнительными функциональными возможностями, например, расчетом плотности раствора, определением коэффициента преломления света в нем и так далее.
Ручные модели предусматривают максимально простую конструкцию без каких-либо электронных элементов. Их использование возможно не только на промышленных предприятиях, но и в быту. При всей своей простоте, компактности размеров и ценовой доступности, такие рефрактометры обладают довольно высокой точностью измерений, что и объясняет их популярность среди потенциальных потребителей.
Принципы работы ручных рефрактометров
В основе функционирования любого рефрактометра лежат принципы преломления света. При перемещении между веществами, обладающими различной плотностью и структурой, световой луч преломляет свое прямолинейное движение, отклоняясь в сторону на определенный угол. Коэффициентом преломления в данном случае выступает соотношение между углами первоначального входа светового луча в раствор и углом преломления, формируемым в точке соприкосновения двух веществ (сред).
Основой устройства выступает главная призма, на нее наносят изучаемый раствор. Материалы ее изготовления обладают высоким коэффициентом преломления.
После прохождения через вещество и саму призму, световой луч преодолевает еще несколько оптических линз, после чего оказывается на шкале прибора (выполнена в виде окружности с нанесенной градуировкой). В соответствии с величиной преломления луч попадает в точку выше или ниже измерительной шкалы. В результате одна из зон оказывается светлой, а вторая затемненной.
Угол преломления определяется, как параметрами химического состава раствора, так и концентрацией содержащихся в нем элементов. Коэффициент преломления светового потока определяется на основе расположения на шкале светлой и темной зон. Одновременно определяется оптическая плотность изучаемого вещества.
В свою очередь преломляемость света зависит не только от состава жидкости, но и ее температуры. В отдельных моделях рефрактометров существует система автоматической компенсации температуры, которая выдает результаты исследований с учетом температурного режима. Реализована данная система максимально просто, за счет использования биметаллической пластины, обладающей способностью к расширению/сжатию при воздействии на ее различными температурами. Данная пластина имеет жесткое соединение с измерительной шкалой, поэтому при изменении ее размеров происходит смещение измерительной шкалы. Размер сдвига шкалы подобран таким образом, чтобы максимально точно компенсировать изменения преломляемости, возникающие в результате различия в температуре исследуемого вещества.
Выбирая ручной рефрактометр, необходимо заранее узнать о наличии или отсутствии системы компенсации температуры, так как это оказывает непосредственное влияние на точность проводимых исследований. При отсутствии данной опции корректировать результаты придется самостоятельно при помощи специальных таблиц корректировок.
Измерение
Перед началом использования рефрактометра требуется его предварительная калибровка. В большинстве моделей она проводится с использованием дистиллированной воды. На призме размещают пару капель дистиллята, закрывают сверху защитным стеклом. Для точности процедуры необходимо, чтобы вода растеклась по всей поверхности призмы без образования воздушных пузырьков. Далее посредством вращения калибровочного винта производится выставление измерительной шкалы на отметку «0». Далее поверхность призмы должна быть аккуратно очищена от воды, для чего рекомендуется применять мягкую ткань. Прибор полностью готов к проведению исследований с различными веществами.
Порядок выполнения исследований не отличается от процесса калибровки за той лишь разницей, что вместо дистиллята наливают изучаемый состав. После этого требуется около 30 секунд времени на приведение в равновесие температурного состояния раствора и призмы самого прибора. Далее прибор подставляют под источник естественного или искусственного освещения, снимая итоговые показания прибора.
При работе с прибором его запрещается опускать в воду для промывки в связи с риском проникновения влаги внутрь. Не предназначен ручной рефрактометр и для работы с агрессивными составами, способными повредить поверхность призмы.
Сфера применения
Применение рефрактометров характерно для различных отраслей экономики, но наибольшее распространение данный прибор получил на предприятиях пищевой промышленности. С его помощью проводится контроль:
- широкого спектра алкогольных напитков;
- установления концентрации сахара в напитках;
- концентрации жиров в различных продуктах;
- концентрации белков в молочных продуктах;
- уровня влажности меда и так далее.
Не менее активно прибор применяется и в медицинской сфере:
- при определении уровня белка в крови;
- при проверке плотности мочи;
- для определения химического состава лекарственных препаратов.
В технической сфере рефрактометр позволяет определять качественные характеристики смазочных масел и различных видов топлива.
Компания UED с 2013-го года представлена на российском рынке, поставляя широкий спектр лабораторного оборудования, включая рефрактометры различных типов. Вся представленная продукция от ведущих мировых производителей отличается надежностью, долговечностью и точностью проводимых измерений. Наши специалисты всегда готовы помочь с подборой необходимой модели оборудования.